Соединение химотрипсиногена с субстратами или ингибиторами химотрипсина

Как показали опыты, химотрипсиноген способен соединяться с субстратами или ингибиторами химотрипсина во многом так же, как сам химотрипсин. Следовательно, в молекуле зимогена имеется связывающий центр; каталитический же центр зимогена не способен функционировать до тех пор, пока в результате активации не будет разорвана специфическая пептидная связь.

Согласно современным представлениям, при таком разрыве связи изменяется конформация белковой молекулы, так что группы, участвующие в механизме расщепления связи, принимают нужную ориентацию в пространстве. У трипсина и химотрипсина такими группами служат два остатка гистидина и активный остаток серина. Связывающий и каталитический участки составляют вместе активный центр; следовательно, они должны находиться рядом или перекрываться. Поскольку один из них уже содержится в зимогене, конформационные изменения при активации зимогена сосредоточены, по-видимому, на очень небольшом отрезке молекулы.

Микрофотографии кристаллов трипсиногена (слева)
и трипсина (справа) быка

Активация зимогена сопровождается резким изменением кристаллической структуры.

В этой статье для иллюстрации взаимосвязи между химической структурой и ферментативной функцией был использован пример химотрипсина и трипсина. Не следует, однако, думать, будто механизм гидролиза пептидной связи одинаков для всех протеолитических ферментов и непременно требует совместного действия остатков гистидина и серина. Каталитическую функцию могут осуществлять и другие группы, например свободная тиогруппа (SH). К числу протеолитических ферментов, активность которых связана с SH-группами, относятся некоторые ферменты растительного происхождения, в частности папаин (выделен из сока папайи) и фицин (выделен из тканей фигового дерева). Папаин, находящий применение при обработке мяса, обладает полипептидной цепью примерно из 180 аминокислотных остатков; молекула фицина, по-видимому, несколько длиннее.

Известны протеолитические ферменты (пепсин, а также некоторые ферменты бактерий), активные лишь в слабокислой среде. Некоторые аминопептидазы и карбоксипептидазы нуждаются для проявления ферментативной активности в определенных металлах. (Эти ферменты являются экзопептидазами; аминопептидазы расщепляют первую, а карбоксипептидазы — последнюю связь в полипептидной цепи.) Аминопептидазы обычно нуждаются в качестве коферментов в ионах марганца или магния. В активном центре карбоксипептидаз содержится, как правило, прочно связанный атом цинка.

Поведение таких металлсодержащих ферментов можно рассмотреть на примере карбоксипептидазы А. Ее единственную цепь составляют около 300 аминокислотных остатков; их последовательность расшифрована пока неполностью. Однако характер действия этого фермента и структура его активного центра очень хорошо изучены. Б. Вэлли и его сотрудники установили, что в молекуле карбоксипептидазы А содержится атом цинка, который соединяется, по-видимому, с тиогруппой одного из аминокислотных остатков цепи и с концевой аминогруппой цепи. Нормальный фермент гидролизует как полипептиды, так и их эфиры. Если же удалить цинк, то фермент полностью утрачивает активность.

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

• Последовательность аминокислот
• Расположение активных остатков серина
• Сходность структур химотрипсиногена и трипсиногена
• Серин в трипсине и химотрипсине
• Гидролизация субстрата
• Гистидин в химотрипсине и в трипсине
• Структура ферментов
• Активация зимогена
• Замена цинка другим металлом
• Гидролиз белков
• Действие протеолитических ферментов
• Результат действия эндопептидаз и экзопептидаз на белок
• Основные принципы механизма действия ферментов