Главная / Молекулы и клетки / Ферменты, переваривающие белки / Основные принципы механизма действия ферментов

Основные принципы механизма действия ферментов

30.05.2010г.

Рассмотрим теперь некоторые основные принципы механизма действия ферментов. Каждый атом имеет ограниченное число электронов, которые могут быть обобщены с электронами окружающих атомов, что приводит к образованию химических связей. Если атом получает дополнительные электроны, то он способен присоединить их лишь после того, как освободится от своих собственных электронов, то есть после разрыва химической связи. При гидролизе полипептидов разрыв связи вызывается, как правило, нуклеофильным реагентом — соединением, имеющим избыток электронов (смотрите рисунок ниже).

Разрыв связи

Разрыв связи

Согласно современным представлениям, для разрыва связи требуется нуклеофильный реагент — активная группа, имеющая избыток электронов. Нуклеофильный реагент (: Y) обладает парой неподеленных электронов. При взаимодействии нуклеофильной группы с субстратом (R*CO*X) образуется неустойчивое промежуточное соединение, в котором ко всем четырем связям углеродного атома присоединены какие-либо заместители. В результате разрыва связи С*Х освобождается X (это атом азота в полипептидах или атом кислорода в сложных эфирах).

Когда углеродный атом пептидной связи присоединяет электроны, связь между атомами углерода и азота разрывается и освобождается аминная группа. Согласно современным представлениям, химотрипсин катализирует гидролиз пептидных связей благодаря тому, что некоторые группы на поверхности его молекулы являются эффективными донорами электронов.

Не возникает, конечно, никаких сомнений в том, что механизм действия фермента гораздо сложнее. Прежде всего следует помнить, что фермент связывается с субстратом; при этом реагирующие группы субстрата и фермента приходят в тесное соприкосновение друг с другом.

Одни функциональные группы фермента являются эффективными нуклеофильными реагентами (например, пятичленное имидазольное кольцо аминокислоты гистидина). В то же время другие группы стабилизируют промежуточные продукты гидролиза; так, короткая, но весьма реакционноспособная боковая группа аминокислоты серина способна временно соединяться с кислотными группами субстрата, образуя сложный эфир (смотрите рисунок ниже).

Здесь изображен гипотетический механизм гидролиза
субстрата активным центром фермента (химотрипсина или трипсина)

Здесь изображен гипотетический механизм гидролиза субстрата активным центром фермента (химотрипсина или трипсина)

В состав активного центра входят функциональные группы двух остатков гистидина (незаштрихованная область с двумя имидазольными кольцами) и одного остатка серина (черный цвет). Химическая природа группы X не установлена. Сначала сложный эфир сближается с активным центром (1) и ОН-группа серинового остатка начинает нуклеофильную атаку (2). Затем образуется неустойчивое промежуточное соединение (3), после чего эфир расщепляется и образуется ацилфермент (4). Освободившийся при расщеплении эфира спирт замещается молекулой воды (5), ОН-группа которой начинает вторую нуклеофильную атаку (6). В результате образуется еще одно неустойчивое промежуточное соединение (7). Наконец, освобождаются кислотный компонент сложного эфира и фермент, который возвращается в свое исходное активное состояние (8).

Сказанное можно пояснить на примере гидролиза синтетического субстрата n-нитрофенилацетата, представляющего собой эфир уксусной кислоты и ароматического спирта нитрофенола.


«Молекулы и клетки», под ред. Г.М.Франка





Читайте далее: