1. Механизм каталитической активности ферментов: ковалентный катализ на примере химотрипсина.
Ковалентный катализ основан на атаке нук-леофильных (отрицательно заряженных) или электрофильных (положительно заряженных) групп активного центра фермента молекулами субстрата с формированием ковалентной связи между субстратом и коферментом или функциональной группой аминокислотного остатка (как правило, одной) активного центра фермента.
Действие сериновых протеаз, таких как трипсин, химотрипсин и тромбин, - пример механизма ковалентного катализа, когда ковалентная связь образуется между субстратом и аминокислотным остатком серина активного центра фермента. Термин "сериновые протеазы" связан с тем, что аминокислотный остаток серина входит в состав активного центра всех этих ферментов и участвует непосредственно в катализе. Рассмотрим механизм ковалентного катализа на примере хи-мотрипсина, осуществляющего гидролиз пептидных связей при переваривании белков в двенадцатиперстной кишке (см. раздел 9). Субстратами химотрипсина служат пептиды, содержащие аминокислоты с ароматическими и циклическими
Рис. 2-13. Механизм кислотно-основного катализа на примере алкогольдегидрогеназы печени. I - молекула этилового спирта имеет центр связывания, обеспечивающий гидрофобное взаимодействие активного центра и метильной группы спирта; II - положительно заряженный атом цинка способствует отщеплению протона от спиртовой группы этанола с образованием отрицательно заряженного атома кислорода. Отрицательный заряд перераспределяется между атомом кислорода и соседним атомом водорода, который затем в виде гидритиона переносится на четвёртый углеродный атом никотинамида кофермента NAD+; III - в результате формируется восстановленная форма NADH и уксусный альдегид.
96 гидрофобными радикалами (Фен, Тир, Три), что указывает на участие гидрофобных сил в формировании фермент-субстратного комплекса. Механизм ковалентного катализа химотрипсина рассмотрен на рис. 2-14.
Радикалы Асп102, Гис57 и Сер195 участвуют непосредственно в акте катализа. Вследствие нуклеофильной атаки пептидной связи субстрата происходит разрыв этой связи с образованием ковалентно-модифицированного серина - ацил-химотрипсина. Другой пептидный фрагмент высвобождается в результате разрыва водородной связи между пептидным фрагментом и Гис57активного центра химотрипсина. Заключительный этап гидролиза пептидной связи белков - деацилирование химотрипсина в присутствии молекулы воды с высвобождением второго фрагмента гидролизуемого белка и исходной формы фермента.
- Свободно-радикальные процессы в клетке. Антиоксиданты и ферменты антиоксидантной защиты.
- Процессинг белков: ограниченный протеолиз; введение дополнительных функциональных групп (гликозилирование, фосфорилирование, ацетилирование).
2. Свободно-радикальные процессы в клетке. Антиоксиданты и ферменты антиоксидантной защиты.
Свободный радикал - это молекулярная частица (атом или молекула), имеющая на внешней электронной оболочке один или несколько неспаренных электронов. Радикалы обладают высокой реакционной способностью:
• стремятся вернуть себе недостающий электрон, отняв его от окружающих молекул;
• или избавляются от «лишнего» электрона, отдавая его другим молекулам.
Молекула кислорода (диоксиген) содержит на внешней оболочке два неспаренных электрона. Диоксиген – это бирадикал и, подобно другим радикалам, обладает высокой реакционной способностью.
Все радикалы, образующиеся в организме, вторичные (чаще повреждающие) и третичные можно разделить на:
• природные и чужеродные;
• первичные (могут быть полезными), вторичные (чаще повреждающие) и третичные (радикалы антиоксидантов).
Антиоксиданты
В настоящее время система антиоксидантной защиты клеток от токсичных форм кислорода и продуктов неполного его восстановления изучена и напоминает линию обороны, где каждый рубеж представлен определенным антиоксидантом, при этом в работе отдельных антиоксидантов прослеживается не закон случая, а согласованная работа всего ансамбля антиоксидантов. Несмотря на многочисленные исследования в данной области, сейчас нет уверенности, что современная наука достигла полной ясности в понимании этой сложной проблемы. Однако основные принципы работы системы антиоксидантной защиты известны и все шире применяются на практике.
