Полная структура каталитической триады гидролаз может быть реконструирована из данных о взаиморасположении только остовов ее остатковкурсовая работа (Специалист)
Аннотация:Гидролазы — группа структурно и функционально разнообразных белков,
катализирующих гидролиз ковалентных связей. Эта способность делает гидролазы
наиболее важным сегментом рынка промышленных ферментов. Они активно
используются в качестве компонента в составе моющих средств, в пищевой
промышленности, в качестве биокатализаторов в органическом синтезе и в качестве
терапевтических средств [1]. В частности, некоторые гидролазы были одобрены для
клинического применения при лечении диабета 2 типа, ожирения, нарушения
свертываемости крови и болезни Альцгеймера, а также бактериальных и вирусных
инфекций [33]. Более того, известны случаи применения гидролаз в переработке
пластиковых отходов [41].
Способность белка к катализу можно связать с наличием у него особой подструктуры из
аминокислотных остатков. Эту подструктуру называют каталитическим центром. У
наиболее изученных и эффективных гидролаз каталитический центр представлен в виде
трех аминокислотных остатков, обладающих специфической геометрией, – триады. По
отдельности эти остатки называются нуклеофилом, основанием и кислотой или
активатором. В процессе нуклеофильной атаки на субстрат нуклеофил отдает протон и тем
самым активируется. Основание и кислота облегчают этот процесс, образуя структуру с
водородными связями.
Многие триадные гидролазы используют каталитическую триаду, состоящую из Ser, His и
Asp. Ser здесь является нуклеофилом, His – основанием, а Asp – кислотой. В случае
каталитических триад правильное относительное расположение этих трех остатков
позволяет облегчать активацию нуклеофила, что в итоге и приводит к гидролизу. При этом
важно понимать, что несмотря на то, что многие активные центры гидролаз представлены
триадами, далеко не каждая триада является каталитической. Существуют тройки с
водородными связями, не способные облегчать активацию нуклеофила. Такие триады мы
называем структурными или некаталитическими.
Общеизвестным фактом является то, что геометрия относительного расположения
остатков каталитических триад отличается от таковой у некаталитических. В результате
эволюции конформации всех каталитических остатков подвергались отбору на достижение строго определенной высокоспецифичной геометрии. При этом геометрия
боковых остатков зависит от геометрии их остова.
Ранее была выдвинута гипотеза о том, что остов триады, который участвует в катализе и
тоже подвергается эволюционному отбору, также обладает высокоспецифичной
геометрией и однозначно определяет ею геометрию боковых остатков. Соответственно,
если мы знаем геометрию одного только остова, то по ней можем восстановить полную
структуру триады. Гипотеза подтвердилась. В работе прошлого года на примере протеаз
(белков, катализирующих гидролиз пептидной связи) было показано, что остовные
геометрии триад могут быть использованы для дифференциации разных типов
каталитических троек друг от друга и от некаталитических [8].
В проведенном ранее исследовании рассматривался довольно узкий класс триад протеаз: в
качестве нуклеофила Cys/Ser, в качестве основания His, в качестве активатора Asp/Asn.
Данная работа направлена на обобщение полученных ранее результатов на остальные
классы триад, а также на другие гидролазы.
Цель исследования – на примере ранее не рассмотренных классов триад гидролаз
продемонстрировать, можно ли для задачи изучения пространства каталитических
архитектур сводить полную геометрию триады только к относительной организации
остовов ее остатков.