Биохимия - Химические реакции в живой клетке Том 2 - Д. Мецлер 1980

Типы реакций, катализируемых ферментами
Реакции замещения у карбонильных групп
Пепсин

Известно несколько различных семейств протеиназ, причем не все они обязательно содержат в активном центре серин. В одно из семейств входит пепсин желудка и родственные ферменты, например реннин из четвертого желудка (сычуга) теленка. Реннин вызывает быстрое свертывание молока и широко применяется в сыроварении. К этому же семейству относятся некоторые внутриклеточные катепсины и протеиназы различных грибов. Необычным свойством пепсинового семейства протеиназ является то, что они наиболее активны в интервале pH от 1 до 5. Это свойство делает понятным, почему серин и гистидин не входят в состав активного центра этих ферментов. Считают, что у «кислых» протеиназ в механизме двойного замещения роль нуклеофила выполняет карбоксилат-ион, а донором протона по отношению к уходящей группе служит вторая карбоксильная группа. Таким образом, механизм действия пепсина подобен механизму действия лизоцима.

Дополнение 7-В

Ингибиторы протеиназ животных и растений

Преждевременное превращение таких проферментов, как трипсиноген, в активные протеиназы в поджелудочной железе может иметь губительные последствия. Чтобы предотвратить такую преждевременную активацию, поджелудочная железа должна вырабатывать также специфические ингибиторы. Панкреатический ингибитор трипсина представляет собой небольшой белок с мол. весом 6500, специфически связывающийся в активном центре трипсина (K_f = 10¹²М в щелочной среде)^a. Определение кристаллической структуры самого трипсина и его ингибитора показало, что эти две молекулы плотно прилегают друг к другу^б. Ингибитор связывается таким образом, как будто он является пептидным субстратом; один край молекулы ингибитора образует антипараллельную ß-структуру с пептидной цепью фермента. Лизин-15, образующий часть этой ß-структуры, входит в специфический связывающий центр для основной аминокислоты субстрата. Таким образом, ингибитор протеиназы представляет собой модифицированный субстрат, который фактически может подвергаться атаке в активном центре. Однако подгонка двух молекул является настолько тесной, что молекула воды не может участвовать в завершающей стадии каталитического акта, и комплекс остается нереакционноспособным. (В тонкой кишке количество ингибитора не так велико, чтобы воспрепятствовать действию больших количеств трипсина, образовавшегося из химотрипсиногена.)

Ингибиторы протеиназ, блокирующие действие трипсина, найдены также во многих растениях. Обычно наиболее высокая антипротеиназная активность обнаруживается в семенах и клубнях, но синтез ингибиторов протеиназ может быть индуцирован и в других частях растений повреждением поверхности. Возможно, эти ингибиторы защищают растения от насекомых^в. Была изучена структура соевого ингибитора трипсина и его комплекса с трипсином. Этот комплекс сходен с комплексом, включающим панкреатический ингибитор трипсина. Однако соевый ингибитор медленно расщепляется, и исследования дифракции рентгеновских лучей^г показали, что комплекс существует в виде тетраэдрически связанного аддукта, как показано в уравнении (7-13).

Совсем другую роль выполняет а₁-антитрипсин, обнаруженный в а-глобулиновой фракции сыворотки крови. Трипсин отсутствует в тканях, но этот ингибитор блокирует действие множества сериновых протеиназ. Наследственное отсутствие а₁-антитрипсина часто приводит к развитию в раннем возрасте тяжелой эмфиземы легких^д-ж. Известно, что эластаза и нейтральная протеиназа выделяются лизосомными гранулами гранулоцитов крови в очагах воспаления. При отсутствии ингибитора протеиназ нейтральная протеиназа и эластаза (вызывающая локальный распад коллагена) могут работать неупорядоченным образом. Наследственный дефект может заключаться в медленном высвобождении протеиназного ингибитора из места его синтеза в клетках печени^е. Эта ситуация осложняется тем, что у пациентов, у которых отсутствует а1-антитрипсин, не обнаруживается также инактиватор хемотаксического фактора (дополнение 5-Ж).

^а Huber R., Kukla D., Rühlmann A., Steigemann W. (1971). Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol., 36, 141—150.

^б Stroud R. M., Kay L. M., Dickerson R. E. (1971). Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol., 36, 125—140.

^в Green T. R., Ryan C. A. (1972). Science, 175, 776—777.

^г Blow D. M., Janin J., Sweet R. M. (1974). Nature (London), 249, 54—57.

^д Ward P. A., Talamo R. C. (1973). J. Clin. Invest., 52, 516—519.

^е Lieberman I., Mittman C., Gordon H. W. (1972). Science, 175, 63—65.

^ж Cohen A. B. (1973). J. Biol. Chem., 248, 7055—7059.