Наличие в клетке двух несмешивающихся фаз – водной и липидной – определило принципиальное разделение антиоксидантов на водо- и липорастворимые. Первые предназначены для защиты содержимого цитоплазмы и внутриклеточных органелл, крови, лимфы и других биологических жидкостей от реакций самопроизвольного окисления. Вторые выполняют функции антиоксидантов в биологических мембранах и липидсодержащих частицах, например в липопротеинах. Возможность одновременного присутствия в каждой из фаз нескольких типов радикалов, различающихся по активности, предусматривает наличие группы антиоксидантов, обеспечивающих эффективное связывание любого из появляющихся радикалов в любой из имеющихся фаз.
В настоящее время выяснено, что роль антиоксидантов не сводится только к взаимодействию с органическими радикалами и прерыванию ПОЛ. К числу антиоксидантов теперь относят и вещества, препятствующие развитию окислительных процессов.
Такие вещества (в отличие от антиоксидантов прямого действия, непосредственно взаимодействующих со свободными радикалами) относятся к превентивным антиоксидантам, препятствующим самому появлению свободных радикалов и развитию цепных реакций. Основные направления их действия связаны со структурированием мембран, что создает дополнительные трудности в развитии процессов ПОЛ, либо с ограничением возможности распада перекисей по свободнорадикальному механизму. В последнем случае превентивные антиоксиданты либо переводят перекиси в неактивные продукты (спирты, альдегиды или кетоны), либо связывают ионы металлов переменной валентности, что затрудняет распад перекисей на свободные радикалы. Таким образом, число веществ, рассматриваемых в настоящее время в качестве антиоксидантов, значительно расширилось, однако основное внимание обычно уделяется антиоксидантам прямого действия, среди которых выделяют низкомолекулярные антиоксиданты и ферменты антиоксидантной защиты.
В системе антиоксидантной защиты биологических молекул в водной фазе наиболее заметную роль играет глутатион. Последний относится к низкомолекулярным антиоксидантам и состоит из трех аминокислот: у-глутаминовой кислоты, цистеина и глицина.
Из липорастворимых ловцов свободных радикалов наибольшее внимание в научной литературе уделяется а-токоферолу, или витамину Е. Его антиоксидантные функции в первую очередь связаны со способностью отдавать свой атом водорода активному радикалу, превращаясь при этом в малоактивный радикал – токоферил. Витамин Е – еще одна ловушка для всех активных кислородсодержащих радикалов. Особая структура молекулы обеспечивает витамину Е возможность встраиваться в фосфолипидные мембраны и прерывать протекающие в них процессы перекисного окисления липидов.
Важную роль в защите биомембран от окислительной биодеградации играет другой жирорастворимый витамин – витамин А и его заменитель из растительного сырья – (3-каротин. Оба продукта – очередная линия обороны для защиты синглетного кислорода.
Прием антиоксидантов способствуют прекращению негативных явлений окисления в организме и повышению работоспособности (табл. 23).
3. Процессинг белков: ограниченный протеолиз; введение дополнительных функциональных групп (гликозилирование, фосфорилирование, ацетилирование).
Процессинг - расщепление белкового антигена внутриклеточными протеиназами.
Протеолиз — процесс гидролиза белков, катализируемый ферментами пептидгидролазами, или протеазами.
Ограниченный протеолиз — процесс расщепления одной или нескольких пептидных связей в молекуле белка ферментом-протеазой. Ограниченный протеолиз является одной из регуляторных посттрансляционных модификаций. Ограниченный протеолиз может изменять такие свойства белка, как ферментативная активность, способность связываться с другими белками, внутриклеточная локализация.
Примеры ограниченного протеолиза[править | править вики-текст]
Ограниченный протеолиз может использоваться клеткой для разных целей:
- для отщепления N- и С-концевых сигнальных последовательностей в процессе внутриклеточного транспорта белка[2];
- для удаления вспомогательной части полипептидной цепи пробелка, которая помогает формировать правильную третичную структуру (С-пептид в проинсулине);
- для активации предшественников ферментов (пищеварительны
