Фермент внутримолекулярная реакции как

Ранее упоминалось, что высокая эффективная концентрация внутримолекулярных групп — одна из основных причин эффективности ферментативного катализа. Таким образом, функция фермента прежде всего заключается в сближении субстрата с функциональными группами фермента путем связывания с активным центром. При этом происходит изменение энтропии системы. Отсюда следует, что различие при катализе внутримолекулярной реакции и межмолекулярной определяется энтропийным эффектом. При межмолекулярной реакции происходит соединение двух или большего числа молекул в одну, что вызывает увеличение упорядоченности и, следовательно, уменьшение энтропии. [c.210]

Фермент, выделяемый из мускульной ткани или из печени, способен катализировать асимметрическую внутримолекулярную реакцию Канниццаро [c.159]

Гидролазы, или гидролитические ферменты, катализирующие реакции гидролитического расщепления внутримолекулярных связей. Эти ферменты участвуют в расщеплении и синтезе углеводов, жиров и белков, причем компонентом реакции является вода. К этому классу относятся карбогидразы, расщеп- [c.83]

Анаэробные организмы не нуждаются в молекулярном кислороде и получают энергию за счет окислительно-восстановительных внутримолекулярных реакций. Процессы освобождения энергии протекают под влиянием комплекса дегидрирующих ферментов и называются бродильными. Образующиеся при этом соединения используются в реакциях синтеза для построения органического вещества клетки. [c.47]

Фосфоглюкомутаза — фермент, катализирующий реакцию внутримолекулярного переноса фосфатного остатка. Реакция протекает в присутствии глюкозо-1,6-дифосфата, играющего роль кофермента. [c.164]

Степень сближения субстрата с функциональными группами активного центра фермента может быть воспроизведена во внутримолекулярных реакциях соответствующим выбором внутримолекулярных расстояний. Подобным же образом можно смоделировать искажение связей в субстрате [210]. [c.134]

Представим себе, что фермент не несет никакой другой функции, помимо того, что, адсорбируясь на его поверхности, реагирующие субстраты попадают в непосредственную близость друг к другу. При этом концентрация субстратов на поверхности фермента оказывается высокой даже в том случае, когда общая их концентрация в растворе очень низка. Эта ситуация аналогична той, с которой мы встречаемся при рассмотрении внутримолекулярных реакций в отличие от межмолекулярных. Кошланд [1, 2] исследовал эту возможность, включая также-вопрос о надлежащей ориентации субстратов относительно друг друга. Его расчеты являются, естественно, приближенными, однако полученные значения дают правильное представление о порядке величины. На основании этих расчетов Кошланд пришел к заключению, что простое сближение и взаимная ориентация субстратов це могут объяснить эффект ферментативного катализа. Рассчитанные им скорости отличались [c.101]

Тесный контакт активного центра фермента с субстратом приводит к образованию промежуточного соединения, которое претерпевает дальнейшие изменения с образованием конечного продукта по механизму внутримолекулярной реакции. В стери-чески выгодных условиях внутримолекулярные реакции протекают быстрее, чем соответствующие межмолекулярные превращения. Это может быть еще одной причиной высокой скорости ферментативных реакций. [c.505]

Рис. 2. Энергетический профиль реакции, иа котором показано, насколько реагирующие молекулы сдвинуты вдоль координаты реакции, будучи химически связаны л ежду собой (как в случае внутримолекулярной реакции) или при связывании их на активном центре фермента.

Незначительные изменения конформации белка, например набухание молекул сывороточного альбумина при нодкислении раствора до pH 4 [384, 385], часто обратимы. Обратимость конформационных переходов особенно благоприятна в том случае, если полипептидная цепь имеет внутримолекулярные дисульфидные мостики, которые накладывают ограничения на разворачивание цени. Наглядным примером такой обратимой денатурации является проведенное Германсом и Шерагой [395] исследование рибонуклеазы, молекула которой состоит из простой полипептидной цепи, сшитой четырьмя дисульфидными группами. Известна полная последовательность аминокислот в этом ферменте, и схематическое изображение полипептидной цени с указанием места поперечных связей [396] приведено на рис. 45. Отсюда возникает вопрос, можно ли разрушить поперечные связи путем восстановления, что позволяет цепи разворачиваться и возобновлять нативную конформацию с соответствующими нарами тиольных групп, окисленных до дисульфидных мостиков. Решающий эксперимент был поставлен Уайтом [397], который показал, что большая доля ферментативной активности, утерянная при восстановлении дисульфидных групп, может быть в основном восстановлена путем повторного окисления. Особенно важные результаты были получены Анфинсеном и др. [398], которые обнаружили, что воссоздание дисульфидных связей происходит быстрее, чем восстановление ферментативной активности белка. Так как восемь аминокислотных остатков, принимающих участие в создании четырех дисульфидных мостиков, могут соединяться друг с другом 105 различными способами и поскольку образование межмолекулярных дисульфидных связей влияет на ход внутримолекулярной реакции [399], образование многих поперечных связей в начальной стадии может протекать нерегулярно. Такие молекулы [c.137]

Наиболее вероятный механизм, благодаря которому фермент может увеличивать скорость бимолекулярной реакции, состоит в том, что в активном центре субстраты настолько приближаются друг к другу (в надлежащей ориентации), что их эффективные концентрации оказываются значительно большими, чем в разбавленном растворе. По существу это крайне маловероятное состояние, однако благодаря сильным и множественным взаимодействиям между субстратом и структурами активного центра ферменты увеличивают вероятность сближения двух субстратов и эффективно превращают бимолекулярную реакцию в мономолеку-лярную внутримолекулярную реакцию. Для этого эффекта предложен ряд названий (ориентация, близость, сближение, орбитальное взаимодействие и др.) в данном разделе используется термин приближение. [c.289]

Как мы видели, кислотно-основный катализ является эффективным средством ускорения химических реакций. Можно ли из этих данных определить, какова роль данного механизма в ферментативном катализе Непосредственное перенесение результатов предыдущего раздела на ферменты встречает принципиальные затруднения. Дело в том, что каталитические реакции в растворе — это реакции второго порядка (скорость реакции возрастает с увеличением концентрации катализатора), тогда как реакции, протекающие в пределах фермент-субстрат-ного комплекса, представляют собой реакции первого порядка, причем кислоты и основания являются составной частью молекулы фермента. Возникает вопрос какую концентрацию кислоты или основания следует использовать в расчетах Экспериментальный подход к этой проблеме состоит в синтезе соединений с каталитической группой, являющейся частью молекулы субстрата, и в последующем сравнении скоростей реакций с участием этих соединений со скоростями соответствующих внутримолекулярных реакций. [c.57]

Это показывает, что подходящее расположение электрофиль-ной или нуклеофильной группы может ускорить реакцию. Аналогичное явление имеет место в активном центре фермента, например лизоцима. Конечно, важную роль играет и природа уходящей группы, а также сольватация, особенно при протекании реакции через переходное состояние. Реакции этого типа, называемые сопряженным гидролизом, встречаются при внутримолекулярном замещении стерические факторы могут замедлять реакцию. [c.17]

В активных центрах ферментов в рамках относительно жесткой третичной структуры белка взаимодействующие функциональные группы уже в исходном состоянии реакции в гораздо большей степени сближены и сориентированы, чем в большинстве неферментативных внутримолекулярных процессов. [c.66]

Что касается природы сорбционного взаимодействия фермент — субстрат, то следует подчеркнуть, что с точки зрения термодинамики образование водородной связи (как это предполагает модель Хендерсона, см. рис. 32) представляется вполне разумным, поскольку энтальпия ее в аполярной среде достаточно велика —(4—6) ккал/моль, т. е. —(16,8—25,2) кДж/моль) [59, 72], чтобы компенсировать необходимые для реакции потери энтропии при внутримолекулярном замораживании в ацилферменте вращательного движения субстратного остатка. [c.138]

Спектроскопия ЯМР широко и успешно применяется для исследования равновесных химических превращений и обменных процессов, при которых периодически меняется строение, а значит, электронное окружение магнитных ядер и спин-спиновое взаимодействие ядер, т. е. химические сдвиги б и константы /. К таким процессам относятся как внутримолекулярные превращения (заторможенное внутреннее вращение, инверсия пирамидальной системы связей у азота, инверсия циклов, таутомерия и т. д.), так и межмо-лекулярные обменные и другие равновесные химические реакции (протонный обмен в водных растворах карбоновых кислот, аммиака, лигандный обмен, рекомбинация ионов, биохимические взаимодействия фермент — субстрат и т. д.). [c.40]

Энтропийный фактор учесть довольно трудно, так как при образовании фермент-субстратного комплекса [Е5] происходят в общем случае процессы, ведущие как к убыли, так и к росту энтропии. Уменьшение энтропии обусловлено уменьшением числа частиц (Е+5 = Е5), потерей поступательных и вращательных степеней свободы, а возрастание — разрывом водородных связей и высвобождением молекул воды, гидратирующих субстрат и фермент (точнее их зоны, между которыми происходит взаимодействие). При соединении двух частиц в одну теряется один набор вращательных и поступательных степеней свободы и убыль энтропии при 298 К составляет - 55 кДж/град моль она может быть в той или иной мере компенсирована появлением новых видов внутримолекулярных движений. Следовательно, имеются различные возможности компенсации и, в целом, в реакциях такого типа [c.324]

В сущности, согласно гипотезе Кошланда, повышение скорости реакции образования лактонов во внутримолекулярной реакции вызвано тем, что нути сближения реагирующих групп ограничены некоторыми вполне определенными направлениями в противоположность статистической ориентации, наблюдаемой при бимолекулярной реакции. Кошланд считает, что орбитальное управление способно объяснить, почему ферменты столь эффективны. Вероятно, ферменты выстраивают связывающие орбитали реагирующих молекул и каталитических групп с точностью, невозможной при обычном бимолекулярном столкновении в растворе. Фермент не только сближает субстраты, (эффект сближения Брюса) существует еще фактор ориентации, связанный с формой электронных орбиталей реагпиюнноспособных атомов. Это-то и должно вызывать уникалы, ю каталитическую активность ферментов. Удивительная каталитическая активность ферментов, следовательно, вытекает не только из их способности приблихоть реагирующие атомы, но также и направлять орби- [c.212]

М е т и л г л и о к с а л ь СНдСОСНО. Раньше считали, что этот кето-альдегид является промежуточным продуктом при спиртовом брожении сахаров (стр. 119) и при гликолизе. В настоящее время эта точка зрения оставлена однако не исключена возможность, что метилглиоксаль образуется в небольших количествах при процессах обмзна веществ. При обработке щелочами и под влиянием животных или растительных ферментов он легко превращается в молочную кислоту, претерпевая внутримолекулярную реакцию Канниццаро (Дэкин и Дэдли, Нейберг) [c.318]

Катализ амидной группой. Амидная группа — наиболее распространенная функциональная группа белков, поэтому ее возможное участие в качестве компонента активных центров ферментов вызывает несомненный интерес. По своим физико-химическим свойствам амидная группа весьма инертна. Это слабая кислота и слабое основание. Например, значение р/Са1 сопряженной кислоты ацетамида равно —0.48, а рЛ[ а2 = 15,1 [29]. Каталитические свойства амидной группы в межмолекулярных гидролитических реакциях неизвестны, однако она способствует значительному ускорению внутримолекулярных реакций. [c.90]

Прежде всего, необходимо подчеркнуть, что при сравнении внутримолекулярных реакций с их межмолекулярными аналогами часто наблюдается превышение скоростей первых из них над вторыми до восьми порядков величины. Первой стадией любой ферментативной реакции галяется связывание субстрата с ферментом с образованием фермент-субстратного комплекса. Таким образом, вторая, т. е. собственно ферментативная реакция, оказывается внутримолекулярной, так что должна существовать близкая аналогия между этой стадией и обычными эффектами ускорения во внутримолекулярных чисто химических реакциях. Следует, однако, иметь в виду, что общепринятой трактовки влияния внутримолекулярности на скорости реакций пока не существует (обсуждение этого вопроса см. в работах [ЗбЬ-ё]). Во всяком случае, поучительно будет рассмотреть один из простейших примеров, показывающих, как много можно получить путем имитации высокой реакционной способности ферментов с помошью конструирования моделей соответствующих внутримолекулярных реакций. [c.487]

Связывание двух отдельных молекул в активном центре фермента превращает бимолекулярную реакцию в мономолекулярную, внутримолекулярную реакцию. Внутримолекулярные модельные реакции являются наиболее простым средством определения ускорения, которое может быть получено в результате сближения реагентов [631, 745]. Другими словами, энтропийный эффект фермента сказывается в увеличении эффгктивной концентрации субстрата. Пос-скольку скорости химических реакций пропорциональны концентрациям реагентов, то увеличения скорости в 10 раз можно ожидать на локальных участках с высокой концентрацией и упорядоченностью [631, 744]. [c.278]

Как и в случае внутримолекулярных реакций, эффективная концентрация этих кислот (оснований) намного выше той, которая может быть достигнута при использовании аналогичных катализаторов, действующих межмолекулярно. Кроме того, при протекании реакции в активном центре фермента дополнительный выигрыш обеспечивается благодаря правильной ориентации реагирующих групп. Общее ускорение реакции достигается за счет как высокой эффективной концентрации общих кислот н оснований, так и правильной ориентации. Первым указанием на важную роль переноса протона в ферментативном катализе явился тот факт, что зависимость скорости большинства ферментативных реакций от pH описывается сравнительно простыми сигмоидными или колоколообразными кривыми. Отсюда следует, что для осуществления ферментативной реакции требуется небольшое число кислотных (основных) групп, находящихся в определенном состоянии ионизации. Действительно, проведенные позже исследования показали, что во многих случаях эти группы, которые обычно удается идентифицировать на основг -нии найденных из рН-зависимости константы скорости значений р/Са, на лимитирующей стадии каталитической реакции выступают в роли доноров или акцепторов протона (табл. 6.1). В биологических системах ферментативные реакции почти всегда протекают в среде с близкими к нейтральному значениями pH, когда концентрации ионов гидроксония и гидроксида минимальны. Неудивительно поэтому, что ферменты столь широко используют механизмы общего кислотно-основного катализа. [c.137]

То обстоятельство, что внутримолекулярный катализ более эффективен, чем межмолекулярный, наводит на мысль о том. Что эффекты ускорения во внутримолекулярных реакциях с участием ионов гидроксония и гидроксида должны быть большими, Рассмотрим три наиболее характерных примера внутримолекулярного общего кислотного катализа, внутримолекулярного общего основного катализа и внутримолекулярного нуклеофильного катализа. Благодаря внутримолекулярному общему кислотному катализу константа скорости гидролиза о-карб-оксифенил-В-р-глюкозида в Ю" раз превышает константу скорости катализируемого ионами гидроксония гидролиза этого же гликозида при рН З,5. Внутримолекулярный общий основной гидролиз п-нитрофенил-5-нитросалицилата дает Ю чкратный выигрыш в скорости по сравнению с катализируемым гидроксид-ионом гидролизом п-нитрофенил-2-метокси-5-нитробензоата при рН б. При гидролизе п-нитрофенил-4-Ы,Ы,-диметиламино-бутирата внутримолекулярный нуклеофильный катализ диметиламиногруппой увеличивает константу скорости в 10 раз по сравнению с константой скорости гидрвлиза п-нитрофенилацетата под действием гидроксид-ионов при pH 8. Такие высокие ускорения реакций в нейтральных средах позволяют объяснить наблюдаемые ускорения катализируемых ферментами химиче- [c.274]

Гидролазы. В класс гидролаз входит большая группа ферментов, катализирующих расщепление внутримолекулярных связей органических веществ при участии молекулы воды. Наименование их составляют по форме субстрат-гидролаза . К ним относятся зстеразы —ферменты, катализирующие реакции гидролиза и синтеза сложных эфиров гликозидазы, ускоряющие разрыв гликозидных связей фосфатазы и пептидгидролазы, катализирующие гидролиз фосфоангидридных и пептидных связей ами-дазы, ускоряющие разрыв амидных связей, отличных от пептидных, и др. [c.161]

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]

За исключением особых случаев с участием растворителя большинство реакций, протекающих в воде, характеризуется тем, что согласованный механизм имеет малое значение [106]. Это заключение было подтверждено Свейнол и сотр. [107] ири изучении изотопных эффектов водорода в ряде реакций. Следовательно, нет оснований для того, чтобы все механизмы ферментативных реакций относить к области иуш-пул катализа, и в то же время несомненно, что эффективность такого рода процессов может быть увеличена благодаря внутримолекулярной реакции в фермент-субстратном комплексе. [c.377]

Гидролазы — ферменты, катализирующие реакции гидролитического расщепления внутримолекулярных связей, например гидролазы гликозидов, дипептидгидролазы, гидролазы сульфоэфиров и др. [c.33]

На поверхности фермента подобная реакция должна протекать значительно легче об этом свидетельствуют изученные нами процессы внутримолекулярного образования фосфоэфирных связей с участием нуклеотидо-(P->N)-аминокислот, когда атакующая гидроксильная группа расположена по соседству с активированным фосфором (см. раздел III). АТФ-фен реагирует с нуклеофильными реагентами аналогично происходит транспорт аденозин-5 -пирофосфата по схеме нyклeo-фильного замещения у соседнего с амидным атома фосфора. [c.388]

Лучше всего изучены такие модельные системы, в которых реагирующими колшонентами являются составные части одной молекулы. Это внутримолекулярные реакции или реакции, в которых функциональная группа, расположенная рядом с реакционным центром, оказывает анхимер-ное содействие протеканию процесса. Можно предположить, что аналогичное сближение реагирующих групп происходит и на ферменте за счет сил взаимодействия между ферментом и субстратом. В обоих случаях сближение реагентов но сравнению с их состоянием в разбавленном растворе приводит к понижению свободной энергии активации реакции, и, по-видимому, такого рода концентрационный эффект приведет к изменению энтропии активации. [c.15]

Традиционный подход к анализу процессов ферментативного катализа, сформировавшийся на основании химических исследований задолго до определения кристаллической структуры ферментов, основывается на следуюш,их факторах общий кислотно-основный катализ катализ ионами металлов нуклеофильный катализ электростатический катализ эффекты подобия (сочетание внутримолекулярной реакции и правильной ориентации) напряжение (деформация субстрата) индуцированное соответствие (деформация фермента). Наличие всех этих факторов в настоящее время в той или иной степени установлено. Наиболее распространен общий кислотно-основный катализ [реакции, катализируемые дегидрогеназами, сериновыми протеазами (а также, по-видимому, тиоловыми протеазами и карбок-сипептидазами), рибонуклеазами, лизоцимом]. Ускорение реакций ионами металлов в его классической форме стабилизации аниона имеет место при функционировании карбоксипептидазы [c.413]

Кобаламиновые ферменты катализируют реакции двух типов 1) реакции перегруппировки, например превращение L-метилмало-нил-СоЛ в сукцинил-СоА, и 2) реакции метилирования, например синтез метионина (разд 2L7), Перегруппировка представляет собою взаимообмен двух групп, присоединенных к соседним углеродным атомам (рис. 18.16). Атом водорода мигрирует от одного атома углерода к следующему, а группа R одновременно перемещается в противоположном направлении. При этих внутримолекулярных перестройках разрушается связь углерод—кобальт в 5 -дезок-сиаденозилкобаламине. Углеродный атом субстрата, отдающий свой атом водорода, оказывается временно связанным с кобальтом. [c.172]

Из уравнения (2.21) видно, что термодинамически эффективность ферментативного катализа определяется разницей свободных энергий межмолекулярного (при образовании комплекса Михаэлиса) и внутримолекулярного (в переходном состоянии реакции) образования связи Е-Я. Следовательно, в количественном отношении кинетическая роль комплексообразования Е Н в ускорении ферментативной реакции представляется несколько иной, чем в кинетическом режиме второго порядка (уравнение 2.19). Однако и здесь движущей силой катализа остается свободная энергия взаимодействия Е-Н именно в переходном состоянии реакции (а не в промежуточном комплексе). Действительно, чем более термодинамически выгодным будет внутримолекулярное взаимодействие Е-К в активированном состоянии (чем более отрицательные значения примет величина АОз внутр). тем более благоприятным должно быть отношение VI/ии для ферментативной реакции [см. (2.21)]. Это связано с тем (см. рис. 12), что барьер свободной энергии активации ферментативной реакции (ДО/. внутр) в этом случае уменьшается (по сравнению с ДОи) и, следовательно, скорость процесса [уравнение (2.20)] возрастает. Наоборот, при заданном значении ДО .ппутр термодинамически более благоприятное взаимодействиеЕ -Н в исходном состоянии реакции (фермент-субстратный комплекс ХЕ-КУ) будет тормозить ее протекание. Так, более отрицательные значения Д(3 приводят к неблагоприятным значениям VI /иц в отношении ферментативного процесса [уравнение (2.21)]. Это связано с тем, что активационный барьер Д01% утр (см. рис. 12), определяющий скорость превращения фермент-субстратного комплекса [уравнение (2.20)], при этом возрастает. [c.41]

Казалось бы в таком случае, что эффективность ферментативного катализа должна возрастать при увеличении потенциальной свободной энергии внутримолекулярного взаимодействия ( AG ,gnyrj,p ). Это действительно происходит в ферментативных реакциях второго порядка (см. 2 этой главы), однако при [RY] Ks, когда исходное состояние реакции — это фермент-субстратный комплекс, такое требование не достаточно. Из (2.32) видно, если более благоприятные условия для сорбции (при изменении, например, структуры субстрата) приводят одновременно (и в той же мере) к увеличению также и прочности образующегося комплекса XE-RY (к более отрицательным значениям AG ), эффект [c.57]

Цитохромоксидаза представляет собой сложный белковый комплекс, в состав которого входит по меньшей мере 8 индивидуальных полипептидов. Во внутримолекулярном переносе электронов участвуют простетические группы фермента гемы а и з, а также 2 атома меди ua и ub. Трансмембранный перенос электронов от цитохрома с к молекулярному кислороду сопровождается векторным переносом протона из матрикса митохондрий в межмембранное пространство. Разность электрохимических потенциалов ионов водорода, генерируемая в цитохромоксидазной реакции на мембране митохондрий, может быть использована для синтеза АТФ. [c.432]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология