stringtranslate.com

Каталитическая триада

Фермент TEV протеаза [a] содержит пример каталитической триады остатков (красный) в своем активном центре . Триада состоит из аспартата ( кислота ), гистидина ( основание ) и цистеина ( нуклеофил ). Субстрат (черный) связывается с сайтом связывания , чтобы сориентировать его рядом с триадой. ( PDB : 1LVM ​)

Каталитическая триада представляет собой набор из трех координированных аминокислот , которые можно найти в активном центре некоторых ферментов . [1] [2] Каталитические триады чаще всего встречаются в ферментах гидролазах и трансферазах (например, протеазах , амидазах , эстеразах , ацилазах , липазах и β-лактамазах ). Триада кислота - основание - нуклеофил является распространенным мотивом для создания нуклеофильного остатка для ковалентного катализа . Остатки образуют сеть реле заряда для поляризации и активации нуклеофила, который атакует субстрат , образуя ковалентный промежуточный продукт, который затем гидролизуется для высвобождения продукта и регенерации свободного фермента. Нуклеофилом чаще всего является аминокислота серин или цистеин , но иногда треонин или даже селеноцистеин . Трехмерная структура фермента объединяет триадные остатки в точной ориентации, даже если они находятся далеко друг от друга в последовательности ( первичная структура ). [3]

Наряду с дивергентной эволюцией функции (и даже нуклеофила триады), каталитические триады демонстрируют некоторые из лучших примеров конвергентной эволюции . Химические ограничения на катализ привели к тому, что один и тот же каталитический раствор независимо эволюционировал по крайней мере в 23 отдельных суперсемействах . [2] Их механизм действия , следовательно, является одним из наиболее изученных в биохимии . [4] [5]

История

Ферменты трипсин и химотрипсин были впервые очищены в 1930-х годах. [6] Серин в каждом из трипсина и химотрипсина был идентифицирован как каталитический нуклеофил (с помощью модификации диизопропилфторфосфатом ) в 1950-х годах. [7] Структура химотрипсина была решена с помощью рентгеновской кристаллографии в 1960-х годах, показав ориентацию каталитической триады в активном центре . [8] Другие протеазы были секвенированы и выровнены, чтобы выявить семейство родственных протеаз, [9] [10] [11] теперь называемых семейством S1. Одновременно было обнаружено, что структуры эволюционно не связанных протеаз папаина и субтилизина содержат аналогичные триады. Механизм «передачи заряда» для активации нуклеофила другими членами триады был предложен в конце 1960-х годов. [12] По мере того, как в 1970-х и 1980-х годах с помощью рентгеновской кристаллографии было решено больше структур протеаз , были обнаружены гомологичные (например, протеаза TEV ) и аналогичные (например, папаин) триады. [13] [14] [15] Система классификации MEROPS в 1990-х и 2000-х годах начала классифицировать протеазы в структурно родственные суперсемейства ферментов и, таким образом, действует как база данных конвергентной эволюции триад в более чем 20 суперсемействах. [16] [17] Понимание того, как химические ограничения на эволюцию привели к конвергенции стольких семейств ферментов в одной и той же геометрии триад, было разработано в 2010-х годах. [2]

С момента их первоначального открытия проводились все более подробные исследования их точного каталитического механизма. Особые разногласия в 1990-х и 2000-х годах были связаны с тем, способствовали ли низкобарьерные водородные связи катализу, [18] [19] [20] или же обычных водородных связей достаточно для объяснения механизма. [21] [22] Огромный объем работы по ковалентному катализу с переключением заряда, используемому каталитическими триадами, привел к тому, что этот механизм был лучше всего охарактеризован во всей биохимии. [4] [5] [21]

Функция

Ферменты, содержащие каталитическую триаду, используют ее для одного из двух типов реакций: либо для расщепления субстрата ( гидролазы ), либо для переноса одной части субстрата на второй субстрат ( трансферазы ). Триады представляют собой взаимозависимый набор остатков в активном центре фермента и действуют совместно с другими остатками (например, сайтом связывания и оксианионным отверстием ) для достижения нуклеофильного катализа . Эти остатки триады действуют вместе, делая нуклеофильный член высокореакционноспособным , образуя ковалентное промежуточное соединение с субстратом, которое затем разделяется для завершения катализа. [23]

Механизм

Каталитические триады осуществляют ковалентный катализ, используя остаток в качестве нуклеофила. Реакционная способность нуклеофильного остатка увеличивается за счет функциональных групп других членов триады. Нуклеофил поляризуется и ориентируется основанием, которое само по себе связано и стабилизировано кислотой. [24]

Катализ выполняется в два этапа. Во-первых, активированный нуклеофил атакует карбонильный углерод и заставляет карбонильный кислород принять электронную пару, что приводит к тетраэдрическому промежуточному продукту . Накопление отрицательного заряда на этом промежуточном продукте обычно стабилизируется оксианионным отверстием в активном центре. Затем промежуточный продукт снова распадается на карбонил, выбрасывая первую половину субстрата, но оставляя вторую половину все еще ковалентно связанной с ферментом в качестве ацил-ферментного промежуточного продукта . Хотя общий кислотный катализ для расщепления первого и второго тетраэдрического промежуточного продукта может происходить по пути, показанному на схеме, доказательства, подтверждающие этот механизм с химотрипсином [25], были оспорены. [26]

Вторая стадия катализа — это разделение промежуточного продукта ацил-фермента путем атаки второго субстрата. Если этот субстрат — вода, то результатом является гидролиз; если это органическая молекула, то результатом является перенос этой молекулы на первый субстрат. Атака этим вторым субстратом образует новый тетраэдрический промежуточный продукт, который разделяется путем выброса нуклеофила фермента, высвобождения второго продукта и регенерации свободного фермента. [27]

Общий механизм реакции, катализируемой каталитической триадой (черный): нуклеофильное замещение на карбонильном субстрате (красный) вторым субстратом (синий). Сначала нуклеофил фермента (X) атакует карбонил с образованием ковалентно связанного ацил-ферментного промежуточного продукта. Затем этот промежуточный продукт атакуется нуклеофилом второго субстрата (X'). Если второй нуклеофил является гидроксилом воды, результатом является гидролиз, в противном случае результатом является перенос группы X'.

Личность членов триады

Каталитическая триада системы передачи заряда, обычно встречающаяся в протеазах. Кислотный остаток (обычно глутамат или аспартат ) выравнивает и поляризует основание (обычно гистидин ), которое активирует нуклеофил (часто серин или цистеин, иногда треонин ). Триада снижает pKa нуклеофильного остатка , который затем атакует субстрат. Оксианионная дырка положительно заряженных, обычно амидов основной цепи (иногда боковых цепей) стабилизирует накопление заряда на переходном состоянии субстрата .

Нуклеофил

Боковая цепь нуклеофильного остатка осуществляет ковалентный катализ на субстрате . Неподеленная пара электронов, присутствующая на кислороде или сере, атакует электроположительный карбонильный углерод. [3] 20 встречающихся в природе биологических аминокислот не содержат достаточно нуклеофильных функциональных групп для многих сложных каталитических реакций . Встраивание нуклеофила в триаду увеличивает его реакционную способность для эффективного катализа. Наиболее часто используемыми нуклеофилами являются гидроксил ( ОН) серина и тиол /тиолатный ион (SH/S − ) цистеина. [2] Альтернативно, треониновые протеазы используют вторичный гидроксил треонина, однако из-за стерических препятствий дополнительной метильной группы боковой цепи такие протеазы используют свой N -концевой амид в качестве основания, а не отдельную аминокислоту. [1] [28]

Использование кислорода или серы в качестве нуклеофильного атома вызывает незначительные различия в катализе. По сравнению с кислородом , дополнительная d-орбиталь серы делает ее больше (на 0,4 Å) [29] и мягче, позволяет ей образовывать более длинные связи (d C-X и d X-H в 1,3 раза) и дает ей более низкий p K a (на 5 единиц). [30] Поэтому серин больше, чем цистеин, зависит от оптимальной ориентации членов кислотно-основной триады для снижения его p K a [30] с целью достижения согласованного депротонирования с катализом. [2] Низкий p K a цистеина работает против него при разделении первого тетраэдрического промежуточного продукта , поскольку непродуктивное обращение исходной нуклеофильной атаки является более благоприятным продуктом распада. [2] Триадное основание, таким образом, предпочтительно ориентировано на протонирование уходящей группы амида, чтобы гарантировать, что оно будет выброшено, чтобы оставить серу фермента ковалентно связанной с N-концом субстрата. Наконец, разрешение ацил-фермента (для высвобождения C-конца субстрата) требует повторного протонирования серина, тогда как цистеин может уйти как S − . Стерически сера цистеина также образует более длинные связи и имеет более объемный радиус Ван-дер-Ваальса [2] и при мутации в серин может быть захвачена в непродуктивных ориентациях в активном центре. [29]

Очень редко в качестве нуклеофила используется атом селена редкой аминокислоты селеноцистеина . [31] Депротонированное состояние Se − является весьма предпочтительным в каталитической триаде. [31]

База

Поскольку ни одна из природных аминокислот не является сильно нуклеофильной, основание в каталитической триаде поляризует и депротонирует нуклеофил, увеличивая его реакционную способность. [3] Кроме того, оно протонирует первый продукт , способствуя отщеплению уходящей группы. [32]

Основанием чаще всего является гистидин, поскольку его p K a обеспечивает эффективный катализ оснований, водородную связь с кислотным остатком и депротонирование нуклеофильного остатка. [1] β-лактамазы, такие как TEM-1 , используют остаток лизина в качестве основания. Поскольку p K a лизина настолько высок (p K a = 11), глутамат и несколько других остатков действуют как кислота, стабилизируя его депротонированное состояние во время каталитического цикла. [33] [34] Треониновые протеазы используют свой N -концевой амид в качестве основания, поскольку стерическое скопление каталитической метильной группы треонина не позволяет другим остаткам находиться достаточно близко. [35] [36]

Кислота

Кислотный член триады образует водородную связь с основным остатком. Это выравнивает основной остаток, ограничивая вращение его боковой цепи, и поляризует его, стабилизируя его положительный заряд. [3] Две аминокислоты имеют кислые боковые цепи при физиологическом pH (аспартат или глутамат), и поэтому являются наиболее часто используемыми для этого члена триады. [3] Протеаза цитомегаловируса [b] использует пару гистидинов, один как основание, как обычно, и один как кислота. [1] Второй гистидин не является такой эффективной кислотой, как более распространенные аспартат или глутамат, что приводит к более низкой каталитической эффективности. [37]

Примеры триад

Диапазон аминокислотных остатков, обнаруженных в активных центрах гидролитических ферментов. Слева — члены триады нуклеофила, основания и кислоты. Справа — субстраты с расщепляемой связью, обозначенной ножницами. Две связи в бета-лактамах могут быть расщеплены (1 пенициллинацилазой и 2 бета-лактамазой ).

Сер-Хис-Асп

Мотив серин-гистидин-аспартат является одним из наиболее подробно охарактеризованных каталитических мотивов в биохимии. [3] Триада представлена ​​химотрипсином , [c] модельной сериновой протеазой из суперсемейства PA , которая использует свою триаду для гидролиза белковых остовов. Аспартат связан водородными связями с гистидином, увеличивая p K a его имидазольного азота с 7 до примерно 12. Это позволяет гистидину действовать как мощное общее основание и активировать сериновый нуклеофил. Он также имеет оксианионную дырку, состоящую из нескольких амидов остова, которая стабилизирует накопление заряда на промежуточных соединениях. Основание гистидина помогает первой уходящей группе, отдавая протон, а также активирует гидролитический водный субстрат, отнимая протон, когда оставшийся OH − атакует промежуточное соединение ацил-фермента. [23]

Та же триада также конвергентно эволюционировала в α/β-гидролазах, таких как некоторые липазы и эстеразы , однако ориентация членов триады обратная. [38] [39] Кроме того, было обнаружено, что ацетилгидролаза мозга (которая имеет ту же складку, что и малый G-белок ) также имеет эту триаду. [40]

Цис-Гис-Асп

Вторая наиболее изученная триада — мотив цистеин-гистидин-аспартат. [2] Несколько семейств цистеиновых протеаз используют этот набор триад, например, протеаза TEV [a] и папаин . [d] Триада действует аналогично триадам сериновых протеаз, с несколькими заметными отличиями. Из-за низкого pKa цистеина важность Asp для катализа варьируется, и несколько цистеиновых протеаз фактически являются диадами Cys-His (например, протеаза вируса гепатита А ), в то время как в других цистеин уже депротонирован до начала катализа (например, папаин). [41] Эта триада также используется некоторыми амидазами, такими как N -гликаназа , для гидролиза непептидных связей CN. [42]

Сер-Его-Его

Триада цитомегаловирусной протеазы [b] использует гистидин как кислотный и базовый член триады. Удаление кислого гистидина приводит только к 10-кратной потере активности (по сравнению с >10 000-кратной потерей при удалении аспартата из химотрипсина). Эта триада была интерпретирована как возможный способ создания менее активного фермента для контроля скорости расщепления. [28]

Сер-Глю-Асп

Необычная триада обнаружена в протеазах седолизина . [e] Низкий p K a группы карбоксилата глутамата означает, что она действует как основание в триаде только при очень низком pH. Предполагается, что триада является адаптацией к определенным средам, таким как кислые горячие источники (например, кумамолизин) или клеточная лизосома (например, трипептидилпептидаза ). [28]

Цис-Хис-Сер

Эндотелиальная протеаза вазогибин [f] использует цистеин в качестве нуклеофила, но серин для координации основания гистидина. [43] [44] Несмотря на то , что серин является слабой кислотой, он все еще эффективен в ориентации гистидина в каталитической триаде. [43] Некоторые гомологи альтернативно имеют треонин вместо серина в месте расположения кислоты. [43]

Thr-Nter, Ser-Nter и Cys-Nter

Треониновые протеазы, такие как субъединица протеасомной протеазы [g] и орнитиновые ацилтрансферазы [h], используют вторичный гидроксил треонина аналогично использованию первичного гидроксила серина . [35] [36] Однако из-за стерического вмешательства дополнительной метильной группы треонина базовым членом триады является N -концевой амид, который поляризует упорядоченную воду, которая, в свою очередь, депротонирует каталитический гидроксил, увеличивая его реакционную способность. [1] [28] Аналогично существуют эквивалентные конфигурации «только серин» и «только цистеин», такие как пенициллинацилаза G [i] и пенициллинацилаза V [j] , которые эволюционно связаны с протеасомными протеазами. Опять же, они используют свой N -концевой амид в качестве основания. [28]

Сер-цисСер-Лис

Эта необычная триада встречается только в одном суперсемействе амидаз. В этом случае лизин действует, поляризуя средний серин. [45] Затем средний серин образует две сильные водородные связи с нуклеофильным серином, чтобы активировать его (одну с гидроксилом боковой цепи, а другую с амидом основной цепи). Средний серин удерживается в необычной цис -ориентации, чтобы облегчить точные контакты с двумя другими остатками триады. Триада еще более необычна тем, что лизин и цис -серин оба действуют как основание при активации каталитического серина, но тот же лизин также выполняет роль кислотного члена, а также создает ключевые структурные контакты. [45] [46]

Сек-Хис-Глю

Редкая, но встречающаяся в природе аминокислота селеноцистеин (Sec) также может быть обнаружена в качестве нуклеофила в некоторых каталитических триадах. [31] Селеноцистеин похож на цистеин, но содержит атом селена вместо серы. Остаток селеноцистеина обнаружен в активном центре тиоредоксинредуктазы , которая использует селенольную группу для восстановления дисульфида в тиоредоксине. [31]

Инженерные триады

В дополнение к естественным типам каталитических триад, белковая инженерия использовалась для создания вариантов ферментов с неродными аминокислотами или полностью синтетическими аминокислотами. [47] Каталитические триады также были вставлены в иные некаталитические белки или имитаторы белков. [48]

Субтилизин (сериновая протеаза) имел свой кислородный нуклеофил, замененный на серу, [49] [50] селен , [51] или теллур . [52] Цистеин и селеноцистеин были вставлены с помощью мутагенеза , тогда как неприродная аминокислота, теллуроцистеин , была вставлена ​​с использованием ауксотрофных клеток, питаемых синтетическим теллуроцистеином. Все эти элементы находятся в 16-м столбце периодической таблицы ( халькогены ), поэтому имеют схожие свойства. [53] [54] В каждом случае замена нуклеофила снижала протеазную активность фермента, но увеличивала новую активность. Серный нуклеофил улучшал трансферазную активность ферментов (иногда называемую субтилигазой). Селеновые и теллуровые нуклеофилы превращали фермент в оксидоредуктазу . [51] [52] Когда нуклеофил протеазы TEV был преобразован из цистеина в серин, ее протеазная активность была сильно снижена, но ее удалось восстановить путем направленной эволюции . [55]

Некаталитические белки использовались в качестве каркасов, в которые были вставлены каталитические триады, которые затем были улучшены путем направленной эволюции. Триада Ser-His-Asp была вставлена ​​в антитело, [56] а также в ряд других белков. [57] Аналогичным образом, имитаторы каталитических триад были созданы в небольших органических молекулах , таких как диарильдиселенид, [58] [59] и отображены на более крупных полимерах, таких как смолы Меррифилда , [60] и самоорганизующиеся короткие пептидные наноструктуры. [61]

Дивергентная эволюция

Сложность сети активного центра приводит к тому, что остатки, участвующие в катализе (и остатки, контактирующие с ними), являются высоко эволюционно консервативными . [62] Однако существуют примеры дивергентной эволюции каталитических триад, как в катализируемой реакции, так и в остатках, используемых в катализе. Триада остается ядром активного центра, но она эволюционно адаптирована для выполнения различных функций. [63] [64] Некоторые белки, называемые псевдоферментами , имеют некаталитические функции (например, регулирование путем ингибиторного связывания) и имеют накопленные мутации, которые инактивируют их каталитическую триаду. [65]

Реакция меняется

Каталитические триады выполняют ковалентный катализ через промежуточное соединение ацил-фермент. Если это промежуточное соединение разделяется водой, результатом является гидролиз субстрата. Однако, если промежуточное соединение разделяется атакой второго субстрата, то фермент действует как трансфераза . Например, атака ацильной группы приводит к реакции ацилтрансферазы . Несколько семейств ферментов трансферазы произошли от гидролаз путем адаптации к исключению воды и благоприятствованию атаке второго субстрата. [66] У разных членов суперсемейства α/β-гидролаз триада Ser-His-Asp настраивается окружающими остатками для выполнения по крайней мере 17 различных реакций. [39] [67] Некоторые из этих реакций также достигаются с помощью механизмов, которые изменили образование или разделение промежуточного соединения ацил-фермент или которые не протекают через промежуточное соединение ацил-фермент. [39]

Кроме того, альтернативный механизм трансферазы был разработан амидофосфорибозилтрансферазой , которая имеет два активных центра. [k] В первом активном центре цистеиновая триада гидролизует субстрат глутамина, чтобы высвободить свободный аммиак. Затем аммиак диффундирует через внутренний туннель в ферменте ко второму активному центру, где он переносится на второй субстрат. [68] [69]

Нуклеофильные изменения

Дивергентная эволюция протеаз клана PA для использования различных нуклеофилов в их каталитической триаде. Показаны сериновая триада химотрипсина [c] и цистеиновая триада протеазы TEV. [a] ( PDB : 1LVM, 1GG6 ​)

Дивергентная эволюция остатков активного центра происходит медленно из-за сильных химических ограничений. Тем не менее, некоторые суперсемейства протеаз эволюционировали от одного нуклеофила к другому. Это можно предположить, когда суперсемейство (с одинаковой укладкой ) содержит семейства , которые используют разные нуклеофилы. [55] Такие переключения нуклеофилов происходили несколько раз в ходе эволюционной истории, однако механизмы, посредством которых это происходит, до сих пор неясны. [17] [55]

В суперсемействах протеаз, содержащих смесь нуклеофилов (например, клан PA ), семейства обозначаются по их каталитическому нуклеофилу (C = цистеиновые протеазы, S = сериновые протеазы).

Псевдоферменты

Еще одним подклассом вариантов каталитических триад являются псевдоферменты , которые имеют мутации триад, которые делают их каталитически неактивными, но способными функционировать как связывающие или структурные белки. [71] [72] Например, гепарин -связывающий белок азуроцидин является членом клана PA, но с глицином вместо нуклеофила и серином вместо гистидина. [73] Аналогично, RHBDF1 является гомологом семейства ромбовидных протеаз S54 с аланином вместо нуклеофильного серина. [74] [75] В некоторых случаях псевдоферменты могут по-прежнему иметь неповрежденную каталитическую триаду, но мутации в остальной части белка удаляют каталитическую активность. Клан CA содержит каталитически неактивных членов с мутировавшими триадами ( кальпамодулин имеет лизин вместо цистеинового нуклеофила) и с неповрежденными триадами, но с инактивирующими мутациями в других местах (крысиный тестин сохраняет триаду Cys-His-Asn). [76]

Конвергентная эволюция

Энзимология протеаз дает некоторые из самых ярких известных примеров конвергентной эволюции на молекулярном уровне. Одно и то же геометрическое расположение остатков триад встречается в более чем 20 отдельных суперсемействах ферментов . Каждое из этих суперсемейств является результатом конвергентной эволюции для одного и того же расположения остатков триад в другой структурной складке . Это происходит потому, что существуют ограниченные продуктивные способы упорядочить три остатка триад, скелет фермента и субстрат. Эти примеры отражают внутренние химические и физические ограничения ферментов, приводящие к тому, что эволюция многократно и независимо сходится к эквивалентным решениям. [1] [2]

Цистеиновые и сериновые гидролазы

Те же триадные геометрии были объединены сериновыми протеазами, такими как суперсемейства химотрипсина [c] и субтилизина . Подобная конвергентная эволюция произошла с цистеиновыми протеазами, такими как вирусная протеаза C3 и суперсемейства папаина [d] . Эти триады сошлись почти до одинакового расположения из-за механистического сходства в механизмах протеолиза цистеина и серина . [2]

Семейства цистеиновых протеаз

Семейства сериновых протеаз

Треониновые протеазы

Треониновые протеазы используют аминокислоту треонин в качестве каталитического нуклеофила. В отличие от цистеина и серина, треонин является вторичным гидроксилом (т.е. имеет метильную группу). Эта метильная группа значительно ограничивает возможные ориентации триады и субстрата, поскольку метил сталкивается либо с основной цепью фермента, либо с основанием гистидина. [2] Когда нуклеофил сериновой протеазы мутировал в треонин, метил занимал смесь позиций, большинство из которых предотвращало связывание субстрата. [77] Следовательно, каталитический остаток треониновой протеазы расположен на ее N -конце. [2]

Известно, что два эволюционно независимых суперсемейства ферментов с различными белковыми складками используют N -концевой остаток в качестве нуклеофила: суперсемейство PB (протеасомы, использующие складку Ntn) [35] и суперсемейство PE ( ацетилтрансферазы, использующие складку DOM) [36]. Эта общность структуры активного центра в совершенно разных белковых складках указывает на то, что активный центр развивался конвергентно в этих суперсемействах. [2] [28]

Семейства треониновых протеаз

Смотрите также

Ссылки

Примечания

  1. ^ abcd TEV протеаза MEROPS : клан PA, семейство C4
  2. ^ ab Протеаза цитомегаловируса MEROPS : клан SH, семейство S21
  3. ^ abc Химотрипсин MEROPS : клан PA, семейство S1
  4. ^ abc Папаин MEROPS : клан CA, семья C1
  5. ^ Седолизиновая протеаза MEROPS : клан SB, семейство 53
  6. ^ Вазогибиновая протеаза MEROPS : клан CA
  7. ^ ab Протеасома MEROPS : клан PB, семейство T1
  8. ^ ab Орнитиновые ацилтрансферазы MEROPS : клан PE, семейство T5
  9. ^ Пенициллинацилаза G MEROPS : клан PB, семейство S45
  10. ^ Пенициллинацилаза V MEROPS : клан PB, семейство C59
  11. ^ амидофосфорибозилтрансфераза MEROPS : клан PB, семейство C44
  12. ^ Субтилизин MEROPS : клан SB, семейство S8
  13. ^ Пролилолигопептидаза MEROPS : клан SC, семейство S9

Цитаты

  1. ^ abcdef Додсон Г, Влодавер А (1998). «Каталитические триады и их родственники». Trends Biochem. Sci. 23 (9): 347–52. doi :10.1016/S0968-0004(98)01254-7. PMID  9787641.
  2. ^ abcdefghijklm Buller AR, Townsend CA (2013). «Внутренние эволюционные ограничения на структуру протеазы, ацилирование фермента и идентичность каталитической триады». Proc. Natl. Acad. Sci. USA 110 (8): E653–61. Bibcode :2013PNAS..110E.653B. doi : 10.1073/pnas.1221050110 . PMC 3581919 . PMID  23382230.  
  3. ^ abcdef Stryer L, Berg JM, Tymoczko JL (2002). "9 каталитических стратегий". Биохимия (5-е изд.). Сан-Франциско: WH Freeman. ISBN 9780716749554.
  4. ^ ab Perutz M (1992). Структура белка. Новые подходы к болезням и терапии . Нью-Йорк: WH Freeman and Co. ISBN 9780716770213.
  5. ^ ab Neurath H (1994). «Протеолитические ферменты в прошлом и настоящем: вторая золотая эра. Воспоминания, специальный раздел в честь Макса Перуца». Protein Sci. 3 (10): 1734–9. doi :10.1002/pro.5560031013. PMC 2142620 . PMID  7849591.  
  6. ^ Ohman KP, Hoffman A, Keiser HR (1990). «Эндотелин-индуцированная вазоконстрикция и высвобождение предсердных натрийуретических пептидов у крыс». Acta Physiol. Scand. 138 (4): 549–56. doi :10.1111/j.1748-1716.1990.tb08883.x. PMID  2141214.
  7. ^ Dixon GH, Kauffman DL, Neurath H (1958). «Аминокислотная последовательность в области связывания диизопропилфосфорила в дип-трипсине». J. Am. Chem. Soc. 80 (5): 1260–1. doi :10.1021/ja01538a059.
  8. ^ Matthews BW, Sigler PB, Henderson R, et al. (1967). "Трехмерная структура тозил-α-химотрипсина". Nature . 214 (5089): 652–656. Bibcode :1967Natur.214..652M. doi :10.1038/214652a0. PMID  6049071. S2CID  4273406.
  9. ^ Уолш КА, Нейрат Х (1964). «Трипсиноген и химотрипсиноген как гомологичные белки». Proc. Natl. Acad. Sci. USA 52 (4): 884–9. Bibcode :1964PNAS...52..884W. doi : 10.1073/pnas.52.4.884 . PMC 300366 . PMID  14224394.  
  10. ^ de Haën C, Neurath H, Teller DC (1975). «Филогения сериновых протеаз, родственных трипсину, и их зимогенов. Новые методы исследования отдаленных эволюционных связей». J. Mol. Biol. 92 (2): 225–59. doi :10.1016/0022-2836(75)90225-9. PMID  1142424.
  11. ^ Lesk AM, Fordham WD (1996). «Консервация и изменчивость структур сериновых протеиназ семейства химотрипсинов». J. Mol. Biol. 258 (3): 501–37. doi :10.1006/jmbi.1996.0264. PMID  8642605.
  12. ^ Blow DM, Birktoft JJ, Hartley BS (1969). «Роль скрытой кислотной группы в механизме действия химотрипсина». Nature . 221 (5178): 337–40. Bibcode :1969Natur.221..337B. doi :10.1038/221337a0. PMID  5764436. S2CID  4214520.
  13. ^ Горбаленя А.Е., Блинов В.М., Донченко А.П. (1986). «Протеиназа 3С, кодируемая полиовирусом: возможная эволюционная связь между семействами клеточных сериновых и цистеиновых протеиназ». FEBS Lett. 194 (2): 253–7. doi : 10.1016/0014-5793(86)80095-3 . PMID  3000829. S2CID  23268152.
  14. ^ Базан Дж. Ф., Флеттерик Р. Дж. (1988). «Вирусные цистеиновые протеазы гомологичны трипсиноподобному семейству сериновых протеаз: структурные и функциональные последствия». Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85 (21): 7872–6. Bibcode :1988PNAS...85.7872B. doi : 10.1073/pnas.85.21.7872 . PMC 282299 . PMID  3186696.  
  15. ^ Phan J, Zdanov A, Evdokimov AG и др. (2002). «Структурная основа субстратной специфичности протеазы вируса табачной гравировки». J. Biol. Chem. 277 (52): 50564–72. doi : 10.1074/jbc.M207224200 . PMID  12377789.
  16. ^ Rawlings ND, Barrett AJ (1993). «Эволюционные семейства пептидаз». Biochem. J. 290 (1): 205–18. doi :10.1042/bj2900205. PMC 1132403 . PMID  8439290.  
  17. ^ ab Rawlings ND, Barrett AJ, Bateman A (2010). "MEROPS: база данных пептидаз". Nucleic Acids Res. 38 (supl_1): D227–33. doi :10.1093/nar/gkp971. PMC 2808883 . PMID  19892822.  
  18. ^ Frey PA, Whitt SA, Tobin JB (1994). «Низкобарьерная водородная связь в каталитической триаде сериновых протеаз». Science . 264 (5167): 1927–30. Bibcode :1994Sci...264.1927F. doi :10.1126/science.7661899. PMID  7661899.
  19. ^ Ash EL, Sudmeier JL, De Fabo EC и др. (1997). «Низкобарьерная водородная связь в каталитической триаде сериновых протеаз? Теория против эксперимента». Science . 278 (5340): 1128–32. Bibcode :1997Sci...278.1128A. doi :10.1126/science.278.5340.1128. PMID  9353195.
  20. ^ Agback P, Agback T (2018). «Прямое доказательство водородной связи с низким барьером в каталитической триаде сериновой протеазы». Sci. Rep. 8 (1): 10078. Bibcode :2018NatSR...810078A. doi :10.1038/s41598-018-28441-7. PMC 6031666 . PMID  29973622.  
  21. ^ ab Schutz CN, Warshel A (2004). «Повторное рассмотрение предложения о водородной связи с низким барьером (LBHB): случай пары Asp... His в сериновых протеазах». Белки . 55 (3): 711–23. doi :10.1002/prot.20096. PMID  15103633. S2CID  34229297.
  22. ^ Warshel A, Papazyan A (1996). «Энергетические соображения показывают, что водородные связи с низким барьером не дают каталитического преимущества по сравнению с обычными водородными связями». Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93 (24): 13665–70. Bibcode :1996PNAS...9313665W. doi : 10.1073/pnas.93.24.13665 . PMC 19385 . PMID  8942991.  
  23. ^ ab Rauwerdink, Alissa и Romas J. Kazlauskas. «Как один и тот же основной каталитический аппарат катализирует 17 различных реакций: каталитическая триада серин-гистидин-аспартат ферментов α/β-гидролазной складки». ACS catalysis 5.10 (2015): 6153-6176.
  24. ^ Бхаскаран, Аяна и др. «Ферментно-вдохновленный полимер, функционализированный искусственной каталитической триадой». Полимер 225 (2021): 123735.
  25. ^ Фершт, АР; Рекена, И (1971). «Механизм катализируемого химотрипсином гидролиза амидов. Зависимость kc и Km от pH». Кинетическое обнаружение промежуточного соединения. J. Am. Chem. Soc . 93 (25): 7079–87. doi :10.1021/ja00754a066. PMID  5133099.
  26. ^ Zeeberg, B; Caswell, M; Caplow, M (1973). «Относительно сообщенного изменения в этапе, определяющем скорость, в катализе химотрипсина». J. Am. Chem. Soc . 95 (8): 2734–5. doi :10.1021/ja00789a081. PMID  4694533.
  27. ^ Shafee T (2014). Эволюционируемость вирусной протеазы: экспериментальная эволюция катализа, надежности и специфичности (диссертация на соискание ученой степени доктора философии). Кембриджский университет. doi : 10.17863/CAM.16528.
  28. ^ abcdef Ekici OD, Paetzel M, Dalbey RE (2008). «Нетрадиционные сериновые протеазы: вариации каталитической конфигурации триады Ser/His/Asp». Protein Sci. 17 (12): 2023–37. doi :10.1110/ps.035436.108. PMC 2590910 . PMID  18824507.  
  29. ^ ab McGrath ME, Wilke ME, Higaki JN и др. (1989). «Кристаллические структуры двух сконструированных тиоловых трипсинов». Биохимия . 28 (24): 9264–70. doi :10.1021/bi00450a005. PMID  2611228.
  30. ^ ab Polgár L, Asbóth B (1986). "Основное различие в катализах сериновыми и цистеиновыми протеиназами заключается в стабилизации заряда в переходном состоянии". J. Theor. Biol. 121 (3): 323–6. Bibcode :1986JThBi.121..323P. doi :10.1016/s0022-5193(86)80111-4. PMID  3540454.
  31. ^ abcd Brandt W, Wessjohann LA (2005). «Функциональная роль селеноцистеина (Sec) в механизме катализа больших тиоредоксинредуктаз: предложение о триаде обмена каталитическими молекулами, включающей состояние Sec-His-Glu». ChemBioChem . 6 (2): 386–94. doi :10.1002/cbic.200400276. PMID  15651042. S2CID  25575160.
  32. ^ Буллер, Эндрю Р. и Крейг А. Таунсенд. «Внутренние эволюционные ограничения структуры протеазы, ацилирования фермента и идентичности каталитической триады». Труды Национальной академии наук 110.8 (2013): E653-E661.
  33. ^ Damblon C, Raquet X, Lian LY и др. (1996). «Каталитический механизм бета-лактамаз: ЯМР-титрование остатка лизина активного центра фермента TEM-1». Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93 (5): 1747–52. Bibcode :1996PNAS...93.1747D. doi : 10.1073/pnas.93.5.1747 . PMC 39852 . PMID  8700829.  
  34. ^ Jelsch C, Lenfant F, Masson JM и др. (1992). «Бета-лактамаза TEM1 E. coli. Определение кристаллической структуры при разрешении 2,5 А». FEBS Lett. 299 (2): 135–42. doi : 10.1016/0014-5793(92)80232-6 . PMID  1544485.
  35. ^ abc Brannigan JA, Dodson G, Duggleby HJ, et al. (1995). «Протеиновый каталитический каркас с N-концевым нуклеофилом способен к самоактивации». Nature . 378 (6555): 416–9. Bibcode :1995Natur.378..416B. doi :10.1038/378416a0. PMID  7477383. S2CID  4277904.
  36. ^ abc Cheng H, Grishin NV (2005). "DOM-fold: структура с пересекающимися петлями, обнаруженная в DmpA, орнитинацетилтрансферазе и домене связывания кофактора молибдена". Protein Sci. 14 (7): 1902–10. doi :10.1110/ps.051364905. PMC 2253344 . PMID  15937278.  
  37. ^ Qiu, X., Culp, JS, DiLella, AG, Hellmig, B., Hoog, SS, Janson, CA, ... и Abdel-Meguid, SS (1996). Уникальная складка и активный сайт в протеазе цитомегаловируса. Nature, 383(6597), 275-279.
  38. ^ Sun Y, Yin S, Feng Y и др. (2014). «Молекулярная основа общего базового катализа каталитической триады α/β-гидролазы». J. Biol. Chem. 289 (22): 15867–79. doi : 10.1074/jbc.m113.535641 . PMC 4140940 . PMID  24737327.  
  39. ^ abc Rauwerdink A, Kazlauskas RJ (2015). «Как один и тот же основной каталитический аппарат катализирует 17 различных реакций: каталитическая триада серин-гистидин-аспартат ферментов сворачивания α/β-гидролазы». ACS Catal. 5 (10): 6153–6176. doi :10.1021/acscatal.5b01539. PMC 5455348 . PMID  28580193.  
  40. ^ Синха, П. и Ядав, АК (2023). Идентификация in silico производных циклоспорина как потенциальных ингибиторов RdRp ротавируса с помощью молекулярной стыковки и молекулярной динамики. Журнал биомолекулярной структуры и динамики, 42(10), 5001–5014. https://doi.org/10.1080/07391102.2023.2239918
  41. ^ Беверидж А. Дж. (1996). «Теоретическое исследование активных участков папаина и трипсина крысы S195C: последствия низкой реактивности мутантных сериновых протеиназ». Protein Sci. 5 (7): 1355–65. doi :10.1002/pro.5560050714. PMC 2143470 . PMID  8819168.  
  42. ^ Allen MD, Buchberger A, Bycroft M (2006). «Домен PUB функционирует как модуль связывания p97 в человеческой пептидной N-гликаназе». J. Biol. Chem. 281 (35): 25502–8. doi : 10.1074/jbc.M601173200 . PMID  16807242.
  43. ^ abc Sanchez-Pulido L, Ponting CP (2016). «Вазогибины: новые трансглутаминазоподобные цистеиновые протеазы, обладающие неканонической каталитической триадой Cys-His-Ser». Биоинформатика . 32 (10): 1441–5. doi :10.1093/bioinformatics/btv761. PMC 4866520. PMID  26794318 . 
  44. ^ Sato Y, Sonoda H (2007). «Семейство вазогибинов: отрицательная система регуляции ангиогенеза, генетически запрограммированная в эндотелиальных клетках». Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 27 (1): 37–41. doi : 10.1161/01.atv.0000252062.48280.61 . PMID  17095714.
  45. ^ ab Shin S, Yun YS, Koo HM и др. (2003). «Характеристика новой каталитической триады Ser-cisSer-Lys в сравнении с классической триадой Ser-His-Asp». J. Biol. Chem. 278 (27): 24937–43. doi : 10.1074/jbc.M302156200 . PMID  12711609.
  46. ^ Cerqueira NM, Moorthy H, Fernandes PA, et al. (2017). «Механизм каталитической триады Ser-(cis)Ser-Lys пептидных амидаз». Phys. Chem. Chem. Phys. 19 (19): 12343–12354. Bibcode :2017PCCP...1912343C. doi :10.1039/C7CP00277G. PMID  28453015. Архивировано из оригинала 24.12.2017 . Получено 24.12.2017 .
  47. ^ Toscano MD, Woycechowsky KJ, Hilvert D (2007). «Минималистская переделка активного центра: обучение старых ферментов новым трюкам». Angew. Chem. 46 (18): 3212–36. doi :10.1002/anie.200604205. PMID  17450624.
  48. ^ Кирби, Энтони Дж. «Имитаторы ферментов». Стимулирующие концепции в химии (2000): 339-353.
  49. ^ Abrahmsén L, Tom J, Burnier J, et al. (1991). «Инженерия субтилизина и его субстратов для эффективного лигирования пептидных связей в водном растворе». Биохимия . 30 (17): 4151–9. CiteSeerX 10.1.1.461.9606 . doi :10.1021/bi00231a007. PMID  2021606. 
  50. ^ Джексон DY, Бернье J, Куан C и др. (1994). «Сконструированная пептидная лигаза для полного синтеза рибонуклеазы A с неестественными каталитическими остатками». Science . 266 (5183): 243–7. Bibcode :1994Sci...266..243J. doi :10.1126/science.7939659. JSTOR  2884761. PMID  7939659.
  51. ^ ab Syed R, Wu ZP, Hogle JM и др. (1993). «Кристаллическая структура селеносубтилизина при разрешении 2,0 А». Биохимия . 32 (24): 6157–64. doi :10.1021/bi00075a007. PMID  8512925.
  52. ^ ab Mao S, Dong Z, Liu J, et al. (2005). «Полусинтетический теллуросубтилизин с активностью глутатионпероксидазы». J. Am. Chem. Soc. 127 (33): 11588–9. doi :10.1021/ja052451v. PMID  16104720.
  53. ^ Devillanova FA, Du Mont WW (2013). Справочник по химии халькогенов . Том 1: новые перспективы в сере, селене и теллуре (2-е изд.). Кембридж: RSC . ISBN 9781849736237. OCLC  868953797.
  54. ^ Bouroushian M (2010). "Электрохимия халькогенов". Электрохимия халькогенидов металлов . Монографии по электрохимии. Берлин, Гейдельберг: Springer. стр. 57–75. doi :10.1007/978-3-642-03967-6_2. ISBN 9783642039669.
  55. ^ abc Shafee T, Gatti-Lafranconi P, Minter R и др. (2015). «Эволюция восстановления гандикапа приводит к химически универсальной, нуклеофильно-разрешительной протеазе». ChemBioChem . 16 (13): 1866–9. doi :10.1002/cbic.201500295. PMC 4576821 . PMID  26097079. 
  56. ^ Окоччи Н., Като-Мураи М., Кадоносоно Т. и др. (2007). «Дизайн каталитической триады, подобной сериновой протеазе, на легкой цепи антитела, отображаемой на поверхности дрожжевой клетки». Appl. Microbiol. Biotechnol. 77 (3): 597–603. doi :10.1007/s00253-007-1197-0. PMID  17899065. S2CID  35590920.
  57. ^ Раджагопалан С., Ван С., Ю К. и др. (2014). «Дизайн активированных серинсодержащих каталитических триад с точностью на атомном уровне». Nat. Chem. Biol. 10 (5): 386–91. doi :10.1038/nchembio.1498. PMC 4048123 . PMID  24705591.  
  58. ^ Bhowmick D, Mugesh G (2015). «Введение каталитической триады увеличивает глутатионпероксидазоподобную активность диарильдиселенидов». Org. Biomol. Chem. 13 (34): 9072–82. doi :10.1039/C5OB01294E. PMID  26220806.
  59. ^ Bhowmick D, Mugesh G (2015). «Взгляд на каталитический механизм синтетических миметиков глутатионпероксидазы». Org. Biomol. Chem. 13 (41): 10262–72. doi :10.1039/c5ob01665g. PMID  26372527.
  60. ^ Nothling MD, Ganesan A, Condic-Jurkic K и др. (2017). «Простая конструкция поддерживаемого катализатора на основе фермента, основанного на каталитической триаде». Chem . 2 (5): 732–745. Bibcode : 2017Chem....2..732N. doi : 10.1016/j.chempr.2017.04.004 .
  61. ^ Gulseren G, Khalily MA, Tekinay AB и др. (2016). «Каталитические супрамолекулярные самоорганизующиеся пептидные наноструктуры для гидролиза эфиров». J. Mater. Chem. B . 4 (26): 4605–4611. doi :10.1039/c6tb00795c. hdl : 11693/36666 . PMID  32263403.
  62. ^ Halabi N, Rivoire O, Leibler S, et al. (2009). «Белковые секторы: эволюционные единицы трехмерной структуры». Cell . 138 (4): 774–86. doi :10.1016/j.cell.2009.07.038. PMC 3210731 . PMID  19703402. 
  63. ^ Мурзин АГ (1998). «Как далеко заходит дивергентная эволюция в белках». Current Opinion in Structural Biology . 8 (3): 380–387. doi :10.1016/S0959-440X(98)80073-0. PMID  9666335.
  64. ^ Gerlt JA, Babbitt PC (2001). «Расходящаяся эволюция ферментативной функции: механистически разнообразные суперсемейства и функционально различные суперсемейства». Annu. Rev. Biochem. 70 (1): 209–46. doi :10.1146/annurev.biochem.70.1.209. PMID  11395407.
  65. ^ Murphy JM, Farhan H, Eyers PA (2017). «Биозомби: рост псевдоферментов в биологии». Biochem. Soc. Trans. 45 (2): 537–544. doi :10.1042/bst20160400. PMID  28408493.
  66. ^ Stehle F, Brandt W, Stubbs MT и др. (2009). «Синапоилтрансферазы в свете молекулярной эволюции». Фитохимия . Эволюция метаболического разнообразия. 70 (15–16): 1652–62. Bibcode :2009PChem..70.1652S. doi :10.1016/j.phytochem.2009.07.023. PMID  19695650.
  67. ^ Dimitriou PS, Denesyuk A, Takahashi S, et al. (2017). "Альфа/бета-гидролазы: уникальный структурный мотив координирует каталитический кислотный остаток в 40 семействах белковых складок". Proteins . 85 (10): 1845–1855. doi :10.1002/prot.25338. PMID  28643343. S2CID  25363240.
  68. ^ Смит Дж. Л. (1998). «Глутамин PRPP амидотрансфераза: моментальные снимки фермента в действии». Current Opinion in Structural Biology . 8 (6): 686–94. doi :10.1016/s0959-440x(98)80087-0. PMID  9914248.
  69. ^ Smith JL, Zaluzec EJ, Wery JP и др. (1994). «Структура аллостерического регуляторного фермента биосинтеза пурина». Science . 264 (5164): 1427–33. Bibcode :1994Sci...264.1427S. doi :10.1126/science.8197456. PMID  8197456.
  70. ^ "Кланы смешанного (C, S, T) каталитического типа". www.ebi.ac.uk . MEROPS . Получено 20 декабря 2018 г. .
  71. ^ ab Фишер К, Рейнольдс СЛ (2015). «Псевдопротеазы: механизмы и функции». Biochem. J. 468 (1): 17–24. doi :10.1042/BJ20141506. PMID  25940733.
  72. ^ Todd AE, Orengo CA, Thornton JM (2002). «Последовательность и структурные различия между ферментными и неферментными гомологами». Структура . 10 (10): 1435–51. doi : 10.1016/s0969-2126(02)00861-4 . PMID  12377129.
  73. ^ Iversen LF, Kastrup JS, Bjørn SE и др. (1997). «Структура HBP, многофункционального белка с сериновой протеиназной складкой». Nat. Struct. Biol. 4 (4): 265–8. doi :10.1038/nsb0497-265. PMID  9095193. S2CID  19949043.
  74. ^ Zettl M, Adrain C, Strisovsky K и др. (2011). «Псевдопротеазы семейства ромбовидных используют механизм контроля качества ER для регулирования межклеточной сигнализации». Cell . 145 (1): 79–91. doi :10.1016/j.cell.2011.02.047. PMC 3149277 . PMID  21439629. 
  75. ^ Lemberg MK, Adrain C (2016). «Неактивные ромбовидные белки: новые механизмы, имеющие значение для здоровья и болезней». Semin. Cell Dev. Biol. 60 : 29–37. doi :10.1016/j.semcdb.2016.06.022. hdl : 10400.7/759 . PMID  27378062.
  76. ^ Cheng CY, Morris I, Bardin CW (1993). «Тестины структурно связаны с предшественником цистеиновой протеиназы мыши, но лишены какой-либо протеазной/антипротеазной активности». Biochem. Biophys. Res. Commun. 191 (1): 224–231. doi :10.1006/bbrc.1993.1206. PMID  8447824.
  77. ^ Pelc LA, Chen Z, Gohara DW, et al. (2015). «Почему Ser, а не Thr, посредники катализа в трипсиновой складке». Биохимия . 54 (7): 1457–64. doi :10.1021/acs.biochem.5b00014. PMC 4342846. PMID  25664608 .