чем обусловлена специфичность связывания белка с лигандом

Активный центр белков и избирательность связывания его с лигандом

Активный центр белков – определённый участок белковой молекулы, как правило, находящийся в её углублении, сформированный радикалами аминокислот, собранных на определённом пространственном участке при формировании третичной структуры и способный комплементарно связываться с лигандом. В линейной последовательности полипептидной цепи радикалы, формирующие активный центр, могут находиться на значительном расстоянии друг от друга.

Высокая специфичность связывания белка с лигандом обеспечивается комплементарностью структуры активного центра белка и структуры лиганда.

Под комплементарностью понимают пространственное и химическое соответствие взаимодействующих молекул. Лиганд должен обладать способностью входить и пространственно совпадать с конформацией активного центра. Это совпадение может быть неполным, но благодаря конформационной лабильности белка, активный центр способен к небольшим изменениям и «подгоняется» под лиганд. Кроме того, между функциональными группами лиганда и радикалами аминокислот, образующих активный центр, должны возникать связи, удерживающие лиганд в активном центре. Связи между лигандом и активным центром белка могут быть как нековалентными (ионными, водородными, гидрофобными), так и ковалентными.

Характеристика активного центра

Активный центр белка – относительно изолированный от окружающей белок среды участок, сформированный аминокислотными остатками. В этом участке каждый остаток, благодаря своему индивидуальному размеру и функциональным группам, формирует «рельеф» активного центра.

Уникальные свойства активного центра зависят не только от химических свойств формирующих его аминокислот, но и от их точной взаимной ориентации в пространстве. Поэтому даже незначительные нарушения общей конформации белка в результате точечных изменений его первичной структуры или условий окружающей среды могут привести к изменению химических и функциональных свойств радикалов, формирующих активный центр, нарушать связывание белка с лигандом и его функцию. При денатурации активный центр белков разрушается, и происходит утрата их биологической активности.

Часто активный центр формируется таким образом, что доступ воды к функциональным группам его радикалов ограничен, т.е. создаются условия для связывания лиганда с радикалами аминокислот.

Центр связывания белка с лигандом часто располагается между доменами. Например, протеолитический фермент трипсин, участвующий в гидролизе пептидных связей пищевых белков в кишечнике, имеет 2 домена, разделённых бороздкой. Внутренняя поверхность бороздки формируется аминокислотными радикалами этих доменов, стоящими в полипептидной цепи далеко друг от друга (Сер₁₇₇, Гис₄₀, Асп₈₅).

Разные домены в белке могут перемещаться друг относительно друга при взаимодействии с лигандом, что облегчает дальнейшее функционирование белка. Основное свойство белков, лежащее в основе их функций – избирательность присоединения специфических лигандов к определённым участкам белковой молекулы.

— Лигандами могут быть неорганические (часто ионы металлов) и органические вещества, низкомолекулярные и высокомолекулярные вещества;

— существуют лиганды, которые изменяют свою химическую структуру при присоединении к активному центру белка (изменения субстрата в активном центре фермента);

— существуют лиганды, присоединяющиеся к белку только в момент функционирования (например, О₂, транспортируемый гемоглобином), и лиганды, постоянно связанные с белком, выполняющие вспомогательную роль при функционировании белков (например, железо, входящее в состав гемоглобина).

ГЛАВА 3
ФЕРМЕнТЫ. МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ФЕРМЕНТОВ

Ферментами или энзимами называют специфические белки, входящие в состав всех клеток и тканей живых организмов и выполняющие роль биологических катализаторов.

Общие свойства ферментов и неорганических катализаторов:

1. Не расходуются в процессе реакции.

2. Оказывают свое действие при малых концентрациях.

3. Не оказывают влияния на величину константы равновесия реакции.

4. Их действие подчиняется закону действующих масс.

5. Не ускоряют термодинамически невозможных реакций.

Отличия ферментов от неорганических катализаторов.

1. Термолабильность ферментов.

2. Зависимость активности ферментов от рН среды.

3. Специфичность действия ферментов.

4. Скорость ферментативных реакций подчиняется определенным кинетическим закономерностям.

5. Активность ферментов зависит от действия регуляторов – активаторов и ингибиторов.

