химический каталог




Химия протеолиза

Автор В.К.Антонов

В.К. АНТОНОВ

ХИМИЯ ПРОТЕОЛИЗА

АКАДЕМИЯ НАУК

Ордена Трудового Красного Знамени

институт биоорганической химии им. М.М. Шемякина

В. К. АНТОНОВ

химия

ПРОТЕОЛИЗА

2-Е ИЗДАНИЕ, ИСПРАВЛЕННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ

УДК 577.15.04

Химия протеолиза/ В.К.Антонов. - М.: Наука, 1991. - 504 с. -ISBN 5-02-004111-4

В книге суммирован обширный фактический материал по химии протеолитических и других ферментов, катализирующих гидролиз амидных связей. Рассматриваются структура субстратов и ферментов, механизмы неферментативного гидролиза производных карбоновых кислот, специфичность и эффективность катализа амидгидролазами проблемы регуляции ферментативной активности. Знечительное внимание уделено подробному разбору механизмов каталитического действия протеолити-ческих ферментов. На основе собственных и литературных данных автор формулирует представления о причинах эффективности и специфичности ферментов рассматриваемого класса.

Книга дополнена новыми сведениями, появившимися со времени выхода 1-го издания.

Рассчитана на научных сотрудников, преподавателей, аспирантов и студентов, работающих в области ферментативного катализа и в смежных областях.

Табл. 82. Ил. 134- Библиогр. 3438 назв.

Ohemietry of proteolysis/ V.K.Antonov.- Moscow: Nauka, 1991. - 504

The book provides a comprehensive coverage of the chemistry of proteolytic and other enzymes catalyzing hydrolysis of amide bonds. It discusses the structures of subetrates and enzymes, mechanisms of nonenzymatic hydrolysis of carboxylic acid derivatives, and problems of regulation of enzymatic activity. Much attention is paid to thourough analysis of mechanisms of the catalytic action of proteolytic enzymes. Literature data and those obtained by the author underlie the concepts on the nature of efficiency and specificity of the enzymes of this class. The book contains up-to-date information appeared after the first edition.

Ответственный редактор член-корреспондент АН СССР P.M.Хомутов

Рецензенты: доктора химических наук В.М.Липкин, М.Я.Карпейский

Редактор издательства О.Л.Оболонская

1903010000-353

А -~ 452-91, I полугодие © Издательство "Наука",

042(02)-91

ISBN 5-02-004111-4

ПРЕДИСЛОВИЕ КО 2-МУ ИЗДАНИЮ

Первое издание этой книги, вышедшее в 1983 г., очень быстро разошлось, что убедило меня в актуальности рассмотренных в ней проблем. За прошедшие с тех пор восемь лет интерес к этим проблемам не только не снизился, но получил новый импульс в связи с успехами генной инженерии, позволившими существенно облегчить структурные и структурно-функциональные исследования ферментов, в том числе и амидгидролаз. Вместе с тем мы по-прежнему не можем дать однозначного ответа на вопрос о причинах уникальных свойств биологических катализаторов, несмотря на то, что фактические данные о них растут лавинообразно.

Все это побудило меня предпринять второе издание этой книги, дополнив ее появившимися за эти годы новыми сведениями. Структура книги осталась прежней, хотя были введены некоторые новые разделы, в частности, о методах направленного мутагенеза амидгидролаз и др. Я старался сохранить возможность использования книги как справочного издания. В связи с этим значительно увеличился перечень ферментов, а библиография, доведенная до 1990 г., возросла почти в полтора раза.

В подготовке второго издания большую помощь мне оказали С.Л.Александров, А.Ю.Америк, Ю.В.Капитанников, Н.Е.Кудрявцева, Е.В.Шймбаревич и другие сотрудники моей лаборатории, которым я приношу свою глубокую благодарность.

ПРЕДИСЛОВИЕ К 1-МУ ИЗДАНИЮ

Каждый, кто задумывается о том, как функционируют биологические катализаторы - ферменты, какие механизмы лежат в основе поистине огромных ускорений при ферментативном катализе, как осуществляется выбор превращаемого вещества среди множества сходных соединений, обращается к сведениям, полученным при изучении протеолитических ферментов, т. е. ферментов, катализирующих гидролиз амидных связей. Это обусловлено, во-первых, тем, что протеолитические ферменты относятся сегодня к числу наиболее изученных, во-вторых, очень много известно о механизмах гидролиза амидов и других производных карбоновых кислот в модельных системах. Протеолитические ферменты не содержат сколько-нибудь сложных кофакторов или коферментов, так что катализ белковой молекулой предстает здесь в наиболее "чистом" виде.

Не следует, однако, думать, что протеолиз интересен лишь как наиболее изученный пример ферментативного катализа. Биологическая важность этого процесса долгое время недооценивалась, и лишь только в последние годы стало ясно, что протеолиз играет решающую роль в регуляции большинства физиологических процессов, происходящих в организме. Пожалуй, именно этот аспект изучения протеолиаа превалирует в публикациях последних лет.

В этой книге проблемам биологических функций протеолитических ферментов уделено минимальное внимание. Основная ее цель - дать систематическое изложение химических явлений, происходящих при катализируемом ферментами гидролизе амидов. Такое рассмотрение подразумевает знание структуры реагирующих веществ, основных закономерностей гомогенного катализа и важнейших, сведений о специфичности, эффективности и регуляции ферментативного катализа. Все эти вопросы в той или иной мере отражены в этой книге, причем я стремился привести максимум экспериментальных данных с тем, чтобы работающие в этой области могли найти в ней необходимый справочный материал. Литература, посвященная химическим аспектам протеолиза, огромна. Поэтому выбор литературных источников оказывается в значительной мере субъективным. Все же я надеюсь, что читатель>найдет здесь наиболее важные публикации по рассматриваемым проблемам, в том числе многие из последних обзоров. Естественно, что я не мог обойти данные, иллюстрирующие мою собственную точку зрения на процесс ферментативного гидролиза производных карбоновых кислот. Эта точка зрения, которая, по-видимому, во многом совпадает с представлениями других исследователей, сформировалась в ходе экспериментов, ставившихся в лаборатории химии ферментов Института биоорганической химии им. М.М.Шемякина АН СССР. Эти работы проводились мною совместно с Л.М.Гинодманом, Л.В.Козловым,

Предисловие к 1-му изданию

5

Л.Д.Румшем, С.Л.Александровым, Л.Я.Бессмертной, Т.И.Воротынцевой, А.Г.Гуровой, В.Л.Дьяковым, Е.Д.Дьяченко, A.M.Шелковским, А.А.Зинченко, Ю.В.Капитан-никовым, Ю.М.Крыловой, А.Г.Михайловой, Т.В.Ротановой и другими, без вклада которых написание этой книги было бы невозможным. Очень большую роль в формировании моих представлений о ферментативном катализе сыграли беседы и споры с М.Я.Карпейским, Г.М.Яковлевым, Е.М.Поповым, Г.М.Лихтенштейном, Д.С.Чернавским, Ю.И.Хургиным, которым, пользуясь случаем, приношу свою глубокую благодарность. Я очень признателен Л.М.Гинодману, Е.М.Попову, К.Мар-тинеку и Л.М.Кришталику, прочитавшим отдельные разделы этой книги и давшим ценные критические замечания. Большую помощь в подготовке рукописи оказали Т.Н.Баршевская, Н.А.Гаврилова, Л.Л.Завада и А.А.Мишин, которым я искренне благодарен. Я буду глубоко признателен за все замечания и критические высказывания по поводу этой книги.

ВВЕДЕНИЕ

Протеолиз - ферментативный гидролиз амидных связей в белках и пептидах -один из универсальнейших и важнейших химических процессов живой пдироды. Нет такого организма, где эти процессы не происходили бы с той или иной степенью интенсивности. Необходимость постоянного обновления белкового материала клетки без существенных затрат энергии на создание первичных "строительных блоков" - аминокислот, с одной стороны, и значительная химическая устойчивость амидной связи - с другой, поставили перед эволюцией трудную задачу создания механизма быстрого и селективного расщепления белков. Эта задача, вероятно, была решена на очень ранних зтапах развития живого. Возникли протеолитические ферменты - удивительные биологические катализаторы, в миллиарды и десятки миллиардов раз ускоряющие реакцию гидролиза белков.

Долгое время функции протеолитических ферментов связывали исключительно с их ролью в деструктивных, катаболических процессах. Действительно, эта функция имеет первостепенное значение. Период полураспада белков в клетке изменяется в широких пределах. Например, орнитиндекарбоксилаза в печени крыс имеет период полураспада 11 мин, РНК-полимераза из того же источника -1,3 ч, миозин скелетных мышц кролика - около 30 дней, а гемоглобин, если и распадается, то крайне медленно [1,21. Как регулируются в организме все эти процессы, как они синхронизируются? Ответ на эти вопросы - важнейшая задача биохимии.

Однако роль протеолитических ферментов не ограничивается процессами деструкции. Все больший интерес привлекают к себе регуляторные функции этих ферментов [3-6]. Характерной особенностью регуляторных функций протеаз является однонаправленность и необратимость их действия. Это особый тип регуляции, отличающийся от всех других типов биологического контроля в организме. Трудно перечислить все регуляторные процессы, осуществляемые с помощью протеолитических ферментов. Наиболее изученные из .них относятся к так называемым реакциям ограниченного протеолиза. Ограниченный протеолиз - важнейший этап биосинтеза белка. Посттрансляционное расщепление предшественников биологически актшвных белков ("процессинг") является, по-видимому, непременным этапом белкового синтеза, огромное значение имеют реакции протеолиза в образовании полипептидных гормонов. Во многих случаях протеазы выполняют роль "спусковых механизмов", триггеров ряда каскадных процессов. Наиболее известный пример такого рода - система свертывания крови. При этом ферменты выполняют функции не только сигнала к запуску такого процесса, но и усили-

Введение

7

телей этого сигнала, а также участвуют в сопряжении одних физиологических процессов с другими.

Как же протеолитические ферменты выполняют свои функции? Этот вопрос уже давно занимает исследователей [71. Впервые идея о химической природе биологического катализа была сформулирована еще в 30-х годах прошлого века И.Я.Берцелиусом. Однако лишь в начале нынешнего столетия к этим вопросам стали подходить с количественной мерой. Огромное значение для развития химии ферментов и химии белка имели работы Э.Фишера. Примерно через сто лет после работ Берцелиуса удалось получить ферменты в кристаллическом виде, и среди них были протеолитические ферменты.

Эпоха, предшествовавшая появлению первых рентгеноструктурных исследований ферментов, характеризовалась все большим проникновением в эту область идей и методов физики и химии. В этом отношении серьезной вехой, по моему мнению, был обзор М.Бендера (1960 г.) "Механизмы катализа нуклеофильных реакций производных карбоновых кислот" [81, где, пожалуй, впервые было четко показано, что механизм каталитического действия ферментов может быть понят на основе общих химических закономерностей гомогенного катализа при учете специфических особенностей макромолекулярной структуры белка. Последующее развитие химической энзимологии и физической органической химии полностью подтвердило этот вывод.

Поражает огромное число и разнообразие протеолитических ферментов. Удивительно, что для катализа одной и той же реакции - реакции гидролиза амид-ной связи - природа создала множество различных биокатализаторов. Внимательный анализ показывает, однако, что собственно химические механизмы всех изученных в этом отношении протеаз можно свести к двум весьма сходным типам: нуклеофильному (ковалентному) катализу, осуществляемому группировками самой молекулы фермента, и общему основному катализу расщепления амидной группы под действием связанной с ферментом молекулы воды. Различие здесь не очень существенное: в первом случае нуклеофилом является группа белка, во втором - молекула воды. Более того, второй тип катализа осуществляется и в первом случае на более поздних стадиях процесса (деацилирование).

Таким образом, можно думать, что химический механизм протеолиза в целом очень сходен для всех или большинства протеолитических ферментов. Этот же механизм, по-видимому, используется и другими ферментами, расщепляющими производные карбоновых кислот (эстеразы, амидазы и т.п). Существуют ли принципиально отличные от известных в настоящее время механизмы гидролиза амидов? На этот вопрос нельзя пока ответить однозначно, однако я думаю, что такая возможность маловероятна.

В чем же причина разнообразия протеаз? Во-первых, она, очевидно, связана с различием в специфичнрсти, которая, с одной стороны, определяется структурой связывающего субстрат участка молекулы белка и, с другой - способностью белковой молекулы использовать энергию связывания субстрата для ускорения его химического превращения. В.Дженкс [91 остроумно сформулировал эту особенность ферментов как "эффект Цирцеи" - способность фермента "завлекать" и превращать субстрат. Во-вторых, причина разнообразия протеаз заключается в разных условиях их функционирования как в отношении рН, температуры, состава среды, так и в различии их локализации в клеточных органел-лах, цитоплазме, мембранах или биологических жидкостях.

8 Введение

Протеолитические ферменты являются во многих отношениях пробным камнем химической энзимологии. В первую очередь на этом классе ферментов проверяются многочисленные методические приемы исследований и теоретические концепции. Вместе с тем закономерности, обнаруженные для этих объектов, по-видимому, имеют общее значение и справедливы для многих других типов биокатализаторов. Это оправдывает подробное рассмотрение полученных в последние годы данных о структуре, свойствах и механизме действия именно этой группы ферментов, тем более что такого систематического обзора протеаз в химическом аспекте до сих пор не делалось. Мне кажется целесообразным, рассматривая протеазы, привлекать сюда при необходимости и другие ферменты, расщепляющие амидные связи. Для всех ферментов этого типа необходимо общее название. В этой книге все ферменты, катализирующие гидролиз амидов, обозначены термином "амидгидролазы".

Порядок изложения материала в книге, насколько это возможно, воспроизводит последовательные этапы.самого каталитического акта. Сначала рассматриваются реагенты - субстраты и ферменты, их структура и свойства. Ферменты распределены по четырем известным в настоящее время группам, отличающимся структурой каталитического аппарата. Такая классификация основана главным образом на отношении ферментов к специфическим для данной группы ингибиторам. Конечно, для многих амидгидролаз их отнесение к той или иной группе не может считаться окончательным до тех пор, пока не будут получены соответствующие данные о строении активного центра. Сам список ферментов вряд ли можно считать полным, поскольку почти в каждом номере ведущих биохимических журналов появляются сообщения о выделении новых амидгидролаз.

Описание механизмов действия ферментов нельзя проводить, не опираясь на данные о механизмах гидролиза производных карбоновых кислот в присутствии небиологических катализаторов и без знания основных закономерностей гомогенного катализа. Этим вопросам посвящена отдельная глава

страница 1
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88

Скачать книгу "Химия протеолиза" (8.49Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
установка ввертных петель
знак использование телефонов запрещено
концерт веры брежневой в москве 2017 билеты
soflens

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(17.08.2017)