Электрофильный центр в ферментах

Рис. 62. Схема активного центра карбоксипептидазы А (остаток Туг 198 на схеме не изображен) фермента, катализирующего гидролитическое отщепление С-концевого аминокислотного фрагмента от полипептидов. Фермент абсолютно специфичен к Ь-конфи-гурации отщепляемого аминокислотного остатка и резко преимущественно катализирует отщепление остатков гидрофобных аминокислот. Гидролиз в этом случае протекает по механизму электрофильного катализа и требует участия иона цинка — в белке какие-либо группы, способные выступать в роли электрофиль-ных катализаторов, отсутствуют. Ион цинка фиксирован в активном центре фермента путем координации тремя аминокислотными остатками — двумя остатками гистидина 1118-69 и Н18-196 и одним глутамат-ионом С1и-72. Четвертая координата (для ионов цинка характерна тетраэдрическая зр -конфигурация координационных связей) направлена в комплексе фермент — субстрат на карбонильную группу гидролизуемой пептидной связи. Фиксация С-концевой части гидролизуемого пептида в активном центре обеспечивается в первую очередь взаимодействием с двумя остатками аргинина — Aгg-145 и Arg-127 и кластером гидрофобных

При реакции фосфорилирования креатина образуется фермент-субстратный комплекс вследствие возникновения водородных связей между серой, входящей в активный центр фермента и обладающей нуклеофильными свойствами, и водородом гуанидиновой группы креатина, а также между водородом им1вдазольной группы активного центра и кислородом Р-фосфатного остатка АТФ. В фермент-субстратном комплексе происходит перераспределение электронной плотности, что приводит к увеличению нуклеофильности креатина и электрофильности молекулы АТФ. [c.243]

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]

В результате связывания с ферментом в субстрате могут индуцироваться напряжения разных типов [119]. Субстрат может быть связан таким образом, что нуклеофильный атом окажется на расстоянии, меньшем ван-дер-ваальсового контакта, от электрофильного центра, а также приводить к локальным деформациям углов связей, повышающим энергию основного состояния. К аналогичному результату приводит и связывание в менее выгодной конформации. Так, многие лактоны в 10 —10 раз реакционноспособнее обычных сложных эфиров [131], в основном за счет их закрепления в невыгодной г ис-конформации (83), в то время как ациклические сложные эфиры существуют в более стабильной гракс-конформации (84). Ни в том. ни в другом случае не происходит потери энергии делокализации сложноэфирной группы такой эффект приводил бы к гораздо более значительному приросту энергии основного состояния, как, например, в лак-таме (85) [132]. Каркасная структура этого соединения фиксирует неподеленную пару электронов азота в плоскости карбонильной группы, что делает делокализацию невозможной. В результате (85) ведет себя не как амид, а как амин с прилежащей электронооттягивающей группировкой. Так, для него характерна карбонильная полоса поглощения в ИК-спектре при 1762 см и гораздо большая по сравнению с подлинным амидом основность (рЛ а 5,33). Последнее свойство позволяет легко получить гидро- [c.526]

В результате этих взаимодействий, которые закрепляют в двух точках С-концевой остаток субстрата, пептидная связь в случае, если С-концевая аминокислота представляет собой Ь-изомер, оказывается направленной на каталитический центр фермента, представленный ионом цинка и оксигруппой тирозина. Поляризация связи С=0 ионом цинка облегчает нуклеофильную атаку молекулы воды на электрофильный атом С. Участие оксигруппы тирозина обеспечивает синхронное протекание разрыва трех связей и образования трех новых связей в циклическом шести центровом активированном комплексе. [c.325]

В данном разделе речь будет идти о таких ферментативных реакциях, в которых участвуют ферменты, не имеющие в активных центрах ионов металлов, и для которых достаточно точно установлен механизм нуклеофильного замещения у тетраэдрического атома фосфора в молекуле субстрата. В подобных случаях электрофильная атака в пуш-пульном механизме нуклеофильного замещения у фосфора обеспечивается за счет образования водородной связи между нуклеофильным центром реагирующей части молекулы фосфорсодержащего соединения и кислотной группой активного центра фермента. В качестве примера рассмотрим недавно опубликованные работы, посвященные механизму действия рибонуклеазы поджелудочной железы быка ниже будут обсуждены некоторые вопросы, связанные с фосфорилированием и дефосфорилированием активных центров эстераз. [c.577]

Наряду с катализом за счет свободной энергии сорбции (см. 1—4 этой главы) ферментативные реакции находят источник ускорения в том, что молекула субстрата подвергается химической атаке не одной каталитической группой (как это происходит в гомогенно-каталитических реакциях второго порядка), а сразу несколькими. Это связано с тем, что третичная структура белка позволяет сосредоточить в активном центре фермента значительное число электрофильных и нуклеофильных групп, таких как имидазольная, карбоксильная, сульфгид-рильная, аммонийная, фенольная и др. (см. гл. I), которые, как известно из гомогенного катализа, представляют собой общекислотные и общеосновные катализаторы. Именно поэтому в промежуточных фермент-субстратных комплексах в принципе возможна атака сорбированной субстратной молекулы по механизмам общего кислотноосновного катализа. [c.61]

Контактные участки активного центра фермента специфически связывают субстраты и обеспечивают их взаимную ориентацию и сближение. Упорядоченное расположение субстратов приводит к снижению энтропии, а значит, и энергии активации процесса. Функциональные группы аминокислотных остатков, входящих в активный центр фермента, могут проявлять кислотно-основные свойства, т. е. фермент может играть роль акцептора или донора протонов, что невозможно для обычных катализаторов. После закрепления субстрата в активном центре на его молекулу воздействуют электрофильные и нуклеофильные группы каталитического участка. Это вызывает перераспределение электронной плотности и разрыв связей в молекуле субстрата, атакуемого кислотно-основными группами. До присоединения к ферменту субстрат имеет расслабленную конфигурацию. После связывания с активным центром молекула субстрата как бы растягивается ( напряженная , или деформированная , конфигурация). Места деформации легче атакуются реагентами. [c.103]

Рассмотрим характер взаимодействий продуктивной конфигурации в активном центре а-химотрипсина. Эти реакции проходят по механизму нуклеофильного замеш ения. Нуклеофильный агент (основание) сер-195 приближается к атому углерода с дефицитом электронов (электрофильный центр С в пептидной связи) и образует с ним связь, замеш ая при этом атом N. Замеш аемый атом N с неподеленной парой электронов уходит вместе с присоединенным к нему протоном. Таким образом, в основе реакции лежит разрыв пептидной связи субстрата, приводяш ий к ацилированию фермента. Этот процесс проходит через тетраэдрическое промежуточное состояние с образованием валентной связи О - между ферментом и субстратом. [c.436]

Типы ферментативного катализа. В результате образования комплекса происходит обмен электронами и протонами между ферментом и субстратом. Если фермент отдает электронную пару субстрату, т. е. если фермент является донором электронов, осуществляющим нуклеофильную атаку, которая определяет скорость ферментативной реакции, то имеет место нуклеофильный катализ. Скорость каталитической реакции определяется электронодонорной способностью нуклеофила, т. е. тех аминокислотных остатков активного центра, которые взаимодействуют с субстратом. Относительные скорости нуклеофильной атаки зависят от энергии, необходимой для доставки электронной пары к атому субстрата. В электрофильном катализе, напротив, фермент акцептирует пару электронов от субстрата. Электрофильный катализ характерен для многих ферментов, имеющих в своем составе атомы металлов. Металлы с переменной валентностью являются электрофильными катализаторами, принимающими электронную пару. [c.70]

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]

Внутри живой клетки такой процесс катализируется ферментами, которые, как правило, работают стереоспеци-фично это значит, что они будут избирательно вовлекать в реакцию какой-либо один из диастереомеров, а также осуществлять реакцию по какому-либо одному механизму, что в итоге приведет к продукту одной изомерной формы. Схематично такую реакцию можно представить, моделируя реагент и фермент (кофермент) в виде единой молекулы, на одном конце которой находится остаток фосфорной кислоты, катализирующий отщепление гидроксильной группы, на другом конце — нуклеофильный остаток (допустим, азотистого типа), атакующий электрофиль-ный атом углерода. Синхронное воздействие каталитического(кислотного) и нуклеофильного фрагментов на электрофильный центр а-глюкопира-нозы приводит к соответствующему р-гликозиду (схема 3.6.3). [c.53]

Образующиеся в активном центре фермента соединения типа (б) Не могут подвергаться электрофильной атаке со стороны 5-адено-зилметионина. Таким образом, следует еще раз подчеркнуть, что Истинная последовательность осуществления трансформаций в [c.669]

Эта картина полностью согласуется с концепциям электрон-но-конформационных взаимодействий (ЭКВ) и конформона. Применительно к ЦПЭ можно предположить, что в пункте сопряжения создается лабильный комплекс между переносчиком и некоторой группой в активном центре фермента сопряжения, роль которой, вероятно, играет аденин связанного АДФ. Прп релаксации 1 II в какой-то момент энергетический уровень, на котором находится электрон, понижается до акцепторного уровня аденина. Эти два уровня разделены барьером, по возможен под-барьерный туннельный переход электрона на аденин. Увеличение электронной плотности на аденине сопровождается резким повышением основности аминогруппы. Если в активном центр АТФ-синтетазы имеется электрофильная группа (папример, карбоксил), то аденин реагирует с нею, образуя амидную связь. В следующий момент релаксации уровень переносчика опускается ниже уровня адепнна и электронная плотность переходит с аденина обратно на редокс-группу того же пли следующего переносчика электрона в ЦПЭ. [c.440]

По-видимому, подобным же образом действуют ферменты, обладающие од-новремекно слабыми нуклеофильными и электрофильными центрами. [c.259]

Рассмотренный пример показывает, что информация относительно направления смещения электронов в субстрате в ходе ферментативной реакции крайне важна для планирования дальнейших исследований. Согласно приведенным выше данным, роданеза должна содержать электрофильную группировку, взаимодействующую с атомом кислорода (но не серы) тиосульфата, а также близко расположенную к ней нуклеофильную группировку, взаимодействующую с внешним атомом серы. В соответствии с этим были предприняты попытки идентифицировать специфические аминокислотные остатки, принимающие участие в построении активного центра фермента. Эти попытки привели к предположению, что возможными электрофильными и нуклеофильными агентами в активном центре фермента являются связанный ион цинка [14] и одна из сульфгидрильных групп соответственно [15]. Следует подчеркнуть, однако, что эти достижения были бы невозможны, если бы не были известны кинетический механизм реакции и пути определения индивидуальных констант скорости. [c.196]

В отличие от этого класса ФДФ-альдолазы класса I, характерные для высших животных и растений, простейших и кишечнополостных, нечувствительны к ингибированию хелатирующими агентами и не содержат связанного иона металла [280, 281]. ФДФ-альдолазы класса I проявляют типичную субстратзависимую инактивацию при выдерживании комплекса фермент — диоксиаце-тонфосфат в боргидриде [286]. Инактивация происходит в результате восстановления основания Шиффа, которое образуется при конденсации диоксиацетонфосфата с е-ЫНг-группой остатка лизина в активном центре фермента [287]. В соответствии с этим механизмом действия ФДФ-альдолаз класса I основания Шиффа играют роль электрофильных центров и заменяют ион металла, который играет эту роль в случае ФДФ-альдолаз класса II [281, 288]. Это предположительное сходство механизмов действия проиллюстрировано на рис. 14.6 и подтверждается тем, что ФДФ-альдолазы класса I и II катализируют сходные реакции обмена и Ю в субстратах [288]. Сходство механизмов действия оснований Шиффа и связанных с ферментом ионов металла, изображенное на рис. 14.6, распространяется и на другие типы реакций, особенно на декарбоксилирование а-кетокислот [28, 289, 289а]. Для такого сходства механизмов действия ФДФ-альдолаз необходимо, чтобы ферменты класса II образовывали мостиковый комплекс фермент — М.2+ — субстрат. [c.481]

КОЛЬЦОМ активного центра фермента. Под влиянием синхронного индукционного воздействия электрофильного азота имидазольного кольца и молекулы воды ацилированный фермент IV подвергается реакции дезаци-лирования с образованием свободного фермента I и продукта гидролиза (VI). В качестве нуклеофильного агента может выступать также азот имидазольной группы. При этом образуется ацилированный по азоту имидазольного кольца фермент-субстратный комплекс V, который в водной среде быстро гидролизуется с регенерацией активного фермента I. [c.238]

Трипсин и химотрипсин, очевидно, имеют второй активный центр, содержап ий гистидин. Второй участок удален от первого, но на спиральной цепочке они сближены. Установление активной роли гистидина основывалось частично на изменении скорости ферментативной реакции в зависимости от pH, что соответствовало предположению о стратегическом расположении слабоосновного остатка, имеющего характер гистидина. Даже сам имидазол также катализирует гидролиз простейших сложных эфиров (БрюИ С" и Шм Ир 1965—.19i57 Бендер, 1957). 7 о, что фермент в 10 раз эффективнее, чем имидазол, имеет аналогию в модельных опытах по мутаротации глюкозы — реакции, катализируемой кислотами и основаниями. о -Оксипиридин, содержащий кислотный и основной центры (оба относительно слабые), более эффективен как катализатор, чем смесь пиридина и фенола (Свайн, 1952). И в а-окси-пиридине, и в протеолитическнх ферментах бифункциональность повышает каталитическую активность, поскольку протоны могут быть одновременно поданы и отщеплены в сопряженной реакции. Механизм действия, предложенный, Нейратом (1957) для химотрипсина, сводится к следующему. При взаимодействии гидроксильной группы серина с имидазольным кольцом гистидина отщепляется протон и образуется активированный комплекс П, имеющий электрофильный и нуклеофильный центры. [c.714]

Движущей силой этого многоцентрового процесса является легкость кис-лотно-катализируемого раскрытия эпоксидного цикла и электрофильного присоединения карбкатионного центра по двойной углерод-углеродной связи — последний процесс является наиболее ценным, так как в результате каждого акта присоединения образуется карбоцикл и новый карбкатионный центр. В настоящих реакциях кроме генерирования активных частиц, инициирующих начало реакций, ферменты проводят укладку" скваленовой цепочки в конформации, благоприятствующие серии последовательных циклизаций. [c.179]

Исследование свойств р-галактозидазы показало существенное значение остатка имидазола и сульфгидрильной группы фермента для протекания реакции. На основании этих данных предложен механизм ферментативной реакции, заключающийся в одновременной нуклеофильной атаке остатка имидазола на гликозидный центр и электрофильной атаке водорода сульфгидрильной группы на кислород гликозидной вязи [c.400]

Рассмотрим сначала способность ФОС фосфорилировать активный центр. Это фосфорилирование, как было показано в предыдущем разделе, является чисто химическим процессом. Оказывается ФОС реагирует как электрофильный реагент (т. е. осуществляет электрофильную атаку) можно сказать, что атом фосфора притягивается к атому, имеющему относительно более высокую электронную плотность. Это происходит точно так же, как при гидролизе, рассмотренном в гл. 2 реакция, по существу, заключается в атаке ионом 0Н атома Р. Но это можно рассматривать и наоборот, как атаку атомом Р иона ОН. (Когда атакует нуклеофильный реагент, атака называется нуклеофильной если же aтaкyюiций реагент электрофильный, то и атака называется электрофильной. Мы, конечно, совершенно произвольно выбираем, какой из реагентов, назвать атакующим. При прочих равных условиях атакующей называют молекулу меньшего размера. С этой точки зрения мы обычно говорим о нуклеофильной атаке ионами ОН молекулы фосфата, но, с другой сороны, об электрофильной атаке ФОС холинэстеразы, хотя эти процессы совершенно аналогичны.) Главным основанием для того чтобы считать, что торможение холинэстеразы представляет собой электрофильную атаку, послужило наблюдение, что за некоторыми исключениями одни и те же заместители при атоме фосфора повышают скорость щелочного гидролиза ФОС и увеличивают скорость инактивирования фермента. [c.105]

Фукуто И Меткаф [40] исследовали зависимость между электрофильностью и антихолинэстеразной активностью различных замещенных фенилфосфатов и обнаружили, что из 17 изученных соединений два имели в ЮОО раз меньшую величину (т. е. были в 1000 раз более мощными ингибиторами), чем можно было ожидать. Это были л -диметиламино- и л-трет-бутилпроизводные. Вероятно, эти две группы способствуют ориентации ингибитора по отношению к ферменту за счет комплексования с анионным центром. Подтверждением этого служит тот факт [42], что соединение [c.118]

Таким образом, вышерассмотренные данные по строению, механизму действия и роли ферментов, гидролизующих фосфорор-ганические ингибиторы холинэстераз, действительно в какой-то степени могут служить подтверждением ранее высказанного предположения о том, что одной из причин крайне медленного дефосфорилирования холинэстераз является недостаточно выраженная электрофильная атака в пуш-пульном механизме нуклеофильного замещения у тетраэдрического атома фосфора в активных центрах эстераз и что присутствие ионов металлов в активных центрах ферментсв способствует переносу фосфорильного остатка на молекулу воды. [c.593]

По данным Бухана [109] реакция синтеза глицинамидриботида протекает согласно подобной схеме. В реакции, идущей в активном центре, одновременно участвуют три вещества. Одна из основных функций фермента в данном случае состоит в том, что он действует как бы в качестве шаблона [ПО] или щели , выполняющей главным образом ориентирующие функции, и обеспечивает гидрофобное окружение для реагирующих молекул. Карбоксильный углерод глицина, несущий положительный заряд, подвергается нуклеофильной атаке со стороны азота 5-фосфорибозиламина, и в то же самое время положительно заряженный концевой атом фосфора АТР вступает в электрофильное взаимодействие с одним из атомов кислорода глицина. В процессе этой реакции, протекающей по пуш-пульному механизму, наблюдается образование новой связи С—N при одновременном разрыве С—0-связи. Одновременно АТР расщепляется на АДР и неорганический фосфат [c.152]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология