Свойства SH-группы белков. Функции SH-группы аминокислот
SH-группы, расположенные в активных центрах ферментов, активированы в результате образования водородных связей с соседними функциональными группами, например имидазолом или карбоксилом. Участие протона SH-группы в образовании водородной связи приводит к увеличению электронной плотности у атома серы и, следовательно, к возрастанию его нуклеофильных свойств.
Поэтому, например, скорость алкилирования SH-групп в активных центрах АДГ и АТФ-креатинфосфофансферазы не меняется в широком интервале рН (4,0-10,0).
Маскирование SH-групп происходит в результате замедления или отсутствия их реакции со специфическими тиоловыми реагентами. Всфечается чаще, чем активация.
Есть две гипотезы по поводу его механизма:
• стерическая недоступность за счет просфанственного экранирования аминокислотными остатками;
• образование SH-фуппами внутримолекулярных химических связей (химическая маскировка).
Гемоглобин лошади, например, содержит две пары SH-фупп, из которых только одна легко реагирует с тиоловыми реагентами. Вторая находится внутри глобулы (замаскирована). Это приводит к зафуднениям при реагировании, вызванным размерами молекулы реагента. В некоторых случаях молекула ингибитора, присоединившегося к SH-фуппе, может создавать стерическое препятствие для доступа субстрата к активному ценфу и тем самым тормозить активность.
Ртутьорганические соединения при росте размеров молекулы (этилмеркурихлорид > фенилмеркурихлорид > ацетамидофенилмеркуриацетат) ингибируют активность АТФ-фосфофансферазы на 25; 55 и 75 % соответственно. Влияние размера и заряда присоединившегося реагента прослежено и на примере изоцифатдегидрогеназы. Показана почти полная инактивация фермента меркурибензоатом и 5,5'-дитиобис(2-нифобензоатом), тогда как замена нитротиобензоата на цианид-ион снижает степень ингибирования на 50 %. Сходные результаты получены для аспартатаминофансферазы мышцы сердца свиньи. Но между размерами молекул реагента и доступностью SH-фупп нет прямой связи.
Вероятно, есть дополнительные факторы, влияющие на этот процесс: в частности, влияние соседних групп, которые могут способствовать или препятствовать приближению реагентов к SH-группам, изменять степень ионизации SH-групп, участвовать в стабилизации переходного состояния, образовывать внутримолекулярные связи с ними.
Из различных типов взаимосвязей в белках, в которые могут быть вовлечены SH-группы, наиболее вероятны гидрофобные. Доказано наличие внутримолекулярных ковалентных связей (кроме дисульфидных), опосредованных через ион металла, т.е. меркаптидных связей, участвующих в образовании клешневидных комплексов. У ряда металлоферментов — это один из вариантов маскирования SH-групп.
Функция SH-группы заключается в образовании тиоэфирной связи с ацильной группой молекулы субстрата. Две SH-группы, сближенные в третичной структуре белка, образуют активный центр, доказательством чему являются инактивация фермента низкими концентрациями арсенита, который обладает высоким сродством к дитиолам, а также конкурентные отношения между субстратами и арсенитом. Дитиолы легко реактивируют фермент. SH-группы белка могут играть роль реакционноспособного акцептора при реакциях ферментативного переноса ацильных, амидных, фосфатных и других остатков.
SH-группы окислительных ферментов могут играть роль промежуточных переносчиков электронов от субстратов к акцепторам, например к НАД+. Примером может служить липоатдегидрогеназа (НАДНлипоамидоксидоредуктаза). Этот фермент (ЛипДГ) входит в состав а-кетоглутарати пируватдегидрогеназных комплексов и катализирует реакцию:
Лип (SH)2 + НАД4 -> Лип (S-S) + НАДН + Н+
ЛипДГ является флавопротеидом и не содержит связанной с белком липоевой кислоты. Но после предынкубации фермента с НАДН его активность резко тормозится арсенитом. Обработка фермента НАДН приводит к образованию двух SH-групп на молекулу ФАД. Дисульфидная группа белка является первичным акцептором электронов и протонов от дигидролипоата; при этом дисульфидная группа восстанавливается в дитиоловую. Она отдает один протон и электрон молекуле ФАД, которая переходит в семи-хинонную форму. Потом к одной из SH-групп дитиола присоединяется молекула НАД+, восстанавливающаяся в НАДН с регенерацией исходной формы фермента.
Реакционноспособная -S-S-группа, участвующая в переносе электронов, обнаружена также в активных центрах глутатионредуктазы и тиоредоксинредуктазы. Они также содержат две молекулы ФАД на одну молекулу белка и катализируют восстановление -S-S-связи в субстратах при помощи НАДФН.
Титрование ГР глутатионом или НАДФН в анаэробных условиях приводит к росту числа титруемых SH-групп в ферменте. Механизм действия аналогичен таковому у ЛипДГ.
Помимо прямого участия в каталитическом акте SH-группы, входящие в состав активных центров ферментов, могут также играть роль в установлении связей между апоферментом и молекулами субстрата или кофермента.
В этом случае они входят в состав контактного участка активного центра (binding site). Доказательством служит тот факт, что сукцинат, фумарат и малонат защищают SH-группы СДГ от действия не только окислителей, но и алкилирующих агентов, соединений трехвалентного мышьяка, ионов ртути и n-меркурибензоата. Теперь это установлено для сукцинат-, малат-, лактат-, изоцитрат-, 3-фосфоглицерат-, 3-фосфоглицеральдегид-, оксибутират, глутамат-, гомосерин-, альдегид-, алкогольдегидрогеназ, цитохромредуктазы, альдолазы, глутаминсинтетазы и многих других ферментов и послужило толчком к развитию целого направления в использовании карбоновых кислот, в частности сукцината, для профилактики и коррекции нарушений энергетического обмена, происходящих под действием ксенобиотиков.
