Конформационные формы в катализе

Как это видно из приведенной конформационной формулы инозита, устойчивой формой является та, в которой все гидроксилы, кроме одного, экваториальны. Тот факт, что именно аксиальная гидроксильная группа является местом атаки в приведенной здесь, а также в других реакциях микробиологического окисления циклитов, представляет собой интересный пример стереоспецифического катализа превращения тетрагонального углеродного атома в тригональное состояние. [c.573]

Конформационные формы в катализе [c.33]

Дополнительные продукты образуются при побочных реакциях, в частности, благодаря гидрированию выделяющимся водородом. Изменяя катализатор и условия катализа, можно изменять соотношение между различными продуктами превращения ацетилена. Это приме морфологической селективности по продуктам превращения одного вещества, не имеющего ни изомеров, ни конформационных форм. Однако для ацетилена и его производных можно представить себе, кроме процесса образования бензола с шестичленным кольцом и с шестью делокализованными я-электронами (структура Кекуле) [c.42]

В качестве второго примера конформационных механизмов в катализе приведем схему, иллюстрирующую конформационные формы для низкотемпературной цис- шранс-изомеризации пентадиена-1,3 на кобальте [66] [c.48]

Развитием идеи конформационных перестроек является концепция электронно-конформационных взаимодействий (ЭКВ-концепция), частично рассматривавшаяся нами в разд. 3.2.2. В работе [162], с использованием модели взаимодействия электронов и атомных ядер в потенциальном ящике с высокими стенками предпринята попытка дать простое физическое объяснение сути ферментативного катализа. Предполагается, что в случае параболической формы этого ящика электроны как бы расширяют своим давлением стенки ящика-параболы. Точка пересечения со второй параболой, отвечающей конечному состоянию фер-мент-субстратного комплекса, перемещается, и ее ордината, представляющая собой энергию активации, понижается. Смысл ЭКВ, согласно [8, 9], состоит в том, что электронная перестройка в активном центре влечет за собой изменение конформации всего фермент-субстратного комплекса. В конечном счете, изменение поверхностной потенциальной энергии и приводит к эффективному ускорению ферментативной реакции. [c.102]

Рассмотрен подход к решению обратной структурной задачи, основанный на физической конформационной теории природных пептидов и белков, прежде всего оценке особой роли ближних взаимодействий в их структурной организации и использовании классификации пептидных структур на шейпы, формы и конформации. Показано, что можно добиться целенаправленного и контролируемого изменения структуры пептида за счет ближних взаимодействий простыми средствами, выработанными в процессе эволюции органического мира. Изложенный в книге подход к решению обратной задачи позволяет заранее, еще до синтеза и биологических испытаний целенаправленно конструировать модели искусственных аналогов, пространственные структуры которых отвечают низкоэнергетическим и физиологически активным конформационным состояниям природного пептида. Возможности теоретического моделирования искусственных аналогов продемонстрированы на конкретных примерах. Полученные результаты подтверждают необходимость его использования в изучении молекулярных механизмов функционирования пептидных гормонов, катализа ферментов, взаимодействий антител с антигенами и т.п. (см. гл. 17). [c.590]

Существует множество примеров зависимости катализа и связывания от конформационных изменений. Участок связывания химотрипсина решающим образом зависит от наличия солевого мостика между аспарагиновой кислотой-194 и концевой аминогруппой изолейцина-16 (см. рис. 24.1.14). В неактивном предшественнике химотрипсина, химотрипсиногене, например, каталитические группы расположены так же, как и в нативном ферменте, но гидрофобный карман отсутствует [49]. Последний формируется в результате индуцированных образованием солевого мостика изменений конформации аспарагиновой кислоты-194 и соседних остатков аминокислот — глицина-193 и метионина-192. Согласно кинетическим экспериментам, проведенным на химотрипсине, нечто подобное происходит при протонировании свободной формы (ЫНг) изолейцина-16. Форма фермента, характерная для высоких значений pH, неактивна, так как она не способна связывать субстрат. При быстром понижении pH раствора неактивной формы фермента с 12 до 7 связывание наблюдается, но только по прошествии определенного отрезка времени (менее секунды), во время которого фермент принимает активную конформацию [111]. В этом случае конформационное изменение должно предшествовать связыванию и явно слишком медленно для того, чтобы являться частью нормального механизма. [c.516]

Пространственная структура цитохрома с поддерживается гидрофобными и водородными связями без участия цистеиновых мостиков. Большой интерес для ферментативного катализа представляет вопрос о конформационных изменениях в молекуле цитохрома с при изменении валентности железа. Свободная энергия в закрытой щели на 3 ккал/моль больше, что более выгодно для восстановленной ферро-формы цитохрома с [28]. Прямой рентгеноструктурный анализ обоих ( рм еще не проведен, а рис. 24 относится к ферри-цитохрому с. Однако по многим другим данным [31] изменение валентности железа вызывает существенные конформационные изменения в его несимметричном окружении. Изменяются конформации боковых цепей и способ расположения боковых цепей и ароматических колец заместителей, однако обычно предполагается, что при этом мало затрагивается третичная структура глобулы — конформация основной полипептидной цепи. Вместе с тем известно, что окислительно-восстановительные процессы в цитохроме с сопровождаются изменениями реакционной способности многих функциональных групп белковой молекулы и влияют на ее устойчивость к действию протеолитических ферментов (ферро-цитохром с более устойчив). [c.110]

Что значит сделать возможным новый маршрут Это значит обеспечить прохождение процесса через ряд новых промежуточных реакций. Новые промежуточные стадии не осуществляются без катализатора, и поэтому соответственные промежуточные вещества (состояния) нестабильны вне комплекса с катализатором. Отсюда следует весьма важный вывод — сколько-нибудь совершенный катализ возможен лишь при условии непрерывного комплексообразования реагирующих веществ с катализатором (ферментом). Это значит, что в пределе ни на одной из промежуточных стадий катализируемого процесса промежуточные вещества не должны выходить из комплекса с ферментом. Отсюда формулируется первое условие в техническом задании на эволюционное изготовление ферментов. Молекулы ферментов должны образовывать комплексы с исходными веществами и всеми промежуточными формами реагирующих веществ. Для появления комплексов с последовательно возникающими промежуточными веществами в катализируемом процессе макромолекула белка-фермента должна обладать способностью к последовательному изменению своей конформации. Конформационная лабильность служит условием последовательного изменения реакционного клубка , т. е. образования в активном центре необходимого очередного сочетания химически активных боковых радикалов определенных аминокислот. Так и обеспечивается осуществление особо быстро проходимого маршрута в присутствии фермента. [c.67]

Кошланд высказал мнение, что эти и другие подобные им факты убедительно свидетельствуют о гибкости активного центра фермента. Кошланд предположил, что активный центр обладает способностью точно подстроиться под субстрат, однако он не принимает формы, комплементарной по отношению к субстрату, пока не произойдет связывания последнего. Благодаря этому конфор-мационному изменению, сопровождающему связывание субстрата, достигается правильное расположение каталитических групп фермента и групп субстрата, претерпевающих изменения в ходе каталитической реакции. Гипотеза Кошланда позволяет легко объяснить свойства гексокиназы молекула воды может, конечно, присоединяться к активному центру фермента, одн кко из-за недостаточных размеров она не способна вызывать необходимое для катализа конформационное изменение. [c.178]

Зависимость скорости реакции от pH. Изменение pH приводит к изменению степени ионизации ионогенных групп в активном центре, а это влияет на сродство субстрата к активному центру и на каталитический механизм. Кроме того, изменение ионизации белка (не только в области активного центра) вызывает конформационные изменения молекулы фермента. Колоколообразная форма кривой (рис. 2.17, д) означает, что существует некоторое оптимальное состояние ионизации фермента, обеспечивающее наилучшее соединение с субстратом и катализ реакции. Оптимум pH для большинства ферментов лежит в пределах от 6 до 8. Однако есть и исключения например, пепсин наиболее активен при pH 2. Количественное определение ферментов проводят при оптимальном для данного фермента pH. [c.85]

Выше уже рассматривались изомеризационные и конформационные преобразования, как побочные, нежелательные, осложняющие процессы катализа. Но эти же процессы могут быть его необходимыми первичными стадиями. Так, весьма вероятно, что процессы циклизации углеводородов начинаются с конформационного образования квазициклических структур и происходят на поверхностных структурах, которые обусловливают усиленное образование и закрепление на поверхности таких конформационных форм. Эти жеформы выгодны и для дегидроциклизации. При этом конформация со сближением атомов jH С5 выгодна для образования пятичленных циклов, конформация, сближающая атомы и g, —для образования шестичленных циклов и т. д. Через определенные конформационные формы конденсированных циклов [44] происходит их гидрирование. [c.35]

Например, в кристаллах миоглобина и гемоглобина их от 5 до ю лизоцима - всего 5. Дж. Рапли, детально изучивший этот вопрос, в своем обзоре пишет "...кристалл глобулярного белка можно рассматривать как упорядоченный и открытый ансамбль компактных молекул, имеющих почти что минимальный контакт с областью, не занятой твердым веществом. Эта область составляет около половины объема кристалла-она непрерывна, заполнена растворителем, аналогичным основной массе жидкости, и состоит из каналов, способных вместить молекулы соединений с молекулярной массой более 4000 [354. С. 257]. Полностью исключить возможность отклонения структуры белка в кристалле от структуры в растворе тем не менее нельзя. Но несомненно и то, что в большинстве случаев изменения могут коснуться только положений некоторых боковых цепей в областях контактов на периферии глобулы. Вероятность, что конформационные нарушения произойдут, и произойдут именно в активном центре, невелика, конечно, в том случае, когда кристаллизация осуществляется в условиях, близких к тем, при которых фермент или другой белок проявляет активность. При идентичности структур фермента в кристалле и растворе различия в эффективности катализа могут быть обусловлены лишь разными условиями диффузии субстрата и продуктов реакции и стерическими затруднениями для конформационных перестроек активного центра. Дж. Рапли по этому поводу замечает "...кристаллический белок обладает ферментативной активностью, и, хотя его свойства несколько отличаются от свойств растворенного белка, сам факт каталитического действия кристаллического фермента служит достаточно убедительным аргументом против предположения о большом изменении конформации в процессе кристаллизации [354. С, 271]. Таким образом, можно заключить, что рентгеноструктурные данные почти всегда правильно отражают укладку основной цепи белка и, как правило, буквально воспроизводят биологически активную конформацию. Поэтому все, что говорится Меклером и Идлис о "жидком" и "твердом белке, по моему мнению, представляется глубоко ошибочным и выглядит не более, чем попыткой спасти идею стереохимического кода. Неудачно также отождествление жидкого" белка с "расплавленной глобулой". Трудно предположить, что короткоживущее промежуточное состояние, которое возникает на последней стадии свертывания полипептидной цепи и о котором пока имеется лишь туманное предствление, является активной формой белка, способной функционировать длительное время. [c.538]

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]

Движение к активному центру есть движение конформона. Оно происходит путем конформационного раскрытия некоторой щели в глобуле, характеризуемой определенной микровязкостью. Структурное соответствие фермент — субстрат имеет динамический характер количественной мерой соответствия может служить критическая энергия деформации щели, соответствующей размеру и форме молекулы субстрата. При значении модуля Юнга е Ю эрг/см и длине краев щели 1 нм средняя амплитуда тепловых флуктуаций ширины щели составит 0,07 нм. Согласно этим оценкам скорость проникновения субстрата и образование ФСК составит 10 —10 с . Это не обязательно лимитирующая стадия ферментативного катализа. [c.198]

Конечно, механизмы с различными промежуточными формами требуют различных конформаций, но число вариантов при комплексных исследованиях оказывается не очень большим и в ряде случаев позволяет получать достаточно четкие и надежные результаты. В частности, в последнее время роли конформационных структур в органическом катализе начали уделять значительное внимание, и получающиеся при этом результаты подтверждают важность и перспективность этого направления. В этой связи сошлемся на обзор Пайнеса и Манассена [61], обзор Зигеля [62] по стереохимии и механизму гидрирования насыщенных соединений и на недавно появившуюся монографию Жермена [63], а также на работы [64, 65]. [c.47]

Можно заметить, что структуры ориентированы к поверхности контакта в рассматриваемых случаях параллельно или перпендикулярно. Это симптоматично. В ряде опубликованных забот учитываются и конформацион-ные взаимодействия между реагирующими на катализаторе молекулами, поэтому можно сказать, что стереохимическпе идеи органической химии все более проникают в теории органического катализа. Конформационная теория привела в последние годы к прогрессу в органической химии, и можно надеяться, что два названных выше направления — изучение поверхностных форм и стереохимии катализа — станут основой новых широких обобщений. Авторы доклада склонны рассматривать будущее теории катализа оптимистически. Однако момент для единых взглядов еще не настал, а потому механизмы активирования в данном докладе рассматриваются для конкретных реакций гидрирования, дегидрирования, миграции двойной связи, гидрогенолиза углеводородных циклов от пяти- до пятнад-цатичлепного, дегидроциклизации углеводородов с открытой цепью с образованием пяти- и шестичленных циклов, конфигурационной изомеризации диалкилцикланов и диспропорционирования олефинов. Большинство этих реакций в той или иной степени осуществляется в ходе различных процессов нефтепереработки. [c.45]

Появление вторичных изоферментов (группы 4—6 в табл. 12.4) может быть обусловлено рядом причин. Они образуются в результате модификации одиночной полипептидной цепи, причем эта модификация может иметь, а может и не иметь биологическое значение. Например, свойства нескольких ферментов, участвующих в обмене гликогена, зависят от того, в каком состоянии они находятся, фосфорилированном или де-фосфорилированном [818]. В результате гликоген-фосфорилаза,, киназа фосфорилазы и гликоген-синтаза существуют по крайней мере в двух формах — фосфорилированной и дефосфорили-рованной — и различаются по каталитической активности и свойствам эти группы ферментов должны быть включены в группу 4а. Ферменты, которые могут находиться в разных конформациях, например в результате аллостерических превращений, должны быть отнесены к группе 6, хотя специфика этих взаимопревращений и легкость, с какой они происходят, крайне затрудняет разделение таких форм. Конформационные изменения, по-видимому, совершенно необходимы для функционирования большинства ферментов они участвуют в осуществлении каталитического и регуляторного действия, но предположение о том, что ферменты могут находиться в более чем одной стабильной конформации, не связанной с катализом, не получило особого признания. Изоферменты этого типа, так называемые конформеры , пытались обнаружить с помощью метода обратимой денатурации [1273], и обычно эти попытки оказывались безуспешными. Тем не менее можно привести пример фермента такого рода — это кислая фосфатаза эритроцитов [1790]. [c.113]

Одна из них касается каталитически наиболее важного остатка Туг-319. Он принадлежит домену III и расположен рядом с субстратсвязывающей цепью. В нативном ферменте Туг-319 помещается в узкой расщелине между доменами I, III и экранирован от контактов с внешней средой белковой цепью Arg-321, образующей солевой мостик одновременно с боковыми цепями Asp-113 и Glu-115. Переход от закрытой формы молекулы к открытой не только делает возможным проникновение ДНК во внутреннюю часть тора, но и выводит остаток Туг-319 на поверхность, предоставляя ему условия для сближения с нуклеотидной цепью субстрата и атаки на фосфодиэфирную связь. Перемещение доменов II, III как целое стимулируется невалентными взаимодействиями белок-ДНК, поскольку такой кофактор, как АТР, в данном случае отсутствует. Это обстоятельство отличает ДНК-топоизомеразы типа I от типа II, катализ которых также связан с конформационными изменениями, требующими, однако, участия АТР. [c.117]