6. Ряд ферментов при формировании третичной и четвертичной структуры подвергаются постсинтетической модификации.

7. Размеры молекулы ферментов обычно намного превышают размеры их субстратов.

Структура молекулы ферментов

По строению ферменты могут быть простыми и сложными белками. Фермент, являющийся сложным белком называют холоферментом. Белковая часть фермента называется апоферментом, небелковая часть – кофактором. Различают два типа кофакторов:

1. Простетическая группа – прочно связана с апоферментом, часто ковалентными связями.

2. Кофермент – небелковая часть, легко отделяемая от апофермента. Часто коферментами служат производные витаминов.

К коферментам относятся следующие соединения:

— гемы, входящие в состав цитохромов, каталазы, пероксидазы, гуанилатциклазы, NO-синтазы и являющиеся простетической группой ферментов;

— нуклеотиды – доноры и акцепторы остатка фосфорной кислоты;

— убихинон или кофермент Q, участвующий в переносе электронов и протонов в цепи тканевого дыхания;

— фосфоаденозилфосфосульфат, участвующий в переносе сульфата;

— глутатион, участвующий в окислительно-восстановительных реакциях.

Коферментные функции витаминов

Кофакторы – ионы металлов

Более 25 % всех ферментов для проявления полной каталитической активности нуждается в ионах металлов. Рассмотрим их роль в ферментативном катализе.

Роль металлов в присоединении субстрата в активном центре фермента. Ионы металла выполняют функцию стабилизаторов молекулы субстрата, активного центра фермента и конформации белковой молекулы фермента, а именно третичной и четвертичной структур.

Схематично роль кофактора при взаимодействии фермента и субстрата можно представить как комплекс E-S-Me, где Е – фермент, S – субстрат, Ме – ион металла.

К металлоэнзимам относят, например, фермент пируват- киназу.

Роль металлов в стабилизации структуры фермента. Ионы металлов обеспечивают сохранение вторичной, третичной, четвертичной структуры молекулы фермента. Такие ферменты в отсутствие ионов металлов способны к химическому катализу, однако они нестабильны. Их активность снижается и даже полностью исчезает при небольших изменениях рН, температуры и других незначительных изменениях внешнего окружения. Таким образом, ионы металлов выполняют функцию стабилизаторов оптимальной конформации белковой молекулы.

Для стабилизации четвертичной структуры алкогольдегидрогеназы, катализирующей реакцию окисления этанола, необходимы ионы цинка.

Источник

Чем обусловлена специфичность связывания белка с лигандом

В пособии представлены и систематизированы современные сведения по всем разделам биохимии. Рассматриваются основные положения статической, динамической и фундаментальной биохимии. Приведена характеристика метаболизма белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот в норме и при некоторых патологических состояниях. Охарактеризованы особенности метаболизма в различных органах и тканях. Изложены современные представления о молекулярных основах нарушений при ряде патологических состояний и болезней.

Предназначено для студентов медицинских вузов, биологов, врачей.

Глава 1. Введение в биохимию

Глава 2. Строение и функции белков

Аминокислоты и их роль в организме

Уровни структурной организации белков

Глава 3. Ферменты. Механизм действия ферментов

Структура молекулы ферментов

Активный центр фермента

Механизм действия ферментов

Молекулярные механизмы ферментативного катализа

Специфичность действия ферментов

Глава 4. Регуляция активности ферментов. Медицинская энзимология

Ферменты плазмы крови

Применение ферментов в медицине

Глава 5. Структура и функции нуклеиновых кислот

Структура и функции ДНК

Организация генома человека

Глава 6. Биосинтез нуклеиновых кислот

Глава 7. Биосинтез белка

Синтез белка у эукариот

Посттрансляционные изменения белков

Регуляция синтеза белка

Ингибиторы матричных биосинтезов

Использование ДНК-технологий в медицине

Глава 8. Введение в метаболизм

Специфические и общие пути катаболизма

Метаболиты в норме и при патологии

Уровни изучения обмена веществ

Глава 9. Биологические мембраны

Химический состав мембран.

Механизмы мембранного транспорта веществ

Глава 10. Энергетический обмен. Биологическое окисление

Структурная организация цепи тканевого дыхания

Окислительное фосфорилирование АТФ

Нарушения энергетического обмена

Глава 11. Типы окисления. Антиоксидантные системы

Активные формы кислорода (свободные радикалы)

Перекисное окисление липидов (ПОЛ)

Антиоксидантные системы организма

Глава 12. Биохимия гормонов

Механизм передачи гормональных сигналов через мембранные рецепторы

Механизм передачи гормонального сигнала через внутриклеточные рецепторы

Передача сигналов через рецепторы, сопряженные с ионными каналами

Глава 13. Особенности действия гормонов

Гормоны щитовидной железы

Гормоны поджелудочной железы

Регуляция обмена ионов кальция и фосфатов

Гормоны мозгового вещества надпочечников

Гормоны коры надпочечников (кортикостероиды)

Гормоны половых желез

Мужские половые гормоны

Нарушение андрогенной функции

Женские половые гомоны

Применение гормонов в медицине

Глава 14. Биохимия питания

Общая характеристика основных компонентов пищи

Глава 15. Основы витаминологии

Обеспеченность организма витаминами

Применение витаминов в клинической практике

Глава 16. Углеводы тканей и пищи – обмен и функции

Всасывание моносахаридов в кишечнике

Транспорт глюкозы из крови в клетки

Нарушения переваривания и всасывания углеводов

Глава 17. Пути метаболизма глюкозы

Пентозофосфатный путь (ПФП)

Путь глюкуроновой кислоты

Глава 18. Обмен гликогена

Синтез гликогена (гликогеногенез)

Нарушения обмена гликогена

Глава 19. Липиды тканей, переваривание и транспорт липидов

Липиды тканей человека.

Липиды пищи, их переваривание и всасывание.

Глава 20. Обмен триацилглицеролов и жирных кислот

Регуляция синтеза триацилглицеролов

Регуляция мобилизации триацилглицеролов

Обмен жирных кислот

Обмен кетоновых тел

Синтез жирных кислот

Регуляция синтеза жирных кислот.

Глава 21. Обмен сложных липидов

Глава 22. Метаболизм холестерола. Биохимия атеросклероза

Биохимические основы лечения атеросклероза.

Глава 23. Обмен аминокислот. Динамическое состояние белков организма

Переваривание белков в желудочно-кишечном тракте

Наследственные нарушения транспорта аминокислот

Расщепление белков в тканях

Превращение аминокислот микрофлорой кишечника

Пути обмена аминокислот в тканях

Окислительное дезаминирование глутамата

Непрямое дезаминирование аминокислот

Пути катаболизма углеродного скелета аминокислот

Глава 24. Образование и обезвреживание NH3 в организме

Тканевое обезвреживание аммиака

Общее (конечное) обезвреживание аммиака

Вторичная (приобретенная) гипераммониемия.

Глава 25. Метаболизм отдельных аминокислот

Метаболизм фенилаланина и тирозина

Нарушение обмена фенилаланина и тирозина

Глава 26. Обмен нуклеотидов

Биосинтез пуриновых нуклеотидов

Биосинтез пиримидиновых нуклеотидов

Распад нуклеиновых кислот в желудочно-кишечном тракте и тканях

Нарушения обмена нуклеотидов

Глава 27. Регуляция и взаимосвязь метаболизма

Глава 28. Биохимия печени

Роль печени в углеводном обмене

Роль печени в липидном обмене

Роль печени в обмене аминокислот и белков

Обезвреживающая функция печени

Глава 29. Водно-электролитный обмен

Глава 30. Биохимия крови

Особенности метаболизма в форменных элементах крови

Характеристика белков сыворотки крови

Патологии системы свертывания крови.

Глава 31. Биохимия почек

Глава 32. Особенности метаболизма в нервной ткани

Гемато-энцефалический барьер (ГЭБ)

Обмен свободных аминокислот в головном мозге

Энергетический обмен в нервной ткани

Липидный обмен в нервной ткани

Роль медиаторов в передаче нервных импульсов

Нейрохимические основы памяти

Глава 33. Биохимия мышечной ткани

Белки мышечной ткани

Роль ионов кальция в регуляции мышечного сокращения

Источник