Ферменты активированные металлами

Под действием фермента гидроксиметилазы в присутствии коферментов — тетрагидрофолиевой кислоты и пиридоксальфосфата— аминокислота серин разрушается с образованием глицина и активированного формальдегида. Действие этого фермента с успехом моделирует система, в состав которой входят 1Ч,К -диарилэтилендиамин, пиридоксальфосфат и ион металла при pH 5,5 [4]. Необходимо, однако, отметить, что данная система не является истинным катализатором процесса деструкции серина, так как в ходе реакции не происходит регенерации каталитической системы. В этом процессе пиридоксальфосфат действует как электрофильный рецептор, а Ы,Н -диарилэтилен- [c.283]

Активаторы. Ингибиторы. Глубокое исследование многих частных ферментативных реакций показало, что, кроме субстрата, фермента и иногда кофермента, для протекания реакции необходимо также участие других специфических веществ. При этом было установлено, что, тогда как коферменты участвуют в реакции как реагенты, подобно тому как участвует в ней субстрат, существуют другие факторы, необходимые для реакции, играющие роль неносредственно в процессе активирования субстрата ферментом. Последние обычно называются активаторами. К ним относятся многие ионы металлов. Химический механизм, посредством которого действуют активаторы, как правило, малоизучен. [c.803]

Ферменты, активированные металлами [c.320]

Активирование металлами описано приблизительно для 200 ферментов, т. е. примерно для одной трети известны в настоящее время ферментов. [c.8]

Способность микроорганизмов использовать молекулярный кислород для селективного гидроксилирования, в частности стероидов и других циклических соединений, подтверждена во многих случаях с точки зрения химиков, они становятся все более заманчивыми реагентами [26]. Эффективное превращение прогестерона в его 11а-гидроксипроизводное [уравнение (3) служит первым применением такого подхода в промышленности. Действующие при этом ферменты, называемые монооксигеназами или оксидазами со смешанными функциями, катализируют включение одного атома молекулярного кислорода превращение протекает с сохранением конфигурации. Пониманию механизма и стимулированию действия оксигеназ должны способствовать многочисленные работы по активированию молекулярного кислорода [27]. Активация, обычно представляемая как превращение Оа в электрофильные пероксидные производные, может иметь место в некоторых комплексах переходный металл — Ог [28] и [c.25]

Э. Гриффин, 1916), но и сейчас не потеряла своего значения и стала наиболее широко распространенным способом получения иммобилизованных ферментов в промышленности. В литературе описано получение адсорбционным способом более 70 иммобилизованных ферментов с использованием главным образом таких носителей, как кремнезем, активированный уголь, графитов сажа, различные глины, пористое стекло, полисахариды, синтетические полимеры, оксиды алюминия, титана и других металлов. Последние применяются наиболее часто. Эффективность адсорбции молекулы белка на носителе определяется удельной поверхностью (плотностью центров сорбции) и пористостью носителя. Процесс адсорбции ферментов на нерастворимых носителях отличается крайней простотой и достигается при контакте водного раствора фермента с носителем (статистическим способом, при перемешивании, динамическим способом с использованием колонок). С этой целью раствор фермента смешивают со свежим осадком, например, гидроксида титана, и высушивают в мягких условиях. Активность фермента при таком варианте иммобилизации сохраняется практически на 100%, а удельная концентрация белка достигает 64 мг на 1 г носителя. [c.88]

Многое указывает на то, что подобный механизм активирования имеет особенно большое значение для протекания химических реакций, катализируемых ферментами. В этих катализаторах сложного состава роль активатора исполняют белки или другие сложные органические молекулы, которые служат матрицей для подходящей ориентации субстрата относительно каталитически активной группы, которая очень часто представляет собой ион металла. [c.18]

Шваб и Рост полагают, что специфической стадией является не адсорбция, а контактное активирование субстрата на агрегатах металла, передающих асимметрию от носителя к субстрат . Предложено рассматривать кварцевые катализаторы как своего рода упрощенную неорганическую модель ферментов, в которой действующей группой является катализирующий металл, а асимметрическим агентом—носитель кварц. [c.146]

Фермент (вместе с ионом металла) представляет собой некое подобие активированного катализатора . Пока трудно выяснить все причины такого активирования, но можно думать, что ион металла в ферменте действует по механизму, сходному с действием гетерогенного катализатора. Ведь ферменты — это белковые тела с огромным молекулярным весом, и их растворы в воде, по-видимому, весьма близки по своей природе к коллоидным растворам. Около иона металла размещаются такие группы макромолекул, которые обеспечивают наиболее выгодную ориентацию молекул реагирующих веществ. [c.98]

Современные процессы фиксации азота представляют собой реакции грубой силы , которые основаны на применении неорганических катализаторов при высоких температурах и давлениях или же происходят в электрическом разряде. В противоположность этому фиксация молекулярного азота ферментативными системами многих микроорганизмов происходит с высокой скоростью в мягких условиях. Участие в этих процессах ферментов, содержащих переходные элементы, привело к выводу, что активация азота, возможно, обусловлена образованием его комплексов с металлом фермента. После этого активированная молекула азота может подвергаться восстановлению до аммиака. В соответствии с этим активация молекулярного азота может быть осуществлена без использования биологической системы — путем образования комплексов переходных металлов, содержащих азот. [c.351]

Прп многих ферментативных реакциях гидролиза, замещения, изомеризации и т. п. активирование происходит в результате образования координационных соединений, в которых наряду с ферментом и его субстратом участвуют ионы металлов, склонные к комплексированию, чаще всего ионы Mg +, Мп2+, Ре +, [c.243]

Основная каталитическая единица в биологических системах— это комбинация металла с белком. Большая часть биоорганических систем мало активна, что находится в соответствии с природой их химической связи — неполярная, ковалентная связь поэтому их участие в биологических процессах возможно только при обязательном активировании ферментами, содержащими во многих случаях металл. [c.34]

Третья основная категория включает те случаи, когда металл и белок каждый в равной степени определяют каталитическую активность (совместный эффект). Сюда входит большая группа ферментов, которые в своей деятельности связаны со многими двухвалентными металлами (Mg2+, Мп2+, Со +, u2+, Ре2+ и др.). Здесь первостепенное значение приобретает вопрос о характере взаимодействия между отдельными компонентами в реагирующей системе, системе фермент—металл—субстрат. Многочисленные примеры демонстрируют активирование субстрата при [c.38]

Существует точка зрения, что активным центром в ферменте— гидрогеназе, ответственном за восстановление азота, является ион металла с переменной валентностью. Этот ион должен осуществлять перенос электрона на активированный газообразный азот и при этом восстанавливать его до аммиака. Полагают, что металлами-активаторами могут быть молибден и железо. [c.122]

Природа химической связи металла с белком известна мало, так же как и механизм активирования субстрата. Косвенные данные позволяют объяснить механизм действия фермента на основе образования координационного комплекса металла фермента с кислородом углекислоты по типу ОСО—ZnR (Вильямс, 1962), Полагают также, что связь цинка с белком осуществляется за счет его серусодержащих групп. В этой связи показательно большое сродство цинка к сере. [c.135]

Каталитические реакции металлических ионов могут быть подразделены на два главных класса реакции, в которых халатное соединение металла непрерывно изменяется в результате протекающего превращения, и реакции, в которых халатное соединение остается неизмененным. Первый класс включает и окислительно-восстановительные реакции, в которых ион металла меняет валентность, и реакции, в которых изменение состояния окисления не происходит. Примерами окислительно-восстановительных реакций, катализируемых металлами, являются окисление оксалата вследствие образования хелата с Мп (III) и окисление аскорбиновой кислоты при помощи иона Си (II). При.мерами реакций, в которых хелатное соединение изменяется, не вовлекая ион металла в окислительно-восстановительную стадию, являются. катализ декарбоксилнрования Р-кетокислот различными металлическими ионами, реакции переаминирования шиффовых оснований, производных пнро-доксаля, и гидролитическое расщепление различных шиффовых оснований через стадию образования хелата. Реакции второго типа, которые протекают без непрерывного изменения в структуре или составе металл-хелатного соединения, могут рассматриваться как примеры истинного металл-хелатного катализа. Пептидное действие ферментов, активированных металлами, является одним из большого числа явлений этого типа, который предполагается свойственным биологическим системам. Действие Си(П)-хелатов различных диаминов приводится как пример металл-хелатного катализа в гидролизе диизопропилфторфосфата (ДФФ). В настоящей работе в общих чертах описывается вероятная природа этих каталитических реакций и факторы, которые делают металл-хелатное соединение эффективным катализатором. [c.364]

Предложено много гипотез, касающихся роли ионов металла в ферментативных реакциях. Не рассматривая эти гипотезы подробно, отметим основные общие положения 1) металл способствует связыванию субстрата с ферментом и входит в состав активного центра 2) комплекс металла с субстратом является фактически активированным субстратом и 3) образование комплекса между металлом и функциональными группами белка способствует поддержанию третичной структуры белка в конформации, необходимой для выполнения каталитической функции. Клотц [187], основываясь на данных об участии ионов металлов в связывании ииркдпн-2-азо-л-диметиланилина сывороточным альбумином быка, предположил, что для пептидаз, требующих наличия нона Мп(П) — слабого комплексообразователя, роль иона металла состоит не в связывании субстрата в основном состоянии. Он полагал, что один из возможных механизмов катализа включает стабилизацию промежуточного тетраэдрического соединения по следующему механизму [c.125]

Малер [8] подчеркивает различия между металлоферментами, в которых металл прочно связан с белком (по существу необратимо), и ферментами, активированными металлами, в которых связь металла с белком слаба и легкообратима. [c.64]

Молекулярный механизм действия металлов в энзиматическом катализе, или роль металлов в активировании ферментами. В ряде случаев ионы металлов (Со , Mg , Zn , Fe ) выполняют функции простетических групп ферментов, или служат акцепторами и донаторами электронов, или выступают в качестве электрофилов либо нуклеофилов, сохраняя реактивные группы в необходимой ориентации. В других случаях они способствуют присоединению субстрата к активному центру и образованию фермент-субстратного комплекса. Например, ионы Mg через отрицательно заряженную фосфатную группу обеспечивают присоединение монофосфатных эфиров органических веществ к активному центру фосфатаз, катализирующих гидролиз этих соединений. Иногда металл соединяется с субстратом, образуя истинный субстрат, на который действует фермент. В частности, ионы Mg активируют креатинфосфокиназу благодаря образованию истинного субстрата—магниевой соли АТФ. Наконец, имеются экспериментальные доказательства прямого участия металлов (например, ионов Са [c.146]

В реакциях, катализируемых ферментами, скорость представляет собой не менее важный фактор, чем условия равновесия. Рассмотрение избирательности действия ионов металлов в биологических системах было бы неполным без указания на то, что ионы металлов могут изменять природу активированных комплексов и таким образом влиять на скорость реакций. Простым примером может служить катализируемый щелочью гидролиз этилового эфира глицина. Как видно из табл. 20. скорость гидролиза протонизированной формы этого эфира приблизительно в 40 раз выше скорости гидролиза незаряженной формы. Такое различие согласуется с ожидаемым электростатическим влия нием положительного заряда на азоте на отрицательно заряжен ную гидроксильную группу, атакующую углерод карбонила (ср с микроконстантами глицина, рассмотренвыми в разд. 4 гл. IV) Комплекс эфира с медью (в отношении 1 1) гидролизуется однако, еще в 3000 раз быстрее, чем протонизированный эфир, что ясно показывает, к какому эффекту приводит образование металлом хелатной связи с кислородом карбонильной группы. Подобные реакции, скорость которых очень сильно возрастает при внесении положительного заряда в такую часть молекулы, где вероятность нахождения протона очень мала, относят к классу реакций, называемых суперкислотным катализом. В нейтральных и щелочных растворах ион металла часто выполняет функции, аналогичные функциям протона в кислых растворах. [c.409]

Металл может функционировать как связующий мостик между ферментом и субстратом или же сам может участвовать в активации субстрата. Мартел с сотр. [71] указывают, что активированные металлами ферменты являются, вероятно, каталитическими хелатными системами, в которых металл связан с остатками фермента при помощи хелатных колец и действует как активный каталитический центр для комбинации с субстратом. [c.94]

В заключение следует отметить, что в этой главе представлены различные модели ферментативных механизмов, в которых участвуют ионы металлов. Показано, что реакции, катализируемые ме-таллофермеитами или ферментами, активированными ионами металлов, удивительно разнообразны по типам. Естественно, что многие аспекты, такие, как необычайно высокая скорость и специфичность ферментативного катализа, пе получили полного объяснения па основании исследования модельных систем. Однако недостающее звено, возможно, как раз и удастся найти там, где структура биологических молекул отклоняется от модельных систем. Возможно, что при этом будут обнаружены наиболее химически интересные явления [258, 259]. [c.397]

В этой статье дается обзор работ в области изучения механизма ферментативного катализа и родственных ему неферментативных процессов. В основном рассматривается явление снижения энергетических барьеров реакции его обсуждение требует знания соответствующих скоростей процессов. Ферменты представляют собой глобулярные белки, в которых поли-пептидь ые спирали сложены так, что образуется поверх1юстиое расположение активных групп. Субстрат удерживается на этих группах и реагирует на них в одну или в несколько стадий, причем медленная стадия является стадией, определяющей энергетический барьер реакции. Общие изменешш энтропии связаны с развертыванием белковой цепи и десорбцией воды , кроме того, требуется учитывать трансмиссионный фактор в реакциях, связанных с переносом электрона. Рассмотрены наиболее интересные вопросы, освещенные в недавних работах по исследованию гидрогеназы, эстера.эьг, активированных металлами фер.ментов, дегидрогеназ и железопорфириновых систем. Общая особенность некоторых постулированных механизмов заключается в электромерном сдвиге в комплексе фермент-субстрат, однако пут электронов ферментов находятся в стадии изучения. [c.313]

Часть коллоиднорастворенных веществ гидролизатов коагулирует при нейтрализации и во время охлаждения нейтрализата часть их адсорбируется активированным углем или коагулирует при действии различных химических реагентов, а также вместе с загрязнениями и взвешенными частицами отделяется при отстое и фильтрации. Соли тяжелых металлов в определенных концентрациях также тормозят брожение. Например, при концентрациях солей меди выше 0,004% брожение прекращается. Таким образом, несмотря на то, что в ходе технологического процесса большую часть вредных примесей гидролизных сред обезвреживают, некоторое количество их остается в сусле. Дрожжи постепенно привыкают к этим неблагоприятным питательным средам, изменяют свои свойства, вырабатывают новые ферменты и качества. [c.542]

Приведенные доводы тем не менее не могут до конца объяснить наблюдаемой обратной зависимости между комплексообразующей способностью иона металла и его активностью в составе фермента. Интересное объяснение этой зависимости дал Айчхорн [64, 78], который считает, что присоединение иона металла к белковой молекуле вызывает не только ее активирование, но связано также с понижением свободной энергии системы. Количество донорных групп в биологических лигандах, к которым может присоединиться металл, очень велико. Обычно ион металла занимает в первую очередь те места в полидентат-ной молекуле лиганда, которые обусловливают каталитическую реакцию. Избыточные ионы М участвуют в комплексообразовании с другими донорными атомами белковой молекулы или субстрата, не имеющими отношения к каталитическому процессу, что приводит к его ингибированию. Поэтому зависимость ферментативной активности системы от концентрации М обычно проходит через максимум. Чем выше способность М к комплексообразованию, тем при более низких его концентрациях будет проявляться ингибирующее действие. В присутствии таких сильных комплексообразователей, как Си 2+ и Р(12+, ингибирующий эффект превалирует над каталитическим уже при очень низкой концентрации этих ионов, и дальнейшее повышение концентрации сопровождается только еще большим ингибированием реакции. В случае же слабых комплексообразователей необходим большой избыток М даже для координации с самыми активными центрами белка и суб- [c.259]

Необходимые четыре пары протонов и электронов доставляются восстановленными НАД Нг или НАДФ Нг с участием флавиновых ферментов, для активирования которых необходимы металлы. [c.239]

Действие эстераз, вероятно, стало в какой-то степени ясным, как и действие любого фермента, благодаря работе Уилсона, Нахмансона и др. Хотя мнения могут различаться по поводу точной природы реакционного пути, представление о циклическом активированном комплексе при учете мезомерного сдвига электронов от донорной к акцепторной группам белка, является теперь распространенным. Вполне вероятно, что такие циклические активированные комплексы встречаются и в других ферментативных реакциях. Если мы постулируем существование в белке проводящего электронного пути меж ду донорными и акцепторными группами, как это сделал, например, Гайз-ман [65], то тогда можно будет ожидать высокой степени резонансной стабилизации активированного комплекса и низкой энергии активации. Последнее наблюдалось для некоторых обменных механизмов на металлах [66]. [c.322]

По мнению Фенуика, в этой системе участвует металлофермент, так как а) она тормозится мепакрином, который является типичным ингибитором металлоферментов б) неферментативное активирование шрадана может быть достигнуто при действии смеси аскорбиновой кислоты, ферро-ионов и версена. Если это предположение верно, то роль нуклеотида сводится к поддержанию металла в восстановленном состоянии. Фенуик предложил следующую суммарную схему (IV), в которой Е2+ обозначает окисленный фермент, а Е+ — восстановленный фермент (здесь эта схема приведена в несколько сокращенном виде). [c.166]

Т. е. связывают с кислородом по два водородных атома субстрата. На одну молекулу фермента приходится от 1 до 4 ионов меди [5, 6]. Комплексы, образуемые медью с лигандными группами белка, очень прочны и не отделяются от белка при диализе против воды. Медь может быть извлечена из белка только диализом против цианистого натрия [7], и при этом теряется ферментативная активность [8]. Апоэнзим после удаления меди диализом обладает лишь 0,1—0,5% активности голоэнзима [9], но голоэнзим может быть активирован добавлением солей двухвалентной меди к апоферменту. Никакие другие металлы [9] не могут заменить медь, что указывает на высокую специфичность комплекса металла с белком в фенолоксидазах [9]. [c.256]

Катионы металлов часто являются специфическими кофакторами ферментов. Неорганическая нирофосфатаза, наиример, активируется только Mg +. Многие киназы, лигазы и синтетазы, действующие на фосфорили-рованные субстраты, могут быть активированы как Mg +, так и Мп . В ряде случаев один фермент может быть активирован ионами нескольких металлов. Например, фосфопируватгидратазу активируют следующие ионы, расположенные в ряд по степени их активности [c.248]

НАДФ Нг, НАД Нг) и флавиновых ферментов. Для активирования последних необходимы металлы — молибден, медь, железо, магний и марганец. При недостатке этих элементов замедляется восстановление нитратов до аммиака, что в свою очередь ведет к ослаблению синтеза органических соединений азота, необходимых растениям. Процесс ферментативного восстановления нитратов до аммиака схематически можно представить в следующем виде [c.269]

Из шестнадцати случаев активирования ферментов дрожжей магнием марганец может заменить этот элемент in vitro по крайней мере в 12 случаях. Во многих случаях, где альтернативным металлом является марганец, его оптимальная концентрация и константа Михаэлиса выражены значительно меньшими величинами, чем для магния, и металлы сильно отличаются по эффективности. Например, марганец почти в два раза более эффективен, чем магний в НАД-изоцитратдегидрогеназе. [c.11]

В литературе подробно обсуждается вопрос о механизме участия металла в действии двух пептидаз пролидазы, с помощью которой осуществляется гидролиз гл[щил-1-пролина, и лейципа-ыинопептидазы, которая гидролизует некоторые амиды аминокислот и наиболее специфична к амиду /-лейцина. Оба фермента активны в присутствии марганца и магния. Согласно представлениям Смита при активировании пролидазы марганец действует в качестве посредника при образовании активного промежуточного соединения белок—металл—субстрат. Местом присоединения металла служат незаряженная амино- и ионизированная карбоксильная группы. [c.41]

Ферменты, относящиеся к категории металлбелковых комплексов, функция металла которых заключается в активировании (связывании) соответствующих субстратов, характеризуются малой специфичностью в отношении металла. Возможность замены одного металла другим определяется характером связи металла в комплексе, ее прочностью она зависит от числа свободных координационных мест металла и пространственного расположения лигандов. Эти же показатели определяют специфичность фермента по отношению к субстрату. [c.45]

Для иммобилизации ферментов используют захват их полиакриламидным гелем и иными полимерами при полимеризации составляющих их мономеров, а также захват гелями, возникающими при желатинизации природных полимеров, например полисахаридов морских водорослей присоединение ферментов к целлюлозе, сефарозе, сефадексу, крахмалу, декстрану, агарозе и другим полисахаридам, активированным цианбромидом и другими агентами привязку ферментов к стеклянным бусинкам через диазосоединение ковалентное связывание фермента с азидными и гидразидными группами сополимера акриламида и акрилгидразина (энзакрила) и других носителей соединение фермента с гидратированными оксидами металлов, производными поливинилового спирта, альдегидными и диазогруппами модифицированных фенольных полимеров, силикагелями и многими другими материалами. [c.141]

Здесь, как и в случае диоксигеназ, решающую роль в активировании молекулярного кислорода играет передача на него электронов с металла, входящего в состав фермента. Не исключено, что этот способ вовлечения молекулярного кислорода в процессы оксидоредукции в клетке является общим д оксидаз, участвующих как в свободном, так и в сопряженном с фосфорилированием биологическом окислении. [c.419]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология