8.9. В процессе катализа образуется переходное тетраэдрическое промежуточное соединение

Широкие рентгеноструктурные и химические исследования химотрипсина позволили прийти к определенному выводу относительно механизма его каталитического действия. По-видимому, гистидин-57 и серин-195 непосредственно участвуют в расщеплении пептидной связи субстрата. Гидролиз этой связи начинается с того, что кислородный атом ОН-группы серина-195 атакует карбонильный атом углерода в гидролизуемой пептидной связи субстрата. В результате связь между атомами углерода и кислорода в этой карбонильной группе становится одинарной и атом кислорода приобретает отрицательный заряд. Четыре атома, связанные с углеродом карбонильной группы, располагаются в виде тетраэдра. Образование из плоской амидной группы этого тетраэдрического промежуточного соединения оказывается возможным только благодаря возникновению водородных связей между отрицательно заряженным атомом кислорода гидроксильной группы (называемым оксианионом) и двумя NH-группами самой полипептидной цепи (рис. 8.17). В механизме образования упомянутого промежуточного соединения важную роль играет также перенос протона от серина-195 на гистидин-57 (рис. 8.18). Перенос протона значительно облегчается благодаря присутствию системы переноса заряда. строго ориентирует положение имидазольного кольца гистидина-57 и частично нейтрализует заряд, появляющийся на этом кольце в момент переходного состояния. Протон, накопленный парой гистидин - аспартат, переходит далее к атому азота гидролизуемой пептидной связи, которая в результате разрывается.

Рис. 8.16. Схематическое изображение присоединения к химотрипсину формил--триптофана (аналог субстрата).

На этом этапе аминный компонент субстрата оказывается соединенным водородной связью с гистидином-57, а кислотный компонент-эфирной связью с серином-195. На этом завершается стадия ацилирования гидролитической реакции.

Следующая стадия - деацилирование (рис. 8.19). Аминный компонент субстрата диффундирует прочь от фермента, а на его место в активном центре встает молекула

Рис. 8.17. Тетраэдрическое промежуточное соединение в реакциях ацилирования и деацилирования химотрипсина. Стабильность промежуточного соединения обеспечивают водородные связи, образованные NH-группами основной цепи фермента. Этот участок называется полостью оксианиона.

Рис. 8.18.

Первый этап гидролиза пептидов химотрипсином- ацилирование. Образуется тетраэдрическое промежуточное соединение. Затем аминный компонент субстрата быстро отделяется от фермента, а фермент превращается в ацил— фермент - промежуточный продукт катализа.

воды. По сути деацилирование - это процесс, обратный ацилированию, но с заменой аминного компонента субстрата на Сначала система переноса заряда отрывает протон от воды. Образующийся ОН -ион немедленно атакует карбонильный атом углерода ацильной группы, присоединенной к серину-195. Как и при ацилировании, формируется тетраэдрическое промежуточное соединение. Далее гистидин-57 передает протон на атом кислорода серина-195, что приводит к высвобождению кислотного компонента субстрата. Этот компонент отделяется путем диффузии от фермента, который может вступить в новый каталитический цикл.