Э. Фёршт - Структура и механизм действия ферментов (1128692), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Карбонильная группа аминокислоты активируется согласно схеме (2.70), связываясь с хорошей уходящей группой— фосфатным остатком АМР, имеющим рК. около 6 или 7. Он легко атакуется одной из гидроксильных групп рибозного кольца концевого аденозина тРНК.
При катализируемой аминоацил-тРНК-синтетазой этерификации тРНК аминокислотами аминокислота активируется путем образования связанного с ферментом смешанного ангидрида с АМР [схема (2.70)] точно таким же образом, как это делает химик-органик, когда он активирует карбоновую кислоту с помощью образования ацилхлорида или смешанного ангидрида. ГЛАВА 3 Еще одним примером активации уходящей группы является использование Б-аденозилметионина, а не метионина в реакциях метилирования. От метионина должен отщепляться относительно основный тиолят-анион, а из активированного производного — вытесниться неосновная нейтральная сера.
ОС СНСНА — СНА — Я СН '[ НАН г СНА (2.71) 3. Применение линейных зависимостей свободной энергии к ферментативным реакциям Хотя коэффициенты р получены уже для многих ферментативных реакций, остается ряд нерешенных вопросов принципиального характера. Прежде всего неясно, какой параметр— й„~ или йьм/Км — лучше определять при исследовании влияния заместителей на реакционную способность.
Параметр Йьм/Км неудобен тем, что в него прямо входит энергия связывания, поэтому влияние заместителя на электронную конфигурацию может маскироваться влиянием его на связывание. Параметр же й„~ зависит от таких факторов, как накопление промежуточных соединений, непродуктивное связывание, напряжение и индуцированное соответствие (см. гл. 3 и 10).
Известен по крайней мере один случай, когда влияние заместителей на непродуктивное связывание было ошибочно приписано индуктивному влиянию на скорость реакции [49[. Во многих отношениях й„~/Км — более надежный параметр, поскольку все перечисленные выше нежелательные факторы, которые влияют на й,.ь в этом случае отсутствуют (гл.
1О). Тем не менее для ряда ферментов была успешно исследована зависимость реакционной способности от структуры. Проведенные ранее опыты по ацилированию химотрипсина неспецифическими субстратами [50[ и деацилированию неспецифических ацилферментов [51[ показали, что данные реакции очень чувствительны к оттягиванию электронов; это означает, что субстрат атакуется оснбвной группой. Исследования гидролиза замещенных анилинов папаином (гл. 12, равд.
Б.2) выявили, что р — большая отрицательная величина, т. е. значения йсм и Йьм/Км возра стают при увеличении способности заместителя в анилиновом ХИМИЧЕСКИЙ КАТАЛИЗ 91 кольце отдавать электроны «52]. Наличие подобной корреляции указывает на то, что лимитирующей стадией является распад тетраэдрического промежуточного соединения, в котором протонируется анилиновое кольцо [схема (2.72)].
Эти случаи нетрудно интерпретировать, поскольку р достаточно велико. Дать объяснение в случае, когда р мало, труднее,таккак это можетбыть обусловлено целым рядом факторов. Например, переходное состояние, характеризующееся незначительной перестройкой системы связей, будет практически нечувствительно к оттягиванию электронов, как и переходное состояние, в котором существенная перестройка системы связей компенсируется сильным смещением протона, принимающего участие в кислотно-оснбвном катализе [44]. О хх О-) 5Н ~ 5 — С ° н-Д х= [ ]А Медленно ~~О с $-С ~+ни ~ ~ х В: (2,72) Реакции, в которых участвует дрожжевая алькогольдегидрогеназа, анализировались с помощью более совершенных методов [53]. Чтобы оценить по отдельности влияние заместителей на электронную структуру и вклад, вносимый энергией гидрофоб- ного взаимодействия (гл.
9, равд. А), использовали метод множественной линейной регрессии. Аналогичный анализ был проведен и в случае реакций, катализируемых ацетилхолинэстеразой [54]. Упоминавшаяся в обоих примерах энергия связывания, за счет которой увеличивается й„ь будет подробно рассмотрена в гл. 1О. Иногда считают, что данные о зависимости реакционной способности от структуры более полезны при выяснении принципов катализа на простых модельных системах, чем при изучении самих ферментов. Однако совершенно очевидно, что исследования в области энзимологии также дали весьма ценную информацию и позволили сформулировать ряд интересных положений. ГЛАВА 3 92 Д. Принцип детального равновесия СН,— С Вг — О) ОН Н с В Общий „ аиазний иипалиг [, О сн,— с  — О,) св.
! (2.73) двигай киалтный катали Аналогичным образом, так как и-нитрофенол ионизируется при рН ) 7, атака п.нитрофенолом карбонильного соединения не может ускоряться с помощью общего оснбвного катализа: п-нитрофенолят-ион, несущий отрицательный заряд, является более сильным нуклеофилом и присутствует в более высокой Принцип детального равновесия используется в термодинамике для того, чтобы установить ограничения, налагаемые на вероятность переходов между различными квантовыми или другими состояниями.
Этот принцип применим также и к химическим ферментативным реакциям, если рассматривать каждое промежуточное соединение или конформацию как «состояние», Принцип детального равновесия требует, чтобы переходы между двумя любыми состояниями в равновесии происходили с равной частотой в прямом и обратном направлениях [55].Это означает, что процесс А-э- В точно уравновешен процессом В-э. А и, таким образом, равновесие не может поддерживаться за счет циклического процесса, при котором в одном направлении идет реакция А- В, а в противоположном В-+.С- А.
В другой формулировке, более удобной для кинетических исследований, этот принцип гласит, что в равновесии прямая реакция протекает по пути, в точности противоположному пути протекания обратной реакции. Другими словами, переходные состояния для прямой и обратной реакций идентичны. Это справедливо также для [неценных) реакций в стационарном состоянии [56]. Принцип детального равновесия особенно полезен при выяснении природы переходного состояния прямой реакции исходя из данных о переходном состоянии для обратной реакции. Например, поскольку атака уксусной кислоты зтанолом при низких рН осуществляется по механизму общего оснбвного катализа, обратная реакция должна протекать с отщеплением зтоксидиона от тетраэдрического промежуточного соединения с помощью общего кислотного катализа [уравнение [2.73)].
ХИМИЧЕСКИЙ КАТАЛИЗ 93 (,'-о сн,— с о,ы я~ — о,т он /~ Нека~талиеируемее оаигенле7гие (2.74) аека7яилиеируемал атпака Аналогичные соображения используются и для того, чтобы показать, что атака эфиров тиолами осуществляется без помощи общего оснбвного катализа, т, е. имеет место прямая атака тиолят.иона даже при рН меньшем, чем рК, тиола на 10 единиц, когда доля молекул, находящихся в ионизированном состоянии, равна всего 10-" [44[.
Прежде чем делать вывод о том, каков механизм реакции, необходимо удостовериться, что он удовлетворяет принципу детального равновесия. Время от времени появляются сообщения, в которых этот принцип при обсуждении механизма нарушается, поскольку на предлагаемых схемах обратная реакция идет по иному пути, чем прямая при тех же условиях проведения эксперимента. Е. Принцип кинетической эквивалентности При анализе рН-зависимости скорости химических реакций возникает неопределенность, от которой нельзя избавиться и которая известна как принцип кинетической эквивалентности. Когда из уравнения скорости реакции следует, например, что скорость реакции пропорциональна концентрации кислоты НА, это означает, что весь заряд ионов, на которые диссоциирует кислота, присущ и переходному состоянию, т.
е. либо это недиссоциированная кислота, либо два иона, Н+ и А-. Аналогичным образом, если скорость реакции пропорциональна концентрации А —,топереходноесостояниесодержит либо А-, либо НА и ОН-. Формально этот принцип можно проиллюстрировать следующим образом. Преобразовав уравнение для ионизации кислоты, получаем [нА) [А [ [н+[/к,. (2.75) концентрации, чем п-нитрофенол.
Следовательно, этот ион непосредственно атакует карбонильное соединение и, согласно принципу детального равновесия, отщепление и-нитрофенолят-иона от тетраэдрического промежуточного соединения является некатализируемым процессом [уравнение (2.74)]. ГЛАВА И 94 [А ] = [НА] 10Н [ К,/К (2.76) (где К вЂ” ионное произведение воды), отличить реакцию, идущую с образованием А-, от реакции с образованием НА и ОН-, исходя из данных о концентрационной зависимости скорости реакции, невозможно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
