Катализ ковалентный комплекс

Проблема снижения энергетического барьера. С термодинамической точки зрения, конформационной энергии связывания может быть достаточно для деформации субстрата, однако, чтобы использовать эту энергию в разрыве сильных ковалентных связей в субстрате, необходимо, в свою очередь, образование других сильных связей. Возникает вопрос какова природа предполагаемых напряженных конформационных состояний, которые должны вызывать столь существенные изменения энергии напряжения, и каковы вообще непосредственные доказательства их существования в фермент-субстратном комплексе Именно в решении этого вопроса физико-химическое описание катализа встречается с серьезными трудностями. [c.422]

Несомненно, ковалентный характер связи, столь определенно выраженный у координационной связи ион металла — азот (см., например, [6]), имеет существенное значение в механизме катализа этими комплексами. [c.241]

Сделаны первые попытки создания радикально-цепной теории, основанной на трактовке активных центров как свободных валентностей [58, 2] и на механизмах полупроводникового катализа. Влияние контактных реакций на орто-шра-превращение водорода и изотопный обмен целыми радикалами при этих реакциях [59] указывают на существование лабильных радикалов или радикалоподобных форм при классическом органическом ка-та лизе. В то же время делается очевидным, что как и в гомогенном катализе, в жидкостях в качестве отправного элементарного акта чаще, чем образование обычных ковалентных связей и переход электронов, происходит образование лабильных комплексов присоединения со всем широким набором химических связей, встречающихся в электронной химии лигандов и твердых тел. Дальнейшая конкретизация структуры и свойств этих соединений и изучение закономерностей химии двухмерных поверхностных координационных соединений — задача ближайшего времени. Вторая актуальная задача — установление роли свободных радикалов и цепных реакций в осуще- [c.511]

Рис, 9-16. Одна из моделей ковалентного катализа. В некоторых ферментативных реакциях фермент замещает функциональную группу К в субстрате КХ, в результате чего образуется ковалентный комплекс ЕХ. Он нестабилен и гидролизуется значительно быстрее, чем ЯХ. К ферментам, осуществляющим ковалентный катализ, относится химотрипсин (дополнение 9-4, Б). [c.249]

По своей сути катализ общими кислотами и основаниями должен включать стадию переноса протона, которой предшествует образование водородной связи (гл. 2). Исходя из этого, эффективность общего катализа может зависеть от следующих факторов 1) величины константы равновесия образования комплекса с водородной связью 2) степени поляризации ковалентной связи, вызванной образованием комплекса 3) скорости переноса протона. Оценка вклада этих факторов основана на точном описании процесса переноса протона в ходе общего катализа. [c.132]

Таким образом, из приведенных примеров следует, что белок в роли фермента или апофермента принимает участие в выполнении четыре.ч главных функций. Во-первых, белок обеспечивает специфичное опознавание субстратов, приводящее к образованию комплекса, в котором реагирующие части этих субстратов необходимым образом ориентированы относительно каталитического центра. Во-вторых, он принимает участие в каталитическом акте своими кислыми и основными группами по механизму общего кислотно-основного катализа. В-третьих, в ряде случаев ковалентно связывает часть молекулы субстрата с образованием промежуточного продукта, выступая в этом случае в качестве нуклеофильного катализатора. В-четвертых, в качестве апофермента белок обеспечивает связывание в активном центре иона или молекулы кофактора. [c.207]

С формальной точки зрения, эти апротонные кислоты могут, так же как и протон, присоединяться к основаниям с образованием ковалентной (акцепторно-донорной) связи с центрами основности. Возникновение таких комплексов служит основой катализа различных реакций апротонными кислотами, так же как присоединение протона или образование комплекса за счет водородной связи с протонной кислотой является основой обычного кислотного катализа. [c.265]

Все современные теории биохимических процессов основываются на представлениях о закономерностях протекания ферментативных реакций. Ведущую роль в механизме ферментативного катализа играет образование фермент-субстратного комплекса. На первой стадии ферментативного катализа между субстратом (органическим веществом) и ферментом возникает соединение с ковалентной или иного типа связью. Во второй фазе субстрат под действием фермента претерпевает изменение, делающее его более доступным для соответствующей химической реакции. В третьей фазе происходит химическая реакция (на поверхности фермента) и, наконец, в четвертой фазе образовавшиеся продукты реакции освобождаются из фермент-продуктивного комплекса. [c.374]

Многочисленные наблюдения над очищенными и кристаллическими ферментами, которые проводились в последние двадцать лет, позволили выяснить многие стороны природы и механизма ферментативного катализа. Важнейшим результатом этих исследований было обоснование положения о возникновении промежуточного комплекса фермент-субстрат, а также о существовании определенного активного центра в молекуле фермента, где, собственно, протекает акт катализа. Именно в активном центре наступает специфическое пространственное присоединение молекулы субстрата и разложение химического соединения, которое атакуется ферментом. Такое присоединение происходит вследствие особого расположения химических групп в активном центре, которые посредством разных сил (ковалентные, ионные, координационные, водородные связи) воздействуют на химические группы субстрата. [c.212]

Полимеризация протекает в результате внедрения соответствующих мономерных или олигомерных звеньев в ионную связь, поэтому вопрос о том, является ли полимеризация анионной или катионной, зависит в значительной степени от того, какие концевые группы имеют более ионный характер. А это в свою очередь определяется ионным характером связей скелета в мономере. Если обе концевые группы инициирующих частиц носят ковалентный характер, то реакция роста цепи может не протекать. Ионный катализ может привести к образованию стереорегулярных полимеров, так как растущий анион-катионный комплекс оказывает ориентирующее влияние в каждом акте роста цепи. [c.194]

Выброс продуктов реакции. Если в реакции участвует ковалентный интермедиат, то он атакуется молекулой воды. Возможно, что на этой стадии происходит основной катализ комплексом Zn +—НгО или 2п2+ОН . После завершения гидролиза состояние ионизации вновь образовавшихся кислотной и основной групп изменяется в соответствии с pH среды, а фенольная группа Туг-248 присоединяет протон и возвращается в исходное состояние (рис. 15.13). [c.546]

Некоторые примеры реакций в водном растворе, для которых показано, что образование водородной связи вызывает их ускорение, были описаны в главах, посвященных эффектам сближения, ковалентному катализу и общему кислотно-основному катализу. Величина энергии стабилизации переходного состояния, которая может возникнуть в результате образования водородной связи, невелика, но вполне ощутима и существенно больше, чем понижение энергии при образовании водородных связей в комплексах, находящихся в водном растворе в основном состоянии. Это происходит,, вероятно, потому, что основность или кислотность переходного состояния может быть намного выше, чем равновесного основного состояния (гл. 3). [c.254]

Ряд экспериментов показывает, что в фермент-субстратном комплексе наблюдается два одновременно быстро протекающих процесса. Первый — изменение электронной плотности комплекса, вызывающее поляризацию связей, и второй — геометрическая деформация (напряжение) отдельных валентных связей как в молекуле субстрата, так и в активном центре белка-фермента. Оба эти фактора — деформация и поляризация ковалентных связей повышают термодинамический потенциал этих связей, т. е. способствуют преодолению активационного барьера переходного состояния фермент-субстратного комплекса. Таким образом, в современных теориях ферментативного катализа большое значение придается гибкости третичной структуры ферментов и, [c.140]

Во-первых, предполагается, что аспартатные протеиназы функционируют по принципу общего катализа и, следовательно, по ходу реакции не образуют с субстратом ковалентных промежуточных комплексов. [c.104]

Два факта заставляют думать, что упомянутые группировки действительно расположены в ферменте весьма близко. Во-первых, ароматические соединения, являющиеся конкурентными ингибиторами фермента, ингибируют также реакцию с сульфгидрильной группой, играющей существенную роль в катализе. Во-вторых, ароматические окислители (динитрофенильные соединения), обладающие незначительной реакционноспособностью в отношении обычных сульфгидрильных групп, но способные к образованию комплексов с остатками триптофана, окисляют эту сульфгидрильную группу с большой скоростью. Эти факты убедительно свидетельствуют о том, что остаток триптофана и сульфгидрильная группа расположены поблизости друг от друга и что они близки (по меньшей мере) к центру связывания тиосульфата. В настоящее время метод бифункциональных ингибиторов используется достаточно широко. Шоу [16] описал группу специфических реагентов, взаимодействующих с активными центрами химотрипсина и трипсина. Уолд [17] обобщил опыт применения бифункциональных реагентов для поперечной сшивки пептидных цепей с помощью ковалентных связей. [c.225]

Таким образом, для больщинства дегидрогеназ участие функциональных групп, имеющих значение для проявления ферментативной активности, представляется неясным. Известно, что успех может быть достигнут в тех случаях, когда функциональная группа участвует в образовании фермент-субстратного комплекса, в котором субстрат или его фрагмент связаны ковалентно. В общем случае это значительно облегчает последующую расшифровку стерических особенностей активного центра, взаимодействия существенной функциональной группы с другими группами в ходе катализа. [c.41]

Концепция фермент-субстратного комплекса является краеугольным камнем ферментативной кинетики и лежит в основе наших представлений о механизмах ферментативного катализа. В честь ученого, который ввел это понятие, комплекс субстрата с ферментом, образованный без участия ковалентных связей, часто называют комплексом Михаэлиса. [c.112]

Механизм ферментативной реакции можно считать полно стью установленным, если охарактеризованы все промежуточные соединения, комплексы и конформационные состояния фермента и определены константы скорости их взаимопревращений. Таким образом, задача исследователя состоит в установлении числа и последовательности промежуточных соединений и процессов, выяснении их природы (т. е. в установлении, образуются ли промежуточные соединения с ковалентными связями или имеют место конформационные изменения), в измерении констант скорости и (исходя из анализа их рН-зависимости) в определении степени участия в катализе кислых и основных групп. Исследователь должен установить химическую природу промежуточных соединений, выяснить, в ходе каких превращений они образуются и распадаются, и определить тип катализа. Все эти результаты вместе с данными рентгеноструктурного анализа и теоретическими расчетами позволят полностью описать механизм данной реакции. [c.211]

Ковалентные комплексы чрезвычайно важны с точки зрения химии, но с точки зрения энзимологии они не столь интересны. Наиболее ферментоподобными являются нековалентные комплексы, как, например, комплексы, образуемые циклоамилозой. Пиклоамилозы и их производные прекрасно моделируют такие ферменты, как химотрипсин, рибонуклеазу, трансаминазу [27] и карбоангидразу [28]. Высокие каталитические свойства проявляют полимерные комплексы. Показано, что скорости реакций в обращенных мицеллах приближаются к ферментативным [25]. Очевидно, что катализ, движущей силой которого выступает комплексообразование, будет интенсивно исследоваться в ближайшие годы. [c.341]

Эти результаты свидетельствуют о том, что циклодекстрин не только блокирует все, кроме одного, положения ароматического кольца, но и активно катализирует замещение в незащищенном положении. На схеме показана молекула анизола, находящаяся в полости циклогексаамилозы. Превращением одной или более гидроксильных групп в гипохлориты можно объяснить возрастание скорости хлорирования в комплексе. Это — один из примеров нековалентного катализа (классического связывания Михаэлиса — Ментен), при котором акцептор предоставляет свою полость для протекания реакции без образования ковалентного промежуточного соединения. [c.303]

Нерешен также и вопрос о ковалентном катализе. В ряде ферментативных реакций образуются промежуточные соединения с ковалентной связью между ферментом и субстратом [29, 48, 49]. В качестве примера можно указать на протеазы, где в ходе ферментативной реакции образуется ацилфермент (см. гл. IV). Трудно сказать, почему реакция не протекает прямо, а идет через образование промежуточного соединения с ферментом (или коферментом). В этом отношении Дженкс [29] указал, что именно здесь могут быть заложены важные химические закономерности ферментативного катализа, которые в настоящее время почти или вообще не поняты . Не исключено, однако, что причина простая, а именно, что в ковалентно-связанном промежуточном соединении легче, чем в сорбционном фермент-субстратном комплексе, реализуются различного рода механизмы напряжения, которые позволяют использовать свободную энергию сорбции химически инертных субстратных фрагментов на ферменте на понижение активационного барьера скоростьлимитирующей химической стадии (см. 4 этой главы). Возможно, наличие промежуточных соединений в ферментативных механизмах отражает лишь сложную картину участия в реакции большого числа функциональных групп, многие из которых вообще склонны образовывать ме-тастабильные продукты (как, например, имидазольная группа [29]). Иными словами, образование промежуточных соединений хотя и сопровождает ферментативный катализ, но, возможно, не имеет прямого отношения к наблюдаемым ускорениям. [c.66]

Превращение субстрата в продукт происходит в комплексе Михаэлиса. Часто субстрат образует ковалентные связи с функц. фуппами активного центра, в т. ч. и с группами кофермента (см. Коферменты). Большое значение в механизмах ферментативных р-ций имеет основной и кислотный катализ, реализуемый благодмя наличию имидазольных Фупп остатков гиствдина и карбоксильных фупп дикарбоновых аминокислот. [c.80]

Ключи к познанию действительного механизма катализа лежат в структурных исследованиях. В описанной выше модели комплекса фермент-(NAG)e только две каталитические группы располагаются вблизи расщепляемой гликозидной связи. Это карбоксильные группы глутаминовой кислоты-35, которая, как полагают, в активном ферменте находится в СОгН-форме, и аспарагиновой кислоты-52, находящейся предположительно в виде иона СО . Первая из этих групп расположена вблизи кислорода уходящей группы и действует, согласно общепринятым представлениям, в качестве общего кислотного катализатора, способствуя удалению уходящей группы скорее в НО-форме, чем в форме 0 1путь (а) на схеме (54) [133, 143]. Согласно другой гипотезе путь (б) , карбоксилатная группа может выступать в роли нуклеофила, образуя ковалентный интермедиат (90), гидролизующийся скорее всего по ацетальному, а не по сложноэфирному центру, поскольку известно, что при этом сохраняется конфигурация гликозидного центра [144]. В настоящее время не существует каких-либо убедительных данных, позволяющих подтвердить или опровергнуть каждый из представленных на схеме (54) механизмов ]141]. [c.532]

В этой главе мы умышленно исключим из рассмотрения такой важный фактор в катализе, как ковалентное и нв1К0валент-ное связывание, приводящее к образованию соответствующих комплексов между субстратом и катализатором. Хотя этот фактор неотделим от полифункционального катализа, его целесообразно рассматривать отдельно (гл. 12). [c.279]

Реакции, которые катализируются циклоамиловами посредством образования ковалентных промежуточных комплексов (ковалентный катализ). [c.322]

При описании структуры молекул и кристаллов нестрогим, но весьма плодотворным оказался приближенный метод ковалентных радиусов. Он использован А. А. Баландиным для определения расстояний между атомами в промежуточном комплексе каталитической реакции. При мультиплетной адсорбции молекулы на поверхности катализатора всегда должны достроить поверхность катализаторами образовать некоторое циклическое соединение, например, такого типа, как это показано на рис. 12 для секстетной адсорбции циклогексана на плотно упакованной грани металла (N1, Pt). В подобных системах энергия резко изменяется с расстоянием и при изменении геометрических параметров даже на доли ангстрема становится невозможным образование мультиплет-ного комплекса катализа. [c.87]

Для солей двухвалентных олова и свинца известны ацидокомплексы и комплексы типа кристаллогидратов, двойных солей. Соли свинца (главным образом РЬС1г и PbBrj) легко образуют продукты присоединения с пиридином, тиомочевиной и основаниями Шиффа. Хлориды германия, олова и свинца обладают способностью замещать хлор на алкильные и арильные радикалы, вплоть до превращения их в металлоорганические соединения. При этом по мере замещения хлора уменьшается способность хлорорганического соединения к комплексообразованию. Связи Ме—С ковалентны, хотя и в большей или меньшей степени полярны. Известно весьма большое число различных металлоорганических соединений, особенно для германия (см., например, монографию [537]). В катализе наиболее часто применяются алкилаты, арилаты и их галоидпроизводные. [c.343]

Кислород ЭТОЙ гидроксильной группы соединяется ковалентной сложно-эфирной связью с углеродом ацильной группы субстрата, что приводит к образованию промежуточного фермент-субстратного комплекса (рис. 6 разд. 9.15). Гидроксильная группа серина легко теряет свой атом водород а, так как он сильно притягивается водородной связью к электроотрицательному атому азота в имидазольной К-груп-пе №8-57. Одновременно происходит разрыв пептидной связи, в результате чего образуется первый продукт реакции. После его выхода из активного центра ацильная группа субстрата остается ковалентно связанной с остатком серина 195 в молекуле фермента это производное называется ацилферментом (рис. 7). Его сложно-эфирная связь очень неустойчива по сравнению с пептидной связью субстрата и гидролизуется с образованием второго продукта, представляющего собой карбоксильную часть субстрата. При этом протон вновь присоединяется к серину (рис. 8 и 9) и образуется комплекс фермент-продукт (рис. 10). Второй продукт уходит затем из активного центра, и каталитический цикл завершается (рис. 1). Ацилфермент представляет собой ключевой промежуточный комплекс в этом варианте ковалентного катализа. Имидазольная группа гистидина 57 участвует в перемещении протона по механизму общего кислотно-основного катализа. [c.254]

Первой стадией превращения субстрата в продукт реакции в процессе ферментативного катализа является обратимое образование нз фермента Е и субстрата 8 комплекса Е8. Процессы образования и разрыва связей (т. е. все действительные химические превращения) протекают затем внутри этого комплекса. Реакция может протекать таким образом, что либо между субстратом и ферл ентом образуются ковалентные связи, либо функция фермента просто заключается в том, что он активирует субстрат, кофермент или косубстрат и обеспечивает их пространственное сближение. Как бы ни протекал процесс, специфические фуикциональные группы молекулы фермента должны участвовать либо в образовании ковалентных связей с субстратом, либо в активационном процессе. Кроме того, процессу разрыва связей могут предшествовать (или он мсжет сопровождаться) конфор-мацйонные изменения структуры фермента. Можно считать, что ферментативные реакцин осуществляются путем внутримолекулярного участия определенных функциональных групп, совокупность которых можно определить как активный центр. Таким образом, очевидно сходство между ферментативными и внутримолекулярными реакциями [c.133]

Как указывалось, акт катализа сопряжен с взаимодействием катализатора с субстратом (субстратами). Его необходимой фазой является посадка молекул реагентов на поверхность катализатора, т. е. адсорбция. В отличие от физической адсорбции, обусловленной слабыми силами Ван-дер-Ваальса, в каталитическом процессе адсорбция должна сопровождаться более или менее сильным взаимодействием адсорбата с катализатором по типу ковалентной или координационной связи. Такой тип адсорбции называется хемосорбцией. Если для образования хемосорбционного комплекса требуется преодолеть энергетический барьер, то говорят об активированной адсорбции, а высоту барьера называют энергией активации хемосорбдии. [c.18]

Некоторые вопросы синтеза и исследования закрепленных комплексов. Применение закрепленных комплексов для катализа различных процессов, в том числе и гидросилилирования, получило в последние годы широкое распространение и обобщено в обзорах, монографиях (например, [12]) и шогочисленных статьях. Практика показывает, что закрепление комплексов ковалентным связыванием с поверхностью носителя, как правило, не дает нужного эффекта. Нами найдено, что стабильные комплексы, способные длительно работать без потери активности, могут быть получены путем закрепления комплексных ионов платины на ионитах, например иона Р1С1 на анионите АВ-17-8 [131. Однако применение ионитов имеет ряд ограничений, в частности [c.11]

Тот факт, что перенос фосфата протекает через ковалентное промежуточное соединение, фосфорилфермент, служит основой предполагаемого механизма катализа щелочной фосфатазой. Фосфорилированный белок можно осадить из смеси фосфата с ферментом прибавлением трихлоруксусной кислоты [60]. Анализ продуктов расщепления белка показывает, что фосфат присоединен к остатку серина [61]. В щелочной среде обнаружить ковалентно присоединенный фосфат не удается, одна1ко Вильсон и сотр. [62—67] с помощью кинетических и изотопных методов показали, что фосфорилфермент образуется при всех значениях pH и что он идентичен фосфорилированному белку, выделяемому из кислого раствора. Свободная энергия гидролиза этого промежуточного соединения удивительно мала, и по величине соответствующей ей константы равновесия он в 10 раз устойчивее обычных фосфорных эфиров [62—64]. Причина того, что фосфатаза не оказывается в термодинамической ловушке, заключается в образовании нековалентного комплекса фермент—фосфат, который при pH 8 в 100 раз устойчивее фосфорилфермента [62]. В результате этого равновесие [c.638]

Преобразование Е8-комплекса в один или несколько активированных фермент-субстратных переходных комплексов. Эта стадия самая медленная и обычно лимитирует скорость всего ферментативного катализа она связана с ослаблением химических связей в субстрате, их разрывом и образованием новых связей в результате взаимодействия с каталитическими группами фермента. Именно благодаря образованию активированных переходных комплев -сов снижается энергия активации процесса. Если для ферментов характерен ковалентный тип катализа, который протекает за счет образования ковалентных связей между каталитическими группами активного центра и группами субстрата, то соответствующие промежуточные ковалентные фермент-субстратные комплексы очень неустойчивы и легко распадаются с выделением продуктов реакции. [c.103]

В качестве еще одного примера расчета электронных свойств фермент-субстратных комплексов рассмотрим схему взаимодействия между глутамат-декарбоксилазой и глутаминовой кислотой, приведенную на рис. XIV. 13. В результате нуклеофильной атаки атома С аминогруппой глутаминовой кислоты исходный комплекс кофермента с лизином I преобразуется в нестабильный промежуточный тетраэдрический комплекс II. Затем происходит разрыв связи между атомом С и азотом аминогруппы лизина с образованием внешнего шиффова основания аминокислоты с коферментом III. Следующая стадия ферментативной реакции — отщепление карбоксильной группы с образованием карбаниона IV. Она одна из самых важных и существенных не только в декарбоксилировании, но вообще в реакциях пиридоксалевого катализа. Па этом этапе разрывается связь между атомом С и соседним с ним атомом одного из заместителей (П, СОО , R), что, собственно, и определяет специфичность дальнейших превращений аминокислот. Различие между этими превращениями заключается в том, с каким из заместителей при атоме С разрывается ковалентная связь. Взаимодействие сопряженной к-электронной системы с электронами связей, исходящих из атома С , ослабляет ту из этих связей, которая располагается в плоскости, перпендикулярной плоскости пиридинового кольца. [c.438]

Иногда удается детектировать промежуточный ацилфермент с помощью спектральных методов в условиях, когда скорость его распада понижена, например в кислой среде [3200-32053 или в условиях криоэнзимологического эксперимента [2512,3206-32083 (СМ. Также разд.5.7). Однако в этом случае не всегда удается надежным образом отличить ковалентное промежуточное соединение от прочного комплекса фермент-продукт. Были предложены [3205,32093 модификации спектральных методов, существенно повышающие их точность, в том числе и методы флуоресцентного анализа, использованные для идентификации ацилфермента при катализе р-лактамазой I [3210,32113. [c.313]

Ведущую роль в механизме ферментативного катализа играет образование фермент-субстратных комплексов, на существование которых впервые указал Д. Браун (1902). На первой фазе ферментативного катализа между субстратом (или субстратами) и ферментом возникает соединение, в котором реагенты связаны друг с другом ионной, ковалентной или иного типа связью. Затем (вторая фаза) субстрат под действием присоединенного к нему фермента претерпевает изменение, делающее его более доступным для соответствующей химической реакции. На третьей фазе происходит сама химическая реакция и, наконец, образовавшиеся продукты реакции на четвертой фазе освобождаются из фермент-продуктного комплекса. Если обозначить фермент Е, субстрат 5, активированный субстрат 5 и продукт реакции Р, то указанная последовательность процессов выразится нижеследующей схемой [c.102]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология