Общие представления о ферментативном катализе

Таковы в основном современные представления об общих механизмах ферментативного катализа. Для дальнейшего изложения необходимо сделать существенное замечание. Строго говоря, до сих пор здесь не использовали количественный анализ механизмов катализа, для чего необходимо, очевидно, построение конкретных физических моделей этого процесса. Ясно, что понимание механизмов требует детального изучения электронных взаимодействий в активном центре между функциональными группами. Эти взаимодействия осуществляются в целом на гораздо более коротких расстояниях по сравнению с невалентными атом-атомными взаимодействиями, определяющими характер внутримолекулярной динамики белковой глобулы фермента. [c.427]

Для того чтобы отнести все явления — ферментативные, гетерогенно-каталитические и гомогенно-каталитические — к одной общей категории явлений, потребовалось известное время после того, как были сделаны первые выдающиеся открытия в этой области, было потрачено немало труда для изучения новых явлений и выяснения степени их распространенности. Первыми учеными, объединившими понятия об этих явлениях и создавшими цельное представление о катализе, были Берцелиус и Митчерлих. [c.26]

Мы ограничили рассмотрение областью гомогенных реакций в растворах. Однако это не означает, что разработанные здесь методики нельзя применить к другим областям, которые в книге опущены, в частности к цепным реакциям. Настоящая книга должна послужить руководством для исследователей, занимающихся установлением схем и механизмов органических, неорганических, а также биохимических реакций. В последнем случае описание реакций простых типов можно непосредственно применить к металлокомплексному катализу, включая кинетику ферментативных процессов. Это, например, может помочь биохимику понять основы кинетической теории биохимических реакций. Поскольку книга предназначена для химиков разных специальностей, при ее написании предпочтение отдавалось наиболее общим представлениям, а подробные примеры не включались. Надо надеяться, что читатель сможет понять свою специфическую кинетическую проблему и решить ее, прочитав данную книгу. Для этого не требуется никаких особых знаний химической кинетики или расчетных методов сверх курса высшей школы. Поистине удивительно, как применение нескольких простых математических выкладок помогает интерпретировать имеющие физический смысл кинетические данные. [c.9]

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]

Возникновение кинетики ферментативных реакпий, которое, кстати, произошло задолго до того, как какой-либо из чистых ферментов стал доступен химическому изучению, окончательно прояснило то обстоятельство, что процесс ферментативного катализа зависит от соединения фермента с субстратом. В основе этих представлений лежала общая идея, что соединение с ферментом вызывает известного рода активацию молекулы субстрата. [c.177]

Этот механизм гидролиза пептидов использует некоторые общие представления о природе высокой эффективности ферментативного катализа. Так, в результате формирования циклической структуры с участием Туг-248, воздействия металла на субстрат и образования солевой связи между остатком Arg-145 и СОО -груп-пой субстрата может возникнуть напряжение [59—62]. Геометрия лигандов у цинка в фермент-субстратном комплексе такова, что переходное состояние энергетически выгоднее исходного. В этом отношении интерес представляет смещение атома цинка в комплексах с Phe-Gly-Phe-Gly [65] и Gly-Tyr. Кроме того, локализация заряда на атоме металла [22] может влиять независимо от геометрического напряжения [132], поскольку она дает фермент-субстратный комплекс с относительно высоким содержанием энергии. [c.547]

Ферменты относятся к весьма своеобразным катализаторам — они обладают многими свойствами, вообще не встречающимися у катализаторов других типов. На первом этапе развития энзимологии это привело к возникновению гипотез, объясняющих необычные свойства ферментов особыми свойствами белковых молекул, только им присущими и не встречающимися у других веществ. Сейчас этот путь в значительной мере оставлен. Все, что известно к настоящему времени о природе и механизме ферментативного катализа, вполне укладывается в рамки общих представлений физической химии и теории органических реакций. Действительно, необычна только структура активных центров ферментов, не реализуемая в растворах низкомолекулярных веществ — отдельных компонентов активных центров. Свойства этой структуры, управляемой хорошо известными и давно установленными законами, и объясняют те качественные изменения, которые наблюдаются при переходе от обычных катализаторов к ферментным системам. [c.3]

Подавляющее большинство важнейших биологических процессов протекает с участием ферментов, химические свойства которых рассматривают в курсах по биохимии. Ферменты играют ключевую роль в клеточном метаболизме, определяя не только пути превращения веществ, но и скорости образования продуктов реакций. Физические аспекты и механизмы ферментативного катализа подробно рассмотрены в гл. XIV, здесь же будут описаны кинетические свойства ферментативных реакций, которые определяют характер динамического поведения метаболических процессов. Характер ферментативных процессов допускает феноменологическое описание их кинетики с помощью систем дифференциальных уравнений, переменными в которых выступают концентрации взаимодействующих веществ субстратов, продуктов, ферментов. При этом достаточно использовать общие биохимические представления о последовательности событий в ферментативной реакции, не вдаваясь в физические детали механизмов, т. е. учитывать, что необходимым этапом ферментативного катализа является образование фермент-субстратного комплекса (комплекс Михаэлиса), а также использовать представления о регулировании ферментативных процессов ингибиторами и активаторами. [c.61]

В действительности проблему синтеза АТФ в Н+-АТФ-синтетазе следует рассматривать исходя из общих представлений о роли электронно-конформационных взаимодействий в механизмах ферментативного катализа (гл. XIV). [c.221]

Итак, с появлением рентгеноструктурного анализа ферментов не произошел переход от умозрительных представлений о ферментативном катализе к строгому количественному описанию этого явления. Не изменилась также направленность биокаталитических исследований, по-прежнему следующих от функции к структуре, что неслучайно, поскольку результатом рентгеноструктурного исследования может быть лишь знание морфологии биосистем атомно-молекулярного уровня, которое само по себе не является конечной целью изучения ферментов. Морфология объекта — это всегда нечто предварительное и совершенно необходимое для последующего изучения структурной и структурно-функциональной организации биосистем. Выяснение с помощью рентгеноструктурного анализа пространственного строения многих сотен молекул ферментов не решило проблему биокатализа, но сделало реальным разработку подхода к изучению ферментативного катализа в направлении от структуры к функции и априорному количественному описанию механизма каталитической реакции. Благодаря развитию кристаллографии белков проблема создания общей теории биокатализа и соответствующих методов расчета впервые обрела форму подлинно научной проблемы, решаемой на уровне современных естественнонаучных знаний. [c.107]

Общие представления о ферментативном катализе [c.24]

В общем виде ход ферментативного катализа представлен ниже, где Е8 - комплекс между ферментом и субстратом в переходном состоянии, ЕР [c.39]

Вопрос о том, каким образом эти белки функционируют как катализаторы, является одним из центральных в биохимии он в то же время один из самых старых. Вероятно, впервые он был сформулирован в 1800 г., когда Академия Первой французской республики предложила премию (1 кг золота) за удовлетворительный ответ на вопрос В чем состоит различие между ферментами и веществами, которые они сбраживают Премия осталась непри-сужденной, но те, кто поставил этот вопрос, с удовольствием присудили бы ее столетие спустя Эмилю Фишеру, который, однако, полагал, что его представления носят самый общий характер. В дальнейшем явления, происходящие в ходе ферментативного катализа, и их обусловленность структурой белка-фермента были весьма детально изучены. Этот увлекательный аспект науки, который во многих отношениях можно считать сердцем биохимии, рассмотрен в части второй. [c.14]

НАД-зависимые дегидрогеназы представляют собой довольно обширный класс ферментов, важной особенностью строения которых является наличие четвертичной структуры. Нативная молекула НАД-зависимых дегидрогеназ состоит из нескольких (от двух до восьми) идентичных субъединиц, причем каждая из них формирует свой собственный активный центр. При исследовании таких ферментов.возникает естественный вопрос — зачем же нужна олигомерная структура, если активный центр образуется без ее участия Одна из функций четвертичной структуры — стабилизация белковой глобулы за счет образования общего гидрофобного яд ра — была известна достаточно давно и не вызывала сомнений (например [1]). В отношении же роли ассоциации субъединиц в катализе и регуляции ферментативной активности долгое время сохранялись весьма неопределенные представления. С одной стороны, в каждой субъединице олигомера дегидрогеназ были все предпосылки для осуществления каталитического акта, а с другой — при проведении опытов в растворе накапливалось все большее количество данных об отсутствии активности у мономерных форм и о необходимости их ассоциации для появления активной молекулы фермента [2, 3]. Эти данные, а также факт существования кооперативных взаимодействий между субъединицами (что характерно для большинства дегидрогеназ) позволили ряду исследователей предложить следующую концепцию катализ возможен только при объединении нескольких субъединиц, поскольку для полного протекания реакции в активном центре одной субъединицы необходимы определенные изменения в сопряженном с ним активном центре другой субъединицы. Например, в случае глицеральдегид-З-фосфатдегидрогеназы (КФ 1.2.1.12) фосфоролиз ацилфермента с образованием продукта реакции (а возможно, и отщепление НАДН) в активном центре одной субъединицы происходит только при связывании субстрата в соседней субъединице [c.80]

В пособии последовательно излагаются отдельные теоретические воззрения мультиплетная теория А. А. Баландина, теория Н. И. Кобозева, химическая теория активной поверхности С. 3. Рогинского. Рассматривается влияние электронных факторов в процессе адсорбции и при катализе на металлах и полупроводниках. Излагаются вопросы об удельной активности катализаторов по Г. К. Борескому. Сопоставлена роль коллективных локальных взаимодействий в катализе. На основе координационных представлений освещены общие закономерности гетерогенного, гомогенного и ферментативного катализов. Первое издание вышло в 1968 г. в КазССР (изд-во Наука ), [c.336]

Для многих из нас, свидетелей первых шагов молекулярио биологии, белковая инженерия символизирует ту вершину сотрудничества, к которому стремились молекулярные генетики, специалисты в области химии белка и кристаллографы. Схема на рис. 1 дает общее представление о путях сотрудничества между химиком и специалистом в области генной инженерии, а схема на рис. 2 отражает направления, на которых химик работает в союзе с кристаллографом. Совместно такой коллектив может взяться за расшифровку закономерностей свертывания полипептидной цепи или механизма ферментативного катализа, в результате чего в один прекрасный день станет возможным теоретически транслировать структуру гена в первичную, а затем в третичную структуру белка и даже предсказать ката-литические свойства конечного продукта. [c.10]

Примерно в то время, когда были достигнуты первые успехи в понимании природы -ферментативного катализа, к сходным результатам пришел Лэнгмюр [102, 1031, изучая адсорбцию газов твердыми телами. Подход Ленгмюра был значительно более общим, однако случай, который он назвал простая адсорбция , очень близок к схеме связывания, предложенной Анри, с одной стороны, и Михаэлисом и Ментен — с другой. Лэнгмюр пришел к убеждению о существовании сходства между твердыми поверхностями и ферментами, хотя, по его представлениям, активной яБляется вся поверхность фермента, а не какие-то отдельные области или активные центры. Хитчкок [76 ] обратил внимание на сходство уравнений, описывающих связывание лигандов твердыми поверхностями и белками. Развитие этих представлений получило логическое завершение в работе Лайнуивера и Бэрка 1106], распространивших идеи Хитчкока на область катализа. [c.36]

Мы попытались отразить опыт 15-летнего (с середины 50-х 110 конец 60-х гг.) проникновения методов теории графов в две достаточно близкие области — ферментативную кинетику и кинетику гетерогенного катализа. С точки зрения чпсто утилитарной представляется, что нужно отдать предпочтение алгоритмам, опробованным в ферментативной кинетике [9, 10]. Для линейных механизмов эти алгоритмы, непосредственно связанные с алгоритмами теории графов, куда более эффективны при получении стационарных кинетических уравнений, чем алгоритмы, основанные на теории стационарных реакций. Эта эффективность еще более увеличивается при использовании методов машинной аналитики, позволяющих производить на ЭВМ сложные аналитические вычисления. Что же касается нелинейных механизмов, то оба описанных выше подхода являются неэффективными, поскольку ни от одного из них нельзя ждать ни получения стационарного кинетического уравнения в явном виде (здесь это в общем случае невозможно), ни специального компактного представления, удобного для анализа. На иследовании нелинейных механизмов мы остановимся ниже. [c.82]

Могло бы показаться, что постановка такой задачи слишком контрастирует с тем положением, которое господствовало в энзимологии еще несколько лет тому назад, когда, несмотря на обширные качественные сведения о специфичности действия многих сотен ферментов, мы не имели — как отмечает Уильям Дженкс — ни в одном конкретном случае сколь-либо детального или количественного представления о движущих силах катализа [2]. Однако с тех пор благодаря усилиям ряда научных школ произошли существенные сдвиги. Важный вклад в решение поставленной проблемы внесли прежде всего кинетикотермодинамические исследования. Значимость кинетикотермодинамических исследований стала особенно ощутимой, когда рентгеновский анализ кристаллических ферментов от-крьш возможность трактовать их результаты на молекулярном уровне. В итоге уже сейчас в теории биологического катализа начала складываться уверенность в том, что ферментативные реакции при всей их сложности протекают в полном соответствии с общими закономерностями химических превращений [1]. [c.208]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология