Примеры стереоспецифичности ферментов

Стерическое направление ферментативных реакций, протекающих стереоспецифично, начиная от исходных веществ и кончая оптически чистыми хиральными продуктами, также можно объяснить с помощью аналогичных представлений, поскольку трехмерная структура комплекса фермент — субстрат задает определенное направление, по которому реагент атакует адсорбированную молекулу и, следовательно, определяет абсолютную стереохимию продукта. В качестве примера можно привести стереоспецифическое восстановление пировиноградной кислоты до и-молочной кислоты, катализируемое лактатдегидрогеназой. Процесс изображен на приведенной ниже схеме [c.342]

Число примеров ферментативного асимметрического синтеза можно было бы во много раз увеличить. Эти примеры показывают тот путь, по которому в живых организмах воспроизводится и размножается асимметрия. Сделаны и первые успешные попытки использовать стереоспецифичные катализаторы — ферменты, для воспроизведения асимметрических синтезов в лабораторных условиях для этого используются так называемые иммобилизованные (закрепленные на полимерном носителе) ферменты [161]. В то же время ферментативный асимметрический синтез не дает ответа на вопрос, как появилось на Земле первое оптически активное органическое вещество. [c.160]

Одним из ярких примеров применения биокатализа является его использование. в тонком органическом синтезе. Уникальная специфичность и стереоспецифичность действия ферментов, возможность проведения процессов в мягких условиях, протекание реакций с высокой скоростью при использовании незначительных количеств катализатора, практическое отсутствие побочных реакций — все это делает биокаталитические процессы чрезвычайно привлекательными и перспективными с технологической точки зрения. На сегодняшний день перечисленные преимущества технологических процессов с использованием ферментов особенно наглядны при создании лекарственных препаратов (антибиотики, стероиды, простагландины и т.д.), получении энантиомеров аминокислот и ряда других органических соединений, пептидов, производстве реагентов для научных исследований и меченых веществ. [c.43]

Применение ферментов в производстве аминокислот обеспечивает стереоспецифичность процессов их синтеза, что выгодно отличает биотехнологические производства от химических. Далее будут рассмотрены примеры, иллюстрирующие эти положения. [c.51]

Примеры стереоспецифичности ферментов [c.104]

Способность микроорганизмов выступать в роли химических катализаторов впервые удалось использовать в полной мере для синтеза промышленно важных стероидов. В последние тридцать лет субстратная и стереоспецифичность ферментов нашла широкое применение в производстве стероидов при осуществлении разнообразных реакций гидроксилирования, дегидроксилирова-ния, эпоксидирования, окисления, восстановления, гидрогенизации, дегидрогенизации, этерификации, гидролиза эфиров и изомеризации. Целью всеобъемлющих исследований в этой области было осуществление специфических структурных перестроек стероидов при мягких условиях. Специфичность таких реакций определяется либо выбором оп-ределеннога вида микроорганизмов, либо химической модификацией субстрата, стереохимически исключающей другие реакции. Понимание зависимости между строением молекул субстрата и характером его перестройки, осуществляемой микроорганизмами, позволило сформулировать требования для каждой конкретной реакции, например для гидроксилирования, В определении скорости и направления реакции главную роль, как выяснилось, играют положение и ориентация замещающих групп в молекулах-стероидов. История развития методов микробиологического преобразования стероидов представляет собой прекрасный пример сочетания химического подхода со специфичностью и разнообразием биологических систем. Кроме того, на этой основе может быть осуществлен синтез новых стероидов, обладающих лучшими фармакологическими свойствами. [c.161]

Во-вторых, на этом примере видны структурные основы высокой специфичности ферментов, в частности стереоспецифичности. Так, если бы С-концевая аминокислота была D-изомером, то в рассматриваемом случае в сторону каталитического центра оказался бы направленным атом Н, а не группа — NH—СО—, и каталитический процесс не смог бы произойти. [c.326]

Применение ферментов в химической технологии обычно бывает обусловлено их высокой избирательностью и стереоспецифичностью, однако, как отмечалось ранее, эти их свойства не всегда оказываются желательны. Примером такого рода могут служить случаи использования широкой субстратной специфичности фер> мента для производства аналогов основного продукта. Второе важное преимущество технологии на основе ферментов перед химическим катализом заключается в том, что при относительна мягких условиях удается достичь более высоких скоростей пре> вращений. Об использовании отдельных ферментативных реакций для получения аминокислот и антибиотиков мы уже говорили в этом разделе будет описано сегодняшнее положение дел в сфере использования ферментных препаратов в промышленности (табл. 4,3). [c.164]

Число примеров ферментативного асимметрического синтеза можно было бы во много раз увеличить. Эти примеры показывают тот путь, по которому в живых организмах сохраняется, воспроизводится и размножается оптическая активность. Ферменты—это не что иное, как вырабатываемые живыми организмами катализаторы, способные осуществлять синтезы гораздо более стереоспецифичные, чем те, которые удавалось до последнего времени проводить искусственно в лабораториях. Однако ферментативный асимметрический синтез еще не дает ответа на вопрос, как появилось первое оптически активное органическое вещество. Этому вопросу посвящен следующий раздел. [c.577]

Энгельгардт совершенно прав, говоря о возможности в принципе воспроизвести даже самые сложные биохимические процессы в бесструктурных системах. Строгая, высоко совершенная стереоспецифичность молекул белков-ферментов, связывающих в активном центре лишь молекулы своего субстрата, их способность различать например, окисленное и восстановленное состояние молекул субстратов (мы знаем это на примере НАД-дегидрогеназ) вполне может обеспечить нужную последовательность реагирования в многоэтапных процессах [471]. Для правильного, безошибочного осуществления многоступенчатых процессов превращения веществ, освобождения и усвоения энергии структура не нужна. Но смысл структуры не в этом. Структура обеспечивает большее биохимическое совершенство — в структурированных системах процессы идут быстрее, чем в бесструктурных. Структура нужна для ускорения многоэтапных превращений и их более совершенной регуляции-, она увеличивает экономичность системы, т. е. обеспечивает переработку наи- большей массы субстратов наименее материалоемкими системами катализаторов-ферментов. [c.87]

Ранее уже упоминалось о стереоселективности ферментов, проявляющейся в различных обстоятельствах, например в связи с биологическим разделением рацемических смесей (гл. 12), специфичностью мальтазы и эмульсина (разд. 17.6), структурными и стереохимическими требованиями иротеолитических ферментов (разд. 18.2). Принято считать, что ферментативный катализ осуществляется через адсорбцию субстрата на поверхности большой белковой молекулы. Стереоспецифичность фермента можно объяснить, если допустить, что фермент обладает рецепторными центрами, способными связывать или принимать только особые типы групп. Рассмотрим в качестве примера асимметрически замещенный атом углерода. Фермент, обладающий рецепторами для трех или четырех групп, может различить два энантиомера, поскольку подходящий энантиомер адсорбируется, присоединяясь всеми тремя своими группами к рецепторным центрам, тогда как второй энантиомер в лучшем случае сможет соединиться только с двумя центрами. Присоединение субстрата к центрам фермента происходит либо за счет образования ковалентных или водородных связей, либо при взаимодействии ионных или полярных групп, либо путем заполнения впадин на поверхности фермента, которые вмещают группы или особой формы, или чуть меньше определенного размера. [c.341]

Стереоспецифичность ферментов может быть также использована для установления оптической чистоты соединений, хираль-пость которых обусловлена диссимметричным замещением на дейтерий. В качестве примера рассмотрим ферментативное окисление этанола в ацетальдегид [191, в результате которого удаляется только один из энантиотопных атомов водорода метиленовой группы это означает, что хотя окисляются оба энантиомера этилового спирта-1 В, но (1 )-изомер превращается в ацетальде-гид-1 С, тогда как (i )-изoмep дает недейтерировапный ацетальдегид. Следовательно, отношение энантиомеров в этиловом снир-те-1 -в однозначно связано с изотопным составом образующегося ацетальдегида. [c.296]

Ферменты могут также работать вне живой системы. Пищевая промышленность традиционно использует ферменты в таких про-извод твах, как пивоварение и хлебопечение, и число таких приложений постоянно растет. В клинической биохимии большая доля проводимых анализов основана на использовании ферментов. Химики-синтетики также все чаще обращаются к ферментам в реакциях, где важна стереоспецифичность [2] или где сложность введения защитных групп в полифункциональные молекулы делает неудобным применение обычных методов [3]. Наконец, наиболее важным для нас является накопление знаний о химическом аппарате клетки, что поможет правильно воздействовать на живую систему в случае ее выхода из строя. Известно, что при некоторых заболеваниях возникают особые биохимические расстройства, в том числе ферментов или ферментативных систем. Число таких примеров, несомненно, будет расти, [c.449]

Недавно была описана реакция восстановления этилбензо-илформиата Ы-бензилдигидроникотинамидом, протекающая в ацетонитриле в присутствии перхлората магния в роли катализатора. За 17 ч при комнатной температуре выход этой реакции составил 86%, т, е. ее скорость значительно ниже скорости соответствующих ферментативных реакций. Тем не менее эта система заслуживает особого внимания, поскольку ион металла здесь не связан в комплекс с молекулой субстрата, как в первом примере, а находится в свободном состоянии в растворе. Аналогичные реакции восстановления с использованием оптически активных дигидроникотина МИДОВ обладают частичной стереоспецифичностью. Ион металла образует хелатный комплекс не с субстратом, а с восстановителем. Во всех этих примерах скорость реакции невелика предстоит провести еще много исследований, прежде чем удастся достичь ускорений, наблюдаемых при катализе ферментами [4]. [c.191]

В последнее время некоторые мутантные аналоги ферментов, обладающих повышенной стереоспецифичностью, активно внедряются в промышленное производство (табл. 14). В качестве заключительного примера, которым далеко не исчерпывается весь список современных достижений в этой области, можно упомянуть получение из природной О-специфической гидантоиназы с помощью мутагенеза и последующего отбора Ь-специфическо-го фермента, в настоящее время используемого для биосинтеза Ь-метионина [331 [c.446]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология