ть конформационных изменений активного

96

Глава I Общие и теоретические проблемы фармакологии

центра фермента, возникновение стерических напряжений в этом центре и деформации связей субстрата, подлежащего расщеплению. Такого типа взаимодействия, обусловленные изменением конформации активного центра фермента и за счет этого повышением прочности связывания с ним субстрата, обозначают термином «возникновение индуцированного соответствия фермента субстрату» Важными составляющими ферментативного катализа являются общий кислотно-основной катализ, обусловленный наличием в активном центре фермента специфических аминокислотных остатков, являющихся донорами или акцепторами протонов и, так называемый, ковалентный катализ Последний обозначает первичное образование нестабильных ковалентно-связанных фермент субстратных соединений, которые вступают в химические реакции с большей скоростью, нежели исходный субстрат

Здесь уместно сказать несколько слов о классификации ферментов. Наиболее конкретная классификация основана на природе катализируемых процессов и может быть сведена к определению реакций, в которых они играют роль катализаторов. Оксиредуктазы — это ферменты, которые участвуют в переносе электронов. Перенос различных группировок катализируется трансферазами. Весьма большое место в функционировании организмов занимают реакции гидролиза, протекающие с участием различных ферментов, объединяемых под обшим названием гидролазы. Образование двойных связей и обратная реакция — присоединение по кратным связям — катализируется лиазами Катализ изомеризации, сопровождающейся переносом группировок от одной части молекулы к другой осуществляется ферментами, называемыми изомеразами И, наконец, образование новых углерод-углеродных, сера-углеродных, угле род-кислородных и углерод-азотных связей при реакциях конденсации, которые сопровождаются дефосфорилированием АТФ, как источника энергии (см. ниже), катализируется группой ферментов, обозначаемых как лигазы. Поиск и использование ингибиторов ферментативных реакций дает неоценимую информацию о структуре и функциях ферментов, в особенности их активных центров. Не менее важно, что среди ингибиторов ферментативных реакций обнаружено весьма значительное количество высохоэффектннных лекарственных средств (см. например ингибиторы ангиотезин-конвер-тирующего фермента, РНК- и ДНК-полимераз, топоизомераз, холинэстервзы, ГАМК-трансферазы и др.) и поиск лекарств этого типа интенсивно продолжается. Известно, что ингибиторы ферментов могут быть обратимыми и необратимыми. Первые, имея близкое структурное сходство с истинным субстратом, могут за счет относительно

1-3 Некоторые проблемы биохимии

97

слабых взаимодействий (силы Ван-дер-Ваальса, водородные связи, ди-польные моменты и гидрофобное связывание), обратимо блокировать фермент, вытесняя субстрат из его активного центра и прекращать или тормозить ферментативный процесс (сам ингибитор ферментативной трансформации не подвергается). Увеличение концентрации субстрата способно нивелировать это ингибирование, т к. субстрат в свою очередь вытесняет ингибитор с места его связывания с ферментом. Следует подчеркнуть, что в данном случае речь идет о конкурентных ооратимых ингибиторах, действие которых, как видно из вышеизложенного, основано на конкуренции ингибитора и субстрата за одни и те же места связывания. Однако, среди обратимых ингибиторов найдены и неконкурентные ингибиторы, которые не могут быть вытеснены субстратом из образующегося фермент-ингибиторного комплекса. Наиболее важные неконкурентные ингибиторы — это образующие в живых оринизмах промежуточные продукты метаболизма, способные обратимо связываться со специфическими участками (не в активном центре) на поверхности некоторых регуляторных ферментов и изменять опосредованно (например, за счет конформаиионных изменений) активность их каталитических центров. Вполне понятно, что к необратимым ингибиторам относят те соединения, которые способны прочно связы-|мться с ферментом за счет ковалентных связей и образующиеся новые соединения являются стабильными системами, не находящимися в под-цижном равновесии с исходной системой. В качестве классического примера необратимого ингибитора следует указать на диизопропилфтор-фосфат (ДФФ).

Н3С F

Ън—0-Р-О-СН(СН3)г

ДФФ

дфф ингибирует ацетилхолинэстеразу (см. 1-2 А) — фермент, катализирующий гидролиз ацетилхолина. Как уже обсуждалось ранее, ацетилхолин выделяется стимулированной нервной клеткой (нейроном) в синапс — место соединения одного нейрона (передающего сигнал) с другим (принимающим сигнал) В синапсе ацетилхолин связывается с рецептором, результатом чего является проведение нервного импульса. При этом, необходимо, чтобы избыточный ацетилхолин в месте соединения нейронов был гидролизован ацетилхолинэстераэой — без полного «уничтожения» ацетилхолина в синапсе, следующий импульс с выделением новой порции медиатора не может иметь места. Необратимый

4 3S19

98

Глава I. Общие и теоретические проблемы фармакологии

ингибитор — ДФФ присоединяется к гидрокси-группе остатка серина в активном центре ацетилхолинэстеразы, фермент перестает функционировать и проведение нервных импульсов прекращается. Таким образом, ДФФ является фактически одним из нервно-паралитических соединений, т.к его применение вызывает нарушение функций центральной нервной системы из-за того, что нейроны утрачивают способность к проведению нервных импульсов.

Обсуждая проблему ферментативного катализа нельзя не остановиться кратко на функциях так называемых регуляторных ферментов, т е таких ферментов, действие которых лимитирует скорость всего многоступенчатого процесса с участием регуляторного и других ферментов. Именно регуляторные ферменты, выполняя собственную каталитическую функцию, реагируют на определенные сигналы, снижая или повышая скорость всего метаболического процесса, в зависимости от потребности клеток. В системах, в функционировании которых участвует большая группа ферментов (мультиферментные системы), регуляторные ферменты ингибируются конечным продуктом превращения на данной стадии. Такие ингибиторы называются аллостерически-ми - если концентрация продукта реакции превышает стационарную, наблюдается ингибирование регуляторного фермента. Скорость процесса падает, концентрация продукта снижается, его количество снова соответствует потребности клетки. В качестве примера можно привести синтез D-глюкозо-б-фосфата, который образуется на первой стадии гликолиза — ферментативного расщепления D-глюкозы до пирувата. Высвобождающаяся при этом энергия запасается в форме аленозинт-рифосфата — АТФ. Эта стадия катализируется регуляторным ферментом гексокиназой, который претерпевает конформационные изменения. Продукт реакции — D-глюкозо-б-фосфат является аллостерическим ингибитором этого фермента — обратимое его ингибирование имеет место при увеличении концентрации D-глюкозо-б-фосфата выше нормы.

Гексокиназа D-Глюкоза ->-^" 0-Глкжоэо-&фосфат

атфМ едо

Следует отметить, что для этой реакции необходимы ионы Mg2+, ибо