Молекулярная биология. Структура и функция белков - Степанов В.М.
ISBN 5-06-002573-Х
Скачать (прямая ссылка):
Характерно, что скорость активации, обеспечиваемая трипсином, in vivo все же оказывается недостаточной и активация инициируется специальным протеолитическим ферментом — энтеропептидазой (энтерокиназой), который содержится в секрете двенадцатиперстной кишки
280
\
и активирует трипсиноген примерно в 1000 раз быстрее трипсина. Столь высокая специфичность энтеропептидазы обусловлёна тем, что фермент узнает в трипсиногене предшествующую остатку лизина гроздь из четырех остатков аспарагиновой кислоты.
Отщепление активационного пептида от молекулы трипсиногена влечет за собой цепь изменений в пространственной структуре продукта активации. Аналогичные изменения претерпевает и продукт активации химотрипсиногейа, хотя активационный пептид в этом случае выглядит совершенно иначе и сохраняет ковалентную связь с ферментом за счет дисульфидной связи. Освободившаяся при активации аминогруппа остатка изолейцина (аминоконцевого в трийсине) прото-нируется. Катионная аммонийная группа втягивается вглубь глобулы фермента вследствие стремления гидрофобных боковых групп остатков изолейцина и валина уменьшить поверхность контакта с водой.
Этому способствует образование ионной пары между о-аммонийной группой изолейцина и отрицательно заряженным карбоксилат-ионом боковой группы остатка Asp-194, причем разрывается существовавшая в зимогене ионная пара Asp-194 — His-40. Смещение карбоксильной группы остатка Asp-194 приводит к локальным структурным перестройкам вблизи зоны связывания субстрата, в частности завершается формирование гидрофобного кармана за счет движения боковой цепи остатка Met-192. Видимо, немалую роль могут играть и некоторые уточнения в размещении функциональных групп каталитического центра. Заметим, что этот центр, по крайней мере в грубом приближении, предсуществует еще в проферменте, который обнаруживает (по небольшим субстратам) около 0,01% активности, присущей vактивному трипсину. ’
Активация трипсиногена сопровождается как бы фиксацией,' более точной организацией около 15% пространственной структуры — соответствующие атомы испытывают значительные колебания в молекуле профермента, но закрепляются в трипсине. Таким образом, расщепление пептидной связи Lys-Не запускает весьма сложный механизм локальных перестроек, активирующий молекулу! Вслед за описанной начальной реакцией, определяющей образование активного фермента, наблюдается гидролиз других пептидных связей. Он приводит к образованию новых молекулярных форм трипсина, иногда несколько отличающихся от первичного продукта активации функциональными свойствами, например деталями специфичности. Сходно протекает активация химотрипсиногена, инициируемая также трипсином. Последующее расщепление некоторых связей в активном химотрйпсине другими его "молекулами дает целый набор молекулярных форм фермента.
Такой же механизм положен в основу активации протеиназ системы
281
свертывания крови, в которых при протеолизе единой полипептидной цепй обнажается «^-аминогруппа N-концевого остатка в каталитическом домене активного фермента, что запускает, по-видимому, такую же цепь изменений структуры, активирующую фермент.
Разница .состоит в том, что аминоконцевой район профермента, подчас очень крупная структура, сохраняет связь с собственно каталитическим ядром за счет дисульфидных и, вероятно, нековалентных взаимодействий. Это позволяет сообщить протеиназе новые функциональные особенности, например способность к связыванию с липидами мембран через ионы кальция за счет остатков 7-карбоксиглутамиНовоЙ кислоты (см. разд. 11.3). ,
В предшественниках других протеиназ — пепсиногене и прокар-боксипептидазе — отщепляемый при активации (соответственно, пепсином или трипсином) пептид содержит около 40 аминокислотных остатков и, видимо, играет роль своеобразного экрана, прикрывающего активный центр фермента. Отщепление этого экрана, которое не требует строго однозначного протеолиза, как в случае рассмотренных выше сериновых протеиназ, и может быть результатом разрыва любой пептидной связи в последовательности, соединяющей активационный пептид с будущим ферментом. Отсюда неоднозначность активации, которая может приводить к смеси активных ферментов, различающихся длиной и аминоконцевыми остатками (так называемые растрепанные концы).
Биологический смысл активации' проферментов очевиден: она позволяет накопить значительные количества предшественника, чрезвычайно быстро превращаемого в активный фермент в результате всего лишь одной реакции — расщепления единственной пептидной связи. Синтез значительных количеств фермента de novo потребовал бы гораздо большего времени, что невыгодно, особенно в процессах пищеварения. В то же время накопление активных протеиназ внутри клетки может оказаться для нее далеко не безобидным. Биосинтез профермента позволяет снять и эту проблему.
