Химия протеолиза - Антонов В.К.
Скачать (прямая ссылка):
во втором - моликула воды. Более того, второй тип катализа осуществляется и в пьрзом случае на более поздних стадиях процесса (деацилирование).
Таким образом, можно думать, что химический механизм протеолиза в целом очень сходен для всех или большинства протеолитических ферментов. Этот же механизм, по-видимому, используется и другими ферментами, расщепляй цими производные карбоновых кислот (эстеразы, амидазы и т.п). Существуют ли принципиально отличные от известных в настоящее время механизмы гидролиза амидов? На этот вопрос нельзя пока ответить однозначно, однако я думаю, что такая возможность маловероятна.
В чем же причина разнообразия протеаз? Во-первых, она, очевидно, связана с различием в специфичнрсти, которая, с одной стороны, определяется структурой связывающего субстрат участка молекулы белка и, с другой - способностью белковой молекулы использовать энергию связывания субстрата для ускорения его химического превращения. В.Дженкс [91 остроумно сформулировал эту особенность ферментов как "эффект Цирцеи" - способность фермента "завлекать" и превращать субстрат. Во-вторых, причина раз: ообрчзия протеаз заключается в разных условиях их функционирования как в отношении pH, температуры, состава среги, так и в различии их локализации в клеточных органел-лах, цитоплазме, мембраЕзх или биологических жидкостях.
Протеолитические ферменты являются во многих отношениях пробным камнем химической энзимологии. В первую очередь на этом классе ферментов проверяются многочисленные методические приемы исследований и теоретические концепции. Вместе с тем закономерности, обнаруженные для этих объектов, по-видимому, имеют общее значение и справедливы для многих других типов биокатализаторов. Это оправдывает подробное рассмотрение полученных в последние годы данных о структуре, свойствах и механизме действия именно этой группы ферментов, тем более что такого систематического обзора протеаз в химическом аспекте до сих пор не делалось. Мне кажется целесообразным, рассматривая протеазы, привлекать сюда при необходимости и другие ферменты, расщепляющие амидные связи. Для всех ферментов этого типа необходимо общее название. В этой книге все ферменты, катализирующие гидролиз амидов, обозначены термином "амидгидролазы".
Порядок изложения материала в книге, насколько это возможно, воспроизводит последовательные этапы.самого каталитического акта. Сначала рассматриваются реагенты - субстраты и ферменты, их структура и свойства. Ферменты распределены по четырем известным в настоящее время группам, отличающимся структурой каталитического аппарата. Такая классификация основана главным образом на отношении ферментов к специфическим для данной группы ингибиторам. Конечно, для многих амидгидролаз их отнесение к той или иной группе не может считаться окончательным до тех пор, пока не будут получены соответствующие данные о строении активного центра. Сам список ферментов вряд ли можно считать полным, поскольку почти в каждом номере ведущих биохимических журналов появляются сообщения о выделении новых амидгидролаз.
Описание механизмов действия ферментов нельзя проводить, не опираясь на данные о механизмах гидролиза производных карбоновых кислот в присутствии небиологических катализаторов и без знания основных закономерностей гомогенного катализа. Этши вопросам посвящена отдельная глава.
Фактический материал по каталитическим свойствам амидгидролаз (кинетика, специфичность, pH-зависимость и т.п.) собран в двух последующих главах. Эти данные вместе с результатами кристаллографических исследований являют :я основой для понимания собственно каталитического акта. Здесь целесообразно сначала проанализировать структуру фермент-субстратных комплексов и лишь затем - собственно акт химического расщепления связи. Первый этап такого анализа в настоящее время основывается на сравнительно немногочисленных данных рентгеноструктурного исследования комплексов ферментов с ингибиторами или очень медленно расщепляемыми субстратами (квазисубстратами). Экстра -полядая этих данных на истинные фермент-субстратные комплексы требует известной осторожности, однако без этого любые выводы а механизме реакции будут не более чем гипотезами.
Имеющиеся сегодня данные показывают, что элементарный акт химического изменения амидной группы на ферменте происходит, по крайней мере, с наиболее адекватными субстратами, практически спонтанно, с очень низкими активационными барьерами. Это приводит к мысли о том, что все события, приводящие к эффективному катализу амидгидролазами, разыгрываются на стадиях предшествующих образованию переходного состояния. Читатель заметит, что в этой книге автор сравнительно редко анализирует "структуру” переходных состояний. Я убежден, что особенно в ферментативном катализе такой анализ дает значи-
тельно меньше сведений, чем анализ структуры основного состояния реагирующей системы, который может базироваться на четких экспериментальных фактах. Это убеждение привело автора и его коллег к формулированию концепции ферментативного катализа, изложенной в последних разделах этой книги.
