Фёршт Э. Структура и механизм действия ферментов

Подождите немного. Документ загружается.

Alan Fersht

MRC LABORATORY OF MOLFCULAR BIOLOGY, CAMBRIDGE

ENZYME STRUCTURE

AND MECHANISM

W. H. FREEMAN AND COMPANY

Reading and San Francisco

Э.

Фёршт

СТРУКТУРА

МЕХАНИЗМ

ДЕЙСТВИЯ

ФЕРМЕНТОВ

Перевод с английского

канд. хим. наук ю. Б. Гребенщикова

под редакцией

д-ра хим. наук Б. И. Курганова

ИЗДАТЕЛЬСТВО «МИР>

Москва 1980

УДК 577. 16/.17

Книга

посвящена одной из наиболее актуальных

проблем современной биохимии. В сжатой форме и

вместе с тем ясно и четко изложены современные

данные о структуре и механизме действия большого

числа ферментов, рассмотрены общие принципы фер-

ментативного катализа. Подробно описаны методы

определения скорости ферментативных реакций. По-

следний раздел книги посвящен строению и функции

отдельных ферментов — дегидрогеназ, протеиназ,

нуклеаз и

других.

Предназначена для энзимологов, биохимиков,

химиков, студентов, аспирантов и преподавателей

биологических и химических факультетов.

Редакция

литературы по

биологии

Company

Limited

21005-128

041(01)-80

128-80 © Перевод на русский язык, «Мир», 1980

Э.

Фёршт

СТРУКТУРА И МЕХАНИЗМ

ДЕЙСТВИЯ ФЕРМЕНТОВ

Научный

редактор

Н. Н. Шафрановская

Мл.

научный

редактор

Р. Ф.

Куликова

Художник

О. В.

Комаев

Художественный

редактор

Б. Н.

Юдкин

Технический

редактор

Г. Б.

Алюлнаа

Корректор

Е. Г. Литвак

ИБ

№ 1889

Сдано

набор

23.11.79.

Подписано

печати

08.09.80. Формат бОХЭО'/и, Бумага

типограф-

ская tb 2.

Гарнитура

латинская. Печать высокая.

Объем

13,50 бум. л. Усл. печ л. 27,00.

Уч.-нзд.

л. 26,14. Изд. № 4/0298. Тираж 7000 экз. Зак. 515. Цена 2 р. 40 к.

ИЗДАТЕЛЬСТВО «МИР>

Москва, 1-й Рижский пер., 2.

Ленинградская

типография

N» 2

головное

предприятие

ордена

Трудового

Красного

Зна-

мени

Ленинградского

объединения

«Техническая

книга>

им.

Евгении

Соколовой

Союз-

полиграфпрома

при

Государственном

комитете

СССР по

делам

издательств,

полиграфии'

книжной

торговли.

198052, г.

Ленинград,

Л-52,

Измайловский

проспект,

29.

ПРЕДИСЛОВИЕ

РЕДАКТОРА

ПЕРЕВОДА

Накопление

экспериментальных данных и развитие теоре-

тических представлений в энзимологии происходят чрезвычайно

быстро. Поэтому

выход

свет

книги известного английского

энзимолога

Э. Фёршта, отражающей новейшие достижения в

области изучения

структуры

и механизма действия ферментов,

является весьма своевременным.

достоинствам книги

следует

отнести строгое физико-хими-

ческое изложение основ ферментативного катализа и широкое

привлечение данных по

структуре

ферментов. Интерпретация

высокой

каталитической эффективности ферментов и

субстрат-

ной

специфичности проводится на основе теории переходного

состояния.

Понимание

того

факта, что для ферментативного

катализа важна стабилизация переходного состояния за

счет

дополнительных нековалентных взаимодействий

между

реаген-

тами, является основой для синтеза высокоэффективных инги-

биторов ферментов — аналогов переходного состояния, которые

представляют интерес с точки зрения создания лекарственных

препаратов. Дополнительное повышение субстратной специфич-

ности

(особенно важное в процессах репликации ДНК и био-

синтеза белка) обеспечивается механизмами «кинетического

корректирования». Ряд интересных исследований в этой области

проведен самим автором книги.

На

примере гликолитических ферментов Э. Фёршт показыва-

ет, что эволюция ферментов происходила в сторону увеличения

отношения

fccat/Zdvi

(для эволюционно совершенного фермента

оно

составляет 10

— 10

М~'-с~

) и достижения такого значения

/См,

которое численно превышает физиологическую концентра-

цию

субстрата.

Исключение составляют аллостерические фер-

менты,

занимающие ключевые позиции в метаболических

путях

выполняющие важные функции в регуляции скорости процес-

сов метаболизма. Таким образом, анализ каталитической эф-

фективности

ферментов

следует

проводить дифференцированно,

учетом

функций, выполняемых ими в живой клетке.

б ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА

Важное место в книге занимает обсуждение различных ме-

тодов, используемых для установления механизма фермента-

тивных реакций (в частности, для доказательства образования

ацилфермента в реакциях, катализируемых протеазами).

Несомненно,

книгу Э. Фёршта

будет

полезно прочесть не

только тем, кто лишь приступает к изучению основ энзимологии,

но

и тем, кто уже достиг в ней определенных успехов.

Мы сочли целесообразным привести здесь ссылки на книги и

статьи обзорного характера, которые появились после

выхода

свет американского издания.

Б. И.

Курганов

ЛИТЕРАТУРА

гл. 1.

Бландел

Т.,

Джонсон

JI. Кристаллография белка. Пер. с англ.—

М.:

Мир, 1979.

гл. 2.

Березин

И. В., Мартинек К- Основы физической химии фермен-

тативного катализа. — М.: Высшая школа, 1977.

Чернавский

Д. С. Принципы биологического катализа в кн.: Ито-

ги науки и техники, серия Математическая биология и меди-

цина,

т. I. Проблемы оптимального строения и функционирова-

ния

биологических систем. — М.:

ВИНИТИ,

с.

9—57,

1978.

Transition states of biochemical processes (R. D. Gandour,

R. L. Schowen, eds.). Plenum Press, New

York,

1978.

Isotope effects on enzyme catalyzed reactions. (W. W. Cleland,

H. O'Leary, D. B. Northrop, eds). University Park Press,

Baltimore, 1977.

Klintnan J. P. Kinetic isotope effects in enzymology. In: Advan-

ces in enzymology, v. 46, p. 413 (A. Meister, ed.), Wiley-Inter-

science, New

York,

1978.

гл. 8.

Ainsworth

S., Steady-state enzyme kinetics, The MacMillan Press

Ltd,

London and Baringstoke, 1977.

Roberts

D. V., Enzyme kinetics, Cambridge University Press, Cam-

bridge, 1977.

гл. 4. Методы исследования быстрых реакций. Пер. с англ./Под ред.

Г. Хеммиса. — М.: Мир, 1977.

Варфоломеев

С. Д.,

Березин

И. В. Кинетические закономерности

ферментативных реакций в нестационарных режимах. Издание

химического факультета МГУ, 1975.

Molecular

Biology,

Biochemistry and Biophysics, v. 24. Chemical

relaxation in molecular biology (I. Pecht, R. Rigler, eds), Sprin-

ger—Verlag,

Berlin (1977).

гл. 6.

Мееров

Г. И. Радиометрические методы определения активности

ферментов.

— М.: Атомиздат, 1977.

Березин

И. В.,

Клёсов

А. А. Практический курс химической и

ферментативной

кинетики. — М.! Издательство Московского

Университета, 1976.

ПРЕДИСЛОВИЕ

РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА

гл. 7. Methods in enzymology, v. 46.

Affinity

labeling (W. B. Jakoby,

Wilchek, eds), Academic Press, New

York

(1977).

гл. 8.

Курганов

Б. И. Аллостерические ферменты. — М.: Наука, 1978.

Шаронов

Ю. А.,

Шаронова

Н. А. Структура и функция гемогло-

бина.

— Мол. биол., 1975, № д, с. 145—172.

Lazdunski M. «Half-of-the

sites»

reactivity and the role of subunit

interactions

in enzyme catalysis. In: Progress in bioorganic che-

mistry, v. 3, p. 81—140 (1974).

Nemethy G. Molecular interactions and allosteric effects. In: Sub-

units

in biological systems, part С (S. N. Timasheff, G. D. Fas-

man,

eds), Marcel Dekker Inc., New

York

and Basel, p. 1—90

(1975).

Levitzki A.,

Koshland

D. E., Jr. The role of negative cooperativity

and

half-of-the sites reactivity in enzyme regulation. In: Current

topics in cellular regulation, v. 10, p. 1—40 (1976).

Molecular

Biology, Biochemistry and Biophysics, v. 28. Levitzki A.

Quantitative aspects of allosteric mechanisms. Springer-Verlag,

Berlin (1978).

гл. 10. Somero G. N., Yancey P. H. Evolutionary adaptation of Km and

fccat values. In: Symposia Biologica Hungarica, v. 21. New trends

the description of the general mechanism and regulation of

enzymes (S. Damjanovich, P. Elodi, B. Somogui, eds), Akade-

miai

Kiado, Budapest, p. 249—272, 1978.

гл. 12. Pyridine nucleotide-dependent dehydrogenases (H. Sund, ed.),

Walter de Gruyter and Co, Berlin, New

York,

1977.

You K.S.,

Arnold

L. ]., Jr.,

Allison

W. S., Kaplan N. O. Enzyme

stereospecificities for nicotinamide nucleotides, Trends in Bio-

chem.

Sci. 3, 265—268 (1978).

Developments in Biochemistry, v. 1. Mechanisms of oxidizing enzy-

mes (T. P. Singer, P. N. Ondarza, eds), Elsevier, North-Holland,

Amsterdam, New

York,

Oxford, 1978.

Walsh Ch., Enzymic reaction mechanisms, W. H. Freeman and

Company,

San Francisco, 1979.

Transition

states of biochemical processes (R. D. Gandour,

R. L. Schowen, eds), Plenum Press, New

York,

1978.

Посвящается П.

Фёршту,

У.

Дженксу,

М.

Перутцу

ПРЕДИСЛОВИЕ

Успехи, достигнутые в области рентгеноструктурного анали-

за, кинетики переходных процессов и химического катализа за

последние 20 лет, в корне изменили наши представления о

ферментативном катализе и механизме действия ферментов.

Данная

монография представляет собой краткий обзор послед-

них достижений в этой сфере и адресована студентам и аспи-

рантам, уже прослушавшим соответствующие курсы по химии и

биохимии. В книге в теоретическом и методологическом аспектах

рассматриваются два вопроса: природа взаимодействия

между

ферментом и его субстратами, обусловливающего ферментатив-

ный

катализ и специфичность действия фермента, и взаимосвязь

между

структурой фермента и механизмом ферментативного

процесса. Обсуждаются экспериментальные подходы, позволя-

ющие проводить прямые исследования ферментов на молеку-

лярном

уровне. Большое внимание уделяется, например, иссле-

дованию ферментативных реакций в предстационарных услови-

ях, когда ферменты используются в концентрациях, сопостави-

мых с концентрациями субстратов, и можно непосредственно

наблюдать за промежуточными фермент-содержащими соеди-

нениями.

Кратко освещены проблемы взаимодействия фермен-

тов с несколькими субстратами в стационарных условиях, а

также некоторые вопросы химии коферментов и кофакторов.

При

подготовке монографии я стремился, во-первых, рас-

сматривать общие принципы и понятия энзимологии на конкрет-

ных примерах (однако, чтобы не перегружать теоретические

разделы, посвященные кинетике, основная часть иллюстратив-

ного материала изложена в отдельной главе) и, во-вторых,

ограничиваться только такими примерами, для которых имеются

неоспоримые,

проверенные доказательства, не приводя данных,

допускающих различные толкования. Поэтому обсуждаются

механизмы действия только тех ферментов, третичная

структура

которых точно установлена методом рентгеноструктурного ана-

лиза. Аналогичным образом, теоретические аспекты действия

аллостерических белков рассматриваются главным образом на

10 ПРЕДИСЛОВИЕ

примере гемоглобина, ибо это единственный белок, для которого

получены надежные данные о природе взаимодействий, при-

водящих к положительной кооперативности в связывании

кислорода.

В библиографию включены новейшие публикации — обзоры

статьи, содержащие большое число ссылок, а также ориги-

нальные работы, представляющие интерес с исторической точки

зрения.

Примеры для иллюстраций были взяты мной в основном

из

картотеки Лаборатории молекулярной биологии Медицин-

ского научно-исследовательского совета, поскольку они как пра-

вило весьма убедительны. В связи с этим мне

хотелось

бы

выразить свою признательность А. Лентон за иллюстративный

материал, подготовленный ею специально для меня, а также для

других

сотрудников, чем я беззастенчиво воспользовался.

Я особенно благодарен У. Дженксу, Г. Диксону, Р. Гутфройн-

ду, К- Типтону и Р. Малвею за критические замечания, относя-

щиеся

к рукописи в целом, а также М. Перутцу и Д. Блоу за их

комментарии

к отдельным главам. Кроме того, я

хочу

поблаго-

дарить Королевское общество, Американское химическое обще-

ство, издательства Корнельского университета,

«Академик

пресс», Дж. Уайли, а также Элана Р. Лисса за разрешение

воспользоваться иллюстрациями.

Э.

Фёршт