Характер ферментов и механизм реакции

Исходя из детального кинетического анализа деградации полимеров при определенных механизмах реакции значения констант скоростей могут достигать предела при длине субстрата, значительно превышающей протяженность активного центра. Таким образом, в зависимости от характера взаимодействия полимерного субстрата с ферментом и способа расщепления субстрата, излом на кривой зависимости log/г [c.49]

Механизмы метаболических процессов очень напоминают механизмы реакций, проводимых в лабораторных условиях, с тем отличием, что если в лаборатории часто работают прн повышенных температурах и давлении, с безводными (часто ядовитыми) растворителями, с сильными кислотами и основаниями и с нетипичными для природы реагентами, то метаболические процессы протекают при весьма умеренных условиях в разбавленных водных растворах в интервале температур от 20 до 40 °С при pH от 6 до 8 и с участием чрезвычайно эффективных катализаторов — ферментов. Можно сказать, что каждая ступень метаболического процесса катализируется специфическим ферментом. Ферменты представляют собой вещества белковой природы их каталитическое действие оказывает влияние не на положение равновесия реакции, а на ее скорость, которая очень сильно увеличивается — часто на несколько порядков по сравнению со скоростью реакции, проводимой в лабораторных условиях. В состав некоторых ферментов входят коферменты, имеющие небелковый характер. Подвергающийся превращению субстрат сначала связывается с активным центром фермента, поблизости от которого расположен кофер-мент. При этом реагирующая группа субстрата и кофермент так сориентированы в пространстве, что реакция между ними протекает практически мгновенно. Затем прореагировавший субстрат отделяется от активного центра фермента, а измененный кофермент регенерируется под действием другого субстрата. Если в ферменте нет кофермента, то два субстрата непосредственно взаимодействуют в активном центре. [c.180]

В последние годы предприняты попытки применить принцип линейности свободных энергий для изучения свойств и механизмов реакций отдельных биохимических систем и даже целых живых организмов. Обнаруженные здесь корреляции позволяют судить о механизмах биохимических реакций, характере взаимодействия фермента и субстрата, свойствах фермент-субстратного комплекса, поведении физиологически важных веществ антибиотиков, инсектицидов, гербицидов и т. п. [c.361]

Совершенно очевидно, что характерная функция ферментов, независимо от того, катализируют ли они процессы синтеза или распада, состоит в образовании и расщеплении химических связей, т. е. в воздействии на электронную систему субстратов. Это не значит, что механизм реакции на всех ее стадиях является по преимуществу электронным, однако конечный результат носит, разумеется, электронный характер. Отсюда следует, что для детального описания любой катализируемой реакции необходимо знать направление смещения электронной плотности. Наиболее плодотворным прямым подходом к этой проблеме является использование аналогов субстратов . [c.191]

В этой главе суммированы имеющиеся в настоящее время данные о роли ионов металлов в механизме катализа некоторыми классами сравнительно малоизученных металлоферментов. В большинстве случаев наши знания ограничены данными о специфичности активации ионами М +, и лишь для немногих ферментов мы понимаем характер участия этого кофактора в механизмах реакции. Для небольшого числа подробно исследованных металлоферментов понять роль ионов металлов удалось в первую очередь в [c.493]

В разделе 2 этой главы рассматриваются характер ферментов и механизм катализируемых ими окислительно-восстановительных реакций. При этом зависимость стереохимического протекания реакции от строения субстрата приходится разбирать отдельно для изолированных ферментов (раздел 2) и цельных культур (раздел 1). Такой порядок изложения материала объясняется двумя причинами. [c.103]

ХАРАКТЕР ФЕРМЕНТОВ И МЕХАНИЗМ РЕАКЦИИ [c.118]

Наиболее важный класс глобулярных белков образуют биологические катализаторы, ферменты. Они характеризуются каталитическим механизмом, позволяющим им ускорять достижение конкретной реакцией состояния термодинамического равновесия, а также специфичность к субстрату, благодаря которой они способны делать выбор между потенциальными молекулами субстратов, воздействуя на одни из них и отказываясь воздействовать на другие. Участок поверхности фермента, на котором происходит катализ, называется активным центром. Механизм катализа может осуществляться при помощи заряженных групп, доноров и акцепторов электрона или протона, а также при помощи атомов металла в активном центре фермента. Избирательность ферментов обусловливается формой их поверхности и характером взаимодействия с субстратом, например водородной связью, электростатическим взаимодействием или гидрофобным притяжением. Фермент и его субстрат соответствуют друг другу по форме и размеру, как ключ и замок. [c.339]

Уникальные каталитические свойства ферментов (см. гл. I) обусловлены весьма сложным механизмом их действия, многие стороны которого еще до конца не раскрыты. Всеобщее признание, однако, получило представление, согласно которому ферментативный катализ обусловлен по крайней мере тремя основными причинами во-первых, тем, что сорбция субстрата на ферменте протекает так, чтобы облегчить последующую химическую реакцию во-вторых, полифункциональ-ным характером химического взаимодействия между ферментом и сорбированным субстратом (или субстратами) и, наконец, в-третьих, эффектами микросреды, характеристики которой (диэлектрическая проницаемость, полярность и др.) в области активного центра могут существенно отличаться от соответствующих показателей водного раствора. В настоящей главе будут рассмотрены именно эти три физикохимических механизма ускорений в реакциях, катализируемых ферментами. Наиболее подробно остановимся на первом из них ( 1—4), поскольку именно здесь удалось глубоко и количественно проникнуть в природу движущих сил катализа. [c.34]

Кооперативный характер связывания ферментов с субстратами имеет, пожалуй, такое же большое физиологическое значение, как и кооперативное связывание гемоглобина с кислородом, которое обеспечивает более эффективное высвобождение связанного кислорода в тканях (гл. 4, разд. Д, 5). Кооперативность связывания субстрата отсутствует в том случае, когда благодаря избытку активатора фермент переходит в состояние R (В), при котором связывающие центры ведут себя независимо. В то же время связывание активатора должно характеризоваться сильно выраженной кооперативностью, т. е. скорость реакции должна изменяться при изменении концентрации активатора сильнее, чем в случае гиперболической активации. Аналогичным образом кооперативное связывание ингибитора обеспечивает более быстрое выключение фермента при увеличении концентрации ингибитора. По-видимому, эволюция олигомерных ферментов (по крайней мере отчасти) обусловлена большей эффективностью механизмов регуляции, в основе которых лежит кооперативное связывание эффекторов. [c.39]

Распад липидов, который происходит во время технологических процессов, обычно катализируется ферментами. Однако те же реакции могут протекать стихийно или под влиянием неспецифического катализатора, например ионов металлов. Не вдаваясь в подробности механизмов этих реакций, обратим больше внимания на характер образующихся продуктов. [c.289]

Механизм действия этих ферментов представлен на рисунке 7.4. Железо играет особо важную роль в реакциях этого типа независимо от того, носят они ферментативный характер или нет [2]. Например, реакция с линолевой кислотой начинается стереоспецифическим удалением протона, который несет на себе углерод, расположенный в центре пентадиеновой системы. У образовавшегося таким путем радикала происходит перегруппировка электронов, а затем связывание молекулы кислорода, заканчивающееся синтезом сопряженной гидроперекиси (с конъюгированными двойными связями). [c.295]

Рассмотренная модель имеет статический характер. В действительности механизм дыбы следует считать динамическим, что может сушественно изменить приведенные оценки. Так, при резонансе колебаний молекул субстрата и фермента для ускорения реакции в 10 раз нужны средние упругие энергии, в четыре раза меньшие, чем в статическом случае, так как биения периодически удваивают амплитуду колебаний. [c.402]

Ингибиторы оказались весьма полезными при выборе механизма многих реакций. Наличие цепной реакции можно подтвердить, если найти ингибитор, действующий независимо от скорости и способа инициирования. Недостаточно показать, что имеется замедление или даже подавление скорости реакции, не рассматривая метод инициирования, поскольку замедление может вызываться отравлением гетерогенного катализатора или катализатора —фермента. Если имеется возможность установить, что катализатор не присутствует, то замедление скорости реакции малыми добавками свидетельствует о цепном механизме. Доказательство будет еще более убедительным, если ингибитор оказывает то же относительное влияние на скорость процесса с различными скоростями инициирования, например вследствие различия методов или катализаторов. Если можно найти различные ингибиторы и показать, что скорость удаления этих ингибиторов для данной скорости инициирования одна и та же, то цепной характер реакции не вызывает сомнений. [c.359]

В самом общем виде механизм ферментативной реакции включает последовательность событий в активном центре фермента, протекающих в пространстве и во времегп- и изменяющих определенные химические связи субстрата. Первым актом в цепи этих событий является образование физического контакта между ферментом и превращаемым субстратом, последним — уход продуктов из активного центра и возвращение фермента к прежнему состоянию. Таким образом, описание механизма ферментативного катализа должно включать число и последовательность элементарных (индивидуальных) стадий реакции наряду с численными величинами констант скоростей этих стадий (временное описание событий, или кинетический механизм реакции) и характер участия функциональных групп фермента в данных превращениях (пространственное описание событий). [c.168]

При описании механизмов реакций приняты динамические уравнения процессов, аналогичные тем, которые ввел Болдуин, так как они позволяют без лишних объяснений показать ход превращения субстрата в реакции. В то же время эти формулы подчеркивают циклический характер участия фермента в катализе. В уравнениях такого типа обратимые реакции обозначаются двусторонними стрелками, так как содержание книги таково, что никаких недоразумений возникнуть не может (двусторонние fpeлки часто используют еще для обозначения резонанса). Реакции нумеруются в последовательности слева направо. Наконец, в книге используются общепринятые термодинамические и химические символы. Значение каждого символа объясняется в тексте, когда он встречается впервые, а также в списке обозначений. [c.10]

Заголовок этого подраздела, названного перегруппировка алкилкобальткарбонилов , может вводить в заблуждение, так как проведенный здесь анализ механизма реакции показал, что решающей реакцией, ответственной за перегруппировку, является отщепление и повторное присоединение НСо(СО)4. Эта реакция обсуждалась выше в подразделе Последовательное 1,2-присоединение и отщепление НСо(СО)4 . Однако, если ранее олефины рассматривались как исходные вещества, в данном подразделе постулировано их образование в качестве промежуточных соединений. Еще одно различие состоит в том, что, как показывает уравнение (16), оле-финовое промежуточнсе соединение может образовываться как из ацилкобальта, так и из алкилкобальта. Здесь важно отметить, что представление о такого рода перегруппировке с постулированным промежуточным олефиновым соединением было привлечено [26] для объяснения промежуточного образования кофермента В12 (кобальтсодержащий фермент) в процессе взаимного превращения метилмалонила и сукцинила СоА. Эта перегруппировка может иметь общий характер. [c.35]

Гидролиз сахарозы под влиянием разб. водных растворов к-т является реакцией первого порядка.. Механизм ферментативного гидролиза зависит от характера фермента. [c.113]

Весь ход распада глюкозы при спиртовом брожении представляет ряд гтоследовательных сопряженных реакций одновременного восстановления и окисления тот же характер имеет и наблюденное нами изомерное превращение. А потому есть достаточно оснований, чтобы признать, что все эти аналогичные по механизму реакции совершаются под влиянием единого фермента, который следует назвать оксидоредуктазой спиртового брожения. [c.469]

Хотя любое превращение, осуществляемое ферментами микроорганизмов в процессах метаболизма, в принципе может быть использовано как трансформация, т. е. для препаративного получения его продуктов, в настоящее время реализована и практически используется лишь незначительная их часть. Но число процессов, позволяющих препаративно получить продукты ферментативных реакций и описанных в настоящее время, составляет несколько тысяч. Эти процессы очень разнообразны по природе исходных субстратов, использованным микроорганизмам, типу и количеству участвующих ферментов, характеру превращения органических соединений. Только часть из них осуществляется отдельными ферментами и может рассматриваться как ферментативные реакции. Значительная часть процессов микробной химии состоит из нескольких таких реакций, например приведенное выше окисление п-ксилола в п-толуиловую кислоту. Поэтому чаще говорят не о реакциях, а о процессах микробиологической трансформации. Классификации моноферментных процессов микробной трансформации, построенные на основе химических механизмов реакций или номенклатуры участвующих ферментов, сложны и насчитывают десятки различных типов. Более широко распространена классификация микробных трансформаций по типу химического превращения субстрат —продукт. Она отражает суммарное превращение исходного соединения, но не механизм процесса. Поэтому, например, все превращения альдоз в кетозы относят к типу изомеризация , хотя у разных микроорганизмов в этом случае могут быть ответственны ферменты различных классов — соответствующая изомераза или две последовательно действующие оксидоредуктазы. Обычно выделяют класс процессов дезаминирование , несмотря на то, что за иих могут быть ответственны как окислительные, так и гидролитические ферменты. К типу окисления относят как моноферментные реакции, так и процессы, осуществляемые несколькими ферментами и т. д. В связи с этим классификация микробных трансформаций по типу превращения субстрат — продукт является искусственной и чисто прагматической, хотя и широко распространена. В настоящее время выделяют следующие типы процессов микробной трансформации 1) окисление, 2) восстановление, [c.526]

В настоящее время не вызывает сомнения, что решающая роль в механизме кооперативной регуляции активности принадлежит конформационной подвижности белков. Поскольку иммобилизация иногда существенно ограничивает ее, то кооперативные и аллостерические свойства олигомерных ферментов в иммобилизованном состояния часто отличаются от свойств этих ферментов в гомогенном растворе. При этом иногда уменьшается или даже совсем исчезает 8-образный характер зависимости скорости реакции от концентрации субстрата или аллостери-ческого лиганда. Эти зависимости могут трансформироваться в сигмоидальные, которые характерны для ферментов, действующих в соответствии с кинетическим уравнением Михаэлиса — Ментен. [c.117]

Механизмы реакций соединений Ej и Е пероксвдазы с различными субстратами различаются в зависимости от природы субстрата (табл. 4). Классифицируя субстраты по характеру взаимодействия с ферментом, соединения подразделяют на взаимодействующие и невзаимодействующие с гемом. Вьщеляя субстраты для которых возможен непосредственный контакт с [c.38]

Активность фермента почти всегда максимальна при самой высокой (из всех возможных) концентраций субстрата. Если фермент подчиняется кинетике Михаэлиса — Ментен, то следует использовать концентрацию субстрата, по крайней мере в ilOpas превышающую величину Км,- При [5]о=10/Гм скорость реакции составляет 91% ее теоретического значения при бесконечно большой концентрации субстрата. Следует помнить, что концентрация одного субстрата обычно влияет на /См другого, причем характер этого влияния зависит от механизма реакции. Например, для многих. реакций, в основе которых лежат последовательные механизмы, справедлива такая зависимость чем выше концентрация субстрата В, тем ниже /См для А, и наоборот. Таким образом, высокая концентрация одного субстрата (скажем, самого дешевого) означает, что концентрация другого субстрата должна быть меньше, чтобы достичь значения 10/См. С другой стороны, реакции с непоследовательными механизмами (например, пинг-понг ) имеют то удивительное свойство, что чем выше концентрация одного субстрата, тем выше /См (т. е. ниже кажущееся сродство) для другого поэтому для достижения Vmax могут потребовзться очень большие концентрации обоих субстратов. [c.278]

Зависимость скоростей реакций, катализируемых химотрипсином, от pH обнаруживает оптимум при pH 8. [42]. Механизм зависимости химотрипсино-. вого катализа от pH заключается в следующем [6—9, 13, 43, 44]. Эффективные константы скоростей химических стадий ферментативной реакции 2 и сохраняют постоянное значение при щелочных и нейтральных значениях pH, но при дальнейшем понижении pH они уменьшаются. Сигмоидальный характер этих зависимостей указывает на участие в катализе ионогенной группы фермента с рЛГа7. Многие годы полагали, что этой группой является имидазольный фрагмент His-57, однако позднее она была идентифицирована как карбоксил Asp-102 [45]. Ее протонизация разрушает водородные связи в составном нуклеофиле (рис. 32), что приводит к потере ферментом каталитической способности. [c.132]

Недавние исследования динамики молекулы лизоцима с помощью кристаллографических методов показали [55, 56], что атомные смещения в белке наиболее выражены в области активного центра фермента. Хотя эти исследования иока носят лишь постановочный характер, не исключено, что в будущем применение рентгеноструктурного анализа именно для изучения динамических свойств молекул белка (определение средних амплитуд смещения каждого атома от его усреднеппой позиции в кристалле), помимо зарекомендовавших себя исследований статических свойств белковых молекул в кристалле (оиределение усредненных координат всех атомов в молекуле на основе соответствующего распределения электронных плотностей), может дать важную и принципиально новую информацию о структуре ферментов н механизмах их действия. Далее, обещающими являются новые возможности прямого рентгеиоструктурного анализа промежуточных состояний в ферментативном катализе путем охлаждения кристаллов фер-мент-субстратного комплекса в подходящих водноорганических растворителях и определепия структуры образующихся молекулярных комплексов непосредственно в ходе реакции [57, 58]. Этот [c.158]

Трипсин и химотрипсин, очевидно, имеют второй активный центр, содержап ий гистидин. Второй участок удален от первого, но на спиральной цепочке они сближены. Установление активной роли гистидина основывалось частично на изменении скорости ферментативной реакции в зависимости от pH, что соответствовало предположению о стратегическом расположении слабоосновного остатка, имеющего характер гистидина. Даже сам имидазол также катализирует гидролиз простейших сложных эфиров (БрюИ С" и Шм Ир 1965—.19i57 Бендер, 1957). 7 о, что фермент в 10 раз эффективнее, чем имидазол, имеет аналогию в модельных опытах по мутаротации глюкозы — реакции, катализируемой кислотами и основаниями. о -Оксипиридин, содержащий кислотный и основной центры (оба относительно слабые), более эффективен как катализатор, чем смесь пиридина и фенола (Свайн, 1952). И в а-окси-пиридине, и в протеолитическнх ферментах бифункциональность повышает каталитическую активность, поскольку протоны могут быть одновременно поданы и отщеплены в сопряженной реакции. Механизм действия, предложенный, Нейратом (1957) для химотрипсина, сводится к следующему. При взаимодействии гидроксильной группы серина с имидазольным кольцом гистидина отщепляется протон и образуется активированный комплекс П, имеющий электрофильный и нуклеофильный центры. [c.714]

Характер изложения материала в целом можно назвать традиционным для трудов, посвященных органическому катализу, но благодаря тщательно продуманному подбору фактического материала читатель на протяжении всей книги постоянно помнит о ее главной задаче, состоящей в выяснении принципов протекания именно ферментативных реакций последнее обстоятельство невольно заставляет воспринимать излагаемый материал с эизимологической точки зрения. Особый интерес в этом отношении представляет гл. 8, в которой подробно рассмотрены механизмы катализа с участием всех важнейших ко-ферментов. [c.5]

ЭФФЕКТОРЫ ФЕРМЕНТОВ, взмевягот скорость ферментативной р-ции. Различают ингибиторы (снижают скорость) и активаторы (повышают скорость). Конкурентные ингибиторы уменьшают константу Михаэлиса (см. Ферментативных реакций кинетика), неконкурентные — макс. скорость р-ции. Ингибиторы смет, типа действуют по обоим механизмам одновременно. Активаторы влияют, как правило, на макс. скорость р-ции. Для ферментов, состоящих из неск. субъединиц, Э. ф. часто влияют на сродство фермента к субстрату (аллостерич. Э. ф.). Прн этом связывание Э. ф. на одной субъединице может повышать или понижать сродство к субстрату др. субъединицы. Это проявляется в изменении характера зависимости скорости р-ции (или ф-ции насыщения фермента субстратом) от концентрации субстрата (появление З-образной или др. типов негипербо-лич. зависимости). Э. ф. могут быть аналоги субстратов (налр., производные.О-аминокислот — ингибиторы протеолитич. ферментов), ионы металлов, мн. анионы (Р , СЫ и др.). Формально Э. ф. является Н+, т. к. изменение pH таеды влияет на скорость ферментативной р-ции. Эхинопсин (М-метил-4-хинолон), хиноли-новый алкалоид, содержащийся в семенах О [c.724]

Использование иготопов позволило разработать приемы идентификации расщепляемой связи для исследования ферментов группы гидроаз, ил ферментов переноса. В частности, много дала в этом направлении М. Кон [62], использовавшая О . Методы изотопного обмена позволили уточнить характер реакций переноса. Используя так называемый метод оптической инверсии, можно получить сведения о механизмах некоторых реакций замещения [63]. Для анализа механизма ферментативных реакций с успехом используют изучение явлений конкуренции и некоторых других явлений. Изотопные механизмы позволили приступить к расшифровке механизма действия даже некоторых синте-таз. Большие успехи были достигнуты при изучении ферментативного переноса водорода. [c.175]

Комплексы, образуемые перекисью водорода с гемопротеинами, изучены более подробно, сначала методом визуальной спектроскопии, а в более поздних работах путем применения специальной техники быстрой спектрофотометрии. Все эти комплексы настолько неустойчивы, что их не удалось выделить. Показано, что и пероксидаза и каталаза образуют по три комплекса, тогда как метгемоглобин и метмиоглобип—только по одному. Эти комплексы различаются по цвету и Чанс [375] и Джордж [367] в составленных ими обзорах описали эти различия. Чанс характеризует эти комплексы как первичные, вторичные и т. д. в соответствии с характером спектров. Некоторые из этих комплексов принимают участие в ферментных реакциях. Проведено много работ для выяснения их относительных ролей. Чанс [375] указывает, что первичные комплексы наблюдаются лишь для гемопротеииов, активных как ферменты, тогда как каталитически неактивные гемоглобин и миоглобин их не образуют. Имеются также различия в константах равновесия при образовании и диссоциации обоих этих типов комплексов. С механизмом катализа при действии этих ферментов связано также то, что в отсутствие избытка перекиси водорода первичные комплексы, относительно говоря, устойчивы. Это дало возможность титрования гемопротеинов перекисью водорода с применением специальной техники такого рода исследования показали, что на каждый атом железа связывается одна молекула перекиси водорода. Ход этих реакций и форма образующихся комплексов еще не вполне выяснены. Чанс [375] и Джордж [c.352]

Книгу Брюса и Бенковича вряд ли можно рассматривать как обзор, хотя бы и с критическим оттенком, известных фактов, теорий и точек зрения на механизмы биоорганических реакций. С большим правом можно говорить о попытке рассмотреть и понять с единых позиций огромный биохимический материал и сформулировать те закономерности, которым подчиняются химические преврашения в живой природе. Не вина авторов, что это рассмотрение далеко от полноты — время для детального обсуждения механизмов многих биохимических процессов еще не пришло. Тем более ценно обсуждение ряда физико-химических аспектов, безусловно общих для большинства ферментативных реакций, независимо от типа и характера катализирующего фермента. [c.6]

Выше мы уже обсуждали один из механизмов, препятствующих участию ацетилкофермента А в обмене веществ, а именно ингибирование биосинтеза жирных кислот ацильными производными кофермента А с длинной цепью. Сейчас в результате работы группы ученых Мюнхенского университета выясняется, что аналогичный механизм может регулировать окисление ацетилкофермента А в цикле трикарбоновых кислот [29]. Было найдено, что фермент цитрат-синтаза из печени, катализирующий конденсацию ацетилкофермента А со щавелевоуксусной кислотой, сильно ингибируется тиоэфирами кофермента А жирных кислот. Характер кинетики ингибирования позволяет предположить, что при этом осуществляются аллостерические взаимодействия. Так, для стеарилкофермента А была получена сигмоидальная кривая зависимости скорости реакции от его концентрации фермент утра- [c.64]

Напишите стадийный механизм происходящего под действием фермента де-карбоксилирования ацетоуксусной кислоты, по возможности точно определив характер связи между субстратом и ферментом. Покажите, как на основе этого механизма можно объяснить ингибирование цианистым водородом и результаты реакций с боргидридом. Используйте при ответе обсуждение легкости декарбок-силирования различных кислот, приведенное в 1, разд. 16-7, и определите, какими структурными особенностями должен обладать активный участок для того, чтобы декарбоксилирование в комплексе фермент — субстрат могло осуществляться более эффективно, чем некатализируомое декарбоксилирование ацетоуксусной кислоты. [c.145]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология