Ферменты модели

Реакции сопряженного гидрирования играют исключительно важную роль в биохимических процессах (окислительно-восстановительные, или редокс-процессы). Катализированные металлами группы Р1 реакции перераспределения водорода в органических молекулах являются моделями биохимических процессов, в которых катализаторами служат ферменты. Н. Д. Зелинский в одной из статей писал В живой природе имеется широкое поле течения и развития каталитических процессов. В клетках живого вещества рассеяны ускорители (катализаторы) с характерной специфичностью их действия. Особенно большую роль играют восстановительно-окислительные реакции в присутствии катализаторов, вырабатываемых живым веществом, каковыми и являются ферменты и энзимы. Гармоническое сочетание совокупности действия таких катализаторов представляет одно из главных условий жизни животного и растительного организма [10]. [c.447]

В заключение отметим чтобы модель фермента была действующей, она должна отвечать ряду критериев, характерных для ферментативного катализа, в том числе обладать субстратной специфичностью, т. е, селективно связывать субстрат. Каталитическая реакция, моделирующая ферментативный процесс, должна также подчиняться кинетике Михаэлиса — Ментен (явление насыщения субстратом) при этом должна увеличиваться скорость реакции и осуществляться би- и/или полифункциональный катализ [348], [c.265]

Рис. VII. . Модель взаимодействия молекул субстратов с помощью фермента.

Ранее уже указывалось, что ферменты — это белки, выполняющие роль катализаторов в биологических реакциях. Необходимость таких катализаторов станет очевидной, если вспомнить, что температура тела равна 37°С, а многие органические реакции протекают только при более высоких температурах. Интересно было бы понять, каким образом ферменты осуществляют свои каталитические функции. Установление точного механизма действия ферментов составляет фундаментальную проблему биоорганической химии. Большая часть превращений происходит на поверхности белкового катализатора на участке, обозначаемом как активный центр, где химические превращения следуют основным закономерностям органической и физической химии. При этом одновременно действуют несколько факторов, которые следует ограничить и исследовать отдельно с помощью специальных моделей. Однако, чтобы оценить каталитическое превращение реагента (субстрата) в продукт реакции, необходимо общее представление о таком явлении, как катализ. Субстратом обычно называют химическое вещество, превращение которого катализирует фермент. [c.189]

На рис. 5.1 приведены некоторые доступные синтетические акцепторные соединения. Можно ли использовать такие органические краун-эфиры в качестве аналогов ферментов для разделения энантиомеров (или рацемических смесей) Крам и др. сообщили, что хиральные комплексы краун-эфиров действительно обладают этим удивительным свойством селективно связывать один из антиподов аминокислотных производных [134—136]. При создании акцепторных молекул неоценимую помощь оказывают молекулярные модели Кори — Полинга — Колтуна [137, 138]. Пространственные модели дают возможность находить акцепторные структуры, способные связывать в качестве доноров определенные аминокислоты. Например, главное при создании акцептора — это вопрос влияния взаимного расположения центров связывания на их связывающую снособность. Другая проблема заключается во введении заместителей в такие положения, которые направлены к функциональным или связывающим центрам до-норных соединений [137]. [c.267]

Реальность такого реактора была показана на примере получения аланина из молочной кислоты. Смещение равновесия в нужную сторону в таком реакторе, содержащем лактатдегидрогеназу, достигается использованием высокой концентрации субстрата и быстрой утилизацией пировиноградной кислоты вторым ферментом. Стоит отметить, что подобная система служит также моделью возможного применения в лечебных целях, в которой ферменты и коферменты, иммобилизованные вместе, могут функционировать как самостоятельная единица для коррекции метаболического дисбаланса. [c.260]

Данный простой пример приводит к интересным предположениям относительно механизмов ферментативных реакций. Происходит ли конформационное изменение субстратного тетраэдрического интермедиата пли остатка активного центра фермента Очевидно, для решения этой проблемы необходимы биоорганические модели. Такие модели, которые еще только будут созданы, дадут возможность определить механизм действия протеаз исходя из тетраэдрического интермедиата с относительно фиксированной конформацией. [c.252]

Если кооперативность положительна, т. е. присоединение лиганда активирует фермент, модели прямой и косвенной кооперативности могут приводить к эквивалентным результатам. Однако, в отличие от модели МУШ, модель прямой кооперативности может описывать и отрицательную кооперативность, т. е. уменьшение сродства к лиганду по мере насыщения активных центров (КоШланд). [c.202]

Каким образом такое ограниченное число функциональных групп участвует в разнообразных ферментативных реакциях и каким механизмом можно объяснить огромную скорость ферментативных реакций Такие фундаментальные вопросы должны быть поставлены при проектировании биоорганической модели фермента [130]. [c.264]

Субстрат разделен на АЦ и КЦ Как в модели 15 Происходит инактивация каждого из ферментов Модель разработана для случаев реактора периодического действия и проточного колонного реактора [c.171]

Значительно более трудна проблема моделирования гидролитических ферментов. Модели этих ферментов были получены, с одной стороны, при помощи типичных хелатных комплексов, а с другой — при помощи некоторых аминокислот (табл. 8). Большинство теорий ферментативного [c.158]

Делаются попытки синтезировать искусственные ферменты (модели). Так, В. Лангенбек создал активную модель фермента, который разлагает пирогаллол. Окисление пирогаллола в природе катализируется ферментом, в состав которого входит медь. Ученому удалось найти соединения меди, которые действуют значительно сильнее, чем естественные катализаторы. [c.73]

При создании моделей коферментов необходимо изучить структуру соответствующих ферментов. Трехмерная структура алкогольдегидрогеназы определена с разрешением в 0,24 нм (280] она согласуется с данными ряда физических и химических [c.405]

Влияние указанных факторов можно оцепить экспериментально с иомощью модельных систем. В нескольких биохимических моделях удалось достигнуть увеличения скорости реакции примерно на такой же порядок, что и в аналогичных реакциях, катализируемых ферментами. [c.209]

В общем к модели фермента предъявляют два требования [c.264]

Однако модельное соединение может обладать общими свойствами, присущими более чем одному ферменту В таком случае требования, предъявляемые к созданию хорошей модели фермента, могут быть обобщены в виде следующих пяти критериев [c.264]

Ферменты — это сополимеры, состоящие из различных аминокислотных мономеров. Поэтому легко понять, почему использованию синтетических органических полимеров для воздействия на активность низкомолекулярных соединений уделяется в последнее время все большее внимание [168] эти реакции могут служить в качестве моделей для более сложных ферментативных процессов. Хотя полимерные катализаторы значительно менее эффективны, чем ферменты, обнаружено некоторое сходство между природными и синтетическими макромолекулярными системами. В частности, полимер с заряженными группами склонен концентрировать и/или отталкивать находящиеся вблизи него низкомолекулярные ионные реагенты и продукты, и, следовательно, он будет функционировать как ингибитор или ускоритель реакции, протекающей между двумя молекулами. Однако если к такому полимеру присоединить еще и каталитически активные группы, то уже сама молекула полимера, а не его противоионы, будет принимать участие в катализе 169, 170]. [c.294]

Начнем эту главу, посвященную моделированию ферментов, с описания свойств, в том числе химических, некоторых синтетических органических акцепторных молекул, обладающих способностью различать энантиомеры. В последующих главах рассматриваются еще шесть подходов к моделированию ферментов, а также приведены интересные и перспективные модели ферментов и коферментов (особенно это касается гл. 7, посвященной созданию и функционированию коферментов). [c.265]

Предполагается, что каталитическая эффективность ферментов связана с передачей заряда и протона через водородные связи в этом отнощении обращенные мицеллы являются подходящей моделью для установления влияния подобных факторов на [c.288]

Таким образом, мицеллы в настоящее время остаются очень несовершенными моделями ферментов. [c.290]

Естественно, что не все полимерные катализаторы способны в такой же степени увеличивать скорости реакций, но за последнее десятилетие работы ио моделированию ферментов существенно продвинулись вперед. В ближайшие годы следует ожидать значительного развития этой области, кульминацией которого будет получение моделей, обладающих специфичностью и скоростью, присущими ферментам. [c.300]

Каталитическую эффективность всех рассмотренных до сих пор моделей ферментов, по-видимому, можно объяснить действием трех основных факторов [c.312]

Со(1И)-триеновые системы удобны тем, что обмен и замещение воды в координационной сфере иона металла — всегда очень медленный процесс от минут до часов), т. е. кинетические параметры можно легко оценить. Медленный обмен лигандов в водном растворе позволяет использовать изотопную метку для прослеживания реакционного пути координированной молекулы воды или гидроксогруппы и, таким образом, дает возможность различить прямой нуклеофильный и общий основной механизмы гидролиза. Однако помимо указанных преимуществ у этих систем имеются и очевидные недостатки, если рассматривать соответствие их (или отсутствие такового) ферментативным процессам. Например, Со(1П)-триеновые комплексы, инициирующие реакции, находятся в сте-хиометрическом, а не каталитическом соотношении с продуктом гидролиза или гидратации, который остается прочно связанным с находящимся в комплексе металлом. По этой причине комплексы Со(П1) не столь пригодны, как могли бы быть, для моделирования ферментов. Тем не менее из-за благоприятного понижения (ДЯ" практически не меняется) при комплексообразовании с подходящими лигандами наблюдалось увеличение скорости в 10 раз. Несмотря ни на что, обсуждаемая здесь система все же неплохая модель, что обусловлено способностью металлов поляризовать прилегающие молекулы субстрата и активировать координированные нуклеофильные группы. [c.356]

Возможно включение линейных двух- и трехатомных субстратов, таких, как СО, N0, О2 или N3- Ионы металла находятся внутри макроциклического лиганда, причем каждый из них связан с несколькими донорными группами N 2, а также с расположенным в центре макроцикла субстратом (4 молекулы в случае Поскольку некоторые металлопротеины используют двухъядерные металлические центры для осуществления каталитической функции, то данная модель имитирует медные пары третьего типа в медьсодержащих ферментах. В двухъядерном Си (II)-комплексе расстояние Си—Си оценивается в 0,52 нм. Интересно, что этот комплекс обнаруживает антиферромагнетизм и является диамагнитным при комнатной температуре. [c.380]

Очевидно, система гораздо сложнее, чем ранее предполагали, так как кофермент и субстрат связаны с различными доменами в ферменте. Таким образом, в будущих моделях НАО+-зависимых ферментов эти наблюдения следует принять во внимание. [c.406]

Судя по всему, при анализе или интерпретации поведения субстрата в терминах алмазно-кристаллической решетки следует обращаться к жестким молекулярным моделям. Есть надежда, что применение таких моделей для изучения реакций, протекающих в присутствии других ферментов и коферментов, привлечет еще большее внимание химиков к использованию ферментов на трудных стадиях слол ного органического синтеза. [c.411]

Недавно в группе Шенвэ путем сочетания принципов донорно-акцепторного комплексообразования и селективной функционализации создана интересная модель фермента десатуразы. Был синтезирован краун-эфир, имеющий боковые цепи с бензофеноновым остатком. Исходным соединением служила оптически активная форма винной кислоты. [c.324]

Для многих ферментов модель Моно и др. оказывается слишком упрощенной, и для анализа равновесного связывания необходимо применять более общий подход (гл. 4). Следует, однако, иметь в виду, что наряду с /(-системами существуют У-системы, в которых аллостернче-ский эффектор вызывает изменение максимальной скорости [см. схему (6-47)], а иногда и обоих кинетических параметров одновременно (максимальной скорости и сродства к субстрату). [c.38]

Субстрат разделен на АЦ и КЦ. Во время гидролиза КЦ трансформируется в АЦ Конкур, ингибирование целлобиозой и глюкозой Учтена инактивация ферментов Модель учитывает также рост культуры и биосинтез ферментов [c.169]

Субстрат разделен на АЦ и КЦ Целлобиоза конкур. ингибирует целлобиозообра-зующие ферменты, глюкоза — глюкозообразу-ющие ферменты Происходит обратимая инактивация адсорбированных ферментов Модель разработана для случаев реактора периодического действия и проточного колонного реактора [c.171]

В книге описаны свойства важнейших биологических катализаторов-ферментов и механизмы их действия. Каталитические процессы в живой клетке рассмотрены на молекулярном уровне, уровне клеточных структур и в системе всего организма в це ом. Рассмотрена возможность искусственного создания моделей ферментов, а также общие вопросы биологической термодинамики и эвопюции. Кроме того, изложены общие свойства биологических катализаторов в связи с законами биологической и биохимической эволюции. Классификация ферментов. Модели ферментов. Принципы развития систем катализаторов. Динамические структуры. [c.783]

Все белки являются полимерами аминокислот. Общая формула такого полимера показана в нижней части рис. 21-1, а модель отдельной аминокислоты-на рис. 21-12. Ферменты представляют собой один из классов белков, причем, видимо, наиболее важный. Ферменты имеют компактные молекулы с молекулярной массой от 10000 до нескольких миллионов и диаметром от 20 А и выше. Они выполняют роль катализаторов, регули-руюидах биохимические реакции. Другие компактные молекулы белков, например миоглобин и гемоглобин, выполняют роль переносчиков и накопителей молекулярного кислорода (см. рис. 20-25, 20-26). Цитохромы-это белки, способные к окислительно-восстановительным реакциям и играющие роль промежуточных звеньев при извлечении энергии из пищевых продуктов (см. рис. 20-23). Молекулы гамма-глобулинов с молекулярной массой порядка 160000 представляют собой так называемые антитела, защитное действие которых заключается в том, что они присоединяются к вирусам, бактериям и другим чужеродным телам в живом организме и осаждают их из жидких сред. Все перечисленные белки относятся к глобулярным белкам. [c.313]

Химики-органики развили методологию синтеза для того, чтобы лучще понимать механизмы органических реакций и создавать новые соединения. Биохимики в свою очередь изучают процессы жизнедеятельности, применяя биохимические методы исследования (очистка и определение активности ферментов, метод радиоактивных индикаторов в системах in vivo). Первые владеют методами, позволяющими получать аналоги соединений, присущих биологическим объектам, но часто затрудняются определить, какой синтез был бы полезен. Вторые способны оценить, что именно было бы полезно синтезировать в лаборатории, но не обладают нужной квалификацией для рещения этой задачи. Очевидна необходимость согласованного подхода, и химики-биоорганики часто работают в двух лабораториях в одной — синтезируя, в другой — изучая биологические объекты. В результате переплетения химических и биологических подходов была выработана качественно новая концепция построения моделей для изучения и разделения различных параметров сложного биологического процесса. Многие биологические реакции, а также действие (специфичность и эффективность) участвующих в них [c.13]

Возможно, для понимания функций ферментов наиболее подходит модель бифункционального катализа в водной среде. Одной из первых реакций, для которых было показано значительное увеличение скорости в воде, был гидролиз иминолактонов. Это исследование выполнено Каннингхемом и Шмиром [73], которые обнаружили, что фосфатный буфер но крайней мере в 200 раз эффективнее имидазольного буфера (хотя оба буфера имеют примерно одинаковое значение рА а) при каталитическом отщеплении анилина. [c.217]

В качестве моделей ферментов, как правило, используют синтетические органические молекулы, обладающие характерными особенностями ферментативных систем. Они меньше ферментов по размеру и проще по структуре. Следовательно, моделирование ферментов — это попытка воспроизвести на гораздо более простом уровне некий ключевой параметр ферментативной функции. Выявление определенного фактора, ответственного за каталитическую активность фермента в биологической системе, является трудоемкой задачей, требующей ясного представления о роли каждого компонента в катализе. Но, располагая подходящими моделями, мы можем оценить относительную важность каждого каталитического параметра в отсутствие других, не рассматриваемых в данный момент. Главное преимущество использования искусственных структур для моделирования ферментативных реакций состоит в том, что вещества можно создавать именно для изучения определенного конкретного свойства. Структура модели в дальнейшем может быть усовершенствована путем сочетания таких особенностей, которые дают наибольший вклад в катализ, и создания таких моделей, которые по своей эффективности действительно приближаются к ферментам. Таким образом, с помощью методов синтетической химии становится возможным создание миниатюрного фермента , который лишен макромоле-кулярного пептидного остова, но содержит активные химические группы, правильно ориентированные в соответствии с геометрией активного центра фермента. Этот подход называют биомимети-ческим химическим подходом к изучению биологических систем . Биомиметическая химия — это та область химии, где делается попытка имитировать такие характерные для катализируемых ферментами реакций особенности, как огромная скорость и селективность [350, 351]. Хочется надеяться, что такой подход в конце концов позволит установить связь между сложными структурами биоорганических молекул и их функциями в живом [c.263]

Аналогично и ароматические эфиры быстро гидролизуются а-циклодекстрином. В катализе участвуют, по-видимому, вторичные гидроксильные группы, но не известно, сколько и какие именно. При перемещении ацильной группы к акцепторной молекуле циклодекстрина образуется интермедиат. Эта ситуация формально аналогична механизму действия гидролитических ферментов, таких, как сериновые протеазы, и может служить в качестве модели фермента, поскольку перед началом реакции образуется комплекс с субстратом. Такое превращение молено рассматриват [c.303]

Поскольку многие ферменты имеют два иона металла в своем активном центре, здесь уместно упомянуть о получении соединений, моделирующих диметалл ические активные центры, В основе метода синтеза лежит идея перекрытого или огороженного порфирина [253]. Приведенная иа рис. 6.8 структура модели включает тетраииридииовую координационную оболочку, присоединенную жесткими связями к тетрафенилнорфирииу. Эта оболочка, способная к значительной модификации, способствует [c.378]

В заключение следует отметить, что в этой главе представлены различные модели ферментативных механизмов, в которых участвуют ионы металлов. Показано, что реакции, катализируемые ме-таллофермеитами или ферментами, активированными ионами металлов, удивительно разнообразны по типам. Естественно, что многие аспекты, такие, как необычайно высокая скорость и специфичность ферментативного катализа, пе получили полного объяснения па основании исследования модельных систем. Однако недостающее звено, возможно, как раз и удастся найти там, где структура биологических молекул отклоняется от модельных систем. Возможно, что при этом будут обнаружены наиболее химически интересные явления [258, 259]. [c.397]

В этом комплексе наблюдается повышенная скорость переноса Н к пиридиниевой соли субстрата. Это первый пример ускоренного Н-переноса (гранс-восстановления) от 1,4-дигидропириднна к ниридиннй-иону в синтетическом молекулярном макроцикли-ческом рецептор-субстратпом комплексе. Значит, такой синтетический катализатор обнаруживает некоторые характерные свойства, присущие ферментам. Он обеспечивает как акцепторный центр для связывания субстрата, так и активный центр для превращения связанного субстрата. Следовательно, он интересен и как ферментативная модель, и как представитель нового типа эффективных и селективных химических агентов [278]. [c.405]

В опубликованных недавно книгах и обзорных статьях можно найти множество примеров ингибиторов, специфичных к активному центру [312, 313, 315]. Помимо химической модификации фермента и аффинного мечения за последние десять лет разработано еще несколько новых методов. Хотя эти методы и не имеют прямого отношения к бноорганнческому моделированию ферментов, о них все же следует упомянуть, так как в приложении к биологическим системам с их помощью можно получить полезную информацию, К ним относятся введение фотоаффинной метки [316] и использование флуоресцентной спектроскопической линейки [317]. Эти разработанные недавно методы включают в основном биофизические приемы, обсуждение которых выходит за рамки данной книги, но которые важны для лучшего понимания биологических процессов. Получаемая информация может быть ценным руководством к планированию и созданию новых биоорганических моделей биологически важных макромолекул. [c.450]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология