В. Что такое активный центр фермента? Опишите его строение и функции.

А. Аллостерическим ферментами называют ферменты, активность которых регулируется не только количеством молекул субстрата, но и другими веществами, называемыми эффекторами. Учавствующие в аллостерическо регуляции эффекторы - клеточные метаболиты, часто именно того пути, регуляцию которого они осуществляют. Эффекторами аллостерических ферментов могут быть: промежуточные метаболиты, конечные продукты метаболических путей, субстраты метаболических путей, кофакторы и коферменты, гормоны, лекарственные препараты.

Особенности строения и функционирования аллостерических ферментов:

-обычно это олегомерные белки, состоящие из нескольких протомеров или имеющие доменное строение

- они имеют аллостерический центр, пространственно удаленный от каталетического активного центра

- эффекторы присоединяются к ферменту нековалентно в аллостерических (регуляторных) центрах

-аллостерические центры также, как и каталитические, могут проявлять различную специфичность по отношению к лигандам: она может быть абсолютной и групповой. Некоторые ферменты имеют несколько аллостерических центров, одни из которых специфичны к активаторам, другие к ингибиторам

- протомер, на котором находится аллостерический центр, - регуляторный протомер, в отличие от каталитического протомера, содержащего активный центр, в котором проходит химическая реакция

- аллостерические ферменты обадают свойством кооперативности: взаимодействия аллостерического эфектора с аллостерическим центром вызывает последовательное кооперативное изменение конформаии всех субъединиц, приводящее к изменению конформации активного центра и изменению сродства фермента к субстрату, что снижает или увеличивает каталитическую активность фермента

- аллостерическая регуляция имеет обратимый характер. Отсоединение эффектора от регуляторной субъединицы восстанавливает исходную каталитическую активность фермента

-аллостерические фермены катализируют ключевые реакции данного метаболического пути

Роль аллостерических ферментов в метаболизме клетки. Аллостерическая регуляция имеет большое значение в следующих ситуациях:

-при анаболических процессах. Ингибирование конечным продуктом метаболического пути и активация начальными метаболитами позволяют осуществлять регуляцию синтеза этих соединений

-при катаболических процессах. В случае накопления АТФ в клетке происходит ингибирование метаболических путей, обеспечивающих синтез энергии. Субстраты при этом расходуются на реакции запасания резервных питательных веществ.

- для координации анаболических и катаболических путей. АТФ и АДФ – аллостерические эффекторы, действующие как антагонисты

-для координации параллельно протекающих и взаимосвязанных метаболических путей (например, синтез пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, используемых для синтеза нуклеиновых кислот).

Таким образом, конечные продукты одного метаболического пути, могут быть аллостеричсекими эффекторами другого метаболического пути.

Б. Аллостерическое ингибироване – это тип неконкурентного ингибирования, который реализуется в ферментных системах, катализирующих несколько последовательных реакций, если действие одного из ферментов, реагирующих в начале процесса, подавляется одним или несколькими продуктами последующих ферментативных реакций. Отрицательные эффекторы, которые тормозят превращение субстрата в активном центре фермента, выступают в роли аллостерических ингибиторов. Аллостерическими эффекторами ферментов наиболее часто выступают различные метаболиты, а также гормоны, ионы металлов, коферменты. В редких случаях роль аллостерического эффектора ферментов выполняют молекулы субстрата.

Действие дизопропилосфата на ацетилхолинэстеразу

Механизм действия аллостерических ингибиторов на фермент заключается в изменении конформации активного центра. Снижение скорости ферментативной реакции является либо следствием увеличения Km, либо результатом снижения максимальной скорости Vmax при тех же насыщающих концентрациях субстрата, т.е. фермент частично работает вхолостую.

1. Эффектор присоединяется в аллостерическом центре.

2. Изменяется конформация аллостерического центра.

3. Изменяется конформация фермента

4. Нарушается комплементарность активного центра субстрату.

5. Изменяется конформация активного центра.

6. Уменьшается скорость ферментативной реакции.

В. Активный центр фермента – это участок его молекулы, к которому присоединяется субстрат, и который обеспечивает превращение субстрата в продукты реакции. Активный центр формируется на уровне третичной или четвертичной структуры и состоит из уникального набора радикалов аминокислот. Аминокислотные радикалы в активном центре могут находиться в любом сочетании, при этом рядом располагаются аминокислоты, значительно удаленные друг от друга в линейной цепи.

У ферментов, имеющих в своем составе несколько мономеров, может быть несколько активных центров по числу субъединиц. Также две и более субъединицы могут формировать один активный центр.

У сложных ферментов в активном центре обязательно расположены функциональные группы кофактора. В свою очередь в активном центре выделяют два участка:

- якорный (контактный, связывающий) – отвечает за связывание и ориентацию субстрата в активном центре,

- каталитический – непосредственно отвечает за осуществление реакции.

Активный центр имеет форму узкого углубления или щели, в которую ограничен доступ воде, за исключением тех случаев, когда вода является одним из реагирующих веществ. В этом углублении присутствует несколько полярных аминокислотных остатков, необходимых для связывания субстрата и катализа.

Роль активного центра:

- «эффект сближения и ориентации реагентов» - свойство активного центра, которое осовано на расположении в активном центре субстратов таким образом, чтобы учавствующие в реакции функциональные группы субстратов находились в непосредственной близости друг к другу.

-способствует дестабилизации межатомных связей в молекуле сбстрата, что обегчает протекние химической реакции. Это свойство называется «эффект деформации субстрата»

-пасииивный участок для связывания субстрата (очень обобщенное понятие, которое применяется не для всех этапов ферментативного катализа)

У холофермента в состав активного центра входят также функциональные группы кофермента.

 

28