БИОХИМИЯ - Л. Страйер - 1984

ТОМ 1

ЧАСТЬ I. КОНФОРМАЦИЯ И ДИНАМИКА

ГЛАВА 7. МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ФЕРМЕНТОВ: ЛИЗОЦИМ И КАРБОКСИПЕПТИДАЗА

Заключение

Лизоцим-фермент относительно небольшого размера, расщепляющий полисахаридный компонент клеточных стенок бактерий. По своей структуре указанный полисахарид представляет собой чередующийся полимер остатков N-ацетилглюкозамина (NAG) и N-ацетилмурамовой кислоты (NAM), соединенных гликозидными связями β(l → 4), Лизоцим гидролизует глизозидную связь между С-1 остатка NAM и С-4 остатка NAG. Олигомеры N-ацетилглюкозамина также гидролизуются лизоцимом. При этом гекса-NAG и более длинные полимеры легко расщепляются ферментом, тогда как три-NAG и ди-NAG гидролизуются с крайне малой скоростью. Три-NAG — сильный конкурентный ингибитор фермента. Трехмерная структура лизоцима и его комплекса с три-NAG изучена на атомарном уровне. Установлено, что три-NAG занимает половину щели, идущей поперек молекулы фермента, с которым он связывается большим количеством водородных связей и вандсрваальсовых взаимодействий. На основе данных о структуре комплекса лизоцима с три-NAG была построена модель, предсказывающая, как связывается с лизоцимом его эффективный субстрат гекса-NAG.

Предложена гипотеза механизма каталитического действия лизоцима; суть гипотезы состоит в следующем. Первое; критическими группами для катализа являются деионизированная карбоксильная группа остатка глутамата-35 и карбоксилат-ион ас- партата-52. Обе группы расположены на расстоянии около 3 А от гидролизуемой гликозидной связи, а именно связи между остатками D и Е гексамерного субстрата. Второе: глутамат-35 отдает Н⁺ связи между С-1 кольца D и гликозидным атомом кислорода, что приводит к разрыву этой связи. С-1 кольца D становится положительно заряженным; такая переходная форма называется ионом карбония. Третье: ион карбония реагирует с ОН ^- -группой растворителя, а глутамат-35 присоединяет водород, возвращаясь в исходную протонированную форму. После того как продукты реакции удаляются от фермента в результате диффузии, лизоцим готов к новому каталитическому циклу. Четвертое; скорость катализа значительно увеличивается под действием двух факторов, способствующих промежуточному образованию иона карбония: это электростатический фактор, а именно близость отрицательно заряженной боковой цепи аспартата-52 и геометрический фактор, состоящий в том, что кольцоD деформируется, приобретая конформацию полукресла, что приводит к распределению положительного заряда иона карбония между С-1 и атомом кислорода углеводного кольца.

Карбоксипептидаза А, пищеварительный фермент, расщепляющий С-концевой пептид в полипептидах, служит примером фермента, в основе каталитического действия которого лежит совершенно иной механизм. Структура этого фермента и его комплекса с глицилтирозином - аналогом субстрата- раскрыта на уровне атомного разрешения. Связывание глипилтирозина вызывает большие структурные изменения в области активного центра, в результате которых эта область теряет воду и становится гидрофобной, Пример карбоксинептидазы А иллюстрирует ту важную роль, которую играет в катализе индуцированное соответствие формы фермента форме субстрата. Другая примечательная особенность данного фермента состоит в том, что в его активном центре содержится ион цинка, имеющий существенное значение для катализа. Карбонильный атом углерода расщепляемой пептидной связи поляризуется цинком и становится более чувствительным к нуклеофильной атаке. Здесь мы видим пример индукции смещения электронов в субстрате. При катализе карбоксипептидазой А молекула воды, активированная глутаматом-270, непосредственно атакует карбонильную группу расщепляемой пептидной связи; одновременно тирозин-248 отдает протон на NH-гpyппy этой связи, и в результате происходит гидролиз.