Катализ имидазольной группой

Если при нейтральных или близких к нейтральным значениях pH имеет место бифункциональный катализ, т. е. взаимодействие между незаряженными имидазольными группами, то для описания взаимодействий между полимерным катализатором и субстратом можно предложить три механизма. [c.297]

Ко второй группе металлопротеинов относится ряд ферментов ферменты, содержащие связанные с молекулой белка ионы металлов, определяющих их функщгю,— металлоферменты (в процессе очистки металлы остаются связанными с ферментами) ферменты, активируемые ионами металлов, менее прочно связаны с металлами, но для проявления своей активности нуждаются в добавлении в реакционную среду определенного металла. Предполагают, что механизмы участия металла в акте катализа в обоих случаях, вероятнее всего, сходны ионы металла участвуют в образовании тройного комплекса активный центр фермента—металл—субстрат (Е—М—8), или М—Е—8, или Е—8—М. Есть доказательства, что в активном центре многих ферментов в связывании металла участвует имидазольная группа гистидина. [c.95]

Кислород ЭТОЙ гидроксильной группы соединяется ковалентной сложно-эфирной связью с углеродом ацильной группы субстрата, что приводит к образованию промежуточного фермент-субстратного комплекса (рис. 6 разд. 9.15). Гидроксильная группа серина легко теряет свой атом водород а, так как он сильно притягивается водородной связью к электроотрицательному атому азота в имидазольной К-груп-пе №8-57. Одновременно происходит разрыв пептидной связи, в результате чего образуется первый продукт реакции. После его выхода из активного центра ацильная группа субстрата остается ковалентно связанной с остатком серина 195 в молекуле фермента это производное называется ацилферментом (рис. 7). Его сложно-эфирная связь очень неустойчива по сравнению с пептидной связью субстрата и гидролизуется с образованием второго продукта, представляющего собой карбоксильную часть субстрата. При этом протон вновь присоединяется к серину (рис. 8 и 9) и образуется комплекс фермент-продукт (рис. 10). Второй продукт уходит затем из активного центра, и каталитический цикл завершается (рис. 1). Ацилфермент представляет собой ключевой промежуточный комплекс в этом варианте ковалентного катализа. Имидазольная группа гистидина 57 участвует в перемещении протона по механизму общего кислотно-основного катализа. [c.254]

При изучении механизма действия рибонуклеазы показано, что кислотно-основной характер катализа обеспечивают две имидазольные группы [c.215]

Нерешен также и вопрос о ковалентном катализе. В ряде ферментативных реакций образуются промежуточные соединения с ковалентной связью между ферментом и субстратом [29, 48, 49]. В качестве примера можно указать на протеазы, где в ходе ферментативной реакции образуется ацилфермент (см. гл. IV). Трудно сказать, почему реакция не протекает прямо, а идет через образование промежуточного соединения с ферментом (или коферментом). В этом отношении Дженкс [29] указал, что именно здесь могут быть заложены важные химические закономерности ферментативного катализа, которые в настоящее время почти или вообще не поняты . Не исключено, однако, что причина простая, а именно, что в ковалентно-связанном промежуточном соединении легче, чем в сорбционном фермент-субстратном комплексе, реализуются различного рода механизмы напряжения, которые позволяют использовать свободную энергию сорбции химически инертных субстратных фрагментов на ферменте на понижение активационного барьера скоростьлимитирующей химической стадии (см. 4 этой главы). Возможно, наличие промежуточных соединений в ферментативных механизмах отражает лишь сложную картину участия в реакции большого числа функциональных групп, многие из которых вообще склонны образовывать ме-тастабильные продукты (как, например, имидазольная группа [29]). Иными словами, образование промежуточных соединений хотя и сопровождает ферментативный катализ, но, возможно, не имеет прямого отношения к наблюдаемым ускорениям. [c.66]

НУКЛЕОФИЛЬНЫЙ КАТАЛИЗ ИМИДАЗОЛЬНОЙ ГРУППОЙ В Р-ГАЛАКТОЗИДАЗЕ [c.172]

Значение 10 характерно для величины многих ферментов (см. рис. 109). Кроме того, укажем, что оптимальное значение рКа 7, необходимое для эффективного катализа, соответствует р/Са имидазольной группы остатка гистидина (который входит, как известно, в активный центр многих ф ерментов) [34, 44]. На этом основании Эйген и Хам-мес полагают, что максимальная скорость ферментативного катализа ограничена скоростью элементарной стадии переноса протона (в кислотно-основных механизмах катализа) [37]. [c.273]

Цвиттерион (191) может не находиться в равновесии с мочевиной (190) при всех pH, поэтому можно наблюдать общий кислотный катализ [протонирование аниона (189)] и общий основной катализ [отщепление протона от (192)]. Цвиттерион (191) быстра превращается (к = 3-10 с при 25°С), давая изоцианат, так что медленный гидролиз мочевин в значительной степени приписывают низкой равновесной концентрации цвиттериона (Кт = = 10- ) в растворе. Мочевина (193) легко гидролизуется в нейтральном растворе и относительно неактивна в кислоте и в основании. Благодаря большей основности имидазольной группы в (193), концентрация цвиттериона (194) выше, чем в случае (191), что объясняет высокую реакционную способность (193) [126]. Однако и (194) быстро расщепляется, поэтому стадией, определяющей скорость превращения (193) в продукты, в диапазоне [c.571]

Однако существуют веские свидетельства в пользу того, что для проявления каталитической активности необходима имидазольная группа остатка гистидина в активном центре фермента. Зависимость от pH максимальных скоростей как стадии ацилирования, так и деацилирования показывает, что активность фермента пропорциональна доле основной формы группы с рК 7, что лежит в области рК, ожидаемой для имидазольной группы. Одно это не может служить строгим доказательством, что имидазольная группа включается в активный центр это значение рК может отражать 1) ионизацию некоторой другой ионогенной группы, величина рК которой искажена белком 2) имидазольную группу, протонизация которой вызывает образование каталитически неактивной конформации фермента 3) изменение скорость определяющей стадии, а не ионизацию какой-либо группы. Более строгое свидетельство, что имидазольная группа участвует в катализе, следует из факта, что фермент необратимо инактивируется при алкилировании имидазольной группы аналогом субстрата хлоркетоном VIH. [c.177]

Указанные свойства качественно очень близки соответствующим свойствам сериновых протеиназ, и механизмы катализа этими ферментами также очень близки. Данные рентгеноструктурного анализа показывают, что Н5-группа в активном центре папаина контактирует с имидазольной группой остатка гистидина на противоположной стороне впадины (гистидин-159), связанного водородной связью через удаленный кольцевой атом азота с амидной группой аспарагина-175. Так как амидная группа в мягких условиях не может действовать в качестве общего основания, близость в строении активных центров химотрипсина и папаина не дает все же возможности предложить и для последнего полную систему переноса заряда, однако принятый механизм [71], кратко суммированный на схеме (37), все же мало отличается от приведенного выше меха низма действия химотрипсина см. схемы (28) —(34) . [c.499]

Тому условию, что центр катализа В1 должен находиться в трех состояниях В1Н, В1Н и Вь из аминокислотных заместителей удовлетворяет только имидазольная группа гистидина, поскольку отщепляющие протон группы СООН, 5Н, ЫНз, ОН существуют в двух, а не в трех формах. В этом случае имидазольный остаток, выполняющий [c.233]

В случае 2-(4-имидазолил)фенилацетата первоначально также предполагался нуклеофильный катализ [35], однако анализ параметров активации (процесс характеризуется большой потерей энтропии), а главное большой изотопный эффект растворителя, который должен был быть равным 1, если бы внутримолекулярная атака происходила на скоростьопределяющей стадии процесса, привели к заключению, что осуществляется лишь общеосновной катализ имидазольной группы [36] [c.78]

Эта молекула похолш на нормальный субстрат фермента при связывании на активном центре—в течение короткого времени хлоркетон VIII функционирует как конкурентный ингибитор фермента, а другие конкурентные ингибиторы защищают фермент от необратимой инактивации этим соединением,— однако затем происходит медленная, но специфическая реакция с имидазольной группой [79]. Поскольку нет свидетельств, что эта имидазольная группа действует как нуклеофильный катализатор, чаще всего полагают, что она выступает в качестве общеосновного катализатора, облегчая перенос протона. Известно, что имидазол действует таким образом при катализе ферментативного гидролиза эфиров [10, 80, 81]. Существует два рода свидетельств, подтверл<дающих такую роль имидазола в ферментативных реакциях. [c.177]

В реакциях гидролиза этиловых, метиловых и л-нитрофенило-вых эфиров карбоновых и аминокислот лимитирующей является стадия деацилирования, так что при насыщении субстратом практически весь фермент находится в ацилферментной форме. Уравнение стационарной скорости в этом случае отражает процесс гидролиза ацилфермента (см. уравнение (4.40)). Скорость процесса деацилирования зависит от pH. Эта зависимость отражает участие в механизме катализа имидазольной группы гистидина-57, входящего в активный центр фермента [c.87]

Как указывалось в предыдущем разделе, близкое геометрическое расположение триады А5р-Н1з-5ег в активном центре сериновых протеаз называлось системой с переносом зарядов. Эти группы находятся в гидрофобном окружении во внутренней области фермента, и атаке гидроксильной группой серииа способствует отщепление протона по механизму общеосновного катализа имидазольным кольцом остатка гистидина. Это приводит к [c.226]

Зависимость скоростей реакций, катализируемых химотрипсином, от pH обнаруживает оптимум при pH 8. [42]. Механизм зависимости химотрипсино-. вого катализа от pH заключается в следующем [6—9, 13, 43, 44]. Эффективные константы скоростей химических стадий ферментативной реакции 2 и сохраняют постоянное значение при щелочных и нейтральных значениях pH, но при дальнейшем понижении pH они уменьшаются. Сигмоидальный характер этих зависимостей указывает на участие в катализе ионогенной группы фермента с рЛГа7. Многие годы полагали, что этой группой является имидазольный фрагмент His-57, однако позднее она была идентифицирована как карбоксил Asp-102 [45]. Ее протонизация разрушает водородные связи в составном нуклеофиле (рис. 32), что приводит к потере ферментом каталитической способности. [c.132]

Реакция идет без катализаторов, однако в условиях нормального протекания жизненных процессов требуется ее ускорение. Последнее достигается в результате катализа ее цинксодержащим ферментом,— карбоангидразой. Этот фермент встречается в трех формах, имеет молекулярную массу 30 000 в состав его входят 260 аминокислотных остатков. В макромолекуле металлофермен-та имеется довольно глубокая полость, внутренняя поверхность которой покрыта гидрофобными группами аминокислотных остатков. В глубине полости находится необходимый для осуществления реакции (а) ион цинка, связанный с тремя остатками гистидина через имидазольные группы. Четвертое координационное место занято, по-видимому, молекулой воды или гидроксидионом. [c.571]

Катализ имидааольной группой. Хорошо известен межмолекулярный катализ имидазолом и его производными [5, 6]. Также подробно исследованы внутримолекулярные реакции имидазольной группы [6, 29]. Рассмотрение этих реакций удобно начать с систем >1, напоминающей уже знакомый нам гидролиз аспирина (3.3). Фельтон и Брюс [43, 44] исследовали гидролиз соединения XXX, который идет в 4 раза быстрее, чем реакция (3.3) [c.92]

Д р/Са (Ар/Са — разность р/Са уходящего фенола и р/Са имидазольной группы). Эта зависимость показана на рис. 23. Отрицательное отклонение для ХЫУ можно объяснить особенностями катализа N-мeтилиpo-ванным имидазолом [60]. Для соединения ХЬ1, ХЬП1 а и б, [c.103]

Данные по катализу имидазолом могли бы быть более интересными, чем для диметиламиногруппы, однако кинетические осложнения [26] затрудняют прямое сравнение. Известно, однако, чю имидазольная группа обладает больн7ей реакционной способностью в отношении карбонила сложноэфирной группы Г26, [c.465]

Исследованы также каталитические свойства поли-а-аминокислот, полученных тепловой полимеризацией мономеров [88] . Как правило, реакционная способность боковых групп аминокислотных остатков в этих полимерах (например, имидазольной группы гистидина, участвующей в нукл(1ос[)ильном катализе гидролиза п-нитрофениловых эфиров) не превышает реакционную способность свободных аминокислот. [c.109]

Поставим в начале частные вопросы. Как имидазольная группа взаимодействует с амидной группой Может ли карбоксильная группа катализировать перенос фосфата Постепенно стало ясно, что определенные группы хорошо соответствуют определенным реакциям. Например, в реакциях ацеталей всегда требуется кислый катализ, и среди пяти групп, которыми располагают ферменты, только карбоксильная группа представляется достаточно сильной кислотой. С другой стороны, гидролиз амидов — реакция, катализируемая большим числом ферментов, — может катализироваться четырьмя из этих пяти групп. Эти заключения были сделаны как на основании данных по идентификации каталитических групп соответствуюш,их ферментов, так и на основании изучения модельных систем. Основные механизмы, с другой стороны, были первоначально идентифицированы исключительно в простых системах, и в связи с этим следует начать с описания развития этого подхода. [c.459]

При переходе от низкомолекулярных катализаторов к полимеррым вероятность полифункционального катализа повышается не только благодаря близкому расположению каталитически активных групп в первичной структуре макромолекул, но и вследствие того, что эти группы могут сближаться при сворачивании макромолекулы. Так, константа скорости гидролиза и-НФА в присутствии поли-4(5)-винилимидазола при pH 8,2 в 1,4 раза, а при pH 9,0 в 2,5 раза больше, чем в присутствии мономерного имидазола. Общий каталитич. эффект имидазола складывается из вклада нейтральной и анионной форм и должен зависеть от pH среды. Увеличение каталитич. активности в присутствии К. п. по сравнению с мономерными катализаторами связывается с трифункциональным взаимодействием между субстратом и двумя имидазольными группами. При средних значениях pH одна из нейтральных имидазольных групп выступает в роли нуклеофила, а другая — обобщенного основахшя (схема I) или к-ты (схема II) при более высоких значениях pH в роли обобщенного основания выступает имидазольная группа в анионной форме (схема III) [c.480]

Из сказанного следует, что ферменты, действующие в кислой среде (например, кислые про-теазы), в качестве общих кислотно-основных катализаторов должны использовать функциональные группы со значениями рК,2, лежащими в кислотной области. Действительно, было установлено, что в таких ферментах катализ осуществляется за счет карбоксильных и имидазольных групп, значения рКа которых несколько ниже, чем обычно наблюдаемые. [c.140]

N-Зaмeщeнныe имидазольные группы не могут участвовать в полифункциональном катализе. Сравнение активационных параметров сольволиза и-НФА в присутствии поли-Н-метилвинилимидазола и N-мeтилими-дазола показывает, что механизмы реакций в обоих случаях одинаковы. Так. обр., наиболее вероятный механизм действия К. п., содержащих имидазольные группы,— полифункциональный катализ (при выполнении общего второго порядка реакции по концентрации катализатора). [c.480]

При бимолекулярных реакциях аниона хлоральгидрата с эфирами в случае этилацетата и этилгиппурата [159] заметной реакции не наблюдается, в то время как в рассмотренной выше реакции гидролиза эфиров алифатических спиртов катализ гидратированной карбонильной группой отчетливо выражен. Этот результат аналогичен данным, полученным при изучении катализа карбоксильной, имидазольной группой и т. д., и свидетельствует о том, что близость функциональных групп может заметно снижать энергетический барьер процесса замешения сильного основания слабым. [c.187]

Участие в катализе двух имидазольных групп нельзя однозначно исключить только на основании линейного характера завпсимости константы скорости ацилирования от концентрации ионов водооода. При наличии сильного взаимодействия между имидазольиыми группами спи могут протонироваться как единое целое. Если, однако, принять во внимание, что в свободном химотрипсине методами ЯЛ1Р и температурного скачка обнаружена раздельная протонизация имидазольных групп, то их обтцее участие в катализе можно считать маловероятным. — Прим. ред. [c.279]

В результате исследования 1370—3731 строения активного центра рибонуклеазы (РНК-азы) поджелудочной железы быка было показано, что в состав активного центра этого фермента входят две имидазольные группы, одна из которых протонирована, а другая находится в виде основания. Авторы предположили следующую схему строения и механизма действия активного центра РНК-азы [374, 375]. На рис. 26, А (стр. 578) показано строение фермент-суб-стратного комплекса. Одно имидазольное кольцо (I) участвует в образовании водородной связи с молекулой воды или с оксигруп-пой замещенного спирта (общеосновной катализ). Другое имидазольное кольцо (И), находящееся в протонированном состоянии, образует водородную связь с эфирным кислородом. Участок (П1) соответствует области дополнительных связей между ферментом и молекулой нуклеофильного реагента. Специфичной является область (IV), где происходит взаимодействие между ферментом и пиримидиновым кольцом, по-видимому, с участием атома азота [376]. Таким образом, в переходном состоянии (см. рис. 26, Б), по-существу, имеет место пуш-пульный механизм, когда нуклеофильная атака на атом фосфюра кислородом активированной оксигруппы нуклеофильного реагента сопряжена с образованием водородной связи между кислородом отходящей группировки и кислотной группой фермента. На рис. 26, В показан комплекс фермент продукты. Если подходящим нуклеофильным реагентом является оксигруппа рибозы полинуклеотидной цепи РНК, то в результате реакции происходит удлинение цепи на одно звено (см. рис. 26 Г,). [c.577]

Диксон разработал метод, который позволяет на основе данных по ферментативной кинетике идентифицировать функциональные группы, входящие в активный центр фермента. Если связывание субстрата или сам катализ сопровождаются диссоциацией функциональных групп белка или субстрата, то, используя кривые, характеризующие зависимость величин lg Утах, — gKм и lgvo от pH, можно приблизительно определить природу этих функциональных групп К В благоприятных случаях на графиках будут наблюдаться резкие перепады при значениях pH, соответствующих значениям рКа функциональных групп, непосредственно участвующих в ферментативном акте. Как известно, многие ферменты содержат каталитически важные сульфгидрильные и имидазольные группы, и приходится лишь сожалеть, что теплоты ионизации этих двух групп почти одинаковы. Если бы это было не так, то, используя метод Диксона, а также уравнение (4.51), можно было бы не только обнаруживать, но и различать эти два вездесущих нуклеофила. [c.248]

Что касается связи пиридоксального остатка с апоферментом, то она осуществляется за счет фосфатной группы (для катализа она не нужна), водородной связи с азотом пиридинового кольца, гидрофобной связи метильной группы и электростатической связи ионизированного фенольного гидроксила. Ковалентная связь с апоферментом появляется периодически на стадии образования внутреннего шиффова основания. Переход в активном центре при pH 6,3 сопоставляется [25[ с ионизацией фенольного гидроксила. Путем избирательного воздействия на отдельные белковые группы молекулы фермента показано [30, 32, 33[, что в его активном центре расположены одна или две имидазольные группы [25], блокирование которых приводит к инактивации фермента. Резкое снижение активности наблюдается и при блокировании одной сульфгидрильной группы. Эти группы, вероятно, и принимают участие в кислотно-основных превращениях промежуточных шиффовых оснований, хотя в наиболее распространенных механизмах реакции трансаминирования [25] обсуждается лишь действие аминогруппы лизина на нескольких стадиях катализа. Это недостаточно оправдано хотя бы потому, что при pH, соответствующем реакции трансаминирования, аминогруппа является хорошим акцептором, но плохим донором протона, что немедленно затормозит реакцию на стадии депротонирования ЫНз-группы. Кроме того, по стерическим причинам мало вероятно, чтобы одна и та же аминогруппа могла служить эффективным акцептором протона к С -атому пиридоксаля — и фактическим акцептором протона от а-углеродного атома аминокислоты. Поэтому в дальнейшем приводится механизм реакции трансаминирования, следуя работе Полторака [2[, в которой рассматриваются каталитические функции всех кислотно-основных групп активного центра аспартаттрансаминазы. [c.226]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология