Молекулярная биология. Структура и функция белков - Степанов В.М.
ISBN 5-06-002573-Х
Скачать (прямая ссылка):
8*-56,
[3-Гликоэидиая саюь
Н
Рис. 10.6. Повторяющееся дисахаридное звено в полисахаридной цепи муреина
К карбоксильной группе лактильного фрагмента N-ацетилмурамовой кислоты (NAM) присоединяются поли-пептидные мостики, соединяющие полисахаридные цепи. Лизоцим атакует /?-гликозидную связь между остатками NAM и N-ацетилглюкозаыина (NAG), так что атом кислорода этой связи оказывается у N-aueTWirnio-козамина
ные пептидные цепочкй,w поперечно соединяющие полисахаридные цепи в протяженную двумерную структуру. Известны лизоцнмы жи вотных, содержащиеся преимущественно в секрете слизистых оболочек, которые они защищают от микроорганизмов, лизоцимы бактериофагов, используемые для проникновения в бактериальную клерку и выхода из нее зрелого фага. Наиболее подробно изучен лиэоцим белка куриною яйца, который и будет рассматриваться далее. Он состоит из одной полипептидной цепи, содержащей 129 аминокислотных остатков.
Имеющиеся сведения о механизме действия лизоцима основаны по преимуществу на данных рентгеноструктурного анализа фермента и его комплексов с аналогами субстрата — олигосахаридами,: построенными из N-ацетилглюкозамина.
Тгр-62
I
Показана система водородных связей (обозначены стрелками), обеспечивающих связывание части субстрата. - колец А, В, С- Эти связи дополняются ван-дер-ваальсовыми контактами, в частности с индольным кольцом триптофана
' ОИЬ •
234 ^
Образование комплекса протяженного полисахарида и фермента является результатом множественных нековалентных взаимодействий между ферментом и шестью последовательно расположенными моно-сахариАными звеньями А—В—С—D—Е—F, укладывающимися в зоне связывания субстрата (рис. 10.7).
По-видимому, наиболее прочно связывается звено С субстрата, расположенное неподалеку от расщепляемой гликозидной связи. С ним фермент образует четыре водородные связи — две за счет ацета-мидной группировки субстрата, которая формирует нечто вроде /3-структуры с карбонильной группой остатка 107 и NH-группой остатка 59, и еще две связи за счет NH-групп индольных колец триптофана Тгр-62 и Тгр-63. Предшествующие звену С звенья А и В образуют с ферментом по одной водородной связи.
Определенную роль в формировании фермент-субстратного Комплекса играют и ван-дер-ваальсовы взаимодействия, в частности между кольцом В и остатком Тгр-62. Впрочем, мутанты лизоцима, в которых этот остаток заменен на тирозин, фенилаланин или гйстидин, обладают даже несколько большей активностью.' Характерно, что укладка первых трех звеньев полисахаридной цепи — А, В и С — требует локальных изменений в прилегающих участках фермента. Так, индольное кольцо Тгр-62 перемещается на 0,7 А, Освобождая место для .плотного укладывания субстрата.
Есть основания полагать, что образование фермент-субстратного комплекса начинается со связывания моносахаридных звеньев А, В и С, вслед за которыми во впадину на поверхности фермента укладываются еще три звена: D, Б и F. Непосредственно наблюдать связывание этой части субстрата не удается, поскольку гексасахарид быстро расщепляется лизоцимом. Однако размещение модели гексасахаридного субстрата на пространственной модели фермента показало, что звенья Е и F не только легко укладываются, но и образуют, ряд нековалентных взаимодействий в зоне связывания.
Сложнее обстоит дело с остатком D, а именно его /?-гликозидная связь с остатком Е атакуется ферментом в гексасахариде. Это звено нельзя разместить в зоне связывания фермента в обычной для моносахаридов конформации '’кресла" — оно не укладывается в субстратную щель из-за помех, вызываемых слишком близкими контактами атомов С-6 и 0-6 этого звена с лизоцимом. Эти помехи, однако, полностью снимаются, если звено D изменит свою конформацию и перейдет в напряженную конформацию "полукреола'1 (рис. 10.8).' Таким образом/ связывание субстрата должно благоприятствовать искажению-1 * !
конформации вблизи атома углерода С-1 звена D, который непосредственно участвует в реакции. Характерно, что аналоги субстрата, содер-
235
Ач
Рис. 10.8. Конформация "полукреола1', свойственная' шести членньш циклам (в том числе моносахаридам) с двойной связью в цикле
жащие концевой глюконолактон, также имеющий конформацию полу-кресла, очень прочно связываются ферментом и выступают в качестве его ингибиторов.
Предполагают, что дальнейшее действие лизоцима (рис. 10.9) обусловлено сближением гликозидной связи соединяющей звенья D и Б, и карбоксильной группой остатка Glu-Зб, который входит в активный центр фермента. Эта карбоксильная группа находится в гидрофобном окружении, поэтому ее диссоциация привела бы к энергетически невыгодному образованию отрицательно заряженного карбоксилат-аниона в неполярной среде, где затруднена его гидратация. Как следствие, карбоксильная группа остатка Glu-Зб является более слабой кислотой по сравнению с другими карбоксильными группами лизоцима (ее рК* близок к б) и, как правило, в свободном ферменте она удерживает протон.
