Кислотность групп в ферментах

Единственная химическая реакция, которая здесь будет рассматриваться, —это гидролиз. Он может осуществляться как ферментативным, так и химическим путем. Горячая разбавленная минеральная кислота медленно расщепляет амидные связи с образованием с учайных фрагментов, в конечном итоге приводя к простым аминокислотам. Контролируемый кислотный гидролиз разрушает белок с образованием смеси пептидов. Возможен также ферментативный гидролиз протеолитические ферменты очень разнообразны по своему специфическому действию. Некоторые из них, такие, как папаин или фицин, фактически неспецифичны и расщепляют белки до свободных аминокислот, в то время как другие — трипсин, химотрипсин и пепсин— гидролизуют только особые связи в белковых молекулах (ср. мальтаза, эмульсин и т. д., разд. 17.6 и 17.7). Так, пепсин расщепляет амидную связь между карбоксильной группой ди-карбоновой ь-аминокислоты и аминогруппой ароматической ь-аминокислоты при условии, что вторая карбоксильная кислотная группа дикарбоновой аминокислоты не связана. Химотрипсин менее специфичен и расщепляет амидную связь с карбонильной стороны ароматической ь-аминокислоты. Трипсин гидролизует амидные связи, включающие карбоксильные груп- [c.296]

На основании того, что в некоторых механизмах кислотного и основного катализа существует нуклеофильная атака на карбонильный атом углерода и передача протона к спиртовому атому кислорода, естественно предположить, что в энзиматическом катализе существует одновременная нуклеофильная атака основной группой В и передача протона кислотной группой —А — Н. Такой пуш-пульный механизм должен приводить к очень эффективному типу катализа, и этим можно объяснить высокую эффективность ферментов. [c.322]

Нуклеофильное замещение является простой реакцией замещения, в которой нуклеофильный агент (основание) приближается к атому углерода или фосфора с дефицитом электронов (электрофильный центр) и образует с ним связь, замещая при этом какой-либо другой атом, например О, N или 5. Замещаемый атом уходит вместе с неподеленной парой электронов и с любой другой присоединенной к нему химической группировкой, причем все это вместе называется уходящей группой. Обычно для завершения реакции необходимо, чтобы одновременно с замещением или после него к атому О, N или 5 уходящей группы присоединился протон, происходящий из кислотной группы фермента или воды. Заметим, что основание В (которое может нести отрицательный заряд или быть электронейтральным) часто образуется путем ферментативного удаления протона от сопряженной кислоты ВН. [c.91]

Из результатов исследования рН-зависимости действия холинэстераз следует, что активность ферментов связана с функциями группировки, рк которой составляет 8,5—10. К таким группировкам может быть отнесен гидроксил тирозина (см. стр. 112). Однако каких-либо прямых доказательств участия гидроксила тирозина (как впрочем и имидазола гистидина) в каталитическом действии холинэстераз нет. Вместе с тем не подлежит сомнению тот факт, что в образовании фермент-субстратного-комплекса ацетилхолин — холинэстераза участвуют в качестве обязательных не менее трех связей. Поэтому во всех современных схемах механизма действия холинэстераз фигурируют гидроксил серина, связанный с имидазолом гистидина,— в качестве постулированной Уилсоном нуклеофильной группировки эстеразного центра ионизированная карбоксильная группа — в качестве анионного центра в некоторых схемах гидроксил тирозина — в качестве кислотной группы эстеразного центра [16, 18, 141, 156]. [c.238]

Другой вероятный механизм участия фермента в реакции замещения у карбонильной группы состоит в протонировании карбонильного кислорода кислотной группой фермента [c.111]

При этом необходимо иметь в виду, что Ка и Кь представляют собой константы кислотной диссоциации основной и кислотной групп фермента. Подставив значения [ЕН ] и [Е] в уравнение (УП1. 20), получим [c.106]

Полагают, что кислотная группа Азр-102 находится в глубине молекулы, и, видимо, ее уникальное положение относительно необычно поляризуемой системы имидазольного кольца Н1.я-57, который в незаряженном состоянии способен нести протон на любом из двух своих атомов азота, является ключом к пониманию активности этого фермента, а также и других сериновых протеаз [c.220]

Образование и гидролиз ацилфермента (ацилирование и де-ацилирование фермента) можно изучать отдельно, при соответствующим образом подобранных условиях или субстратах. Обе стадии зависят от основной группы с рКз около 7, соответствующей имидазольной группе системы переноса заряда. Ацилирование (и только оно) зависит также от кислотной группы с рКа [c.494]

Ферменты представляется возможным прикрепить к поверхности носителя путем сорбции к ионитам — катионитам (содержащие активные кислотные группы) или к анионитам (содержащим преимущественно основные группы). В качестве сорбентов — носителей ферментов часто используют гель гидроокиси алюминия или фосфата кальция, диатомит, модифицированный крахмал, бентониты, кизельгуры и др. Сорбцию ферментов осуществляют либо в колонках путем пропускания раствора фермента с определенной скоростью через слой ионитов, либо в реакторах, в которых сорбент определенное время перемешивают с раствором фермента. Полученный продукт затем используют как иммобилизованный ферментный препарат. Адсорбция фермента к носителю не обеспечивает их длительную стабилизацию. Более длительную стабилизацию обеспечивает ионообменное связывание фермента, например на модифицированных ионообменных целлюлозах. [c.205]

Общий кислотно-основной катализ нуклеофильными группами ферментов [c.138]

Важными аспектами реакционной способности органических соединений являются их кислотные и основные свойства. Эти свойства часто обусловливают существование большинства органических биомолекул в условиях организма в ионном состоянии. Перенос протона, например между атомами кислорода, азота и серы, наблюдается в ходе многих биохимических реакций. Большую роль в биохимических процессах также играет кислотный или основный катализ, осуществляемый с участием соответствующих ионогенных групп ферментов. [c.100]

Независимо от механизма участия ионогенных групп фермента в каталитическом эффекте исследование влияния pH на скорость ферментативной реакции позволяет количественно охарактеризовать кислотно-основные свойства этих групп, а это, в свою очередь, дает возможность по величине рК в первом приближении идентифицировать природу ионогенных группировок, связанных (прямо или косвенно) с каталитическим действием. В связи с этим нельзя не согласиться с мнением много работавшего в области ферментативной кинетики Лейдлера [5], что строго количественное исследование влияния pH на скорость энзиматических реакций, может много дать для расшифровки механизма элементарных стадий этих реакций. [c.104]

Из анализа этих данных следует, что в каталитическом акте принимает участие группировка с рКь 6,48, которая при образовании комплекса Михаэлиса теряет способность к ионизации, но освобождается после отщепления холина. Аналогично ведет себя вторая группировка активного центра, имеющая в исходном ферменте рКа 9,35. Величине рК основной группы наиболее близка к значению рК имидазольной группы гистидина. Кислотная группа с рК 9,35 может представлять ОН-группу тирозина, либо 5Н-группу цистеина. Таким образом, из данных Лейдлера и Крупки следует, что рк тех же группировок в ацетилированном ферменте отличается от значений рК в исходном ферменте. [c.183]

Таким образом, после связывания субстратов группа АН диссоциирует, и становится возможным выход протонов в щелочную водную фазу (рКд < pHq, клапан Ь открыт — переход 3 —> 4) в соответствии с хорошо известными экспериментальными фактами [71, 72] процесс фосфорилирования ADP ускоряет выход протонов через Fq. Эта модель предполагает, что связывание субстратов стимулирует выход протонов ю внешнюю среду. В неравновесном состоянии 4 фермент содержит прочно связанную молекулу АТР. Состояние 4 энергетически невыгодно из-за избытка отрицательных зарядов в белковой глобуле. В ходе последующей релаксации фермента молекула АТР отщепляется от F во внешнюю водную фазу. Таким образом, фермент достигает состояния 5 а открыт, Ь закрыт. После последующего протонирования кислотных групп (переход 5 1) цикл будет повторяться, пока выполняются условия pH, < рК < рН . [c.109]

Весьма характерной чертой ферментативного катализа является своеобразная зависимость скорости реакции от pH среды. Как уже было сказано выше, в формировании активного центра фермента могут принимать участие как основные, так и кислотные группы. Протонирование первых и кислотная диссоциация последних приводит к потере каталитической активности. Если основная группа характеризуется более низким значением р/С , чем кислотная, имеется некоторый интервал pH, обеспечивающий в достаточно высокой степени необходимое для катализа состояние обоих групп. При более высоких pH происходит постепенная диссоциация кислотной группы, а при более низ- [c.430]

Белки состоят из аминокислот, боковые цепи которых могут содержать кислотные п основные группы. Для многих белков концентрации групп составляют приблизительно 1 ммоль на 1 г белка. Кроме того, пептидные связи в структуре белка являются достаточно полярными и способны действовать как слабые кислоты и основания [111]. В результате свойства белков очень сильно зависят от pH среды, В частности, от pH среды сильно зависит активность фермента. Дополнительные осложнения вносят кислотные и основные группы, которые могут присоединиться к простетической группе фермента. [c.564]

Поскольку фумараза относится к белкам, степень ионизации ее макромолекул, так же как и для всех белковых макромолекул, будет зависеть от pH среды (см. раздел 30). Изменения pH вызовут изменение общего заряда самой макромолекулы, что, несомненно, повлияет на скорость любой реакции фермента с ионами. Однако действие электростатического заряда должно быть относительно мало, и вряд ли именно этим можно объяснить столь сильное влияние pH на скорость реакции, как показано на рис. 203 и 204. Такое резкое изменение кинетических параметров в зависимости от pH почти несомненно означает прямое влияние состояния ионизации определенных кислотных групп на скорость реакции. [c.729]

Образование ковалентных связей между субстратом и электроактивными группами фермента, что в сочетании с эффектами кислотно-основного катализа создает условия активации субстрата перераспределением электронной плотности (эффект поляризации). [c.82]

Молекула субстрата индуцирует изменение конформации белка а — возникает электростатическая связь между катионом субстрата и анионной группой фермента б — возникают связи между углеродом поляризованной группы СО и кислородом гидроксила серина, а также, вероятно, между водородом кислотной группы тирозина и эфирным кислородом в — электромерный сдвиг и переход протона к холину г — обратный электромерный сдвиг и переход протона от воды к тирозину и от имидазола к гидроксилу серина. Фермент восстанавливает исходную конформацию. [c.125]

Совместное действие на субстрат ряда групп фермента— кооперативное действие — сопровождается существенным перераспределением электронной плотности в молекулах субстрата и является причиной химических изменений в ней. При этом одновременное действие центров нуклеофильного и электрофильного типов может вызвать внутримолекулярный процесс подобно тому, как это происходит в кислотно-основном катализе. [c.171]

Экспериментальные данные показывают, что кислотно-основные группы фермента должны находиться в определенном состоянии ионизации. Поэтому активность ферментов сильно зависит от pH среды, в которой протекает биохимическая реакция. Для каждого фермента существует такая область значений pH, в которой активность фермента наибольшая. Качественно такую зависимость можно объяснить изменением конформации макромолекулы в результате перераспределения зарядов. [c.501]

Реакции, катализируемые ферментами, можно разделить на два класса 1) реакции, сводящиеся к переносу электронов 2) реакции, сопровождающиеся переносом и электронов, и протонов. Фермент обычно содержит кислотный и основной остатки. Высокая эффективность действия фермента часто объясняется одновременным действием этих групп. Например, можно предположить, что при ферментативном гидролизе эфиров происходит одновременно нуклеофильная атака на карбонильный атом углерода основной группой и передача протона к активному атому кислорода от кислотной группы. Такой пуш-пуль-ный механизм является очень эффективным. [c.504]

Экспериментальные данные показывают, что кислотно-основные группы фермента должны находиться в определенном состоянии ионизации. Поэтому активность ферментов сильно зависит от pH среды, в которой протекает биохимическая реакция. Для каждого фермента существует такая область значений pH, в которой активность фермента наибольшая. [c.507]

Это должно привести к значительному увеличению положительного заряда атома углерода, что в свою очередь должно облегчить нуклеофильную атаку. Такое взаимодействие должно также стабилизировать тетраэдрическое промежуточное соединение [уравнение (7-13)]. Карбонильный кислород проявляет очень слабую основность, но он может прото-нироваться подходящим образом ориентированной кислотной группой фермента [НВ в уравнении 7-16)]. В сериновых протеиназах эта функция, очевидно, выполняется двумя ЫН-группами амидных связей, одна из которых в химотрипсине принадлежит остатку 5ег-195 (рис. 7-2). По-видимому, подгонка субстрата к полости оксианиона между двумя NH-гpyппaми хорошо выполняется только для тетраэдрического промежуточного соединения [33]. [c.111]

В результате исследования 1370—3731 строения активного центра рибонуклеазы (РНК-азы) поджелудочной железы быка было показано, что в состав активного центра этого фермента входят две имидазольные группы, одна из которых протонирована, а другая находится в виде основания. Авторы предположили следующую схему строения и механизма действия активного центра РНК-азы [374, 375]. На рис. 26, А (стр. 578) показано строение фермент-суб-стратного комплекса. Одно имидазольное кольцо (I) участвует в образовании водородной связи с молекулой воды или с оксигруп-пой замещенного спирта (общеосновной катализ). Другое имидазольное кольцо (И), находящееся в протонированном состоянии, образует водородную связь с эфирным кислородом. Участок (П1) соответствует области дополнительных связей между ферментом и молекулой нуклеофильного реагента. Специфичной является область (IV), где происходит взаимодействие между ферментом и пиримидиновым кольцом, по-видимому, с участием атома азота [376]. Таким образом, в переходном состоянии (см. рис. 26, Б), по-существу, имеет место пуш-пульный механизм, когда нуклеофильная атака на атом фосфюра кислородом активированной оксигруппы нуклеофильного реагента сопряжена с образованием водородной связи между кислородом отходящей группировки и кислотной группой фермента. На рис. 26, В показан комплекс фермент продукты. Если подходящим нуклеофильным реагентом является оксигруппа рибозы полинуклеотидной цепи РНК, то в результате реакции происходит удлинение цепи на одно звено (см. рис. 26 Г,). [c.577]

Хотя на данном этапе методы химического гидролиза не позволяют сделать выбора между 3 —5 - и 2 —5 -межнуклеотидными связями, доказательства, по-видимому, исключительного присутствия 3 —5 -структуры были получены на основании исследований ферментативного гидролиза рибонуклеиновых кислот и простых нуклеотидных производных. Из различных источников был выделен ряд нуклеаз, которые катализируют гидролиз нуклеиновых кислот на более мелкие фрагменты. Панкреатическая рибонуклеаза [93] — один из группы ферментов, обнаруживающих высокую специфичность к рибонуклеиновым кислотам,— была тщательно изучена и дано объяснение механизма ее действия. Ранние исследования показали, что фермент действует по пиримидиннуклеозидным звеньям, так как крупные педиализуемые остатки после ферментативного расщепления рибонуклеиновой кислоты значительно обогащены пуринами [94] кроме того, выделяются пиримидиновые мононуклеотиды, но не обнаружено свободных пуриновых мононуклеотидов [75, 95, 96]. Дальнейшие исследования кислотного или щелочного гидролиза продуктов, полученных в результате последовательной обработки рибонуклеиновой кислоты рибонуклеазой и фосфомоноэстеразой предстательной железы, привели к заключению, что специфичность рибонуклеазы такова, что нуклеиновые кислоты расщепляются ею с образованием смеси пиримидиновых мононуклеотидов и пуриновых олигонуклеотидов, содержащих в качестве концевой единицы пиримидиновый нуклео-зид-2 (или 3 )-фосфат [75, 97]. [c.377]

Исключительная эффективность действия амилаз объясняется уникальным механизмом, включающим комбинацию общего кислотного катализа имидазолом с основным катализом или образованием ковалентной связи с карбоксильной группой. Эффективности действия способствует искривление пиранозного кольца углевода при сорбции на ферменте в конфигурацию полукреола, чем снижается энергетический барьер реакции и обеспечивается совместное действие функциональных групп фермента и атака водой (Д. М. Беленький). [c.178]

Можно полагать, что при функционировании ферментов реализуются общий основный и общий кислотный катализ. Ферменты не способны локально концентрировать протоны или гидроксильные иоиы с тем, чтобы обеспечить специфический основный или специфический кислотный катализ. Однако определенные иоиогениые группы ферментов при их нормальной степени протонировання, соответствующей pH клетки, могут выступать в роли общекислотных и общеосновных катализаторов. [c.53]

Самый ценный вывод, который был сделан на основании данных, полученных методом рентгеноструктурного анализа, состоит в том, что основной группой, отщепляющей протон от 2 -гидроксила, является Н1з-12, в то время как кислотная группа, отдающая протон уходящему 5 -кислороду, принадлежит Н1з-П9 [59]. (Любопытно, однако, что синтезированное производное рибонуклеазы с М -карбоксиметилированным остатком Н13-12 проявляет некоторую каталитическую активность — факт, в связи с которым возникает ряд вопросов [60].) Характер зависимости активности рибонуклеазы от pH согласуется с предложенным механизмом, поскольку найдены два значения р а (5,4 н 6,4), соответствующие двум группам, состояние ионизации которых контролирует активность фермента. (На основании ЯМР-спектров, показанных на рис. 2-42, было получено значение р/Са, равное 5,8.) Вблизи двух остатков гистидина расположен остаток Ьуз-41. Возможно, его положительный заряд используется для частичной нейтрализации отрицательного заряда на атомах кислорода фосфатной группы, облегчая атаку нуклеофильным агентом. С точки зрения химии рибонуклеазы интересен тот-факт, что под действием бактериальной пептидазы отщепляется фрагмент, содержащий двадцать аминокислотных остатков. Этот 5-пептид . Может воссоединяться с остальной частью молекулы с образованием активного фермента, называемого рибонуклеазой 5. Структура этого, фермента была определена методом дифракции рентгеновских лучей и по существу оказалась аналогичной структуре нативной рибонуклеазы. [c.121]

До недавнего времени считалось, что обязательным компонентом всех ферментов являются белки. Был накоплен огромный материал, свидетельствующий, что именно белки способны опознавать определенные субстраты, обеспечивая тем самым высокую специфичность биологического катализа. Кроме того, многочисленные данные демонстрировали, что белки обеспечивают оптимальную ориентацию субстратов относительно функциональных групп фермента, осуществляющих химическое превращение. Этими группами в случае кислотного, основного и нуклеофильного катализа чаще всего являются группы, входящие в состав белка. В случае электрофильного и окислительно-восстановительного катализа в химическом превращении, как правило, участвуют специальные кофакторы — ионы металла или сложные органические молекулы. Но в этом случае белковая часть фермента организует работу кофактора так, чтобы обеспечивалась свойственная ферменту специфичность и одновременно с Высокой эффективностью реализовался каталитический потенциал кофактора. Однако в начале 80-х годов были от крыты и стали объектом интенсивных исследований ферменты, построенные из молекул рибонуклеиновых кислот (рибозимы). Интерес к этой группе ферментов резко усилился в связи с разработкой методов молекулярной селекции нуклеиновых кислот, позволившей, в частности, начать направленное конструирование рибозимов с разнообразными типами каталитической активности. [c.11]

Активность ферментов как катализаторов выражали многими способами. Одним из часто используемых способов является выражение ее через число оборотов Т.М. Последнее определяют [1] как число циклов, претерпеваемых во время каталитической реакции одной простетической группой фермента в одну минуту, т. е. как число молекул субстрата, реагирующих в минуту на одном активном центре фермента. Однако применялись и некоторые другие определения числа оборотов при любом способе измерения Т. N. следует указывать концентрацию субстрата и то, была ли она достаточной, чтобы дать максимальную скорость. Другой мерой [8, 3] является начальная константа скорости к реакции при низких концентрациях субстрата, где V = к [8]о[Е]о для реакции с одним субстратом, или к [8]о[Е]о[Т]о для бимолекулярной реакции. Эта характеристика имеет преимущество, являясь доступной мерой для многих реакций, катализируемых ферментами, и, кроме того, для тех же самых реакций в присутствии других катализаторов, которые не могут, например, дать предельно максимальную скорость. Однако, возможно, огромное преимущество может дать отнесение к к числу активных центров в молекуле фермента, точно так же как в кислотно-основном катализе константу скорости каталитической реакции делят на число доступных протонов кислотного катализатора. Аналогичным образом при сравнении фермента каталазы с коллоидальной платиной для реакции разложения перекиси водорода каждая частица может оказаться такой же активной, как и отдельная молекула фермента [8]. Однако каждая частица с радиусом 500 А имеет на поверхности приблизительно 3-10 атомов металла, каждый из которых, возможно, является самостоятельным активным центром, так что, относя к одному центру, можно видеть, что фермент оказывается намного более активным. Как показано в табл. 2, ферментативные реакции характеризуются более низкой энергией активации приблизительно на 10 ктл/моль, это может легко объяснить различие в активностях. В табл. 8 некоторые ферменты сравниваются с другими каталитически действующими ионами. [c.139]

Есть основания считать, что по такому же механизму протекают реакции с пептидизами, содержащими 5Н-группу. Сначала идет быстрая адсорбция, затем ацилирование 5Н-группы с образованием тиолового эфира 8Н-группой фермента и кислотной частью субстрата и, наконец, гидролиз тиолового эфира. [c.262]

Рассмотрим теперь последовательность событий во время функционирования АТРсинтазы, связанной с мембраной, при наличии трансмембранной разности pH. Положение 1 на рис. 4.27 соответствует квазиравновесному состоянию фермента нет субстратов фосфорилирования в активном центре, функциональные кислотные группы протонированы, благодаря их контакту с кислым внутренним объемом везикулы (pH,- < рКд), о открыт. Быстрая утечка протонов во внешнюю водную фазу через АТРсинтазу предотвращается барьером, запрещающим контакт АН группы с внешней средой (клапан Ь закрыт). Присоединение субстратов фосфорилирования к активному центру F, (переход 1 —> 2) делает возможными два события [c.109]

Установлено, что перенос фосфатной группы от АТФ к креатину не сопровождается промежуточным связыванием этой группы с белком фермента. Поэтому (Вест-хеймер) предполагается, что с указанным сочетанием посредством водородных связей соединяются как АТФ, так и креатин. АТФ фиксируется в удобном положении ионом магния, необходимым для действия фермента. Ион водорода кислотной группы N—Н имидазола соединяется, образует водородную связь с ионом кислорода фосфорной группы АТФ, а водород одной из аминогрупп креатина — с атомом серы активного участка фермента. [c.184]

Качественно такую зависимость можно объяснить нзменеь ием конформации макромолекулы в результате перераспределения зарядов, а также изменением степени диссоциации кислотных групп. При предельных значениях pH часто происходит денатурация фермента. Типичные кривые зависимости активности фермента от pH среды показаны на рис. 126. В большинстве случаев максимум pH лежит вблизи нейтральной зоны (pH = 7 + 2). [c.508]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология