Имидазольные группы при переносе протона

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]

В пользу этого предположения имеется следующий аргумент [133]. Известно, что скорость переноса протона от Н3О+ к имидазольной группе [обратная реакция (7-54)] контролируется диффузией, причем константа скорости реакции равна 1,5-10 ° М -с [c.156]

Константа равновесия реакции (7-54), вычисленная на основании значения р7(а для имидазола, равного 7,0, составляет 10 М. Поскольку /Сеа является также отношением общих констант скорости прямой и обратной реакций, мы видим, что для прямой реакции йг=10 -1,5Х X 10 ° = 1,5-10 с Такое невысокое значение скорости реакции объясняется тем, что в промежуточно образующемся комплексе [в уравнении (7-54) показан в скобках] протон большую часть времени находится на имидазольной группе. В течение небольших промежутков времени он оказывается на координационно связанной молекуле воды, но многократно успевает вернуться на имидазольную группу, прежде чем имидазол и ОНз разойдутся. В связи с этим неблагоприятным равновесием внутри комплекса контролируемая диффузией скорость переноса протона от протонированного имидазола к воде значительно ниже скорости переноса протона в обратном направлении. [c.156]

В ферментных системах имидазол проявляет свойства кислотно-основных катализаторов и участвует в переносе электронов, протонов, ацильных и фосфатных групп. Каталитические свойства имидазольной группы зависят от степени ионизации ее подвижного атома водорода. На активность имидазольной группы оказывают влияние смежные с ней функциональные группы. [c.209]

На основании этих данных Лей и Хореккер [145] предложили гипотетическую последовательность химических превращений, происходящих в активном центре альдолазы (рис. 7-10). Как показано на этой схеме, фермент катализирует раскрытие циклической формы фрукто-зодифосфата, причем в этой реакции, возможно, участвует фосфатная группа субстрата [147]. Реакция р-расщепления может быть инициирована — -группой. Предполагается, что имидазольная группа активного центра служит донором протона, который, как было показано, присоединяется к тому же положению (стереохимически), какое занимала связь между атомами углерода в фруктозо-1,6-дифосфате. Высказано предположение, что перенос протона имидазольной группы осуще- [c.164]

Н СОННН в данном случае ингибитор, а не субстрат . Очевидно, что в фермент-ингибиторных комплексах этого типа интермедиат не может трансформироваться ни в прямом, ни в обратном направлениях, по-видимому, вследствие слишком прочнога связывания ингибитора. Прямая реакция, распад тетраэдрического интермедиата, включает расщепление связи С—М, что может иметь место в случае протонирования атома азота, т. е. превращения последнего в удовлетворительную уходящую группу. Вероятным источником необходимого для этого протона является имидазольная группа системы переноса заряда. Подобный процесс может иметь место в том случае, если конформация тетраэдрического интермедиата изменяется по сравнению с показанной на схеме (31) (что дает важный дополнительный выигрыш, заключающийся в предотвращении обратной реакции) так, как это показано на схеме (32). [c.492]

Рис. 8.10. Модель ацетилхолинэстеразы. Фермент содержит активный центр и, возможно, многие периферические связывающие участки для различных эффектов ( 1—Р4). Активный центр состоит из аииоииой группы (—СОО ), которая реагирует с четвертичной аммонийной группой ацетилхолина, и гидроксильной группы серина, непосредственно участвующей в эстеразном действии фермента. Последнее активируется системой переноса заряда , которая в ходе катализа переносит протон через имидазольное кольцо остатка гистидина. Обозначения V — гидрофобная область Н1 — кислая группа, X—К — субстрат [11].

Методом ЯМР было показано, что в ферменте рибонуклеазе Ti имеется водородная связь между карбоксильной группой и имидазольным остатком гистидина [259, 260]. В тех же работах было сделано заключение, что в этих водородных связях протон с наибольшей вероятностью находится на карбоксильной группе. В противоположность этому при исследовании соответствующих модельных систем, например имидазолилпро-пионовой кислоты в водной среде, было обнаружено, что протон с большей вероятностью находится на атоме азота имидазоль-ного остатка. Это различие легко понять, поскольку в ферментах в воде (в противоположность модельным соединениям) вследствие пространственных препятствий доступ к карбоксильной группе, а следовательно, и перенос протона затруднен [261]. [c.306]

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]

Активный центр креатинкиназы. Активность креатинкиназы — фермента, участвуюш,его в переносе фосфатной группы от одного субстрата к другому, подавляется иодацетамидом и и-хлормеркурибензоатом. Следовательно, для активности фермента суш ественное значение имеет активированная сульфгидрильная группа цистеина. Как было показано, сульфгидрильпую группу активирует имидазольная группа гистидина, удаленная по первичной полипептидной цепи, но сближенная в макроструктуре. Под влиянием третичного (нуклеофильного) азота имидазольного кольца гистидина 8Н-груипа активного центра фермента активируется вследствие образования водородной связи между этими двумя группировками. Участие протона сульфгидрильной группы в образовании водородной связи приводит к увеличению электронной плотности вокруг атома серы, т. е. к возрастанию ее нуклеофильных свойств, что дает возможность сульфгидрильной группе участвовать в реакциях ацилирования, фосфорилирования и др. [c.215]

Начальная быстрая реакция может быть исследована струйным методом. Применив этот метод, чтобы проследить как стадию реакции, предшествующую стационарному состоянию, так и стадию, соответствующую устойчивому состоянию, удалось показать, что кинетика реакции отвечает приведенной выше схеме 393]. Для первой стадии, заключающейся в быстрой адсорбции субстрата на ферменте, константа скорости (k ), по-видимому, больше, чем 10в секг моль . Для второй стадии — ацилирования фермента и одновременного освобождения л-нитрофенола (Pi)—константа равна 3 селг. Третья стадия состоит в отщеплении ацетата (Рг)и реактивации фермента, причем константа скорости равна 0,0254 се " [393]. При использовании в качестве субстратов /г-нитрофенилацетата и 2,4-динитрофенилацетата было найдено, что константа скорости реакции 2 и Аз зависит от pH, причем h зависит от группы с кажущейся константой ионизации 6,7, а Аз зависит от группы с кажущейся константой ионизации 7,3 389] или 7,4 (377]. При pH 6,6 фермент в целом переносит от буфера на ацилирование химотрипсина /г-нитрофенил-ацетатом 0,5 протона (389]. Если бы имидазольная группа заметно ацилировалась, то при этом значении pH можно было бы ожидать отщепления протонов под действием фермента. [c.144]

Дальнейшее продвижение системы по координате реакции невозможно без отрыва протона. Однако в системе создаются все предпосылки для акцептирования протона подходящим основашем, поскольку состояние атакующей группы близко к таковому у оксоний-катиона. Интересно -отметить, что по данным рентгеноструктурного анализа комплекса трипсина и панкреатического трипсинового ингибитора [3044] расстояние мевду сериновым гидроксилом и карбонильным углеродом остатка IiysIS также больше длины ковалентной связи. Более того, расстояние мевду ОТ -атомом и К -атомом Hls57 в комплексе фермента с "пирами-дализованным" субстратом, как показывают исследования комплексов трипсина и химотрипсина с белковыми ингибиторами [3044], становится достаточно близким для образования хорошей водородной связи, что обеспечивает дальнейший перенос протона на имидазольный остаток. [c.321]

По существу каталитическая способность химотрипсина обусловлена взаимодействием этих трех остатков. Аспартат-102 образует водородную связь с гистиди-ном-57, который в свою очередь соединен водородной связью с серином-195. Эти три остатка создают систему переноса заряда. Как показано в разд. 8.9, эта система играет ключевую роль в катализе благодаря способности связывать протон (рис. 8.15). Погруженный в молекулу карбоксилат-ион аспартата-102 поляризует имидазольную группу гистидина-57, что повышает его способность осуществлять челночную передачу протона. При этом аспартат-102 и гистидин-57 расположены так, что во время нуклеофильной атаки субстрата кислородом они акцептируют протон гидроксильной группы серина-195. [c.158]

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]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология