Ферменты, активация металлом субстратом

Активаторами ферментов могут служить катионы и анионы разнообразных солей, способньте к образованию различных комплексов как с самими ферментами, так и с их субстратами. Это возможно вследствие наличия в природе большого числа металлоферментов, содержащих тот или иной ион металла в акгивном центре ферментного белка. Механизмы активации энзиматических реакщ. г разнообразны. Ионьт металлов, действуя [c.166]

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]

Активация ферментов — увеличение активности ферментов под действием активаторов (ионы металлов, коферменты, субстраты и др.). [c.547]

Химические факторы, определяющие скорость и направление реакций органических фосфатов, связаны главным образом с расположением гидроксильной или фосфатной группы (или других функциональных групп) субстрата относительно реагирующей части органического фосфата, присутствием или отсутствием основных катализаторов и распределением заряда в ангидриде или эфире. Химически распределение зарядов может быть изменено рядом способов, таких, как подавление диссоциации фосфатных групп при образовании эфира или проведение реакции в кислой среде (например, катализируемые протонами взаимопревращения нуклеозид-2 - и нуклеозид-З -фосфатов и нуклеозид-2 - и нуклеозид-3 -алкилфосфатов, которое не наблюдается в щелочной среде) и образование смешанных ангидридов из кислот, сила которых несоизмерима с силой фосфорной кислоты. Для неферментативных химических реакций также наблюдались каталитические и направляющие эффекты, возникающие в результате образования комплексов с ионами некоторых поливалентных металлов. В биохимических реакциях аналогичный контроль может осуществляться с полющью таких факторов, как конформация нуклеозид-5 -полифосфатов, связывание субстрата и фермента через металл, связывание диссоциирующих групп фермента с группой Р = О водородными связями, что эквивалентно протонированию. (С точки зрения резонансных форм фосфатов, разница между группами Р = О и Р — носит чистоформальный характер.) Образование катнон-субстратных комплексов, таких, как комплекс АТФ с магнием, по-видимому, увеличивает электрофильный характер атомов фосфора (препятствуя ионизации) и почти наверняка приводит к такому смещению электронной плотности, которое облегчает атаку данного атома фосфора, зависящую от определенной стереохимической конфигурации комплекса. В фермент-металл-субстратных комплексах, в которых металл служит ю тикoм между ферментом и субстратом, свободная энергия активации, по-видимому, значительно снижена. [c.350]

Активация фермента ионами металлов предполагает образование тройного комплекса фермент-—ион металла — субстрат. Можно представить несколько вариантов организации этого комплекса, и все они встречаются в реальных системах. Схемы координации, в которых связывающим мостиком служат лиганд (Е—5— М), металл (Е—М—5) или фермент (5—Е—М), рассмотрены в гл. 14 и в исчерпывающем обзоре Милдвана [79]. [c.644]

Наконец, в-чеФвертых, следует предостеречь от слишком поспешных выводов такого рода, поскольку активация, как и рН-эффекты, действительно может быть связана с пространственной блокадой. Она может объясняться просто удалением какой-то блокирующей группировки, скажем связанного ингибитора или одной из функциональных групп самого фермента, закрывающей активный центр и препятствующей тем самым образованию фермент-субстратного комплекса и каталитическому эффекту. Подобный механизм неконкурентного поведения весьма вероятен, особенно в случае фермента типа аскорбатоксидазы, когда в активный центр входит ион металла, играющий существенную роль как в каталитическом эффекте, так и в связывании субстрата. В подобном случае лиганд, связывающий ионы меди фермента, вполне может быть неконкурентным ингибитором, а другой лиганд, способный вытеснить первый, — неконкурентным активатором. Эти соображения не изменяют/синегмческой интерпретации, но влияют на выводы относительно химического механизма изучаемого процесса. [c.172]

Влияние изменения состава лигандов на катали.э. При катализе по лигандному механизму активность катализаторов и характер процесса могут сильно изменяться за счет изменения состава лигандной оболочки. Для гомогенных комплексных катализаторов такие эффекты хорошо известны и широко используются. В последнее время Хидекель в своих работах по синтезу и исследованию каталитических систем — аналогов ферментов для жидкофазных реакций обнаружил подобные явления при катализе различных реакций гидрирования молекулярным водородом на платине и на других металлах У1П группы. Введением различных органических и неорганических веществ с резко выраженными донорными и акцепторными свойствами в одних случаях удается получать весьма активные катализаторы гидрирования углеводородов, в других случаях — высоко селективные катализаторы мягкого гидрирования непредельных карбонильных соединений в соответствующие непредельные спирты. Основной механизм действия таких добавок, вводимых в жидкую фазу,— алкоголятов щелочных металлов, хинонов и др.,— по-видимому, сводится к образованию на поверхности лигандных соединений, содержащих наряду с субстратом (Из и гидрируемое соединение) лигандные активаторы, создающие новые более сложные и более совершенные каталитические системы, напоминающие биокатализаторы с сокатализаторами [40]. Эти явления в то же время сходны и не всегда отличимы от разных случаев модифицирования. В этом плане весьма интересны данные по сильной металлоидной активации платины для газовых реакций, полученные в последнее время в нашей лаборатории при изучении действия металлических катализаторов с поверхностью, очищенной в ультравакууме. Поучительный пример сильной активации наблюдается при реакции СО2 + Н2СОН2О. После нескольких опытов самоактивация снижает температуру реакции с 1200 до 400° С. По-видимому, она связана с частичным восстановлением СОхем водородом до С, образующего поверхностный карбид платины. [c.61]

Как известно, в основе каталитического действия ферментов лежит обусловленное их участием снижение количества энергии, необходимой для приведения в возбужденное состояние молекул реагирующих соединений, Снижение энергии активации, повышение реакционной способности реагирующих молекул достигается за счет смещения электронной плотности последних, которое, в свою очередь, зависит от электрического потенциала металла, входящего в состав фермента (или кофермента). Таким образом, уровень воздействия микроэлементов на ход физиологических процессов зависит от их физико-химических свойств, особенностей строения электронных оболочек. Этим в первую очередь определяется способность микроэлемента образовывать комплексы с различными биоорганическими соединениями, включая белковые компоненты ферментов, молекулы субстратов и т. п. (И. А. Чернавина). [c.429]

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]

Изучение начальных скоростей при активации енолазы из дрожжей ионами двухвалентных металлов [303, 304] дало основания для предположения, что мостиковый комплекс фермент — М + — субстрат участвует в реакции, катализируемой этим ферментом [3]. [c.484]

Гипотеза, сформулированная Полингом [241 ], о природе переходного состояния фермент-субстратных комплексов утверждает, что функция ферментов определяется их способностью к более прочному связыванию форм переходного состояния, чем молекулы субстрата, и что это свойство обусловливает понижение свободной энергии активации реакции. На основании структурных исследований Липскомба и сотр. [29, 188, 189], свидетельствующих о координации карбонильного кислорода субстрата катионом металла, можно предполагать, что такой же способ координации существует в переходных фермент-субстратных коплексах металлсодержащих аналогов КПА. Следовательно, прочность связи металл— кислород, образующейся при присоединении субстрата, может давать существенный вклад в стабилизацию переходного фермент- [c.96]

После того как было выяснено, что константа скорости реакции расщепления S—S-связи в тиосульфате является лимитирующим фактором, ограничивающим максимальную скорость всего процесса, появилась возможность решить вопрос о вероятном участии сильной нуклеофильной группировки фермента в этой реакций. Этот вопрос возник в связи с весьма значительным выигрышем в энтропии, который давала ферментативная реакция по сравнению с некатализированной реакцией тиосульфата с цианидом. Механизм двухтактного замещения благоприятствует реакции между двумя одноименно заряженными ионами, поскольку в этом случае заряд первого субстрата уходит в раствор вместе с продуктом реакции до того, как происходит реакция со вторым субстратом. Для реакции тиосульфата с цианидом этот электростатический энтропийный фактор сам по себе дает разницу в свободной энергии активации около 6 ккал/моль. Помимо того-, замена бимолекулярной реакции на мономолекулярную на стадии, лимитирующей общую скорость, должна снижать AG на 1,4— 2,4 ккал/моль за счет вклада неэлектростатической энтропии, определяющегося либо в соответствии с гипотезой о повышении концентрации до 10 AI (стр. 102), либо в соответствии с представлением об энтрЬпийном факторе отбора , равном 8 э. е. Если учесть небольшой дополнительный вклад строгой ориентации тиосульфат-иона в комплексе, то общий выигрыш энтропии будет весьма близок к величине общего изменения ДС. Если бы все перечисленные составляющие выигрыша энтропии могли быть реализованы, то для расщепления связи в субстрате с помощью нуклеофильной группировки фермента такой же силы, как цианид, было бы достаточно небольшого электрофильного смещения альтернативно реакция могла бы проходить с очень слабым нуклеофилом, но тогда должно было бы существовать сильное электрофильное влияние, например со стороны иона металла, связанного с ферментом. [c.208]

Еще одна возможность участия ионов металлов в ферментативном катализе заключается в образовании таких мостиковых комплексов, в которых центром связывания лиганда является полностью (рис. 14.1, II, А), либо частично (рис. 14.1, II, Б) ион металла. Существование мостикового комплекса фермент — металл-субстрат впервые предположил Хеллерман [18] для объяснения данных, полученных при активации аргиназ ионами металлов [19], а также для описания медленной металлзависимой активации некоторых пептидаз [20]. Впоследствии концепция мостиковых металлов была применена для объяснения металлзависимой активации многих ферментов, но до последнего времени [c.445]

В некоторых случаях ионы металла можно ввести в систему, которая первоначально не содержит таких катионов. Таким примером может служить гликогенфосфорилаза Ь, катализирующая превращение полисахарида гликогена в фосфорилированные моно-сахаридные единицы глюкозо-1-фосфата (Г-1-Ф). Путем измерения скорости протонной релаксации в присутствии Мп + и фермента было показано [П], что этот катион специфически связывается по определенным центрам фермента. Важная особенность этого фермента состоит в том, что он неактивен в отсутствие другого лиганда — аденозинмоно( сфата (АМФ), который усиливает связывание субстратов и повышает максимальную скорость действия фермента. Инозинмонофосфат (ИМФ) активирует фермент только путем повышения максимальной скорости, но не сродства к субстратам, и это различие в механизмах активации отражается на результатах измерения ускорения протонной релаксации в присутствии парамагнитных ионов. Введение АМФ в систему, содержащую Мп + и фосфорилазу, изменяет скорость релаксации протонов воды, тогда как добавление ИМФ не дает заметного эффекта. Отсюда делают вывод о конформационном переходе в белке, индуцированном связыванием АМФ, который сопровождается изменением т,-для взаимодействия Мп +—НгО. Аналогичные измерения в присутствии Г-1-Ф позволили предположить наличие ряда конформационных состояний фермента, исходя из данных по скорости релаксации протонов воды [И]. [c.387]

Чтобы схематически представить взаимодействие ионов металла с молекулами субстрата и ферментом в том комплексе, который образуется в процессе реакции, надо начать с чисто геометрических образов. Важность такого общего подхода отчасти оправдывается большим числом ферментов, для активации которых требуется ион металла (около половины всех известных ферментов) , отчасти обусловлена тем, что формы активирующего действия отличаются значительным разнообразием. Надо заметить, что, вообще говоря, нет прямой корреляции между сродством металла к апоферменту и каталитической ролью металла (Малмст-рем и Розенберг). Поэтому ряд авторов (М. Скраттон) не считают целесообразным разделять системы металл — ион — фермент на металлопротеины, т. е. относительно прочные соединения ме- [c.363]

Несколько лиаз кетокислот, близкородственные альдолазам, также требуют активации добавлением М +, например изоцитрат-лиаза [295], р-окси-р-метилглутарил-КоА-лиаза [296] и цитрат-лиаза [297]. Было высказано предположение, что в катализе лиазами кетокислот [295] участвуют мостиковые комплексы фермент— М + — субстрат, однако имеется мало данных, подтверждающих это предположение. Было показано образование кинетически важного комплекса Мп2+ —цитратлиаза, в котором Мп2+ повышает СРП. Однако не наблюдалось снижение этого эффекта ни при добавлении субстрата (цитрата), ни при добавлении продуктов этой реакции (оксалоацетата, ацетата) [298]. Эти данные, однако, недостаточны, чтобы исключить образование комплекса с металлом в качестве мостика. Сходные результаты были получены при СРП-исследованиях Мп2+-ФДФ-альдолазы из дрожжей, однако в [c.483]

Основная идея, на которой базируются попытки объяснить действия ионов металлов, основана на допущении, что металл образует мостик между ферментом и субстратом. В результате субстрат и активный центр фермента сближаются. Предполагают, что сначала возникает соединение с одним из компонентов, затем присоединяется другой. В полученном комплексе металл, по Диксону и Уэббу, может действовать просто, как манипулятор . Однако чисто механическая роль едва ли может исчерпать природу явления для большинства случаев активации. Гораздо более правдоподобным представляется допущение, [c.140]

Хотя Мп2+ и не активирует аконитазу [310], этот ион металла снижает скорость и степень активации ионами Ре2+, что позволяет предположить конкуренцию этих двух металлов за один и тот же центр (или центры) связывания [319]. Доказательства существования мостиковых комплексов фермент — М + — субстрат, предполагаемых как в механизме железного колеса , так и в других предложенных механизмах [310—313], были получены изучением влияния комплекса Мп2+ — аконитаза на СРП в присутствии и в отсутствие субстратов, а также изучением его влияния на скорости релаксации метиленовых протонов цитрата. Эти исследования 319] показали, что 1) образуется комплекс фермент — Мп2+ — цитрат, свойства которого соответствуют его участию в катализе [c.486]

Многие ферменты двухкомпонентны, они способны диссоциировать на белок и низкомолекулярные компоненты (простетическую группу, кофермент), без которых ферД1ентный белок недеятелен, особенно при биохимических превращениях, например при брожении, гликолизе, клеточном дыхании и т. д. Максимальная скорость превращений достигается при введении в систему недостающих в ней коферментов или металлов, а также некоторых соединений, которые участвуют в промежуточных реакциях при образовании субстратов, в переносе водорода, фосфатных, аминных и других групп. Так, например, активация углеводов при брожении под действием фосфата или АТФ состоит в образовании гексо офосфорных эфиров. Активация уксусной кислоты в клеточном обмене заключается в ее превращении в аистг л-КоА [c.244]

Значительно меньшей специфичностью к субстрату и к активирующему их металлу отличается группа ферментов, где связь металла с белком сравнительно рыхлая. Для активации таких ферментов может быть использован целый ряд элементов. с близкими физико-химическими свойствами. Сюда могут быть отнесены ферменты, активируемые некоторыми двухвалентными металлами (Мп, Со Си, Ре, 2п), функция которых сводится к активации субстратов или стабилизации активных промежуточных продуктов в реакциях самого различного характера (третья группа по классификации Клотца). Это — категория металлбелковых комплексов. [c.44]

Ионы металлов являются довольно специфичными активаторами. Часто для некоторых ферментов требуются ионы не одного, а нескольких металлов. Например, для фермента Ма , -АТФаза, который осуществляет перенос однозарядных катионов через клеточные мембраны, в качестве активаторов необходимы ионы магния, натрия и калия. Активация ионами металлов осуществляется по разным механизмам. В некоторых ферментах они входят в состав каталитического участка. В ряде случаев ионы металлов облегчают присоединение субстрата к активному центру фермента за счет образования дополнительных связей. Иногда ион металла соединяется с субстратом, образуя своеобразный металлосубстратный комплекс, который предпочтителен для действия фермента. [c.114]

Условия гидролиза. Папаин проявляет максимум активности в диапазоне pH 5—7,5, причем активацию фермента проводят в присутствии сульфгидрильных реагентов. Гидролиз проводят в 0,2 М пиридин-ацетатном буфере (pH 6,5), содержащем 1% (по объему) 2,3-димеркаптопропан-1-ола, в течение 1 ч при 37 X и соотношении фермент субстрат—I 50 (по объему) [84]. Папаин легко инактивируется при окислении в присутствии низких концентраций цистеина, солями тяжелых металлов или цианат-ионами [97]. Папаин устойчив в присутствии мочевины, причем активность сохраняется даже в 8 М растворе мочевины, од11ако раствор последней должен быть тщательно деионизирован, чтобы исключить инактивирующее действие цианат-ионов. [c.159]

При самом элементарном рассмотрении процесса ингибирования ограничиваются обсуждением двух типов ингибирования конкурентного и неконкурентного. Конкурентное ингибирование действительно распространено очень широко, в то время как случаи неконкурентного ингибиррвания довольно редки, и рассматривать их здесь детально нет необходимости. Понятие неконкурентного ингибирования возникло в связи с тем, что самые первые исследователи явления ингибирования, Михаэлис и его сотрудники, допускали, что определенные ингибиторы действуют па активность фермента, снижая кажущееся значение V, но не оказывая влияния на параметр. Этот тип ингибирования должен был представлять собой случай, альтернативный конкурентному ингибированию, и был назван неконкурентным ингибированием. Однако реально представить себе такую ситуацию довольно труд- но. Действительно, нужно предположить, что ингибитор снижает каталитическую эффективность фермента, но не оказывает влияния на связыварие субстрата. Это допущение, по-видимому, справедливо лишь для ингибиторов очень малых размеров, например для протонов и ионов металлов, однако в других случаях подобная ситуация вряд ли может иметь место. Неконкурентное ингибирование или активация протонами — ив самом деле явление распространенное известно несколько случаев неконкурентного ингибирования ионами тяжелых металлов. Однако неконкурентный характер ингибирования для веществ иной природы наблюдается крайне редко, и для наиболее часто цитированных в литературе примеров — ингибирования инвертазы а-глюкозой [118] и ингибирования аргиназы различными соединениями [81] — после повторения опытов оказалось, что имеет место смешанный тип ингибирования. В общем лучше всего рассматривать неконкурентное ингибирование как особый (и не очень интересный) случай сме шанного ингибирования. Его мы и обсудим ниже. [c.81]

Весьма сложная зависимость между активацией фермента и связыванием металлов была выявлена в присутствии Са + и Mg + [155, 156]. На основе полученных данных авторы пытались дифференцировать центры связывания металлов, ответственные за специфичность фермента, используя в качестве субстратов ФБ, тропонин и собственную молекулу фермента, а также центры, ответственные за активность КФ при различных значениях pH. В зависимости от условий эксперимента (pH, ионной силы и концентрации металлов) рассматривались три типа активности Ао, А и Лг. Первый тип активности — Ао, — независимый от Са + составлял незначительную часть общей активности и выявлялся при очень низкой концентрации Са +. При связывании Са + в Са2+/М 2+-центрах, характеризующихся высоким сродством к Са +, проявлялась активность Aj. Вторая стадия активации фермента, связанная с активностью Аг, происходила, когда были заняты Са2+-специфические центры, индуцированные в присутствии вы- сокой концентрации Mg2+ [155]. [c.71]

Смотреть страницы где упоминается термин Ферменты, активация металлом субстратом: [c.229] [c.654] [c.134] [c.248] [c.500] [c.728] [c.248] [c.500] [c.182] [c.445] [c.464] [c.482] [c.486] [c.487] [c.488] [c.492] [c.492] [c.493] [c.532]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология