Переходное состояние субстрата аналоги

Фермент, в свою очередь, оказывает значительное влияние на субстрат. Под влиянием фермента структура субстрата изменяется сначала образуется переходное состояние, а затем продукты ферментативной реакции. Оказалось, что для фермента каталитически выгодно комплементарное соответствие не основному, а переходному состоянию субстрата. Это также было доказано при помощи синтетических аналогов переходного состояния субстрата. Л. Полинг и Дж. Холдейн предложили концепцию деформации субстрата, связанную с его модификацией под действием фермента. Однако главным является то, что субстрат в переходном состоянии взаимодействует с ферментом многократно [c.69]

Аналоги переходного состояния субстрата зонды для исследования комплементарности [б, 6] [c.299]

Аналоги переходного состояния субстрата, которые были синтезированы до настоящего времени, позволили проанализировать ту часть каталитического процесса, которая связана с различием в комплементарности фермента переходному состоянию субстрата и исходному субстрату. В приведенных выше четырех примерах аналоги переходного состояния связываются в 10 —10 раз прочнее самих субстратов. Это свидетельствует об эволюции ферментов в сторону структурной комплементарности [c.301]

Изучение комплементарности фермента переходному состоянию субстрата с использованием аналогов переходного состояния субстрата может быть осложнено наличием лишних связей с группами, введенными в молекулу аналога. В гл. 9 было показано, что связывание небольшой группы дает существенный вклад в энергию связывания, когда в процесс вовлекается специфический для этой группы центр связывания. Например, вклад метиленовой группы в энергию связывания может составлять 12 кДж моль (3 ккал-моль ), а вклад гидроксильной группы за счет образования водородной связи — 25 кДж моль (6 ккал-моль- ). Даже если специфические центры связывания не затрагиваются, большой энергетический вклад могут дать гидрофобные эффекты замена в фенильном кольце ацетильной группы на атом С1 приводит к 50-кратному увеличению прочности связывания этого кольца в гидрофобном кармане химотрипсина [13]. [c.302]

Возможности синтетической химии в последние годы разительно изменились. В некоторых областях благодаря развитию эффективных регио- и стереоселективных методов достигнута селективность на уровне ферментативных реакций, столь восхищающих химиков. При этом химические методы зачастую имеют то преимущество, что они в меньщей степени селективны по отнощению к субстрату и тем самым имеют больщую область применения. И тем не менее мы все еще далеки от синтетических достижений природы [3]. Следовательно, при проведении любого синтеза нужно проверить, не дает ли преимущество замена какой-либо стадии синтеза ее ферментативным вариантом [4а]. Новым аспектом является использование моноклональных антител в качестве катализаторов, осуществляющих химические превращения через стабильные аналоги переходных состояний [46]. [c.492]

Поскольку многие ферменты обладают большим сродством к субстратам в переходном состоянии, именно иммобилизованный аналог субстрата, имитирующий его переходное состояние, используют в качестве лиганда при аффинной хроматографии. В основе этой концепции лежит одно из главных положений теории ферментативного катализа, впервые выдвинутое Л. Полингом, в соответствии с которым активный центр фермента должен быть в большей степени комплементарен форме субстрата, находящейся в переходном состоянии, т.е. претерпевшей предварительные структурные перестройки на пути превращения в продукт реакции, но не в основном исходном состоянии [99]. [c.347]

Работы по применению молекулярного импринтинга в белковой инженерии начались после того, как двумя группами исследователей в Японии и Великобритании была продемонстрирована возможность с помощью аналогов субстратов в переходном состоянии придать ферментативную активность белкам, у которых она отсутствует - альбумину и лактоглобулину [164,165]. Вскоре молекулярный импринтинг был использован и для контроля суб- [c.374]

Дизайн и синтез аналога субстрата в переходном состоянии (Т8А) [c.428]

Подобная ситуация, по-видимому, реализуется в механизме действия рибонуклеазы. На примере синтетических аналогов переходного состояния субстратов было предположено [307], что в гидролизе рибозилфосфатных эфиров, катализированном рибонук-леазой, участвуют соединения типа переходного состояния субстрата, в которых фосфатная группа напоминает пентаковалентную тригональную бипирамиду. Присоединение и отщепление групп происходит вдоль оси симметрии. Соединения типа переходного состояния субстрата, стереохимия которых аналогична бипира-мидальпой стереохимии фосфата, могут быть представлены с помощью рис. 28 на примере нуклеазы стафилококка и образуются, вероятно, при нуклеофильной атаке кислородным лигандом, координированным ионом Са(П). [c.119]

Предположение о деформации кольца В при посадке субстрата в активный центр согласовывалось с предложенным К. Верноном в 1967 г. химическим механизмом катализа лизоцима, по которому требуется ослабление расщепляемой связи между сахарными кольцами В и Е [222]. Позднее Филлипс и соавт. получили кристаллическую структуру комплекса лизоцима с аналогом переходного состояния субстрата - тет-расахаридлактоном [223]. Плоское лактонное кольцо по своему положению оказалось близким конформации четвертого кольца В-гекса-Ы-ацетилглюкозамина в модельном невалентном комплексе лизоцима. [c.52]

Механизм катализа и структура промежуточных соединений, образующихся в ходе реакций с участием сериновых протеаз, определены с помощью более прямых экспериментов, чем в случае любого другого фермента или класса ферментов. Выяснить структуру сериновых протеаз удалось главным образом благодаря установлению кристаллической структуры сокристал-лизованных комплексов трипсина и некоторых природных поли-пептидов-ингибиторов, имитирующих субстраты (гл. 1, разд. Г). Из этих исследований известно, что активный центр фермента комплементарен переходному состоянию субстрата, которое структурно очень близко к тетраэдрическому аддукту остатка 5ег-195 и углеродного атома карбонильной группы субстрата. Более того, структура фермента при связывании субстрата не искажается. Исследование связывания небольших пептидов с помощью ЯМР-спектроскопии показывает, что при связывании эти пептиды также не деформируются. (Определение кристаллической структуры комплекса трипсина с панкреатическим ингибитором трипсина при высоком разрешении ясно показывает, что реакционноспособная пептидная связь деформируется таким образом, что ее конфигурация приближается к конфигурации пептидной связи в тетраэдрическом промежуточном соединении. Однако, поскольку эта связь уже деформирована до присоединения к ферменту, сконструированный ингибитор связывается очень прочно, т. е. является аналогом естественного переходного состояния.) [c.363]

В связи с тем что деформация субстратов нри нековалентном связыванин с лизоцимом маловероятна, особого внимания заслуживают так называемые аналоги переходного состояния в катализе лизоцимом [23, 90], или соединения, способные очен > эффективно связываться с ферментом и обладающие структурой, по ряду признаков подобной структуре субстрата в переходном состоянии реакции. Наиболее известным аналогом переходного состояния в катализе лизоцимом является 6-лактон, полученный окислением восстанавливающего сахаридного кольца 1 -ацетил-хитотетраозы [c.166]

Следовательно, формаль1го переход сахаридного остатка у расщепляемой связи от конформации кресла к конформации полукресла в переходном состоянии реакции может привести к ускорению ферментативного превращения в 10 —Ю раз [90]. Несколько позже эти данные и расчеты серьезно пересматривались [89], и было показано, что лактонная концевая группа (153) связывается с участком D активного центра лизоцима лишь в 30 раз более эффективно, чем обычный N-ацетилглюкозаминный остаток. При этом карбонильный атом кислорода лактонной группы образует дополнительную водородную связь с остатком Asp 52 лизоцима и тем самым может вносить дополнительный вклад в связывание с активным центром тем самым достоверность данных о необычно эффективном взаимодействии лактона с лизоцимом становится вообще неопределенной [89]. Однако в любом случае, взаимодействует ли лактон с ферментом прочно или нет, не имеет никакого отношения к напряжению или деформации субстрата в активном центре лизоцима. Даже если лактон и является аналогом цереходного состояния в катализе лизоцимом, опыты по его связыванию с ферментом не могут дать никакого ответа на то, в какой форме — искаженной или обычной (стабильной) — субстрат находится в комплексе Михаэлиса с ферментом. Таким образом, по эффективности связывания лактонов с лизоцимом нельзя судить о деформациях в активном центре. [c.167]

Из этих рассуждений ясно, что если бы для данной реакции удалось найти структурные аналоги состояния Т, то они связывались бы очень прочно — более прочно, чем обычные аналоги субстрата. В своем обзоре Волфенден [49] приводит список предложенных в литературе ингибиторов, которые являются аналогами переходного состояния. Вес эти ингибиторы очень прочно связываются ферментами [c.50]

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]

Таким образом, при рассмотрении влияния уходящей группы на скорость замещения в целом наблюдается аналогия между реакциями 5лг1 и Зк2. Различие между этими типами реакций в основном связано с тем, что в случае бимолекулярного замещения связь С—X в переходном состоянии растянута значительно меньше, чем в мономолекулярных реакциях (например, показано, что кинетический изотопный эффект хлора значительно меньше в бимолекулярных, чем в мономолекулярных реакциях одних и тех же субстратов). Поэтому чувствительность к смене уходящей группы в реакциях 5ы2 существенно меньше [47, 1952, с. 1673] [c.315]

Если за счет энергии связывания происходит искажение субстрата в состояние, напоминающее переходное, то это эквивалентно утверждению, что переходное состояние связывается с активным центром более эффективно, чем субстрат. Поэтому соединения, которые являются аналогами переходного состояния, также должны связываться с ферментом более эффективно, чем субстрат. Существует несколько свидетельств, что это может иметь место. Пролинрацемаза ингибируется пиррол-2-карбоновой кислотой (V) в концентрациях, в 160 раз меньших, чем пролином (VI). Фуран-2-карбоновая кислота (VII) и тиофен-2-карбоновая кислота (VIII) [c.236]

Можно продолжить аналогию между мицеллами и белками на том основании, что в определенных реакциях мицеллы обнаруживают каталитическую активность, причем воспроизводят ряд характерных черт ферментативного катализа. В большинстве случаев катализатором является мицелла ионного детергента, которая концентрирует субстрат на поверхности и вызывает ускорение, если переходное состояние реакции имеет заряд, противоположный заряду мицеллы [36, 37]. Если переходное состояние заряжено одноименно или вообще на заряжено, обычно наблюдают уменьшение скорости, так как концентрирование реагентов в мицелле уменьшает их доступность для молекул воды. Следовательно, реакции, в которых вода является реагентом или участвует в сольватации полярного переходного состояния, должны замедляться. Диэлектрическая проницаемость в поверхностном слое мицеллы иодида додецилпиридиния равна примерно 36 по оценке ее из максимума полосы поглощения комплекса переноса заряда между иодидом и пиридпнием [38]. [c.310]

Применение последних в катализе, с одной стороны, поможет наиболее рационально решить чисто практические задачи (каталитический синтез природных энаптиомеров аминокислот, углеводов и т. п.) и, с другой стороны, позволит (и позволяет уже сейчас) глубже постичь детальный механизм каталитических явлений и яснее представить строение переходного состояния (которое, в частности, в гетерогенных каталитических процессах гораздо сложнее, чем в гомогенных, поскольку включает и поверхность катализатора). То обстоятельство, что оптически активные соединения занимают особое место в катализе, закономерно следует из мультиплетной теории катализа А. А. Баландина, предусматривающей существенную роль в катализе структурных и энергетических факторов, обусловленных взаимодействием нереагирующих частей молекулы субстрата с поверхностью катализатора (аналогия с ферментативным катализом). [c.5]

Принципы получения каталитических антител и их ферментативная активность. Современные представления о механизмах ферментативного катализа основываются на теории переходного состояния, главные положения которой были сформулированы Л. Полингом [99], а в термодинамических терминах - М. По-лани в 1920-х гг. В соответствии с этой концепцией образование фермент-субстратного комплекса сопровождается конформаци-онными и структурными перестройками субстрата, значительно понижающими энергетический барьер, который необходимо преодолеть для превращения субстрата в продукт реакции. Такое временное нестабильное состояние субстрата в фермент-субст-ратном комплексе получило название переходного состояния. Исходя из этих представлений, можно заключить, что активные центры ферментов в ходе эволюции были сформированы таким образом, чтобы обеспечивать не только связывание субстратов, но и их фиксацию в промежуточном активированном - переходном - состоянии. В настоящее время установлена структура многих субстратов в переходном состоянии и осуществлен химический синтез их стабильных аналогов (transition state analogue -TSA), которые активно используются для получения эффективных ингибиторов ферментов. [c.427]

Современная схема получения абзимов на основе аналогов субстратов в переходном состоянии (TSA) представлена на рис. 57 [275]. Работа начинается с выбора реакции, которую необходимо осуществить с помощью каталитических антител, далее следует разработка структуры стабильных TSA и их химический синтез. Для повышения иммуногенности низкомолекулярных TSA получают их конъюгаты с высокомолекулярным носителем, например БСА, которыми иммунизируют лабораторных животных. Селезенку иммунизированных животных после спле-нэктомии можно затем использовать для получения поликлональных и/или mAb к TSA по гибридомной технологии и/или для выделения TSA-связывающих фрагментов антител с применением методов фагового или рибосомного дисплеев. На заключительном этапе среди представителей антител, взаимодействующих с TS А, отбирают макромолекулы, катализирующие исследуемую ферментативную реакцию. [c.429]

Индукция ферментативной активности папаина и лактальбумина при лио-филизации в присутствии аналогов субстратов в переходном состоянии [c.456]

И ИОНОМ лантанида [203], которые связывались в расщелине было показано, что указанные субстраты связываются в основном непродуктивно. На первый взгляд это служит веским доводом в пользу механизма деформации. Однако Левитт [205], пересмотрев эти данные (гл. 10, разд. В.4.в) и проделав соответствующие расчеты, пришел к выводу, что вероятность деформации сахарного кольца при связывании с подцентром О очень мала [201, 205]. Кроме того, было показано, что аналоги переходного состояния, имеющие химически модифицированное сахарное кольцо, структурно аналогичное карбоний-иону, связываются не более чем в 100 раз прочнее субстратов, у которых это кольцо не модифицировано (гл. 10, разд. А.5) [203, 206]. Далее, предполагается, что слабое связывание сахарного кольца с подцентром О обусловлено вытеснением этим кольцом двух молекул воды, связанных с карбоксильной группой А8р-52. Следовательно, связывание с подцентром является скорее электростатическим , чем механическим. (В любом случае, как подчеркивалось в гл. 10, более прочное связывание переходного состояния не означает, что связанный субстрат деформирован.) [c.399]

Смотреть страницы где упоминается термин Переходное состояние субстрата аналоги: [c.263] [c.302] [c.302] [c.303] [c.142] [c.46] [c.113] [c.165] [c.186] [c.196] [c.68] [c.6] [c.428] [c.515] [c.317] [c.299] [c.317] [c.319] [c.225]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология