Комплексообразование фермента с субстратом

Влияние комплексообразования на характер каталитического действия отмечалось нами неоднократно. Во всех гетерогенных каталитических реакциях процесс начинается с адсорбции субстрата (или субстратов) на поверхности катализатора. В ферментативных процессах реакция обычно начинается с образования фермент-субстратного комплекса. Во многих из этих реакций энергия комплекса, образованного между катализатором и субстратом, ниже энергии исходных компонентов. Этот факт трудно согласовать с ускорением реакции, в которой свободная энергия активации должна понижаться. Однако все становится на свои места, если при комплексообразовании свободная энергия переходного состояния понижается еще сильнее, чем энергия основного состояния. В этом случае действительно идет катализ. Необходимое понижение свободной энергии возможно либо в результате изменения маршрута реакции при комплексообразовании, либо в результате понижения энергии переходного состояния без изменения маршрута реакции, как в простых каталитических реакциях. [c.297]

Бимолекулярное взаимодействие фермента с субстратом. Для решения задачи о кинетической роли комплексообразования в ферментативном катализе целесообразно записать реакции (2.1) и (2.2) в виде следующей схемы [c.38]

Используемая для краун-эфиров сокращенная номенклатура довольно проста первое число означает общее число атомов в кольце, а второе — общее число гетероатомов. Легко усмотреть аналогию между такими комплексами, имеющими полость для связывания лиганда Ь, и активным центром фермента, специфически узнающим свой субстрат. Размер макроцикла может меняться и тем самым обеспечивать связывание лигандов разных размеров. Циклические полиэфиры типа краун сравнительно легко можно получить и подвергнуть разнообразным структурным модификациям. Эту область химии Крам предложил назвать химией до-норно-акцепторного комплексообразования [134—136]. Напомним также о гипотезе замка и ключа , предложенной Фишером в 1894 г. для описания структурного соответствия между ферментом и его субстратом в ферментсубстратном комплексе. Помимо ферментативного катализа и ингибирования комплексообразование играет первостепенную роль в таких биологических процессах, как репликация, хранение и передача генетической информации, иммунный ответ и транспорт ионов. В настоящее время накоплено уже достаточно сведений о структуре таких комплексов, чтобы подтолкнуть химиков-органиков к созданию высокоструктурированных молекулярных комплексов и к изучению специфического химизма процессов комплексообразования. [c.266]

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]

Можно было бы предположить, что между комплексообразующими свойствами иона металла и его эффективностью в ферментативных процессах должна существовать корреляция. Однако, как правило, очень слабые комплексообразователи, такие, как Mg + и Мп +, входят в состав самых активных ферментов (главным образом ферментов с непостоянным содержанием металла), а такие характерные комплексообразователи, как Си и РЙ оказывают обычно ингибирующее действие. Очевидно, закономерности комплексообразования с сравнительно простыми неорганическими и органическими лигандами нельзя механически переносить на такие сложные системы, какими являются ферменты и субстраты биологического происхождения. Наличие мно- [c.258]

Влияние среды на гидрофобное взаимодействие активного центра химотрипсина с субстратами и ингибиторами. Исследование эффектов среды — это классический подход к изучению природы комплексообразования. В-приложении к химотрипсину результаты таких исследований подтвердили гидрофобный характер фермент-субстратных взаимодействий. [c.143]

Химическая релаксация при комплексообразовании фермента с лигандом. Рассмотрим принципы релаксационной кинетики на примере простейшей реакции комплексообразования активного центра фермента с каким-либо лигандом А (субстратом, ингибитором, эффектором) [c.206]

Взаимодействие пептидов и белков с их окружением (гормон — рецептор, фермент — субстрат) приводит к конформационным изменениям участвующих молекул, которые можно проследить спектроскопически так же, как конформационные изменения, вызванные влиянием растворителей, комплексообразованием с ионами металлов или биологическими рецепторами. [c.385]

Во многих случаях поглощение хромофоров фермента, субстрата или их обоих меняется в процессе комплексообразования. Следовательно, спектральный анализ (имеется в виду изучение Ае как функции концентрации субстрата или фермента) можно использовать для определения констант диссоциации. Это действительно очень полезный метод, применимый к исследованию связывания с белком любых веществ (например, небольших молекул или ионов металлов) во всех случаях, когда наблюдаются изменения в спектре. [c.404]

Значение металлов в процессах жизнедеятельности организмов очень велико. По-видимому, главная причина этого—их важная роль в действии очень большого количества ферментов, которые называют металлоферментами. Ионы металлов образуют различных типов комплексные соединения как с ферментами, так и с субстратами. Способность к комплексообразованию зависит от различных факторов, но главным образом от заряда иона, его радиуса, наличия вакантных орбит в электронной оболочке. Один и тот же ион металла может образовать комплексы различной прочности (стабильности), давая соединения с разными ионами или молекулами, которые содержат атомы с неразделенными парами электронов, например атомами азота, серы или кислорода. Значительную роль в биохимических превращениях играют некоторые циклические, клешневидные внутрикомплексные соединения, называемые хелатными. [c.69]

Изучение переходного состояния имеет важнейшее значение не только для органической химии. Все биохимические процессы фермент — субстратного взаимодействия также протекают через активированный комплекс. Специфичность биохимических процессов обусловлена не тем, что субстрат и фермент строго соответствуют друг другу как ключ и замок, такое соответствие приводило бы лишь к комплексообразованию с минимумом энергии для системы. Как показал Кошланд, подобное соответствие является индуцированным, оно возникает в момент взаимодействия фермента и субстрата и сопровождается деформациями молекул. Так, гидролиз гликозидной связи лизоцимом сопровождается изменением конформации пиранозы в полу-кресло только такая конформация соответствует стереохимии реакционного центра фермента. [c.164]

Однако чаще всего константы скорости образования комплексов субстратов или различных эффекторов с активными центрами ферментов несколько ниже диффузионного предела ( 10 —10 М -с- ) см. гл. VII. Это может быть связано с тем, что лиганд при комплексообразовании с активным центром встречает стерические затруднения со стороны рядом расположенных полипептидных цепей белка. С таким [c.29]

Константы скоростей комплексообразования субстратов (или их аналогов) с различными ферментами [см. схему (6.9)] [c.271]

Таким образом, бимолекулярные стадии ферментативных реакций, для которых величины констант скоростей лежат в диапазоне 10 — 10 М -с , должны быть отнесены к реакциям, контролируемым диффузией реагентов в растворе. Как видно из табл. 34, в большинстве случаев константы скорости образования фермент-субстратных комплексов (к ) ниже этого предела. Это связано, как правило, со стерическими затруднениями, которые накладывает структура активного центра на скорость процесса комплексообразования (см. 7 гл. I). На это указывает, в частности, высокая чувствительность этой константы скорости к структуре органического лиганда. Например, введение в аспарагиновую кислоту а-метильной группы почтив 10 раз уменьшает константу скорости комплексообразования этого субстрата с активным центром аспартатаминотрансферазы (см. табл. 34). [c.271]

Подтверждением того, что комплексообразование калия с ферментами и субстратами играет важную роль в транспорте ионов, является образование комплексов этих катионов с антибиотиком валиномицином. Уже давно известно, что антибиотики, подобные валиномицину, вызывают транспорт ионов калия в митохондрии. Валиномицин образует прочный комплекс с ионами калия, в то время как ион натрия связывается этим антибиотиком в очень незначительной степени. Вследствие этого валиномицин можно рассматривать как биологическую модель переносчика ионов калия через плазматические мембраны в клетку. [c.239]

В ферментативной брутто-реакции различают стадии комплексообразования субстрата 5 с ферментом Е и последующее за этим собственно каталитическое превращение субстрата в конечные продукты. На первой из этих стадий обеспечивается надлежащее связывание субстрата с ферментом, подготавливающее условия для действия фермента в качестве полифункционального катализатора в одной синхронной или нескольких последовательных каталитических стадиях. Это отражается упрощенной схемой [c.429]

В основе теоретических рассуждений Хироми в работах [6—10] лежит постулат, что активный центр деполимераз состоит из нескольких сайтов, каждый из которых в фермент-субстратном комплексе взаимодействует с мономерным звеном полимерного субстрата (например, в случае деградации амилозы под действием амилаз — с глюкозпыми звеньями). Сродство сайта i к мономерному звену можно охарактеризовать микроскопической константой Ai, представляющей собой соответствующую константу ассоциации. Переходя от микроскопических констант к макроскопическим , примерами последних являются экспериментально определяемая константа ассоциации субстрата в целом с активным центром фермента К и стандартная свободная энергия комплексообразования субстрата с ферментом AG°, связанные следующим соотношением [c.40]

Гормон-рецепторные взаимодействия по сравнению с фермент-субстратными энергетически значительно сильнее. В среднем комплексообразование гормона с рецептором характеризуется изменением свободной энергии на 14 ккал/моль, в то время как образование комплексов активного центра фермента с субстратом протекает с изменением свободной энергии, меньшим чем 6 ккал/моль. Таким образом, разделенные гормон и рецептор обладают заметным запасом свободной энергии. Можно думать, что эта энергия — движущая сила достаточно глубоких изменений в системе, вызванных образованием комплекса гормона со специфическим рецептором. [c.209]

Связь явления внутреннего комплексообразования (образование хелатов) с катализом рассматривали Кальвин и Мартелл [44, 45]. Смит [46, 47] на основании изучения пептидазы пришел к выводу, что ионы металла (часто ионы Мп + или Mg2 ) служат для того, чтобы связать субстрат через аминогруппы с ферментом. [c.320]

Образование водородной связи фермент — субстрат (пунктир) стабилизирует переходное состояние нуклеофильной атаки, что приводит к ускорению реакции (табл. 7). Соединения I, III и IV (не содержащие а-ациламидного фрагмента) лишь слабо отличаются по относительной реакционной способности их на активном центре фермента (см. примечание к табл. 7). В то же время наличие донора водородной связи в молекуле субстрата (а-ациламидный фрагмент) приводит к ускорению реакции на один (соединения П1 hV) или на два (соединения и II) десятичных порядка. Интересно отметить, что в случае субстратов VI и VII с жесткой (циклической) структурой наблюдаемое ускорение (110 раз) значительно превосходит эффект (16 раз), свойственный соединениям III и V с незакрепленной структурой. Можно полагать, что в последнем случае образование водородной связи фермент — субстрат накладывает более существенные энтропийные ограничения на подвижность (внутренние вращательные степени свободны) субстратной молекулы. Это и должно уменьшить (как уже было сказано) суммарный вклад комплексообразование E-R в ускорение реакции. [c.47]

Используя полное уравнение, можно определить Ка и Къ при низких концентрациях субстрата, в то время как при высоких его концентрациях можно определить К п и К ъ- Знание этих констант диссоциации позволяет проникнуть в природу групп в комплексе и свободном ферменте на основании этих данных можно определить, какие группы подвергаются влиянию комплексообразования, и поэтому получить некоторые сведения о группах, являющихся активными при образовании комплекса с субстратом. Лэйд-лер [62[ составил таблицу данных, показывающих влияние на величину К комплексообразования, протекающего по тем местам молекулы, которые подвергаются ионизации, и, кроме того, связывающих эти эффекты с изменениями скорости и константы Михаэлиса при изменении pH. Там, где такие сведения оказываются непол ными, иногда для вычисления Ка или Къ можно воспользоваться методом, предложенным Диксоном (381. Сведения о группах, участвующих в комплексообразовании, были получены для взаимного превращения ионов фумаровой и малеиновой кислот в присутствии фумаразы [63J, для гидролиза сахарозы в присутствии сахаразы [64[, для гидролиза ацетилхолина при наличии холинэстеразы и ацетилхолинэстеразы [65[ и для окисления 2-амино-4-оксиптеридина в присутствии ксантиноксидазы [38]. [c.135]

Назовите основные методы релаксационной кинетики. 2. Напишите уравнения релаксационной кинетики комплексообразования фермента с субстратом для случая одного промежуточного соединения, нескольких промежуточных соединений. 3. Какие экспериментальные методы релаксационной кинетики вы знаете 4. Что такое спектр времени релаксации 5. Как время релаксации связано с кинетическими константами скоростей элементарных стадий 6. Каковы кинетические схемы катализа аспартатаминотрансферазой и рибонуклеазой [c.185]

Гексокиназа, подобно большинству ферментов, катализирующих перенос фосфатных групп, проявляет абсолютную потребность в двухвалентном катионе, в роли которого добычно выступает ион Mg +. Хотя Истинным субстратом гексокиназы считается комплекс АТР с Mg +, точный механизм комплексообразования металла с полифосфатом на поверхности фермента не известен. По-видимому, металл связывается и с группами фермента, и с группами субстрата. [c.125]

Приведенные доводы тем не менее не могут до конца объяснить наблюдаемой обратной зависимости между комплексообразующей способностью иона металла и его активностью в составе фермента. Интересное объяснение этой зависимости дал Айчхорн [64, 78], который считает, что присоединение иона металла к белковой молекуле вызывает не только ее активирование, но связано также с понижением свободной энергии системы. Количество донорных групп в биологических лигандах, к которым может присоединиться металл, очень велико. Обычно ион металла занимает в первую очередь те места в полидентат-ной молекуле лиганда, которые обусловливают каталитическую реакцию. Избыточные ионы М участвуют в комплексообразовании с другими донорными атомами белковой молекулы или субстрата, не имеющими отношения к каталитическому процессу, что приводит к его ингибированию. Поэтому зависимость ферментативной активности системы от концентрации М обычно проходит через максимум. Чем выше способность М к комплексообразованию, тем при более низких его концентрациях будет проявляться ингибирующее действие. В присутствии таких сильных комплексообразователей, как Си 2+ и Р(12+, ингибирующий эффект превалирует над каталитическим уже при очень низкой концентрации этих ионов, и дальнейшее повышение концентрации сопровождается только еще большим ингибированием реакции. В случае же слабых комплексообразователей необходим большой избыток М даже для координации с самыми активными центрами белка и суб- [c.259]

Химическая релаксация при комплексообразовании фермента с субстратом или эффектором (172). Кинетика комплексообразования с одним промежуточным соединением (174). Релаксационная кинетика многостадийной фермент-субстратной реакции (177). Экспериментальные методы исследования релаксационной кинетики (178). Аспартатаминотрансфераза, рибонуклеаза (181). [c.710]

Каталитич. св-ва ферментов усиливаются путем их комплексообразования с кофакторами или регуляторными белками на пов-сти клеточных мембран. К ним отиосят фактор VIII-кофактор фактора 1Х , фактор V-кофактор фактора X ,, тканевый фактор (ТФ)-кофактор фактора VII , протеин S и тромбомодулин-кофактор протеина СИ . Регуляторные белки обеспечивают оптимальную локализацию ферментов вблизи соответствующих субстратов, благодаря чему скорость активации проферментов увеличивается в десятки тысяч раз и более. [c.129]

Рассмотрим простую односубстратную реакцию (рис. 12.3). В отсутствие фермента (левая часть рис. 12.3) концентрацию субстрата в основном состоянии отражает высота столбца So, а концентрацию частиц в переходном состоянии S , находящихся в равновесии с S, отражает высота столбца So= . Скорость реакции пропорциональна концентрации Sq. В каталитическом процессе субстрат может находиться в связанной форме (в основном состоянии) в виде частиц E-S, где Е — либо фермент, либо спасобный к комплексообразованию катализатор. Концентрация E-S зависит от величины константы связывания Kes. Если эта константа достаточно велика, то достаточно высокой будет и равновесная концентрация E-S, а концентрация свободного субстрата (S) заметно понизится. Следовательно, ключе- [c.301]

Обращает на себя внимание необычно высокая положительная величина А5 для миозина (аденозинтрифосфатазы). Такое изменение энтропии, согласно результатам исследования Лейдлера, Оллета и Моралеса [1], объясняется по крайней мере двумя причинами а) нейтрализацией положительного и отрицательного зарядов при взаимодействии фермента с субстратом, сопровождающейся дегидратацией ионов б) существенными конформационными изменениями третичной структуры фермента при комплексообразовании. Исследование влияния температуры на скорость отдельных стадий ферментативной реакции базируется на теории переходного состояния. Согласно этой теории, взаимодействующие молекулы при их сближении образуют переходное состояние (переходный или активированный комплекс), причем между исходным и переходным состоянием устанавливается динамическое равновесие. Вместе с тем, переходный комплекс претерпевает непрерывное превращение с образованием продуктов реакции. С этой точки зрения простейшую ферментативную реакцию Е + З ЕЗ- Е + Р следует рассматривать как многостадийную [c.131]

В табл. 12.5 приведены значения параметров Акат и К, полученные графически, как показано на рис. 12.10. Константы связывания лежат в интервале от 10 до 10 М и мало отличаются от констант связывания, характеризующих некоторые ферменты. В средней колонке табл. 12.5 константы скорости нормированы на константы скорости некаталитического маршрута. В таком виде они показьшают величины максимального ускорения реакций в присутствии циклоамилозы. Ускорения сильно различаются в зависимости от природы субстрата так, например, в случае л-грег-бутилфенилацетата эффект составляет только 20%, а в случае м-трет-буттфенилапетата — 260 раз. Зтот пример лишний раз показывает специфичность катализа циклоамилозами по отношению к жега-замещенным субстратам, которая пролстекает из характера комплексообразования. [c.323]

Крам и др. [168 - 170] получили оптически активные краун-эфиры, в которых различные функциональные группы вводятся в положение 3 1,1 "-би-нафтильного фрагмента, и достигли стереоспецифического связывания молекулы "гостя" благодаря совместному влиянию нового связывающего фрагмента молекулы и хиральной полости. Такое оптически избирательное комплексообразование, по мнению авторов, является моделью взаимодействия субстрата с ферментом и, очевидно, вызовет дальнейшие исследования в этой новой области. [c.83]

С 1946 г. в нашей лаборатории [19, 20, 21, 22] проводились исследования каталитической активности различных комплексных соединений меди, железа, кобальта, никеля, цинка, свинца и других металлов по отношению к реакциям разложения перекиси водорода, окислению полифенолов, бензальдегида, фенилендиамина, аскорбиновой кислоты, сероводорода и некоторых других субстратов. Особенно детально изучались соединения меди, так как каталазная функция иона меди может быть активирована посредством комплексообразования с аммиаком и аминами почти в миллион раз. Соответствующие комплексы могут поэтому рассматриваться как медные модели фермента каталазы. Варьируя природу лигандов, мы можем оценить, в какой мере существенны для уровня активности такие факторы, как образование хелатов, замещение в координационной сфере атомрв азота на другие атомы, величина pH, стабильность комплекса и т. п. Для большинства исследованных комплексов порядок реакции по перекиси водорода был близок к первому, т. е. картина в целом очень по.ходила на то, что наблюдалось у аммиаката. [c.148]

Подобный механизм образования фермент-металл-субстрат-ного комплекса подтверждается результатами недавно опубликованных работ Каби и сотрудников 1496—499], а также других исследователей [500—502]. В этих работах определялись константы равновесия комплекса субстрат-металл-фермент для некоторых трансфос-форилаз. На основании полученных данных предположили, что число связей между металл-субстратным комплексом и ферментом, по-видимому, равно двум. В образовании таких координационных связей могут участвовать функциональные группы различных аминокислот на поверхности фермента. В частности, такими группами могут быть SH-группа и имидазольное кольцо гистидина [502—505]. Строение подобных группировок может оказывать очень большое влияние на специфичность и скорость каталитических реакций. Так, например, в исследованиях Коти и сотрудников [506] по механизму комплексообразования было показано, что в процессе образования металл-хелатных соединений конфигурации электронных оболочек ионов металлов могут меняться вследствие внедрения электронных пар от лиганда. Показано также, что в зависимости от строения электронных оболочек изменяются и каталитические свойства ионов металлов. [c.596]

Неконкурентные игибиторы также склонны к комплексообразованию с ферментом, однако происходит это не в самом активном центре, а где-то в непосредственной его близости. Это не мешает связыванию субстрата. В то же время строение активного центра оказывается настолько нарушенным, что каталитическая активность либо резко понижается, либо теряется совсем. [c.431]

Обычно в кристаллографии белков для расчетов по разностному методу Фурье используются коэффициенты ю( Ез — / Е )ехр( гаЕ) . Поскольку вклад, соответствующий структуре нативного фермента, вычитается, то суммирование рядов Фурье позволяет получить изображение различий между структурами Е и Е5. Если некоторые атомы белка смещаются в результате комплексообразования, то на их месте появляются участки с отрицательной электронной плотностью. На предварительных разностных картах комплекса с глицилтирозином при разрешении 2,8 А хорошо наблюдалось расположение атомов тирозильной группы. Однако глицильный остаток субстрата, который на рис. 15.6 и 15.8 находится над атомом цинка, особенно его карбонильная группа, был виден плохо. Причиной этого могло быть то, что при связывании субстрата электронная плотность небелкового происхождения вблизи атома цинка замещалась на эквивалентную ей. Были рассмотрены две возможные ориентации глицильной части субстрата. Более вероятная из них предполагает образование связи между атомом металла и кислородом карбонильной группы [2]. [c.518]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология