8.11. Трипсин и эластаза: вариации на тему
Трипсин и эластаза сходны с химотрипсином во многих отношениях.
1. Все три фермента секретируются поджелудочной железой в виде проферментов и активируются путем расщепления одной-единственной пептидной связи. Возникающая при этом концевая аминогруппа загибается внутрь молекулы и электростатически связывается с карбоксилат-ионом аспартата-194.
2. Последовательность расположения около 40% аминокислот в этих трех ферментах идентична. Для аминокислотных остатков, локализованных во внутренней части молекулы, степень идентичности еще выше.
3. Фторофосфаты, в частности ДИФФ, игнибируют все три фермента. Подобно химотрипсину, и трипсин, и эластаза содержат в активном центре остаток серина. Более того, во всех трех ферментах одинакова последовательность аминокислот, окружающих серин:
4. При рентгеноструктурном анализе было выявлено большое сходство третичной структуры этих трех ферментов (рис. 8.21). В эластазе и трипсине, как и в химотрипсине, имеется система переноса заряда, а также полость оксианиона.
5. Механизм каталитического действия всех трех ферментов почти одинаков. Их эффективность в качестве катализаторов обеспечивается тем, что они стабилизируют переходное состояние реакции. Полость оксианиона и система переноса заряда - это те существенно важные структурные элементы каждого из ферментов, которые способствуют образованию тетраэдрического промежуточного соединения.
Будучи сходными по структуре и механизму действия, эти ферменты поразительным образом различаются по специфичности. Субстрат химотрипсина должен иметь ароматическую или большую неполярную боковую цепь. Для трипсина требуется субстрат, содержащий лизин или аргинин. Ни один из этих субстратов не пригоден для эластазы, проявляющей специфичность в отношении небольших незаряженных боковых цепей. Как показал рентгеноструктурный анализ, эта разница в специфичности рассматриваемых ферментов обусловлена очень небольшими структурными различиями участков связывания субстрата (рис. 8.22). В химотрипсине ароматические
Рис. 8.20. Окружение аспартата-194 и изолейцина-16 в химотрипсине. Электростатическое взаимодействие между карбоксилат-ионом Asp-194 (красный) и a-NH2-rpynnofi Не-16 (синяя) играет важную роль в каталитической активности химотрипсина. Эти группы расположены в непосредственной близости к системе переноса заряда. [Blow D. М., Steitz T.-i А., Х-гау diffraction studies of enzymes, Ann. Rev. Biochem., 30, 86 (1970).]
и большие неполярные боковые цепи субстрата размещаются в неполярном кармане. В трипсине имеется такой же карман, отличающийся, однако, от неполярного кармана химотрипсина заменой одного остатка - вместо серина стоит аспартат. Этот аспартат в неполярном кармане трипсина образует прочную электростатическую связь с положительно заряженными боковыми цепями лизина или аргинина субстрата. В эластазе же нет такого кармана для субстрата, поскольку два остатка глицина, выстилающие карман в химотрипсине, в эластазе заменены остатками валина и треонина, имеющими значительно большие размеры.
Структурные изменения, происходящие при активации трипсиногена, несколько отличаются от изменений, связанных с активацией химотрипсиногена. Рентгеноструктурные исследования, проведенные независимо Робертом Хьюбером и Робертом Строудом (R. Huber, R. Stroud), показали, что при активации трипсиногена происходят значительные изменения конформации четырех протяженных отрезков полипептида, составляющих примерно 15% молекулы. Эти области, названные доменами активации, не имеют устойчивой структуры в проферменте, но приобретают строго определенную кон формацию в трипсине. Кроме того, полость оксианиона в трипсиногене расположена слишком далеко от гистидина-57 и поэтому не может способствовать образованию тетраэдрического промежуточного соединения.
