Ферментативный катализ модели

Модели ферментативного катализа. В известных в биохимии моделях ключ-замок Фишера и рука-перчатка Кошланда учитываются энтропийные факторы в [c.421]

В заключение отметим чтобы модель фермента была действующей, она должна отвечать ряду критериев, характерных для ферментативного катализа, в том числе обладать субстратной специфичностью, т. е, селективно связывать субстрат. Каталитическая реакция, моделирующая ферментативный процесс, должна также подчиняться кинетике Михаэлиса — Ментен (явление насыщения субстратом) при этом должна увеличиваться скорость реакции и осуществляться би- и/или полифункциональный катализ [348], [c.265]

МОДЕЛИ ФЕРМЕНТАТИВНОГО КАТАЛИЗА [c.71]

Важная роль в ферментативном катализе отведена сорбции на активном центре боковых фрагментов субстратной молекулы, не претерпевающих в ходе реакции никаких химических изменений. Теоретический анализ двухцентровой модели химического взаимодействия, проведенный в гл. II, показал, что кинетическая роль подобного комплексообразования реагентов сводится фактически к стабилизации переходного состояния реакции и, тем самым, к понижению свободной энергии активации катализируемой реакции. В этом параграфе будут рассмотрены кинетические показатели некоторых неферментативных моделей, на примере которых удобно проиллюстрировать то, что реализация дополнительных взаимодействий реагентов за счет их боковых химически инертных групп действительно приводит к ускорению реакции. Это взаимодействие (типа E-R, см. схему 2.10) может быть электростатическим или гидрофобным, а также протекать с образова- [c.72]

Как показывает изучение моделей, чтобы шесть сахарных колец субстрата были прочно связаны ферментом, кольцо, содержащее тот атом углерода, у которого происходит замещение, должно быть выведено из своего нормального состояния, соответствующего конформации кресла , и перейти в форму полукресла , необходимую для реализации механизма с участием карбоний-иона [15, 16]. Таким образом, в результате связывания полисахаридной цепи субстрата на шести различных центрах фермента происходит искажение конформации определенного цикла и возникает новая конформация, подобная конформации переходного состояния. Это, возможно, и является наиболее характерным аспектом ферментативного катализа. [c.99]

Л. А. Музыченко с соавторами [105], используя уравнения кинетики ферментативного катализа, предположил, что лимитирующий субстрат является индуктором синтеза фермента узкого места. Исходя из регуляторной модели синтеза белка Жакоба и Моно, они предложили следующую математическую модель роста популяции микроорганизмов [c.80]

Одной из характерных особенностей ферментативного катализа является способность ферментов образовывать адсорбционные, обычно нековалентные комплексы. Идеальные модели ферментативных процессов должны включать взаимодействия данного типа. К такого рода ассоциатам могут приводить ионные и неполярные взаимодействия, а также образование водородных связей. К неполярным следует относить мицеллярные комплексы, я-комплексы и комплексы включения. [c.310]

В последние годы в энзимологии получен ряд важных сведений о строении и механизме действия ферментов. Возникает вопрос, в какой мере имеющиеся данные могут быть использованы для подбора новых катализаторов. Это связано с проблемой создания таких моделей, которые бы не только воспроизводили те или иные стороны ферментативного катализа, но и сами по себе могли бы быть применены в каталитической химии. [c.207]

Моделями ферментов часто называют низкомолекулярные, искусственно синтезируемые, соединения, обладающие каталитической активностью и в определенной степени подобные ферментам. Таковы, например, простые азотистые соединения, содержащие атом металла. Изменения в структуре подобных катализаторов (моделей), параллельный контроль изменений их активности, сравнение со свойствами моделируемых ферментов позволяют многое узнать о природе и механизме ферментативного катализа. [c.76]

Для некоторых моделей возможна и количественная оценка доли специфического связывания в общей эффективности ферментативного катализа. [c.335]

Субстратная специфичность мицеллярного катализа для реакций гидролиза эфиров фосфорной и серной кислот позволяет еще раз подчеркнуть особое значение мицеллярного катализа как модели ферментативного катализа. [c.289]

Данные по влиянию функциональных мицелл и некоторых других систем на скорость гидролиза эфиров собраны в табл. 11. Величины каталитических эффектов и констант связывания в этих системах, а также важность гидрофобных взаимодействий свидетельствуют о возможности использования таких функциональных агрегатов как моделей для изучения ферментативного катализа и структуры белков. [c.308]

Приведенная оценка характеризует ускорение, которого следует ожидать в реакциях, являющихся моделями ферментативного катализа. [c.20]

Таковы в основном современные представления об общих механизмах ферментативного катализа. Для дальнейшего изложения необходимо сделать существенное замечание. Строго говоря, до сих пор здесь не использовали количественный анализ механизмов катализа, для чего необходимо, очевидно, построение конкретных физических моделей этого процесса. Ясно, что понимание механизмов требует детального изучения электронных взаимодействий в активном центре между функциональными группами. Эти взаимодействия осуществляются в целом на гораздо более коротких расстояниях по сравнению с невалентными атом-атомными взаимодействиями, определяющими характер внутримолекулярной динамики белковой глобулы фермента. [c.427]

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]

На более ранних этапах формирования взглядов на природу ферментативного катализа слол<илась более простая статистическая модель [39, 40], в которой реагирующие группы принимают ту или иную ориентацию в пространстве, независимую друг от друга. Взаимодействие этих групп предполагает их сближение в ассоциат типа АВ (см. схему на стр. 51) с константой ассоциации 1/55 причем дальнейшее химическое взаимодействие возможно только при контакте молекул определенными участками поверхности, занимающими небольшую долю их общей поверхности. Вероятность такой благоприятной ориентации двух молекул небольшого размера оценивается в 10 —10 и, следовательно, правильная ориентация групп в исходном состоянии вутримолекулярной реакции может обеспечить ускорение в 10 —10 раз [32, 37, 40, 41]. Как видно, эта модель предсказывает меньшие эффекты ускорения (в сумме не более чем 55 X 10 раз) по сравнению с (2.30). Однако это обстоятельство вызвано лишь тем, что разные авторы принимают разные предельные значения для оценки необходимой степени сближения и, соответственно, ориентации реагирующих молекул (см. также [21]). [c.55]

Модель ключа и замка , объясняющая действие ферментов, прошла длительное испытание при исследовании многих аспектов ферментативного катализа, но ее нельзя считать окончательной. Когда молекулы субстрата притягиваются к активному центру, они каким-то обра зом активируются и становятся способными к чрезвы чайно быстрой реакции. Активация осуществляется в ре зультате оттягивания или, наоборот, усиления элект [c.453]

Экспериментатьные исследования путей биосинтеза дают обширную информацию о химии этих процессов. Эти знания обеспечивают твердую основу для всей области бномиметических путей синтеза разнообразных природных соединений, которые используют стратегические принципы, разработанные Природой (см., например, синтез морфина, разд. 3.2.1). Однако, несмотря на многочисленные экспериментальные данные о механизме основных биохимических трансформаций, нам все еше слишком мало известно о способе действия фермента как катализатора. Был предложен целый ряд гипотез ддя объяснения замечательной способности ферментов осуществлять высоко эффективный и селективный катализ. Это было предметом многочисленных исследований по созданию специальных химических моделей ферментативного катализа (см, ниже). Кроме того, имеются еще более важные аспекты ферментативного катализа, а именно способность ферментов в нужный момент узнавать свой субстрат среди тысяч органических соединений, присутствующих в клетке, и регулируемость активности ферментов. Деятельность сотен и тысяч ферментов, одновременно оперируюшлх в любой живой системе", требует же -сткого управления с тем, чтобы в каждый данный момент и в каждом конкрет- [c.476]

Исключительно высокие скорости и степень селективности ферментативных реакций с давних пор интригуют химиков-органиков. Многочисленные предположения, начиная с более чем столетней давности идеи ключ-замок Э.чи-ля Фишера и до более современной ковдегшии взаимоиндуцированного соответствия Кошланда были выдвинуты для объяснения этих явлений. Каковы бы ни были конкретные подробности различных интерпретаций, все они предполагают тот или иной род фиксации субстрата внутри полости активного центра конформационно подвижной молекулы фермента вблизи его реакционноспособных групп. Возникающее в результате взаимодействие между реакционными центрами фермента и реакционноспособной конформацией субстрата считается одной из главных причин высоких скоростей и селективности, свойственных ферментативным реакциям. Дизайн химических структур, пригодных для экспериментального исследования относительной важности различных факторов, определяющих скорости и селективность органических реакций как моделей определенных аспектов ферментативного катализа, был и остается областью, вызывающей напряженное внимание. [c.486]

Как уже говорилось вьпие, с нашей точки зрения значение этих моделей для энзимологии состоит не в том, что оьш бутсвально воспроизводят те или иные механизмы ферментативного кататиза, а скорее в ином. Воспроизведение вчи-сто органо-химическом плане определенных особенностей действия ферментов позволяет установить тс реальные типы механизмов и структурные предпосылки к их реализации, которые вводят гипотезы о механизмах собственно ферментативного катализа в рамки экспериментатьно проверяемых и/или [c.496]

При всем этом рассматривавшиеся выше модели слишком просты в сравнении с ферментами. Для более многостореннего и более глубокого постижения природы ферментативного катализа требуется привлечение гораздо более изощренных моделей, методологии и концепций недавно появившейся на свет области науки, суттрамолекуллрной химии, некоторые из которых мы рассмотрим ниже см. обсуждение этих вопросов в работах [33а, с, 35я, 36а]). [c.497]

Как уже отмечалось выше, внутримолекулярный катализ отражает многие особенности ферментативного катализа. Поэтому неудивительно, что исследователи часто пытались строить модели ферментативных каталитических систем с использованием внутримолекулярных катализаторов. Одна из таких моделей — деацилирование ацилхимотрипсина — приведена в разд. 10.1.4. Другим примером служат модели зависимых от витамина В12 ферментов. С их помощью моделируется ферментативная активация связей углерод—водород, идущая в присутствии кофермента В12 [23]. При этом не следует забывать, что в [c.270]

Для каталитической активности фермента существенное значение имеет пространственная структура, в которой жесткие участки а-спиралей чередуются с гибкими, эластичными линейными отрезками, обеспечивающими динамические изменения белковой молекулы фермента. Этим изме-неням придается больщое значение в некоторых теориях ферментативного катализа. Так, в противоположность модели Э. Фищера ключ-замок Д. Кощлендом была разработана теория индуцированного соответствия , допускающая высокую конформационную лабильность молекулы белка-фермента и гибкость и подвижность активного центра. Эта теория была основана на весьма убедительных экспериментах, сввдетельствующих о том, что субстрат индуцирует конформационные изменения молекулы фермента таким образом, что активный центр принимает необходимую для связывания субстрата пространственную ориентацию. Иными словами, фермент только в присутствии (точнее, в момент присоединения) субстрата будет находиться в активной (напряженной) Т-форме в отличие от неактивной Я-формы (рис. 4.10). На рис. 4.10 видно, что присоединение субстрата 8 к ферменту Е, вызывая соответствующие изменения конформации активного центра, в одних случаях приводит к образованию активного комплекса, в других—неактивного комплекса вследствие парущения пространственного расположения функциональных групп активного центра в промежуточном комплексе. Получены экспериментальные доказательства нового положения о том, что постулированное Д. Кощлендом индуцированное соответствие субстрата и фермента создается не обязательно изменениями [c.132]

В зтой наглядной модели рассматриваются колебания атомных ядер, возникающие в результате образования ФСК, т. е. взаимодействия фермента с субстратом. При этом взаимодействии изменяются состояния электронных оболочек субстрата и атомных групп активного центра. Электронные оболочки испытывают возмущение вследствие взаимодействий в ФСК. Превращение субстратов в продукт есть химический процесс, т. е. изменение состояния электронных оболочек молекул. Как и в любой иной химической реакции, при этом происходят перемещения атомных ядер. Среди движений атомных ядер наименьшей энергии требуют низкочастотные деформационные колебания и повороты вокруг единичных связей, т. е. изменения конформаций, В 6.4 уже рассматривались конформационные изменения в ФСК. Важнейшее значение для ферментативного катализа имеют взаимодействия электронных и конформационных степеней свободы — электронно-конформационные взаимодействия (ЭКВ), ЭКВ рассмотрены в работах Волькенштейна, а также Блюмен-фельда, Чернавского и их сотрудников. [c.194]

Ферментативный катализ под действием выделенных ферментов явился первым примером осуществления асимметрического катализа в лаборатории. С помощью оксинитрилазы, редуктазы, карбоксилазы, кетоальдо-мутазы и их химических моделей — оптически активных органических катализаторов, осуществлены многочисленные каталитические асимметрические синтезы [1]. [c.170]

В катализе встречаются матрицы разных типов и размеров. Особенно велико их многообразие в гетерогенном катализе и в катализе макромолекулами полимеров. Но матрица в катализе — это не чисто геометрическое понятие. Для того чтобы определенная матричная структура могла осуществлять свои функции, ее структурные элементы должны обладать должным образом распределенной реакционной способностью. А это уже проявление тонких электронных свойств, без чего геометрия бесполезна. Данный факт не учитывается в традиционной концепции геометрического соответствия Баландина [50] и в фишеровской модели ключа и замка для ферментативного катализа. Такие концепции нуждаются в модернизации и в существенных коррективах. Так, в основу теории мультиплетов положено представление о точном совпадении определенных межатомных расстояний и элементов симметрии определенных граней кристаллов, образующих гранулы катализатора, с расстояниями между атомами в реагирующих молекулах и с их геометрической структурой. Постулируется дуплетная, тршлетная, квадру- и секстетная адсорбция реагентов с образованием химических связей с двумя, тремя, четырьмя и шестью атомами (ионами) решетки. Природа этих связей остается неопределенной. Секстетная модель, в частности, применяется для адсорбции циклогексана и бензола на Р1, №, Рс1, Со и других переходных металлах, катализирующих дегидрирование и гидрирование, как это показано на рис. 1.17. В этой концепции имеется несколько слабых мест. [c.37]

Ферменты, присоединенные к хорошо охарактеризованным носителям, могут служить простыми. моделями биологических систем, которые находятся в живых клетках. Действительно, синтетические полимерные матрицы точно не воспроизводят ситуацию in vivo, однако исследование таких моделей является важным этапом в рассмотрении ферментативного катализа как гетерогенного процесса [38]. Преж де всего они механически более устойчивы. Хорошо определенная химическая структура матриц иозволяет изучать влияние только одного параметра, такого, как влияние гидрофобности или влияние заряженных частиц на ферментативное действие. Можно также изучать влияние микроокружения матрицы, а также эффекты, возникающие благодаря различным локальным концентрациям субстрата, продукта, протонов эффекторов. и т. д. Эти различия в локальных концентрациях возникают в результате каталитической активности ферментов или влияния соседних молекул ферментов. Влияние микроокружения на активность и стабильность иммобилизованных ферментов детально обсуждается в разд. 12.2 и 12.3. Влияние, оказываемое матрицей, с трудом можно отличить от влияния микроокружения, создаваемого в результате собственно ферментативной реакции как самого фермента, так и других окружающих ферментов. [c.439]

Недавно показана возможность применения мультиплетной теории к ферментативному катализу, в результате чего удалось легко систематизировать реакции, катализируемые как ферментами, так и диссимметрическими органическими катализаторами— их химическими моделями- . [c.96]

Обширный материал по асимметрическому ферментативному катализу и асимметрическим моделям ферментов (см. ниже) удается систематизировать, применив представления мультиплетной теории катализа к ферментативному катализу. [c.135]

К реакциям, происходяш,им иод действием ферментов и их химических моделей, может быть применена мультиплетная теория катализа потому, что ферменты являются коллоидными, т. е. мик-рогетерогенными катализаторами. Применяя мультиплетную теорию, возможно систематизировать [540, 541] как реакции ферментативного катализа, так и реакции, катализируемые химическими моделями ферментов. В дальнейшем [542] этой систематикой охвачены все известные ферменты. Большинство ферментативных реакций имеет дублетный или триплетный индекс, причем разным тинам ферментов, большей частью соответствуют разные индексы реакций. [c.135]

Различные варианты самой простой модели понижения энергии активации в ферментативном катализе получили название модели дыбы (Г. Эйринг, Р. Ламри, Дж. Д. Спайке). Здесь силы сорбции также идут на создание напряжений (деформаций), способствующих протеканию реакций (рис. XIV.3). Согласно модели дыбы , для установления связей с ферментом субстрат претерпевает деформацию и [c.422]