Исследование каталитических свойств ферментов

Горизонты энзимологии. В литературе появляются работы, в которых делаются попытки прогнозирования дальнейшего развития энзимологии на ближайшее десятилетие. Перечислим основные направления исследований энзимологии будущего. Во-первых, это исследования более тонких деталей молекулярного механизма и принципов действия ферментов в соответствии с законами югассической органической химии и квантовой механики, а также разработка на этой основе теории ферментативного катализа. Во-вторых, это изучение ферментов на более высоких уровнях (надмолекулярном и клеточном) структурной организации живых систем, причем не столько отдельных ферментов, сколько ферментных комплексов в сложных системах. В-третьих, исследование механизмов регуляции активности и синтеза ферментов и вклада химической модификации в действие ферментов. В-четвертых, будут развиваться исследования в области создания искусственных низкомолекулярных ферментов —синзимов (синтетические аналоги ферментов), наделенных аналогично нативным ферментам высокой специфичностью действия и каталитической активностью, но лишенных побочных антигенных свойств. В-пятых, исследования в области инженерной энзимологии (белковая инженерия), создание гибридных катализаторов, сочетающих свойства ферментов, антител и рецепторов, а также создание биотехнологических реакторов с участием индивидуальных ферментов или полиферментных комплексов, обеспечивающих получение и производство наиболее ценных материалов и средств для народного хозяйства и медицины. Наконец, исследования в области медицинской энзимологии, основной целью которых является выяснение молекулярных основ наследственных и соматических болезней человека, в основе развития которых лежат дефекты синтеза ферментов или нарушения регуляции активности ферментов. [c.117]

До недавнего времени среди известных твердых катализаторов безраздельно господствовали неорганические вещества. В этом отношении все искусственные твердые катализаторы коренным образом отличались от ферментов. Первую брешь в стене, отделявшей в связи с этим искусственно гетерогенные катализаторы от природных биокатализаторов, пробило введение в обращение органических полимерных смол ионитов, оказавшихся прекрасными катализаторами для многих реакций кислотно-основного класса [291. Для реакций окислительно-восстановительного класса сходная роль, по-видимому, предстоит органическим полупроводникам. Исследование каталитических свойств этого нового обширного типа соединений началось впервые в советских лабораториях [28, 29, причем основное внимание уделялось полимерам, содержащим в макромолекулах систему сопряженных связей —С=С—С=С— —N=0—С=М—и т. д. [c.39]

С точки зрения биохимической эволюции такая близость свойств фермента, выполняющего у разных животных одну и ту же химическую функцию — каталитическое расщепление ацетилхолина. не является неожиданной. Ацетилхолиновый механизм передачи возбуждения в специализированных нервных структурах, возникший, по-видимому, на самых ранних стадиях эволюции нервной системы, мог закрепиться только благодаря тому, что одновременно вызвал образование высокоэффективного приспособления—ацетилхолинэстеразы для быстрого разрушения медиатора. Без этого приспособления ацетилхолиновый механизм в принципе не мог существовать. Качественная неизменность в эволюции одного из медиаторов нервного возбуждения — ацетилхолина — и служит причиной стабильности фермента, специфически настроенного на разрушение этого медиатора с необходимой скоростью. Поскольку, однако, эволюция функций нервного аппарата была связана с увеличением числа структурных элементов нервной системы и усложнением схем соединения их в общую самонастраивающуюся систему, эволюция ферментного аппарата шла, по-видимому, двумя путями. Первый путь — это увеличение количества и концентрации ацетилхолинэстеразы в проводящих возбуждение структурных элементах для обеспечения достаточной скорости разрушения любых количеств ацетилхолина, которые могут выделиться. Второй путь — более совершенная система пространственного распределения фермента в структуре тканей нервной системы. Гистохимические исследования нервной системы демонстрируют высокоспециализированную локализацию значительных количеств ацетилхолинэстеразы в ограниченных объемах нервной ткани, совершенствующуюся в ходе эволюции [19—21, 109. [c.171]

Для выяснения природы этих явлений на молекулярном уровне многое может дать изучение изменений биохимических процессов, происходящих при замене изотопного состава воды. Большой интерес представляют работы, в которых под действием D2O установлено подавление синтеза ДНК [183] и торможение синтеза рибосомных РНК [184], работы по исследованию каталитических свойств дейтерированных ферментов [185], по исследованию изменений конфигурации аллостерических ферментов под действием D2O [186]. В анализе влияния D2O на биологические процессы, проведенном в данных работах, наиболее существенно положение о вероятной обусловленности этих эффектов изменениями свойств молекул воды и определение периода адаптации как времени, необходимого для уравнивания изотопного состава воды внешней среды и воды организма. [c.83]

Большой по объему задачей представляется даже исследование влияния одиночных замен аминокислотных остатков полипептидной цепи известного белка длиной в 200 а.о., так как здесь количество возможных вариантов составит 3800, а при необходимости изучения в белке еще и всех двойных замен - 7,3 10 . Однако, как уже упоминалось, для радикального изменения каталитических свойств ферментов, как правило, необходимы множественные замены аминокислотных остатков их полипептидных цепей. [c.322]

Химическая природа ферментов. На основе многочисленных исследований химическая природа ферментов в настоящее время установлена. Определив химический состав ряда ферментов, исследователи синтезировали некоторые из них. Но полученные вещества не имели каталитических свойств. Поскольку в препарате фермента был обнаружен белок, который при добавлении метилового спирта отделялся и выпадал в свернутом виде, то можно было считать, что фермент состоит из двух компонентов. Вторым компонентом оказалась часть, имеющая белковую [c.519]

Вплоть до 10-20-х годов XX столетия основным направлением исследований явления биокатализа было изучение самого каталитического акта, фиксирование и анализ изменений, происходящих в присутствии биокатализаторов-фермен-тов. Начиная с этого времени, основные успехи в изучении явлений биокатализа связывают с изучением изолированных ферментов, а на первых порах - даже с развитием методов выделения и очистки ферментов. Этот путь дал много нового в познании свойств ферментов. [c.133]

Для изучения некоторых свойств ферментов можно использовать гомогенаты и экстракты тканей. Однако различные соединения и многочисленные- другие ферменты, присутствующие в тканевых препаратах, могут существенно искажать наблюдаемую картину. Поэтому точное исследование каталитических и других свойств ферментов возможно лишь после их получения в очищенном виде. [c.44]

Эти ферменты представляют собой идеальный объект для исследования. Они хорошо растворимы в воде и устойчивы в широком интервале pH без необратимой денатурации белка, в частности, в случае каталазы в интервале pH 2—11 [51]. Такую же стабильность по отношению к изменениям pH обнаруживает пероксидаза хрена [53]. К каталазам и пероксидазам относятся некоторые из наиболее термостабильных ферментов. Некоторые пероксидазы сохраняют активность даже при 90°С [197]. Интенсивные УФ-спектры железопорфирина (гема) предоставляют в руки исследователей очень удобный способ наблюдения за ходом реакции, а наличие только одного активного центра в каждой молекуле фермента (за исключением каталазы) существенно упрощает интерпретацию результатов. Рассматриваемая группа ферментов характеризуется набором частично перекрывающихся, но различных свойств, хотя и содержит одинаковый кофактор или комплекс металла. Реакции этих комплексов ионов металла с белком можно сравнивать с реакциями небелковых комплексов, которые, как будет показано ниже, обладают в основном такими же каталитическими свойствами, но в [c.198]

Наконец, следует отметить, что многие из принципов и концепций, выдвинутых при изучении каталитической активации водорода, применимы также к другим инертным молекулам, в том числе к азоту и углеводородам. Эти вещества инертны почти по тем же самым причинам, что и водород, и следует ожидать, что каталитические свойства, требуемые для их активации (по-видимому, более сильные, чем свойства катализаторов гидрогенизации), будут зависеть от аналогичных факторов. До настоящего времени только твердые тела использовались в качестве катализаторов для реакций азота и насыщенных углеводородов, однако имеются все основания ожидать, что, подобно тому как было в случае водорода, дальнейщие исследования приведут к получению гомогенных катализаторов, способных активировать эти молекулы. Открытие микроорганизмов и ферментов, связывающих азот при низких температурах, свидетельствует о больших возможностях в этой области исследования. [c.407]

Прежде всего необходимо отметить, что круг ингибиторов обычно значительно превышает круг субстратов и специфичность фермента к ингибированию оказывается меньше его субстратной специфичности. В общем виде причина этого достаточно ясна даже при рассмотрении одних лишь конкурентных ингибиторов. Если для катализа необходима адсорбция субстрата и его строгая ориентация относительно каталитических групп, то для ингибирования достаточно не только взаимодействия со всем адсорбционным центром, но и простого связывания ингибитора отдельными элементами адсорбционного центра, как правило состоящего из нескольких участков адсорбции. Поэтому изучение ингибирующего действия разнообразных структурных аналогов субстратов помогает в исследовании адсорбционных центров ферментов и свойств их отдельных элементов, а также химической природы основных, активных для катализа групп фермента. [c.70]

Последующие исследования показали, что многие ферменты двухкомпонентны. Активная группа (кофермент) приобретает свои каталитические свойства только при соединении со специфическим коллоидным носителем (белком). Последний определяет характерные свойства фермента и играет ведущую роль в проявлении ферментативного действия. [c.124]

Модификация ферментов может приводить к существенным изменениям их эффективности и специфичности. Это часто позволяет составить представление о роли тех или иных участков молекулы фермента в проявлении им каталитических свойств. Можно различать три типа модификаций 1) протеолитическая модификация, т.е. отщепление (или присоединение) определенного фрагмента полипептидной цепи 2) химическая модификация - введение в белок чужеродных фрагментов и группировок и 3) направленный мутагенез - замена одних остатков аминокислот на другие. Последний тип модификаций стал возможен в последнее время в связи с развитием техники рекомбинантных молекул и, несомненно, имеет большое будущее в отношении исследований связи структуры и активности ферментов. [c.195]

Как показали многочисленные исследования, замороженные конформации фермента могут отличаться от обычных, ненапряженных состояний, реализуемых в тех случаях, когда иммобилизацию проводят в отсутствие специфических лигандов, по целому ряду свойств стабильности, доступности к действию модифицирующих агентов, сродству к субстрату и специфическим лигандам, а также каталитическим свойствам. Этот фактор необходимо учитывать, поскольку иммобилизацию фермента иногда рекомендуют проводить в присутствии специфических лигандов с целью большей сохранности ферментативной активности. [c.100]

Представление об исключительно точном геометрическом соответствии молекулы субстрата активному центру фермента как об источнике высокой специфичности при ферментативном катализе послужило основой для исследования каталитических свойств молекул циклоамилоз, обладающих строгой и хорошо известной геометрией [891. Химически циклоамилозы представляют собой циклические полимеры, содержащие не менее шести Л(+)-глюкопиранозных структурных единиц, соединенных а-(1,4)-глюкозидными связями. Участок цепи циклоамилозы имеет следующий вид [c.110]

Основные научные исследования относятся к органической химии ч общей химии. Изучал реакции двойного обмена кислорода на галогены между высшими окислами бора, серы и фосфора и галогеип-дами тех же элементов при отсутствии воды, а также между четыреххлористым и четырехбромпсты.м углеродом и бромистыми соединениями бора, кремния и фосфора. Выяснил (1873), что с увеличением атомной массы элемента в его хлористом соединении увеличивается количество атомов хлора, заменяемых на бром, и, наоборот, с увеличением атомной массы элемента в его бромистом соединенпи уменьщается количество атомов брома, заменяемых на хлор. Установил (1877) каталитическое действие галогенидов алюминия при бромировании ароматических углеводородов, изомеризации и крекинге ациклических углеводородов. Открыл (1877) непрочные комплексные соединения галоидных солей алюминия с различными углеводородами, обладающие каталитическими свойствами (ферменты Густавсона) Установил образование промежуточных комплексных металлоорганических соедине- [c.159]

Этот тип соединений привлек наше внимание своим сходством с положением и типом связи металла с полимерной белковой молекулой, осуществляющейся, согласно последним биохимическим исследованиям, в ферменте. Исследование каталитических свойств, проводившееся в Институте катализа СО АН СССР совместно с синтетической лабораторией МГУ, показало, что хелатные полимеры действительно обладают чрезвычайно интересными каталитическими свойствами [12—15], а именно высокой активностью в ряде модельных реакций окислительно-восстановительно-го типа. Так, скорость гетерогенного разложения перекиси водорода в расчете на один центр на поверхности приближается для медных полихелатов определенной структуры к скорости, наблюдаемой для наиболее активного фермента-каталазы [15]. [c.219]

В конце второй мировой войны этот интерес автора был до некоторой степени вознагражден был установлен контакт с центром исследования рака и вслед за этим создана исследовательская группа при корпорации Гудри-процесс, чтобы попытаться внести вклад путем химических изысканий. Выяснилось, что живая раковая клетка возникает в результате изменения каталитических свойств ферментов нормальной клетки и, следовательно, что исследователи в области катализа могли бы оказать помощь в разрешении проблемы рака. Сталкиваясь с тем, что катализатор перестает давать эффект, мы прибегаем либо к его регенерации, либо к его замене. А в случае рака Регенерация Чего Замена ферментов Каких Если бы мы знали ответ на эти вопросы, то можно было бы найти способы восстановления организма или снабжения его новыми ферментами. [c.568]

В непрерывной полипептидной цепи рибонуклеазы попарно связаны дисульфидными мостами остатки цистеина, обозначенные одинаковыми номерами. Очевидно, что сама по себе последовательность аминокислот в молекуле рибонуклеазы еще совершенно ничего не говорит о ее каталитическом действии на связь фосфорной кислоты с рибозой в РНК. В высшей степени интересны исследования рибонуклеазы, выполненные Анфинсеном. Если подействовать р-оксиэтилмеркаптаном на раствор рибонуклеазы в водном 50%-ном растворе мочевины (где а-спираль нарушена полностью) и таким образом разорвать все S-S-мосты, то каталитические свойства ферментов полностью исчезают. Однако если полученный белок, содержащий 8Н-группы на месте S—S-мостов и освобожденный от мочевины, окислить воздухом, то все SH-группы попарно окисляются в S—S-мосты, структура рибонуклеазы воссоздается, и вновь приобретается активность. Следовательно, S-S-мосты в данном белке (и это типично) возникают на прежних местах и, несомненно, одновременно воссоздается не только вторичная, но и третичная структура, свойственная рибонуклеазе. Если же окисление производить в растворе мочевины, где обычные водородные связи вторичной структуры нарушены, то сшивание происходит в беспорядке или в ином порядке и активного фермента не получается. Таким образом, как оказалось в этом случае, пе дисульфидные мосты, а водородные связи вторичной структуры предопределяют третичную структуру, сближающую определенные цистеиновые SH-группы и создающие возможность окисления их в цистиновые мосты S—S. Вместе с тем ясно, что за ферментативную активность ответственна совокупность первичной, вторичной и третичной структур. [c.743]

Добавление солей может изменять каталитические свойства ферментов за счет увеличения ионной силы раствора [1404, гл.7 2410]. Этот вопрос был подробно исследован на примере сериновых протеаз - химотрипсина и трипсина [2411-2415]. Было показано, что при гидролизе этилового эфира ацетил-Ь-ти-розина химотрипсином изменение концентрации NaGl приводит к пропорциональному увеличению ft. и уменьшению К (рис.76) [2415]. Интересно, что ионная [c.223]

В настояще время изучаются модели следующих групп ферментов дегидрогеназ, оксидаз, некоторых гидролаз и, пожалуй, наиболее часто моделировавшегося фермента — каталазы. Все они (за исключением гидролаз) представляют собой комплексы (соединения) белка с определенной простетической группой изучение их шло по пути моделирования ее. Ряд ферментов содержит в своем активном центре атом металла, например каталаза — железо (в геме), полифенолоксидаза — медь. Естественно, что многие исследования были направлены на изучение каталитических свойств различных соединений металлов. Были получены модели каталазы — комплексные соединения кобальта, свинца, марганца, но наиболее эффективной при разрушении перекиси водорода оказалась медь. Известно, что некоторые комплексные соединения ее с азотистыми веществами, сравнительно простые по своему составу, типа, скажем, комплекса с диамином [c.329]

Одним из способов выявления роли карбоксильных групп в катализе является изучение свойств реконструированных гембелков с этерифицированными пропионовокислыми остатками гема. Однако такие исследования часто вносят путаницу, так как правильный ответ может быть получен только в том случае, если при реконструкции апобелка с модифицированным гемом образуется каталитически активная конформация нативного белка. Однако достичь этого очень трудно, т.к. при использовании модифицированных гемов часто нарушается структура активного центра фермента вследствие неправильной ориентации гема на апобелке. Этого можно избежать, если модифицировать пропионовокислые остатки гема непосредственно в нативном ферменте, выделить модифицированный гем, а затем проводить реконструкцию модифицированного гема с нативным апобелком и исследовать влияние модификации на каталитические свойства фермента. Таким способом можно определить число доступных модифицирующим агентам, т.е. расположенных близко к поверхности карбоксильных фупп гема, и избирательно промодифи-цировать их как в 6-ом, так и 7-ом положениях, которые, по-видимому, в общем случае не эквивалентны. [c.17]

В 1937 г. Скотт [81] пришел к заключению, что устойчивость фер1ментов к ионизирующему излучению настолько велика, что ферменты нельзя считать влияющими на эффекты, вызываемые излучением в живых организмах. Эта точка зрения сейчас значительно изменена, хотя и была естественной в то время, поскольку она была основана на исследованиях, проведенных без учета таких важнейших явлений, как косвенное действие и защита. В начальный период исследований, когда работы проводились с высокими концентрациями ферментов и большими загрязнениями энзиматических систем, наблюдавшаяся радио-чувствительность ферментов была далека от истинной. Для разъяснения этого положения рассмотрим подробно существующие представления о прямом и косвенном действии и их кинетике. Приводимые представления могут быть приложены к любым полимерам или радиочувствительным веществам в растворах, особенно водных. Большинство приводимых данных получено при исследовании энзиматических систем ввиду большой чув ствнтельности их каталитических свойств. Поэтому ферменты — очень удобный объект для исследователя. Основы современных представлений о прямом и косвенном действии заложены в работе Дейла, на которой мы и будем основываться в соответствующих разделах. [c.230]

Указанное взаимодействие подтвердилось потенциометрическим исследованием [27], причем после прибавления к носителю соответствующего иона (водный раствор соли) наблюдалось четкое измекение потенциала. Среди многих комбинаций носителя и ионов (последние нужно понимать как простетическую группу) найдено большое количество ценных и специфически действующих редокс-ферментов, которые по своему действию в несколько раз выше знаменитых прежде однокомпоиептных ферментов Бредига [28]. Так, например, составы Al(OH)з/ o -+ и 2п(ОН)г/Со++ представляют собой отличные модели пероксидазы, но лишены каталитических свойств. Ион Со++ ведет себя совсем по другому, когда находится на носителе Mg(0H)2. Возможно, что различное пове- [c.387]

Четвертичная структура белков имеет, по-видимому, непосредственное отношение к существованию изоферментов. Изоферментами называются ферменты, встречающиеся у одного и того же биологического вида в разных структурных формах. Особенно хорошо изучен в этом отношении благодаря исследованиям Каплана, Маркерта и их сотрудников фермент лактатдегидрогеназа этот фермент был выделен из организма цыпленка в двух главных формах, из которых одна характерна для скелетных мышц, а другая — для сердечной мышцы. Эти две формы заметно отличаются одна от другой как по аминокислотному составу, так и по некоторым физическим, иммунологическим и каталитическим свойствам. Общее число различных форм лактатдегидрогеназы, обнаруженных у цыплят, а также выделенных из других источников, равно пяти. Три из них занимают по своим свойствам промежуточное положение менаду формой, характерной для скелетных мышц, и формой, характерной для сердечной мышцы. При электрофорезе, например, получается пять отдельных полос, находящихся друг от друга на равном расстоянии, причел крайние полосы соответствуют мышечной и сердечной [c.117]

Уже более 65 лет назад Г. Г. Густавсон, пионер в области исследования механизма реакций, протекающих в присутствии хлористого алюминия, нашел, что хлористый этил и хлористый алюминий образуют желтый маслообразный продукт состава СбНз(С2Нб)з АЬСЬ, так называемый фермент Густавсона , обладающий каталитическими свойствами. Этот продукт присоединяет различные ароматические углеводороды, которые в таком состоянии легко реагируют с галоидалкилами без введения новых порций А1С1з. [c.736]

Упорядоченная структура растворителя, как следует из анализа свойств поглощения Со(11)-замещенного фермента в видимой области, необходима для каталитической функции и может оказаться существенной для каталитической эффективности различных изоферментов карбоангидразы. Величины Д я гидратации СОг ферментом быка [279, 280] возрастают с ростом pH, что указывает на величину рКа 6,9 каталитической группы, существенной для активности. Калифах [249] показал, что, в то время как в случае КАС наблюдается увеличение /г т с ростом pH, причем кажущаяся величина р/С этой зависимости близка к 7,0, в случае изофермента В величина / ат с увеличение.м pH непрерывно возрастает и при высоких значениях pH активность не запределива-ется. Интересно отметить, что pH однотипных спектральных изменений в видимой области для Со(И)-замещенных ферментов составляет 6,4 для фермента быка [257], 7,2 для КАС [261] и 8,1 для КАВ [281]. Витни [282] отмечал параллельное увеличение (эстеразной) активности Со(И)-замещенных КАВ и повышение концентрации соединений, поглощающих при 618—640 нм, в то же время Линдског [270] на основе исследования ингибиторов приходит к выводу, что активной формой фермента при гидратации СОг являются соединения, имеющие характерный двойной пик поглощения в области 618—640 нм. На основании корреляции структуры растворителя, свойств спектрального поглощения и каталитической эффективности изоферментов карбоангидразы можно заключить, что каталитическая способность фермента зависит от присутствия упорядоченных молекул воды в области активного центра. [c.111]

В последнее вре.мя ведутся исследования по моделированию ферментативного катализа на основе каталитических свойств синтетических органических катализаторов, менее сложных по составу и строению, чем ферменты, но в известной степени воспроизводящих их каталитическое действие. К таким катализаторам относятся, например, органические полупроводники, комплексные соединения, в частности хелатные полимеры, образуюпще внутренние комплексы с металлами, и др. [c.282]

Значительный материал о механизме ферментативного катализа дали исследования, в которых изучали угнетение каталитического эффекта. При исследовании на целую молекулу фермента влияли специфическими иарализаторами и активаторами. Эти вещества, строго определенной химической стуктуры, могут реагировать с активным центром или даже с определенными компонентами центра, парализуя или усиливая действие фермента. Зная строение этих веществ и характер их влияния на ферментный процесс, можно получить представление о тех химических группах белка, которые входят в состав реактивного центра. В данной области исследований накоплено много интересных фактов, позволяющих судить о разных свойствах ферментов. [c.328]

В молекуле лизоцима 129 аминокислот, расположенных отчасти по типу а-спирали, а главным образом так, что получается вытянутая и сложенная в петлю нить, форма которой поддерживается дисульфидными и водородными связями. Лизоцим расщепляет полисахарид, входящий в состав клеточной стенки бактерии, вызывая его гидролиз и последующее разрушение стенки. Норт, Филиппе и Блэйк, применив рентгеноструктурный анализ кристаллов лизоцима и затратив много усилий на расшифровку сложных рентгенограмм, пришли к выводу, что в процессе катализа молекула полисахарида попадает в своеобразную щель в молекуле белка-фермента и внутри щели, подвергаясь действию специфически расположенных участков молекулы фермента, распадается. В этом случае точная геометрическая настройка фермента на субстрат играет решающую роль. Исследование структуры было проведено с кристаллами лизоцима, но его каталитические свойства не испытывают при кристаллизации существенных изменений. [c.164]

Прежде всего следует отметить важное методическое различие в изучении природных и синтетических полимерных катализаторов. Высокая каталитическая активность ферментов объясняется большим разнообразием входящих в их состав химических функциональных групп, что позволяет ферменту участвовать во многих взаимодействиях (обычно в определенной последовательности). Большое число функциональных групп и сложность структур в целом не позволяют в эксперименте выявить полную картину протекающих процессов. Поэтому исследователям приходится вьщелять и изучать какое-либо одно, изолированное взаимодействие, сводящееся к элементарной реакции. После выяснения его роли в реагирующей системе переходят к следующему взаимодействию и т. д. Такой метод исследований очень медленно приближает химиков-синтетиков к получению веществ, сколь-нибудь близких по своим каталитическим свойствам к природным ферментам, хотя при этом уже удается получать вещества, которые по отдельным, изол1фо-ванным функциональным характеристикам сравнимы с ферментами или даже превосходят их. [c.62]

Подобный механизм образования фермент-металл-субстрат-ного комплекса подтверждается результатами недавно опубликованных работ Каби и сотрудников 1496—499], а также других исследователей [500—502]. В этих работах определялись константы равновесия комплекса субстрат-металл-фермент для некоторых трансфос-форилаз. На основании полученных данных предположили, что число связей между металл-субстратным комплексом и ферментом, по-видимому, равно двум. В образовании таких координационных связей могут участвовать функциональные группы различных аминокислот на поверхности фермента. В частности, такими группами могут быть SH-группа и имидазольное кольцо гистидина [502—505]. Строение подобных группировок может оказывать очень большое влияние на специфичность и скорость каталитических реакций. Так, например, в исследованиях Коти и сотрудников [506] по механизму комплексообразования было показано, что в процессе образования металл-хелатных соединений конфигурации электронных оболочек ионов металлов могут меняться вследствие внедрения электронных пар от лиганда. Показано также, что в зависимости от строения электронных оболочек изменяются и каталитические свойства ионов металлов. [c.596]

Ферментативный катализ обусловлен специфическим связыванием одной или нескольких молекул субстрата на каталитическом центре фермента и химическим взаимодействием с этим центром, которое может непосред-ственно использовать силы связывания для понижения свободной энергии активации катализируемой реакции. Цель настоящего труда — рассмотрение с единых позиций некоторых фактов и принципов, касающихся реакций и взаимодействий в водных растворах и необходимых для понимания механизмов катализа в этом необычном растворителе. Обсуждение будет ограничено главным образом гомогенными ионными реакциями, почти не будет затрагиваться гетерогенный катализ и окислительно-восстановительные реакции. Несмотря на то что в качестве примеров приведены некоторые конкретные ферментативные реакции, главный упор сделан на основные принципы взаимодействия, а не иа частные свойства данного фермента по той я е причине, по которой многие исследователи полагают, что постижение причин заболевания раком скорее всего будет достигнуто в результате исследования механизмов репликации и дифференциации, а не путем изучения самой раковой ткани. Эти принципы сами по себе также интересны для студентов и исследователей, занимающихся механизмадхи и катализом неферментативных реакций в водном растворе. Но весь материал данной монографии имеет в настоящее время прямое отношение к ферментативному катализу. Однако он является частью остова и языка знаний, которые возникли за последние годы в результате накопления новых сведений и развития новых взглядов на механизмы химических реакций и которые, хотя бы частично, должны стать основой для понимания ферментативного катализа в будущем. Перефразируя слова Хиндемита, приведенные в конце его книги Традиционная гармония [1], можно сказать, что усвоение материала данной книги ничего еще не говорит о творческой способности читателя, 1м, с другой стороны, даже одаренный энзимолог, который не владеет этим материалом, вряд ли может считаться законченным специалистом. [c.7]

HO Tii к тепловой денатурации и к таким химическим агентам, как протеолитические ферменты. Потеря каталитической способности ферментов происходит при гораздо меньших дозах, чем это требуется для возникновения перечисленных выше физико-химических изменений. Инактивацию ферментов легко наблюдать по потере специфических каталитических свойств, и поэтому этим исследованиям уделяли большое внимание. Такая инактивация происходит с участием внутримолекулярного переноса энергии (см. разд. 4.4) и путем радикальных реакций. Оба эти процесса были изучены с помощью методов флешч олиза и импульсного радио-лиза. Кроме того реакции с участием радикалов можно использовать для исследования топографии белков, что было проверено в экспериментах с ферментом супероксиддисмутазой. [c.200]

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]

Согласно собственным исследованиям автора и анализу литературных источников, стало вполне очевидным, что изменения метаболизма, вызываемые вирусами, специфичны для растения-хозяина. Под влиянием вируса происходит как ингибирование, так и индуцирование синтеза новых изоэнзимов пероксидаз. Но так как фермент в клетках растений представлен большим набором изоэнзимов (от 3 до 42 молекулярных форм) с широким диапазоном ферментативной деятельности, в пределах pH от 3 до 14, то изучение этого фермента весьма сложно. Сведений о каталитической активности каждого из изоэнзимов пероксидазы в реакциях метаболизма разных растительных организмов весьма недостаточно. Тем более практически нет таких сведений об изменении каталитических свойств индивидуальных изопероксидаз. в вирозных растениях. Физикохимическая характеристика пероксидаз, выделенных из зараженных вирусами и контрольных растений табака, свидетельствует об определенных различиях между ними [Воронова и др., 1981]. Применение хроматографических методов исследований позволило выделить два белка с пероксидазной активностью и изучить некоторые каталитические свойства их в опыте и контроле [Андреева и др., 1979 Андреева, 1981]. Это дало возможность получить новую информацию об активности изопероксидаз вирозных растений. [c.5]

Фактический материал по каталитическим свойствам амидгидролаз (кинетика, спеодфичность, рН-зависимость и т.п.) собран в двух последующих главах. Эти данные вместе с результатами кристаллографических исследований являются основой для понимания собственно каталитического акта. Здесь целесообразно сначала проанализировать структуру фермент-субстратных комплексов и лишь затем - собственно акт химического расщепления связи. Первый этап такого анализа в настоящее время основывается на сравнительно немногочисленных данных рентгеноструктурного исследования комплексов ферментов с ингибиторами или очень медленно расщепляемыми субстратами (квазисубстратами). Экстраполяция этих данных на истинные фермент-субстратные комплексы требует известной осторожности, однако без этого любые выводы а механизме реакции будут не более чем гипотезами. [c.8]

Большинство биологических молекул не содержат неспаренных электронов и потому не могут давать сигнала ЭПР. Для исследования этих молекул методом ЭПР к ним присоединяют один или несколько радикалов, известных под названием спиновых меток. Таким образом, спиновая метка — это искусственный зонд, своего рода репортерская группа. При введении таких групп нужно убедиться в том, что свойства исследуемой молекулы существенно не меняются. Для этого, например, можно измерить биологическую активность исследумых молекул (скажем, каталитическую активность фермента) или проследить за другими их свойствами в присутствии и в отсутствие спиновой метки. Если эти контрольные измерения показывают, что конформация или активность молекул меняется незначительно, то с известной долей уверенности можно утверждать, что исследования с помощью спиновой метки дают достоверную информацию о состоянии системы. [c.174]

Использование химических методов для направленного изменения свойств ферментов, по-видимому, началось в 1966 г. с работ Л. Полгара и М. Бендера [145], а также К. Ниита и Д. Кош-ланда [146], которые применили своеобразный химический мутагенез на уровне белковой молекулы для превращения остатка Ser в ys в каталитической триаде активного центра субтилизина. Интерес к этому направлению исследований был стимулирован во второй половине 1980-х гг. опытами Е. Кайзера, в частности, присоединившего флавиновый кофермент к папаину, что привело к превращению протеиназы в оксидоредуктазу [147]. Сегодня ковалентные и нековалентные химические модификации белковых молекул являются широко распространенным подходом к изменению их свойств [148]. Ниже будут кратко рассмотрены три современных подхода к улучшению свойств ферментов разными химическими методами. [c.369]

Интенсивные исследования стабильности ферментов, проведенные на протяжении двух последних десятилетий, привели к обнаружению новых молекулярных механизмов стабилизации белковых молекул, в том числе сетей внутримолекулярных ионных взаимодействий [343], которые позволили сознательно улучшать соответствующие свойства ферментов. Особенно продуктивными в этом отношении оказались методы направленной эволюции белковых молекул, применение которых позволяет повышать температуру денатурации белковых глобул на 10-15 °С без ущерба для их ферментативной активности. Особенно впечатляющим достижением здесь является 340-кратное повышение времени полужизни протеиназы Ba illus stearothermophilus при 100 °С без ухудшения ее каталитических свойств [211]. Такого [c.455]