Сближение и ориентация

Рис. 17. Механизмы, которые могут объяснить постоянство суммарной свободной энергии сорбции при одновременном понижении свободной энергии активации химического превращения фермент-субстратного комплекса i — эффекты сближения и ориентации II — механизм индуцированного соответствия III — механизм напряжения

В состав АЦ входят полярные аминокислоты, но собственно АЦ помещается в гидрофобном углублении щели или кармане , где возникает микроокружение для субстрата и максимальная местная концентрация субстрата и фермента, создаются условия для их сближения и ориентации, необходимые для катализа. Условие для образования АЦ - наличие третичной структуры, следствие - образование фермент-субстратного комплекса. [c.29]

Изучая внутримолекулярную реакцию образования лактонов, в которой наблюдается увеличение скорости на 3—6 порядков по сравнению с бимолекулярной реакцией, Кошланд [65] предложил новое понятие — орбитальное управление. Исходя из проведенных экспериментов, он предположил, что управление реагирующими атомами может вызвать (или объяснить) высокие скорости реакции. Реагирующие группы не только должны быть сближены, но и правильным образом ориентированы. При использовании таких представлений важную роль играют эффекты и сближения, и ориентации. В более жестких молекулах реакция идет с большей скоростью. Согласно представлениям Кошланда, уменьшение поступательной энтропии имеет не столь важное значение, как это предполагал Дженкс. [c.212]

Механизм сближения и ориентации при внутримолекулярном превращении комплекса между реагентами [c.50]

Максимальный эффект сближения и ориентации можно оценить также исходя из теории статистической термодинамики. Будем полагать, что реакция [c.53]

Как видно из (2.29), эффект ускорения существенно зависит от степени сближения (и ориентации) реагирующих центров в исходном состоянии внутримолекулярной реакции. Допустим, чтоб представляет собой объем молекулы воды, т. е. 30 А = 3-10 л. Тогда [c.54]

Структурные и термодинамические предпосылки механизма сближения и ориентации в ферментативном катализе. Итак, для эффективности катализа важно, чтобы замораживание реагирующих центров X и Y, которое происходит в комплексе XE-RY (и сопровождает образование связи E-R), как можно больше приблизило реакцию к переходному состоянию X...Y. Для этого необходимо, чтобы строение активного центра в высшей мере было комплементарным по отношению к той структуре молекулы субстрата, которую она должна принять в переходном состоянии реакции. Именно поэтому активный центр ферментов расположен обычно в складках полипептидных цепей, образующих как бы щель . Где-то в глубинных участках этой щели расположены аминокислотные остатки, взаимодействующие с субстратом. Благодаря такой структуре активного центра при переходе молекулы субстрата из свободнодвижущегося состояния (из раствора) в сорбированное состояние (когда она, образно говоря, втискивается в активный центр) происходит необходимое для реакции замораживание вращательных степеней свободы и сближение ее с каталитически активными группами белка. [c.56]

Однако структурных предпосылок (налагающих требования к геометрии активного центра) недостаточно для катализа. Термодинамически невыгодному процессу сближения и ориентации прежде всего нужна движущая сила, благодаря которой суммарный процесс пошел бы спонтанно. В ферментативном катализе роль такой движущей силы играет свободная энергия сорбции субстрата на ферменте. [c.56]

Иными словами, термодинамическая предпосылка механизма сближения и ориентации реагирующих групп X и Y в комплексе XE-RY состоит в том, что замораживание молекулы субстрата (или также некоторых каталитических фрагментов активного центра) идет за счет свободной энергии сорбции E-R. Чтобы показать это, учтем, что образование фермент-субстратного комплекса можно представить в виде модели (см. 6 гл. I), в которой на первом этапе происходит остановка поступательного движения субстрата с одновременным замораживанием вращательных и некоторых других степеней свободы. Лишь после этого в собственном акте сорбции может реализоваться выигрыш свободной энергии гидрофобного и других видов взаимодействий (если они существуют), которую обозначим АО .внут р- Таким образом получим [c.56]

Рис. 16. Диаграмма изменений стандартной свободной энергии реакции (2.1) (1-й путь) и (2.2) (2-й путь) с учетом эффекта сближения и ориентации реагентов (ср. с рис. 12)

Иллюстрацией такого рода механизмам могут служить реакции, катализируемые карбоксипептидазой А. Сближение и ориентация молекулы субстрата по отношению к каталитически активным группам [c.60]

Возможность промежуточного образования ангидрида XXV связана с обсуждавшейся в предыдущем разделе повышенной термодинамической стабильностью циклических ангидридов, в частности малеи-нового (XIX). Межмолекулярный катализ гидролиза амидов карбоксильной группой вообще не известен не только по нуклеофильному, но и по какому-либо другому механизму, что создает трудность выбора межмолекулярной реакции сравнения. Кирби [35] выбрал в качестве такой реакции сравнения гидролиз Ы-метилакриламида (при pH 3). Поскольку и в этой реакции не удается обнаружить катализа карбоксильной группой, то сравнение ее скорости со скоростями внутримолекулярных реакций дает фактически нижнюю оценку эффекта ускорения, обусловленного протеканием реакции во внутримолекулярном режиме. Из табл. 18 видно, что уже для незамещенной малеиновой кислоты (К = величина > 2-10 , что практически исчерпывает возможности эффектов сближения и ориентации (см. уравнение 2.30)., Введение одного алкильного заместителя (R = Н, К варьировали от СНд до трет-С Н ) приводит к сравнительно небольшому ускорению. Однако при введении сразу двух заместителей (Н = = СНд) происходит столь резкое ускорение, что величина к- /к , > 5-10 выходит далеко за рамки предсказываемого на основании уравнения (2.30). Столь большой эффект, по мнению авторов [35], связан с тем, что взаимное отталкивание алкильных групп вызывает [c.88]

Итак, внутримолекулярные реакции характеризуются значительно большими скоростями, чем соответствующие межмолекулярные процессы. Наблюдаемые значения отношения к к для констант скоростей внутримолекулярной реакции Ах и межмолекулярной реакции сравнения к вплоть до 10 М могут быть объяснены сближением и взаимной ориентацией реагирующих групп (уравнение 2.30). То, что в некоторых системах удалось реализовать ускорения, значительно превосходящие теоретический предел механизма сближения и ориентации, находит объяснение в механизме напряжения (при сжатии реакционных центров, сопровождающем отталкивание боковых химически инертных групп). [c.94]

Эффекты сближения и ориентации [c.61]

СКОЛЬКИХ реагентов внутри одного и того же комплекса позволяет легко оптимизировать действие эффектов сближения и ориентации. [c.149]

Очевидно, что сближение и ориентация играют очень важную роль в катализе. Случайные столкновения между молеку- [c.336]

Процесс, проходящий на границе раздела двух фаз (твердой и жидкой), можно разделить на две стадии период сближения и ориентации полярных групп и период их контакта и взаимодействия. В первой стадии поверхность пластмассы, имеющая отличные от жидкости плотность зарядов и полярность, притягивает противоположно заряженные частицы они движутся сквозь жидкость к поверхности и ориентируются (рис. 7). Кроме того, они вызывают ориентацию Полярных групп в поверхностных слоях. Так возникает наведенная полярность поверхности. [c.22]

Сближение и ориентация. Фермент способен связывать молекулу субстрата таким образом, что атакуемая фермен- [c.248]

Сближение и ориентация субстрата по отношению к каталитической группе [c.248]

Рис. 9-13. Схематическое изображение процессов сближения и ориентации при взаимодействии молекулы субстрата 8 с каталитической группой в активном центре фермента Е.

ЭФФЕКТЫ СБЛИЖЕНИЯ И ОРИЕНТАЦИИ [c.101]

ОТ наблюдаемых на много порядков. Лишь приняв в расчет сближение и ориентацию субстратов не только по отношению друг к другу, но и по отношению к каталитическим группировкам фермента, Кошланд получил достаточно высокие значения ожидаемой скорости реакции. [c.102]

Эффекты сближения и ориентация (I) и механизм индуцированного соответствия (Я) (по И. В. Березину, К. Мартинеку, 1977) [c.421]

Взаимодействию фермента с субстратом предшествует сближение и ориентация субстрата по отношению к активному центру фермента. Затем образуются фермент-субстратные комплексы, реальное существование которых может быть зафиксировано различными способами. Наиболее наглядным и эффективным является метод рентгеноструктурного анализа. В качестве примера можно привести идентификацию фермент-субстратного комплекса карбоксипептидазы А и ее субстрата глицил-ь-тирозина. Метод дает возможность не только установить сам факт образования комплекса, но и определить типы связей. Более простым, но достаточно эффективным методом является спектральный анализ фермента и соответствующего фермент-субстратного комплекса. Таким образом, бьши, в частности, идентифицированы фермент-суб-стратные комплексы для ряда флавиновых ферментов. В последние годы широкое распространение получило применение синтетических субстратов, благодаря которым можно моделировать ряд стадий ферментативного процесса, в том числе и связанных с образованием фермент-субстратного комплекса. [c.69]

Сходные величины эффектов сближения и ориентации получены [3354] теоретически на основе статистической термодинамики. Отношения констант скоростей внутри- и межмолекулярной реакций даются уравнением [c.352]

Оценка свободной энергии сближения и ориентации. Для оценки величины Aij+сближ, используют несколько подходов. [c.51]

Некоторые примеры рассмотрены нами в гл. П1, где показано, что в зависимости от степени сближения и ориентации реагирующих групп X и Y в соединении X—R—Y отношение kilk2 принимает значения до 10 М. Аналогичные эффекты ускорения следует ожидать (и они должны быть) также и в механизме ферментативного катализа (при внутримолекулярном превращении фермент-субстратного комплекса XE-RY). [c.52]

Как следует из определения модели, свободную энергию активации бимолекулярной реакции AGfi условно можно разбить на два слагаемых, что и предполагает уравнение (2.26). Первое слагаемое ДО- сближ, отвечает процессу сближения и ориентации реагирующих [c.53]

Из (2.32) видно, чем более термодинамически выгодным (чем более отрицательным) будет значение свободной энергии внутримолекулярного взаимодействия E-R, тем большего эффекта сближения и ориентации (АОсближ., >0) может достичь последующее внутримолекуляр- [c.57]

К сожалению, трактовка таких результатов в рамках механизма сближения и ориентации не однозначна, поскольку объяснение можно дать и с цомощью других теорий (см. следующий параграф). [c.59]

Неблагоприятных энтропийных затрат, свойственных межмолеку-лярным взаимодействиям высокого кинетического порядка, можно избежать (хотя бы частично), если реакционные компоненты включить уже в исходном состоянии реакции в состав одной молекулы (за счет эффектов сближения и ориентации см. 3 этой главы). В качестве примера рассмотрим внутримолекулярный общеосновной катализ гидролиза сложноэфирной [c.64]

ТОЧНЫМ образованием ангидрида [5]. Скорость нуклеофильной реакции должна быть еще меньше наблюдаемой скорости гидролиза. Следовательно, отношение kjk может дать в этом случае лишь нижний предел ускорения. По оценке Брюса [27], это отношение достигает 5-10 М для моноэфира 5,6-эндоксо-А -тетрагидрофталевой кислоты (последнее соединение в табл. 16), что находится уже на пределе возможностей механизма сближения и ориентации [см. гл. И, уравнение (2.30)]. Рассмотрение активационных параметров реакции (3.2) показывает, что увеличение скорости гидролиза соединений, приведенных в табл. 16, связано с увеличением именно энтропии активации [261. Это также согласуется с выводом об определяющей роли эффектов сближения и ориентации в наблюдаемом ускорении. [c.83]

ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ КАТАЛИЗ, обусловлен действием ферментов. Играет исключительно важную роль в обмене в-в в живых организмах. Характеризуется чрезвычайно высокой активностью и специфичностью (селективностью), гл. причины к-рых 1) сорбция субстрата на ферменте и образование активного комплекса (комплекса Михаэлиса) в результате гидрофобных, полярных и ионных взаимодействий. В этом комплексе происходит сближение и ориентация реагирующих групп фермента и субстрата. В результате р-ция м. б. ускорена в 10 и более раз 2) полифункцион. характер хим. взаимод. между ферментом и сорбиров. субстратом, при к-ром молекула субстрата подвергается атаке сразу неск. каталитич. группами активного центра фермента. Полифункцион. катализ может привести к ускорению р-ции в 10 и более раз 3) отличие характеристик среды [c.617]

При одновременной координации радикала и мономера на молекуле КО могут происходить сближение и ориентация реакционных центров мономера и радикала, способствующие быстрому присоединению. Тогда вероятность присоединения фактически перестает зависеть от истинной реакционной способности радикала и мономера. Таким образом, механизм реакции роста цепи при радикальной гомо- и сополимеризации в подобных системах в какой-то мере становится прйнципиаль-но аналогичным типичным механизмом координационно-ионной полимеризации. Отмеченная выще повышенная прочность комплекса модификатора с концевым звеном растущего радикала и возникающая вследствие этого возможность миграции КО с сохранением комплекса на концевом звене растущей цепи еще больше усиливают эту аналогию. Анализ молекулярных моделей показывает, что структура комплекса, способствующая координации мономера и конца растущей цепи, может действительно реализоваться при гомо- и сополимеризации акриловых и метакриловых эфиров. [c.92]

Если исходить из предположения, что в ферментативном превращении двух субстратов участвуют три соседние каталитические группы молекулы фермента, то на основании одних только эффектов сближения и ориентации удается объяснить увеличение скорости в 10 9 раз при переходе от некаталитическон реакции, к каталитической. [c.142]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология