Биохимия - Химические реакции в живой клетке Том 2 - Д. Мецлер 1980

Типы реакций, катализируемых ферментами
Реакции нуклеофильного замещения (реакция типа 1)
Другие ферменты, действующие на гликозиды

Широко распространенные а-амилазы [21, 22] являются эндогликозидами, гидролизующими полисахаридные цепи крахмала путем атак в случайных точках, расположенных далеко от концов полисахаридной цепи, с образованием коротких полисахаридных цепей (декстринов) и простых сахаров. Реакция протекает с сохранением конфигурации, причем образующиеся восстанавливающие группы находятся в а-аномерных формах. а-Амилазы обнаружены как у растений, так и у животных. Например, один высокоактивный фермент этого класса найден в слюне человека¹⁾, а другой вырабатывается поджелудочной железой. По-видимому, всем а-амилазам совершенно необходимы хлорид-ионы, действующие как активаторы. Однако, какова их роль в механизме действия фермента, до сих пор не ясно.

Изучение характера действия а-амилаз позволяет обнаружить многие детали возможного типа связывания субстрата, а также выяснить возможные механизмы ферментативного действия [22, 23]. У фермента из поджелудочной железы свиньи область связывания субстрата имеет, по-видимому, пять подцентров, каждый из которых способен удерживать один остаток глюкозы. Расщепление цепи происходит по связи между остатками, связанными со вторым и третьим подцентрами (пронумерованными от восстанавливающего конца молекулы субстрата). При использовании различных О-замещенных субстратов было найдено, что наличие оксиэтильных групп во многих частях молекулы субстрата не мешает проявлению каталитического действия фермента. Однако при использовании субстратов, содержащих оксиэтильную группу при С-2, С-3 или С-6 того остатка глюкозы, у которого происходит замещение, ферментативное действие блокируется. Лактон мальтобионовой кислоты (4-глюкозильное производное 5-глюконолактона) является мощным ингибитором конкурентного типа. Следовательно, можно думать, что субстрат этого фермента имеет конформацию полукреcла в переходном состоянии или в состоянии, близком к переходному. Френч и др. [23] высказали предположение, что фермент прочно удерживает глюкозильный остаток за счет образования водородных связей с гидроксильными группами при С-3 и С-6, а затем вызывает вращение вокруг связи С-2—С-3 путем точного захвата и смещения гидроксильнЬй группы при С-2 [стадия а в уравнении (7-12)]. Таким образом, Конформационные изменения в молекуле фермента могут быть связаны с превращением структуры субстрата в Переходное состояние. Так же как и в случае лизоцима, наряду со стабилизацией карбоний-иона соседним карбоксилат-ионом предполагается протонирование мостикового атома кислорода (возможно, имидазольной группой). Еще одна возможность заключается в том, что карбоксилат-ион образует настоящую связь с С-1 [как в уравнении (7-6)], и в результате этот процесс завершается конформационной перестройкой в кольце сахара, что приводит к образованию высокоэнергетической переходной Конформации формы лодки [22] [стадия б в уравнении (7-12)].

¹⁾ Однако у некоторых вполне нормальных индивидуумов этот фермент полностью отсутствует.

Class="center">

Изучение амилаз важно для понимания еще одного аспекта действия ферментов. Вопреки общепринятому представлению, что место атаки биополимеров эндолитическими ферментами носит случайный характер, было показано, что в амилазной реакции после осуществления первого акта каталитической реакции один из полисахаридных продуктов часто остается на ферменте в связанном состоянии. Молекула полисахарида просто «перескальзывает», пока вновь не займет все подцентры субстратсвязывающего центра и не начнется вторая «атака». а-Амилаза из поджелудочной железы свиньи проводит в среднем семь каталитических актов за то время, пока она находится в комплексе с амилозой [24]. Возникает важный вопрос, существует ли специальный механизм, при помощи которого фермент обусловливает перемещение субстрата, или отщепляющийся продукт просто диффундирует на короткое расстояние, находясь в ячейке растворителя. Последнее объяснение является, по-видимому, более вероятным [24]. Концепция многократной атаки, вытекающая из этих исследований, может сыграть важную роль в понимании таких биосинтетических механизмов, как Репликация и Introduction/24.html">METABOLISM/31.html">Транскрипция ДНК (гл. 15).

ß-Амилазы, типичные Ферменты растений, действуют по экзо-типу, отщепляя от концов цепи одновременно по две сахарные единицы в виде мальтозы. Исходная a-связь инвертируется, приводя к образованию ß-мальтозы. Таким образом, возможно либо прямое одноактное замещение водой, либо механизм с участием карбоний-иона [25].

Известно много других гликозидаз. Некоторые из них относятся к числу гидролитических ферментов, предназначенных для отщепления определенных сахарных колец от молекул субстратов. Многие биосинтетические гликозилтраисферазы переносят гликозильные звенья с одной молекулы на другую (гл. 5, разд. Б,1, В,1 и Г, 1; гл. 12, разд. В, 1).