Специфические взаимодействия фермента и субстрата

Это – такие, эффективность которых возрастает при образовании переходного состояния комплекса (ES*). Они приводят к снижению энергии активации. Специфичность взаимодействия обеспечивается здесь конформационными изменениями гидрофобной части активного центра фермента. После чего происходит образование водородных связей, гидрофобных и электростатических взаимодействий.

Продуктивные фермент-субстратные взаимодействия

o Это – такие, эффективность которых сохраняется в период переходного состояния реакции (ES*).

Непродуктивные (неспецифические) фермент-субстратные взаимодействия

обычно нарушаются в период переходного состояния реакции

Напряжение (дестабилизация) фермент-субстратного комплекса (образование продукта)

• Вызывается последовательным возрастанием эффективности взаимодействий в переходном состоянии реакции в результате конформационных изменений активного центра (а также части или всей макромолекулы) фермента.

• В результате обеспечивается снижение энергетического барьера реакции.

Источником энергии для этого процесса отчасти является взаимодействие фермента с новыми молекулами субстрата, возвращающими белковую молекулу в прежнюю конформацию.

В большинстве случаев причины до конца остаются не выясненными.

Таким образом, молекулярно-биологические аспекты ферментативного катализа касаются исследования соотношения между эффективностью связывания фермента с субстратом и эффективностью катализа реакции.

Лучше связывание – лучше катализ, Связывание улучшается – катализ не меняется;Связывание улучшается – катализ ухудшается, Связывание не меняется – катализ не меняется;Связывание ухудшается – катализ ухудшается.

Мембранно-связанные белки.

o Характеризуются многообразием (напр., в плазмолемме эритроцитов ок. 100 различных белков).

o Классификация по структуре – отсутствует

o Классификация по функциональной роли – сложна, из-за полифункциональности многих белков

Классификация по функциональности
(Мушкамбаров, Кузнецов, 2003):

1. Структурные белки

2. Транспортные белки

3. Белки межклеточных взаимодействий

4. Белки, участвующие в передаче сигналов:

n Рецепторные белки, Белки передающего устройства,Ферменты

G -БЕЛКИ:

n Этой группе белков принадлежит особо важная роль в передаче сигналов в клетку и внутри клетки.

n Белки характеризуются тем, что в своей структуре содержат GTP или продукт его гидролиза – GDP.

Присутствие в окружающей среде GTP обеспечивает превращение одной формы и конформации белка – в другую:G-белок-GDP + GTP = G-белок-GTP* + GDP.

Т.к. G-белок обладает собственной GTP-азной активностью, комплекс G-белок-GTP* существует определённое время.

• Такой комплекс вступает во взаимодействие со специальным белком, что вызывает изменение конформации и активности G -белка:

G- белок -GTP* + Prot à Prot-G- белок -GTP.

• Конечный комплекс взаимодействует с рецепторами, обеспечивая дальнейший каскад ответных ферментативных реакций

Далее такой сигнал приводит к временной активации ферментных систем,

В результате их действия активируются другие ферменты и процессы, важные для перехода клетки в новое физиологическое состояние.

После гидролиза GTP:комплекс распадается, сигнал исчезает, перестают выполняться все физиологические процессы, зависимые от этого рецептора.

Нормальный ген с-Н-ras кодирует белок с молекулярной массой в 21 кДа (р21).

Он находится в цитоплазматической мембране и является предшественником онкобелка.

Его функция в нормальной клетке связана с восприятием внешнего сигнала, стимулирующего рост и деление клетки.

Механизм действия р21:

l Накопление в клетке GTP приводит к образованию комплекса р21- GTP,

l Его время полужизни составляет примерно 1 час, т.к. р21 расщепляет связанный GTP.

l Появление в клетке специального белка GAP (GTP - ase activating protein) приводит к образованию комплекса вида GAP - p 21- GTP.

l Известно, что белок GAP взаимодействует с рецептором фактора роста и, возможно, делает его восприимчивым к другим сигналам (веществам).

• Тройной комплекс GAP - p 21- GTP значительно усиливает восприимчивость рецепторов.

o Мутации гена c-H-ras: приводят к тому, что даже присоединение белка GAP к комплексу p 21- GTP не увеличивает скорости гидролиза GTP.

o В результате стабильность комплекса GAP - p 21- GTP значительно возрастает, что увеличивает время восприимчивости клеток к факторам роста.

o Таким образом, нормальные клетки превращаются в опухолевые, а мутантный ген c-H-ras становится онкогеном.