БИОХИМИЯ - Л. Страйер - 1984
ТОМ 1
ЧАСТЬ I. КОНФОРМАЦИЯ И ДИНАМИКА
ГЛАВА 8. АКТИВАЦИЯ ПРОФЕРМЕНТОВ: ПИЩЕВАРИТЕЛЬНЫЕ ФЕРМЕНТЫ И ФАКТОРЫ СВЕРТЫВАНИЯ КРОВИ
Заключение
Активация белков в результате протеолитического расщепления одной или нескольких пептидных связей-широко распространенный механизм регуляции в биологических системах. Если белок в активированной форме является ферментом, то его неактивный предшественник называется проферментом (или зимогеиом). Наиболее изученный процесс активации профермента, это превращение химотрипсиногена в химотрипсин, происходящее следующим путем. Под действием трипсина пептидная связь между остатками 15 и 16 в молекуле химотрипсиногена разрывается и в результате образуется химотрипсин. Возникшая при этом новая концевая аминогруппа изолейцина-16 загибается внутрь молекулы белка, где электростатически связывается с аспартатом-194. Это взаимодействие служит пусковым механизмом для ряда локальных изменений конформации, конечный результат которых - формирование кармана для связывания ароматических (либо больших неполярных) боковых цепей субстрата. Кроме того, формируется полость оксианиона, стабилизирующая переходное состояние.
Критическая роль в механизме каталитического действия химотрипсина принадлежит остатку серина (серин-195) с высокой реакционной способностью. На первом эта
не гидролиза пептидного субстрата происходит этерификация карбоксильного компонента субстрата с гидроксильной группой серина-195, приводящая к образованию ковалентно связанного промежуточного продукта ацил—фермент. Этот промежуточный продукт гидролизуется на втором этапе катализа. Ключевую роль как в ацилировании, так и в деацилировании фермента играет также гистидин-57. На деле серин-195 становится сильным нуклеофильным агентом в результате формирования ряда водородных связей: он соединяется водородной связью с гистидином-57, который в свою очередь соединяется водородной связью с аснартатом-102, расположенным в глубине молекулы. В итоге эти три остатка составляют систему переноса заряда, ускоряющую катализ примерно в 103 раз. Такая же система переноса заряда имеется в трипсине, эластазе и тромбине. Все эти ферменты подобны химотрипсину по аминокислотной последовательности, конформации и механизму каталитического действия, но отличаются от него по специфичности. Такие вариации на одну тему, видимо, результат происхождения от общего предшественника и последующей дивергентной эволюции. Три других основных типа протеолитических ферментов-это цинксодержащие, тиоловые и карбоксипротеиназы.
Активация проферментов играет также ведущую роль в регуляции свертывания крови. Поразительная особенность процесса свертывания состоит в том, что он организован как каскад превращений проферментов, в котором активированная форма одного фактора свертывания катализирует активацию следующего. Свертывание крови происходит в результате взаимодействия двух последовательностей реакций, получивших название внешнего и внутреннего механизмов. Оба механизма необходимы для нормального свертывания крови. Они сливаются в общий механизм, приводящий к формированию фибринового сгустка. Фибрин образуется из фибриногена, высокорастворимого белка плазмы, путем гидролиза четырех пептидных связей между остатками аргинина и глицина. Катализирует эту реакцию тромбин-фермент, сходный с трипсином. В результате гидролиза от фибриногена отщепляются два А-пептида и два В-пептида, на долю которых приходится около 3% молекулы фибриногена. Образующийся в результате мономер фибрина спонтанно полимеризуется в длинные нерастворимые нити фибрина. Сгусток фибрина стабилизируется далее ковалентными поперечными связями, образующимися в результате реакции трансамидирования между боковыми цепями специфических остатков глутамина и лизина. Для карбоксилирования остатков глутамата в протромбине и некоторых других факторах свертывания необходим витамин К. Связывание ионов Са2 +γ-карбоксиглутаматом способствует прикреплению протромбина к мембранам тромбоцитов, что ведет к ускорению активации протромбина факторами Ха и V.