Стереохимия ферментативных реакций

Стерическое направление ферментативных реакций, протекающих стереоспецифично, начиная от исходных веществ и кончая оптически чистыми хиральными продуктами, также можно объяснить с помощью аналогичных представлений, поскольку трехмерная структура комплекса фермент — субстрат задает определенное направление, по которому реагент атакует адсорбированную молекулу и, следовательно, определяет абсолютную стереохимию продукта. В качестве примера можно привести стереоспецифическое восстановление пировиноградной кислоты до и-молочной кислоты, катализируемое лактатдегидрогеназой. Процесс изображен на приведенной ниже схеме [c.342]

Стереохимия ферментативных реакций [c.341]

Хотя анти-стереохимия общей реакции присоединения согласуется с наблюдаемой для большинства неферментативных процессов электрофильного присоединения к алкенам (разд. 14.3), нельзя делать надежное заключение о детальном механизме реакции только на этом основании, поскольку всегда существует возможность ступенчатого осуществления ферментативного процесса с образованием промежуточных частиц, ковалентно связанных с ферментом. [c.351]

Стереохимия ферментативных реакций 3 [c.349]

Изучение стереохимии ферментативных реакций является полезным методом исследования их механизмов, дополняющим рассмотренные ниже кинетические методы. Однако совсем не обязательно кинетические методы и методы изучения стереохимии реакции должны давать совпадающие результаты, поскольку в-реакциях однотактного замещения может иметь место сохранение конфигурации (в случае атаки с тыла), а реакции двухтактного замещения могут протекать через стадию образования тройного комплекса, если первая уходящая группа (X) остается связанной ферментом вплоть до второго замещения. Подобная ситуация может реализоваться в том случае, когда группа X остается присоединенной к кислой группе А до тех пор, пока основная группа В не образует ионной связи с А [c.111]

В вводных главах в сжатой форме даны основные понятия органической химии, необходимые для дальнейшего изучения механизмов реакций. Особое внимание уделено описанию сте-реохимических закономерностей, играющих значительную роль в биологических системах. В книге дается не только представление об основных принципах стереохимии — оптической, геометрической изомерии и конформации, но и специально рассматриваются стереохимические аспекты органических и некоторых прохиральных ферментативных реакций. [c.5]

Высочайшие скорости ферментативно катализируемых реакций не могут заслонить их другую, еще более впечатляющую особенность, а именно уникальную хемо-, регио- и стереоспецифичность. Действительно, ферментативные реакции протекают по одному вполне определенному реакционному центру молекулы субстрата без каких-либо побочных реакций, затрагивающих альтернативные и почти идентичные центры, с полным контролем абсолютной стереохимии продукта, равно как и с выбором единственного стереоизомера субстрата, подвергающегося трансформации. В этом отношении современная органическая химия при всей мощи ее методического арсенала пока еще неспособна сравниться с Природой. [c.488]

Оксистероид-дегидрогеназы (ОСД), катализирующие обратимые реакции окисления-восстановления кислородных заместителей, являются наиболее изученными из трансформирующих стероиды ферментов. Три их представителя — За-, Зр,17р- и 20 5-ОСД — удалось выделить в кристаллическом состоянии. Это позволило детально изучить кинетику реакций и влияние на нее структурных особенностей стероидных субстратов, а также стереохимию ферментативных процессов. Некоторые представители оксистероид-дегидрогеназ нашли применение в микроаналитическом определении окси- и кетостероидов. [c.118]

В одном изящном исследовании анализировали стереохимию механизма реакции. Как это часто делается, для того чтобы понять прямую реакцию, изучали обратную-реакцию гидролиза АТР до ADP и фосфата. (Основной принцип ферментативного катализа заключается в том, что прямая и обратная реакции в точности обратны одна другой.) Все ферментативные переносы фосфата происходят с инверсией конфигурации относительно атома фосфора таким образом, одноступенчатые механизмы, в которых остаток фосфорной кислоты переносится непосредственно между субстратами, приводят к инверсии конечного продукта (рис. 7-5, 4). [c.79]

Механизм действия сериновых протеиназ в настоящее время понят лучше механизма любого другого типа ферментов и может служить иллюстрацией некоторых важных моментов, касающихся ферментативного катализа. Гидролиз амида может показаться не слишком сложной реакцией химику-органику. В случае же ферментативного катализа для обеспечения успешного протекания реакции необходимо очень строгое обеспечение тех стадий, которые химик может счастливо игнорировать. В противном случае будет происходить замедление реакции. Даже механизм, приведенный на схемах (28) — (34) и насчитывающий 9 отдельных стадий, является, безусловно, упрощенным. [В качестве иллюстрации можно отметить, что в последних исследованиях механизма действия химотрипсина с использованием методов быстрой кинетики в водном диметилсульфоксиде при —90°С показано наличие четырех процессов, предшествующих образованию тетраэдрического интермедиата см. схему (28) . Первым из этих процессов является связывание субстрата, остальные, по-видимому, представляют собой индуцированные субстратом конформационные изменения в ферменте, необходимые для обеспечения правильной стереохимии катализа] [63]. Нетрудно понять, почему для катализа распада такой высоко энергетической частицы, как тетраэдрический интермедиат, требуется особое обеспечение такие стадии могут в конце концов быть скоростьопределяющими в самых простых реакциях. Однако в связи с тем, что для эффективного протекания ферментативного катализа необходимы очень [c.497]

В пределах 4,26—4,37 магнетона Бора, что находится в хорошем согласии с величиной, ожидаемой для высокоспинового иона Со(П) в тетраэдрическом окружении 1263]. Ввиду отсутствия больших изменений конфигурации остатков, координируемых ионом металла при замещении Со(П) в КАС [69], на основе структурных данных табл. 4 и спектра поглощения Со(И)-фермента необходимо заключить, что стереохимия лигандов, координируемых Со(И), подобна, но не обязательно точно совпадает со стереохимией Zn(II) в нативном ферменте. Поначалу трудно понять, каким образом малые смещения иона Со(И) относительно центра связывания Zn(H) — на 20 пм (табл. 12) — могут обусловливать уменьшение ферментативной активности, тем более что при замещении Со(П) в КПА наблюдается увеличение ферментативной активности [85, 202]. Однако, как показано на рис. 23, молекула воды, координированная катионом Zn(II), образует водородную связь с Of треонина-197 и двумя другими молекулами растворителя. Малые искажения упорядоченной структуры растворителя могут легко передаваться малыми сдвигами в позиции катиона металла. В связи с этим может измениться каталитическая активность, поскольку изменятся условия реакций, включающих воду в области активного центра. Такие искажения могут происходить в результате смещения замещенного катиона металла из центра, занятого ионом Zn(ll), так же, как и вследствие малых изменений конфигурации аминокислотных остатков в области активного центра вблизи упорядоченной структуры растворителя. [c.105]

Благодаря новейшим данным о стереохимических изменениях, происходящих при ферментативном катализе и регуляции активности ферментов, мы можем ответить на эти вопросы с достаточной определенностью. В том, что структура белков существенно зависит от слабых связей, действительно есть больщой смысл . Взаимодействие ферментов с субстратами и с модуляторами ферментов в большинстве случаев, если не всегда,, сопровождается изменениями в третичной и четвертичной структуре фермента. С точки зрения стереохимии эти изменения могут быть большими или незначительными для биологической, функции они абсолютно необходимы. Скорость, с которой фермент катализирует определенную химическую реакцию, вероятно, зависит от того, насколько быстро его конформация может подвергнуться обратимому изменению в результате фер-мент-субстратных взаимодействий. Надлежащая реакция фермента на присоединение регулирующего метаболита тоже зависит от способности фермента изменять свою структуру высшего порядка. В одних случаях эти изменения затрагивают третичную конформацию фермента, в других (например, в случае гликогенфосфорилазы) регуляторный эффект связан с изменением четвертичной структуры. [c.215]

