загрузка...
 
АДСОРБЦИОННЫЙ ЦЕНТР
Повернутись до змісту

АДСОРБЦИОННЫЙ ЦЕНТР

Как видно из его названия, адсорбционный центр предназначен для формирования слабых типов связей с молекулой субстрата. Тем самым реализуется функция распознавания субстрата - то, с чего начинается действие любого фермента.

Формируется адсорбционный участок за счет радикалов одной или нескольких аминокислот, непосредственно примыкающих к каталитическому центру, а иногда еще и тех, которые расположены на некотором удалении от него. Даже «непосредственно примыкающие» не обязательно являются соседями по стержню полипептидной цепи. Напротив, - обычно они встроены в отдаленные звенья этой цепи, но благодаря третичной структуре приближены к элементам каталитического центра.

Например, в адсорбционном участке АХЭ главную роль играет так называемый анионный центр. По современным данным, он представлен радикалом триптофана-86, ароматическое ядро которого несет частичный отрицательный заряд (диффузно распределенный по индоль- ному кольцу) и окружено гидрофобными радикалами соседних аминокислот. В целом такая структура комплементарна триметиламмоние- вой группе («катионной головке») ацетилхоли- на (см. рис 4-7, б). Кроме того, по другую сторону серина-203 находится небольшое гидрофобное углубление, по размерам соответствующее метальной группе ацетильного остатка. Оно тоже способствует притяжению субстрата, но главное - совместно с анионным участком обеспечивает правильную ориентацию ацетилхолина относительно каталитического центра фермента.

Рис. 4-8. Схема фиксации белкового субстрата на активном центре химотрипсина.

Впадина («ниша»), примыкающая к каталитическому центру, выстлана неполярными радикалами аминокислот (условно обозначено затенением) и приспособлена для сорбции радикала фенилаланина (показан на схеме) либо тирозина, триптофана или лейцина. Превильному расположению их на активном центре способствуют слабые связи (показаны пунктиром) белка-субстрата с другими элементами адсорбционного центра. В итоге каталитической триаде «преподносится» пептидная связь (отмечена зигзагом), обрезованная карбоксильной группой аминокислоты, попавшей в «нишу». Расщепление этой связи достигается обычным для сериновых эстераз способом (см. рис. 4-7). Сначала происходит вытеснение аминогруппы (в качестве Ы-конца того из продуктов реакции, который на схеме выделен жирным шрифтом). Этому сопутствует передача серину-195 той карбонильной группы, которая принадлежит аминокислоте, фиксированной в «нише». На следующей стадии эта группа покидает серин (путем гидролиза сложноэфирной связи, только что образованной им), т.е., освобождается второй продукт реакции. - в виде полипептида, у которого С-концевой аминокислотой является в приведенном примере фенилаланин (а в других случаях может оказаться тирозин, триптофан или лейцин). Следует еще отметить, что химотрип- сину, в общем-то, безразлично, какая аминокислота выступает в качестве К’ (т.е., станет Г^-концевой в первом из двух продуктов расщепления пептидной сеязи в молекуле белка).

Многие из сериновых эстер аз не имеют анионного участка в активном центре. Поэтому подходящим для них субстратом является ие ацетилхолин, а молекула эфира, не несущая заряда. Например, гидролиз эфиров холестерола с высшими жирными кислотами катализирует холестеролэстераза. Ее адсорбционный центр представлен обширными гидрофобными зонами, одна из которых фиксирует полицикличе- скую структуру холестерола, а другая сорбирует углеводородный «хвост» жирной кислоты.

У ряда сериновых протеиназ главную часть адсорбционного центра составляет особое углубление («ниша», «карман»), стенки которого выстланы неполярными радикалами аминокислот. Проникать в такую полость способны только гидрофобные фрагменты субстрата. В активном центре химотрипсина размеры «ниши» таковы, что размещаться в ней (и удерживаться силами гидрофобного взаимодействия) могут достаточно крупные радикалы таких аминокислот, как, например, фенилаланин (рис. 4-8). При этом пептидная связь, образуемая его карбоксильной группой, оказывается в зоне каталитической триады (такой.ориентации способствуют и другие элементы адсорбционного центра, влияние которых обозначено пунктирными линиями). Наступающий затем гидролиз этой связи (на рис. 4-8 она указана зигзагом) приводит к расщеплению молекулы белка-субстрата на два полипептидных фрагмента, в одном из которых С-концевое положение занимает (в данном примере) фенилаланин. Таким образом, химотрипсин способен расщеплять молекулу белка во всех тех местах, где имеются остатки фенилаланина (а также тирозина, триптофана или лейцина, обладающих столь же крупными неполярными радикалами, приемлемыми для гидрофобной «ниши»).

В активном центре трипсина тоже имеется аналогичная «ниша», примыкающая к каталитическому центру, но на дне ее расположена карбоксильная группа аспартата, несущая отрицательный заряд. В таком адсорбционном центре могут размещаться лишь радикалы лизина или аргинина, полиметиленовые цепочки которых оканчиваются положительным зарядом на атомах азота. Следовательно, в белковой молекуле субстрата трипсин будет гидролизовать только те пептидные связи, которые образованы с участием группы -СООН лизина или аргинина. Этот фермент, как и химотрипсин, безразличен к структуре другого участника атакуемой пептидной связи (К' на рис. 4-8).

Таким образом, именно адсорбционный центр предопределяет субстратную специфичность фермента. Иначе говоря, своеобразием своей структуры этот участок формулирует на языке физико-химических свойств перечень тех требований, которым должна отвечать молекула субстрата. Но это еще не все. Он не только «узнает» молекулу, пригодную в качестве субстрата, но и ориентированно связывает ее, - как бы «преподносит» каталитическому центру в наиболее удобном для него положении.

Сорбция субстрата на адсорбционном центре фермента — процесс обратимый, ибо осуществляется за счет только нековалентных связей. По мере их возникновения (в одной точке, другой и т.д.) происходит правильное размещение субстрата на активном центре, которое стимулирует вполне определенную конформа- ционную подвижку элементов активного центра (включая его каталитический участок). Это приводит к обеспечению более точного соответствия между пространственными структурами субстрата и активного центра. Следовательно, - и к более успешной работе каталитического центра.

Вещества, похожие на субстрат, тоже могут связываться с адсорбционным центром. Однако затем такая подмена обнаруживает себя. Например, если фермент катализирует гидролиз какого-либо сложного эфира R'-C(0)-0-R", то молекула простого эфира аналогичного строения (R'-CHy-O-R”) имеет высокие шансы нековалентного связывания с адсорбционным центром этого фермента. Однако тогда в зоне каталитического участка окажется не сложноэфирная группировка «истинного» субстрата, а простая эфирная связь, не поддающаяся расщеплению данным ферментом. Занимая адсорбционный центр, такой аналог препятствует взаимодействию фермента с настоящим субстратом. Тем самым он затрудняет работу всего активного центра, т.е. является ингибитором данного фермента. Причем, обратимым ингибитором (т.е., соединяющимся с ферментом нековалентно). Такого рода обратимые ингибиторы называют конкурентными. ибо они «соперничают» с субстратом за обладание активным центром. Добавление субстрата способствует вытеснению им молекул ингибитора из активного центра и, следовательно, ослаблению угнетающего эффекта. В конечном счете все большим повышением концентрации субстрата можно совсем вытеснить ингибитор из активного центра и восстановить изначальную работоспособность фермента.



загрузка...