9.0.1. Конформационная адаптация фермента к субстрату

Для того чтобы подчеркнуть способность субстратов и ко­ферментов изменить конформацию ферментов (и наоборот), Koshland (1964) ввел термин «наведенное соответствие». Резуль­таты рентгеноструктурного анализа самих ферментов в сравне­нии с данными, полученными для комплекса фермента с мед­ленно реагирующим субстратом или коферментом, подтвердили эту гипотезу.

своего кофермента НАД; кроме того, этот фермент, плотно скрученный, в нормальном состоянии был распрямлен с по­мощью апофермента [Adams et al., 1970]. Еще раньше отмеча­лось, что при образовании связей с активными центрами лизо­цима конформация остатка ацетилглюкозамина переходит из формы «кресла» в форму «полукресла» [Blake et al., 1967]. В настоящее время известно, что активные центры фермента обычно состоят из двух или более аминокислотных остатков, расположенных в разных участках полипептидной цепи фермен­та. Например, для действия содержащегося в яичном белке фермента лизоцима на его субстрат в стенке бактериальных клеток (муреин, см. рис. 5.3, т. 1) необходимо, чтобы сблизи­лись остатки 35 и 52 (глутаминовая и аспарагиновая кислоты соответственно) из разных ветвей фермента [Phillips, 1966]. Тре­тичная структура лизоцима такова, что на его внутренней поверхности расположены преимущественно гидрофобные, а на внешней — гидрофильные группы. Такое строение типично для большинства ферментов.

С помощью рентгеноструктурного анализа было показано, что дрожжевая гексокиназа состоит из двух долей, образую­щих полость, в которую и попадает субстрат — глюкоза. При этом происходит смещение полипептидного остова фермента на 0,8 нм: две доли фермента смыкаются вокруг субстрата так, что снаружи остается лишь гидроксиметильная группа у атома С⁶ глюкозы [Steitz, Shoham, Bennett, 1981].

Уплотнение структуры фермента при взаимодействии с суб­стратом часто происходит и при связывании его с ингибиторами. Так, например, дигидрофолатредуктаза (разд. 9.3). — рецептор таких лекарственных веществ, как метотрексат (4.7), триме­топрим (4.9) и хлоридин (4.8), легко гидролизуется протеолити­ческими ферментами в отсутствие этих препаратов [Burchall, 1966; Hakala, 1966]. Следующие примеры конформационной адаптации (наведенного соответствия), каждый из которых обладает совершенно индивидуальным механизмом, позволяют показать единую природу этого явления (рис. 12.2). Рибонук­леаза образует компактную структуру, гидрофильную снаружи и липофильную внутри, со щелью для захвата субстрата. 6 ак­тивном центре His-12 и His-119 располагаются рядом [Kartha, Bello, Harker, 1967]. Размеры сложенной молекулы рибонуклеа­зы примерно 3X3X3,8 нм (ОММ 15000). При насыщении суб­стратом, например цитидинфосфатом, один остаток гистидина образует связь с фосфатной группой, а другой — с сахаром. Аналогична третичная структура а-химотрипсина: в активном центре Ser-195 и His-57 из разных ветвей фермента располо­жены поблизости друг от друга [Matthews et al., 1967]. Гидрок­сильная группа серина участвует в алкоголизе пептидной свя­зи, приводящем к образованию сложного эфира, который затем подвергается гидролизу, катализируемому имидазольным цик­лом гистидинового остатка.

Результаты рентгеноструктурного анализа с использованием ингибиторов фермента показали, что активный центр карбоан­гидразы человека расположен в полости глубиной 1,2 нм, на дне которой находится атом цинка, окруженный тремя гисти- диновыми остатками (His-94, His-96 и His-119) и одной молеку­лой воды. В активном центре происходит связывание углерода и сульфаниламидного ингибитора [Kannan et al., 1975].

С помощью рентгеноструктурного анализа (разрешение 0,2 нм) было изучено строение карбоксипептидазы А, важного фермента поджелудочной железы, гидролизующего только пеп­тиды с гидрофобными боковыми цепями. Было обнаружено, что атом цинка, являющийся необходимым кофактором, находится в небольшом углублении на поверхности молекулы рядом с глубокой липофильной полостью.

Точная информация об активных центрах ферментов, полу­чаемая с помощью рентгеноструктурного анализа, сделала бес­смысленными умозрительные схемы, до недавнего времени час­то встречавшиеся в литературе по энзимологии. С достаточной уверенностью можно полагать, что это же в скором времени произойдет и со схемами строения рецепторов лекарственных веществ (см., например, рис. 12.3).