Общее направление взаимодействия определяется стереохимией ферментативной реакции между UDPG и о-фруктозо-6-фосфатом. Как UDPG, так и сахарозофосфат являются а-глю-козидами, так как суммарно перенос глюкозного фрагмента осуществляется с обращением конфигурации и любой механизм реакции должен объяснить это явление. Для алкилирования существует два возможных альтернативных механизма SnI и Sn2. Зк1-Процесс в живых системах маловероятен, поскольку промежуточно образующиеся карбокатионы обладают высокой энергией и чрезвычайно реакционноспособны, поэтому их реакции трудно контролируются. 8н2-Механизм, который не включает такие высокореакционные интермедиаты, более подходит [c.325]

Для установления истинной пространственной ориентации субстрата в активном центре различных пиридоксале--вых ферментов необходимы дальнейшие исследования по стереохимии ферментативных реакций и различных фермент-субстратных комплексов соответствующих ферментов. [c.203]

Различие в массе изотопов, особенно при переходе от Н к и далее к Н, часто сильно влияет на скорости реакций проводимое на этой основе изучение кинетических изотопных эффектов позволило лучше понять механизм,многих ферментативных реакций и все детали их стереохимии. Ярким примером тому служит синтез и дальнейшее использование хирального ацетата (гл. 7, разд. К. 2.ж). За эти исследования Дж. В. Корнфорт в 1975 г. был удостоен Нобелевской пре-мии . Специфические свойства изотопов лежат в основе ЯМР-спектроскопии (разд. И). [c.169]

С развитием биотехнологии возрастает интерес к использованию ферментов и микроорганизмов как катализаторов химических превращений. Особый интерес в этом плане представляет возможность проведения реакций с высокой степенью стереоселективности с целью получения оптически активных соединений. И хотя уже накоплен большой практический опыт применения ферментов и клеток в этих целях, область приложения и потенциальные возможности метода намного шире. В частности, результаты микробиологических реакций трудно предсказуемы, и в этой связи практически всегда требуется мелкомасштабный скриннинг. Такие исследования раньше тормозились из-за отсутствия необходимого метода контроля за прохождением стерео-селективной реакции. Теперь с развитием хиральной хроматографии появилась возможность определять очень простым способом точный энантиомерный состав в пробах, взятых в любой момент прохождения ферментативной реакции. Площадь хроматографического пика измеряется электронным интегратором, связанным с детектором, что позволяет следить за прохождением реакции и ее стереохимией на пробах очень небольшого объема. [c.210]

Использованные в этих исследованиях принципы применены ко многим аналогичным ферментативным реакциям. Типичным примером является исследование стереохимии действия 3-гидрок-си-З-метилглутарил-СоА-лиазы [29] (схема (20) .. [c.30]

Применение в качестве субстратов изотопно-меченных карбокислот является удобным инструментом исследования стереохимии ферментативного переноса протона. В отличие от органических реакций в ферментативных реакциях стереоспецифический перенос протона является скорее правилом, чем исключением, что обусловлено асимметричной природой поверхности белковой молекулы. В качестве примера можно привести две реакции изотопного обмена между дигидроксиацетонфосфатом и тритиро-ванной водой, катализируемые ферментами альдолазой и трио-зофосфатизомеразой. В ходе этих реакций с водой обмениваются разные а-водородные атомы кетона если в результате изо-меразной реакции образуется меченное тритием соединение 6.1, то альдолазная реакция приводит к соединению 6.2. [c.153]

Едва ли необходимо убеждать читателя в том, что в наше время практически ни один эксперимент в органической химии или биохимии не обходится без применения спектроскопических методов. Они широко используются для идентификации продуктов химических и ферментативных реакций или более сложных биологических процессов, обнаружения промежуточных соединений (и тем самым для получения ценной информации о механизмах превращений), исследова- ния кинетики и стереохимии химических реакций, пространственной структуры и динамики молекул и надмолекулярных систем, выяснения строения вновь выделенных природных соединений и для многих других целей. [c.5]

Очевидно, что для выявления ключевых стадий вероятного механизма каталитического действия фермента существенно количественное описание металл-лигандного центра как до, так и после связывания субстрата. Поэтому необходимо знать стереохимию координационного окружения иона металла и его ориентацию относительно ближайших аминокислотных остатков, вовлекаемых в связывание субстрата. Кроме того, детальное выяснение химической природы реакционной способности иона металла в ферментах тре- бует установления корреляции между молекулярной структурой, . Гч стереохимией, электронной структурой и биологической функцией. Описание принципиального механизма стадий ферментативной реакции на основе сведений о структуре должно соответствовать результатам кинетических исследований, указывающих на срод-ство к субстратам, вероятную природу промежуточных продуктов реакции и лимитирующие стадии. Предлагаемый механизм должен также находиться в согласии со спектроскопическими данными, которые характеризуют электронные и атомные перегруппировки, включающие фермент и молекулы субстрата. Как и в простых координационных комплексах, детальная информация о строении молекулы позволяет определить электронную структуру и характер связывания ионов металлов и лигандов в белках. Кроме того, характер изменении стереохимии металл-лигандных центров в ходе катализа позволяет понять, какие изменения электронной структуры ответственны за каталитическое действие. Исходя из этого, большое значение для понимания регуляции биологической активности и функции белков приобретает взаимосвязь между молекулярной структурой, стереохимией и электронной структурой центров координации металла. Экспериментальные средства, при по-мошл которых это понимание становится возможным, основываются на точном, детальном описании структуры белковой молекулы и [c.17]

При сравнении химических и ферментативных реакций в области стероидов можно отметить некоторые различия. Прежде всего химическая активация реагирующей связи, т. е. аллильное положение к двойной С=С-связи или вицинальное положение к карбонильной группе, по-видимому, имеет второстепенное значение при микробиологических трансформациях. Поскольку связывание стероида с с >ерментом происходит одновременно в нескольких точках, протекание реакции может в первук> очередь определяться стереохимией всей стероидной молекулы, а не только конкретной реагирующей группировки. Поэтому к оценке специфичности ферментативных реакций лишь в очень немногих случаях можно подойти с обычными химическими критериями. Те положения стероидного скелета, которые являются наиболее реакционноспособными для атаки химических реагентов, могут быть недоступны для атаки фермента и наоборот. [c.28]

Вопрос о протекании второй стадии — процесса роста цепи— является дискуссионным. Простейшей возможностью протекания этой стадии образования углерод-углеродной связи является миграционное внедрение координированного алкена в координированном олефиновом субстрате ( механизм Коссе ) [7]. Региохимия и стереохимия этого необратимого внедрения определяют стереорегулярную природу растущей полимерной цепи. Суммарная скорость стадии (б) является важной с точки зрения контролирования молекулярного веса полимера для полимеров с высоким молекулярным весом эта стадия обычно очень быстрая [2, 8], часто по скорости близкая к ферментативным реакциям (до 10 000 превращений на один каталитический центр в секунду). Такие очень высокие скорости усложняют изучение кинетики роста полимерной цепи, так как приводят к возникновению диффузионного контроля процесса подвода мо- [c.61]

Для определения абсолютной конфигурации производных а-аминокислот существуют три основных подхода, которые включают химическую корреляцию, ферментативные и хирооптические методы. Рентгеноструктурные методы в большинстве своем применяют для исследования ключевых соединений или в таких особенно важных или сложных случаях, как, например, компонент антибиотика стрептолидина [22]. Химические корреляции (ряд примеров приведен в [23]) широко использовались раньше и продолжают применяться и сейчас, однако с меньшей интенсивностью. В качестве примеров на схемах (2) [24] и (3) [25] показаны реакции, использованные для выяснения стереохимии транс-З-ме-тил-1-пролина при корреляции с изолейцином. [c.236]

Изучение ферментативного восстановления андростендиона в тестостерон с использованием меченного дейтерием НАД показало, что реакция протекает путем непосредственного переноса водорода между субстратом и НАД без предварительной енолизации 17-кетогруппы или обмена водорода со средой при этом фермент использует В-сторону никотинамидного кольца НАД [175]. Та же В-стереохимия была обнаружена для За- и Зр,17р-ОСД из Pseudomonas testosteroni при использовании НАД и НАДФ, меченных тритием [1, 149]. [c.127]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология