Ферменты со складкой α/β-гидролаз: структура, функции и механизмы

Семейство ферментов со складкой α/β-гидролаз быстро становится одной из крупнейших групп структурно родственных ферментов с разнообразными каталитическими функциями. К нему относятся ацетилхолинэстераза, диенелактонгидролаза, липазы, тиоэстеразы, сериновые карбоксипептидазы, пролин-имино-пептидазы, пролилолигопептидазы, галоалкан-дегалогеназы, галогенпероксидазы, эпоксидгидролазы, гидроксинитрильные лиазы и другие ферменты. Все они имеют каталитическую триаду «нуклеофил—гистидин—кислота», обеспечивающую эффективную работу с субстратами разного химического состава и физико-химических свойств в различных биологических условиях. Например, ацетилхолинэстераза расщепляет нейромедиатор ацетилхолин со скоростью, близкой к пределу, задаваемому диффузией субстрата к активному центру фермента. Диенелактонгидролаза использует катализ с участием субстрата для разрушения ароматических соединений. Липазы действуют, адсорбируясь на границе раздела воды и липидов, где находятся их нейтральные, нерастворимые в воде сложноэфирные субстраты. У большинства липаз активный центр скрыт под элементами вторичной структуры — «крышкой», конформация которой должна измениться, чтобы субстрат получил к нему доступ. Тиоэстеразы участвуют во множестве биохимических процессов, включая биолюминесценцию, биосинтез и метаболизм жирных кислот и поликетидов. Сериновые карбоксипептидазы распознают отрицательно заряженную карбоксильную группу на конце пептидных субстратов. Галоалкан-дегалогеназа — детоксицирующий фермент, превращающий галогенированные алифатические соединения в соответствующие спирты, тогда как галогенпероксидаза катализирует галогенирование органических соединений. Гидроксинитрильная лиаза расщепляет связи углерод—углерод в циангидринах с одновременным образованием цианистого водорода; у растений это служит защитным механизмом. В статье представлен обзор каталитической активности ферментов этой группы на примере отдельных представителей. Описано современное понимание молекулярных основ катализа и специфичности к субстратам. В контексте механизмов действия ферментов обсуждаются взаимосвязи между строением и топологией активного центра, а также конформационными перестройками белковой молекулы.