CCF20100422011

Hf

©

dziura

oksyanionowa

tetraedryczny produkt pośredni

©

r₂

,'n t^r,

-'-0 • +h ~_n/^_n-^H h

acyloenzym

©

R₂—N hⁿh

o

\\

dziura

oksyanionowa

i;

O

-⁰'--n-N^N

©

acyloenzym

HjO

©

V

O',

V,h

tetraedryczny produkt pośredni

Rys. 9.8 Hydroliza peptydu przez chymotrypsynę. Mechanizm hydrolizy peptydu ilustruje zasady katalizy kowalencyjnej i katalizy kwasowo-zasadowej. Reakcja przebiega w ośmiu etapach: (1) wiązanie substratu, (2) atak nukleofilowy seryny na grupę karbonylową wiązania peptydowego, (3) rozpad tetraedrycznego produktu pośredniego, (4) uwolnienie składnika aminowego, (5) wiązanie wody, (6) atak nukleofilowy wody na produkt pośredni w postaci acyloenzymu, (7) rozpad powstałego tetraedrycznego produktu pośredniego i (8) uwolnienie kwasu karboksylowego. Zielone linie przerywane przedstawiają wiązania wodorowe.

z enzymu (etap 4), co kończy pierwsze stadium reakcji hydrolizy - acylację enzymu.

Kolejne stadium - deacylacja rozpoczyna się, kiedy cząsteczka wody zajmuje miejsce zajmowane uprzednio przez składnik aminowy substratu (etap 5). Grupa estrowa acyloenzymu ulega hydrolizie w procesie stanowiącym w istocie powtórzenie etapów od 2 do 4. W tych warunkach reszta histydyny 57 działa jako uniwersalny katalizator kwasowy i usuwa proton z cząsteczki wody. Powstała grupa OH^- atakuje atom węgla grupy karbonylowej w obrębie grupy acylowej, co prowadzi do utworzenia tetraedrycznego produktu pośledniego (etap 6). Rozpad tej struktury umożliwia powstanie produktu zawierającego grupę karboksylową (etap 7). W końcu dochodzi do uwolnienia owego produktu (etap 8) i enzym jest gotowy do następnego cyklu katalizy.

Przedstawiony mechanizm odpowiada za wszystkie charakterystyczne cechy działania chymotrypsyny, z wyjątkiem obserwowanego wybiórczego rozcinania wiązań peptydowych po karboksylowej stronie reszt aminokwa-sowych z dużymi hydrofobowymi łańcuchami bocznymi. Badania struktury przestrzennej chymotrypsyny oddziałującej z analogami substratu i inhibitorami doprowadziły do odkrycia głębokiej i stosunkowo hydrofobowej kieszeni, nazywanej kieszenią Sj, do której dopasowane są długie i pozbawione ładunku łańcuchy boczne reszt takich jak fenyloalania i tryptofan. Związanie właściwego łańcucha bocznego w obrębie tej kieszeni ustawia sąsiednie wiąza-

acyloenzym

dziura

wię?.    .

Rys. 9.9 Dziura oksyanionowa. Struktura ta stabilizuje tetraedryczny produkt pośredni reakcji katalizowanej przez chymotrypsynę. Zauważ, że wiązania wodorowe (kolor zielony) łączą grupy NH wiązań peptydowych z atomem tlenu produktu pośredniego, mającym ładunek ujemny.

247