химический каталог




Катализ в химии и энзимологии

Автор В.Дженкс

ys. Chem., 70, 166 (1966).

37. Salomaa P., Aalto V., Acta Chem. Scand., 20, 2035 (1966).

38. Kresheck G. C, Schneider H., Scheraga H. A., J. Phys. Chem., 69, 3132 (1965).

39. Ben-Naim A., J. Chem. Phys., 42, 1512 (1965).

40. Swain C. G., Thornton E. R., J. Am. Chem. Soc, 84, 822 (1962); Clarke G. A., Williams T. R., Taft R. W., ibid., 84, 2292 (1962).

41. Ramette R. W., Sandford R. W., Jr., J. Am. Chem. Soc, 87, 5001 (1965).

42. Bigeleisen J., Pure Appl. Chem., 8, 217 (1964).

43. Bell R. P., Discussions Faraday Soc, 39, 16 (1966).

44. O'Ferrall R. A. M., Kouba J., J. Chem. Soc, 1967 B, 985.

45. Albery W. J., Trans. Faraday Soc, 63, 200 (1967).

46. Willi A. V., Wolfsberg M., Chem. Ind. (London), 1964, 2097.

47. Wiberg К. В., Motell E. L., Tetrahedron Letters, 19, 2009 (1963).

48. Bell R. P., Goodall D. M., Proc. Roy. Soc. (London), 294 A, 273 (1966); Longridge J. L.r Long F. A., J. Am. Chem. Soc, 89, 1292 (1967).

49. Chiltz G., Eckling R., Goldfinger P., Huybrechts G., Johnston H. S., Meyers L., Verbe-ke G., J. Chem. Phys., 38, 1053 (1963).

50. Bell R. P., Trans. Faraday Soc, 57, 961 (1961).

51. Streitwieser A., Jr., Lawler R. G., Perrin C, J. Am. Chem. Soc 87, 5383 (1965).

52. Bader R. F. W-, Can. J. Chem., 42, 1822 (1964).

53. Hawthorne M. F., Lewis E. S., J. Am. Chem. Soc, 80 4296 (1958).

54. Winstein S., Takahashi J., Tetrahedron Letters, 2, 316 (1958).

55. Collins C. J., Rainey W. T. Smith W. В., Kaye I. A., J. Am. Chem. Soc, 81, 460<

(1959) .

56. Day R. J., Reilley C. TV., J. Phys. Chem., 71, 1588 (1967).

57. Kreilick R. W., Weissman S. I., J. Am. Chem. Soc, 88, 2645 (1966).

58. Johnson S. L., Advan. Phys. Org. Chem., 5, 237 (1967).

59. Jencks W. P., Carriuolo J., J. Am. Chem. Soc, 83, 1743 (1961).

60. Fedor L. R., Bruice Т. C, J. Am. Chem. Soc, 86, 4117 (1964).

61. Kresge A. J., Pure Appl. Chem., 8, 243 (1964).

62. Kreevoy M. M., Steinwand P. J., Kayser W. V., J. Am. Chem. Soc, 88, 124 (1966).

63. Gold V., Kessick M. A., J. Chem. Soc, 1965, 6718.

64. Kresge A. J., Allred A. L., J. Am. Chem. Soc, 85, 1541 (1963); Gold V., Proc. Chem. Soc, 1963, 141; Heinzinger K., Weston R. E., Jr., J. Phys. Chem., 68, 744 (1964).

ЛИТЕРАТУРА

225

65. Salomaa P., Kankaanpera A., Lajunen M., Acta Chem. Scand., 20, 1790 (1966); Kres-ge A. J., Chiang Y., J. Chem. Soc, 1967 B, 58; Gold V., Waterman D. C. A., Chem. Commun, 1967, 40.

66. Kresge A. J., Preto R. J., J. Am. Chem. Soc, 87, 4593 (1965).

67. Haslam J. L., Eyring E. M., Epstein W. W., Jensen R. P., Jaget C. W., J. Am. Chem. Soc, 87, 4247 (1965).

68. Steffa L. J., Tornton E. R., J. Am. Chem. Soc, 89, 6149 (1967).

69. McDonough L., Dauben H. J., Jr., cited by Wiberg К. В., Motell E. L., Tetrahedron Letters, 19, 2009 (1963).

70. Grimison A., J. Phys. Chem., 67, 962 (1963).

71. Long R. W., Hilderbrand J. H., Morrell W. E., J. Am. Chem. Soc, 65, 182 (1943).

72. Singh S., Rao C. N. R., Can J. Chem., 44, 2611 (1966).

73. Strittmatter P., J. Biol. Chem., 237, 3250 (1962).

74. Glasoe P. K., Long F. A., J. Phys. Chem., 64, 188 (1960).

75. Kosicki G. W., Srere P. A., J. Biol. Chem., 236, 2566 (1961).

76. Hermans J., Scheraga H. A., Biochim. Biophys. Acta, 36, 534 (1959).

77. Cathou R. E., Hammes G. G., J. Am. Chem. Soc, 87, 4674 (1965); French Т. C, Hammes G. G., ibid., p. 4669.

78. Pocker Y., Strom D. R., Biochemistry, 7, 1202 (1968).

79. Gallagher K. J., in (Hadri D., ed.) «Hydrogen Bonding*, Pergamon Press, New York, 1959 p 45

80. Kaplan M. M., Flavin M., J. Biol. Chem., 240, 3928 (1965).

81. Jones P. M. S., Hutcheson C. G., Nature, 213, 490 (1967).

Глава 5

ЯАПРЯЖЕНИЯ, ДЕФОРМАЦИИ

И КОНФОРМАЦИОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ*

В настоящее время не вызывает сомнений, что такие факторы, как эффект сближения, ковалентный катализ, общий кислотно-основной катализ, проявляются во многих ферментативных реакциях, однако проведенные юценки ускорений, вызываемых этими факторами, показывают, что они, по-видимому, не могут полностью объяснить высокие специфические ускорения реакций, вызываемые ферментами. Это ведет к поиску других факторов, которые могли бы объяснить эффективность ферментативного катализа. Прежде чем обсуждать гипотетические механизмы катализа, которые в настоящее время не имеют химического обоснования, весьма полезно рассмотреть старую гипотезу ферментативных ускорений, которая предполагает, что в наблюдаемых специфических ускорениях играет заметную роль деформация субстрата, фермента или того и другого вместе. По-видимому, этот процесс в известной степени аналогичен тем конформационным изменениям •ферментов, которые наблюдаются в присутствии субстратов, активаторов •и ингибиторов и которые в рамках «аллостерической» гипотезы и гипотезы -«индуцированного соответствия» важны для осуществления контроля и специфичности ферментативного катализа.

Основная причина того, что гипотезе напряжений и деформаций не уделяли должного внимания, заключается в том, что трудно найти экспериментальные методы, чтобы ее подтвердить или отвергнуть. В настоящее время нет строгих экспериментальных свидетельств в пользу того, что напряжения и деформации играют важную роль в ферментативном катализе, ¦однако можно показать, что эти факторы почти определенно имеют место в катализе, осуществляемом ферментами. Существуют два наиболее важных теоретических соображения, указывающих на то, что гипотеза напряжений и деформаций заслуживает более пристального внимания; во-первых, трудно удовлетворительно объяснить природу ферментативного катализа некоторых реакций при помощи каких-либо других известных механизмов; во-вторых, известен факт, что ферментативная специфичность чаще всего проявляется в максимальных скоростях процесса, а не в связывании субстратов ферментом, как можно было ожидать. Кроме того, необходимо найти объяснение тому факту, что ферменты представляют собой большие молекулы определенной структуры, которая должна быть интактна, чтобы проявилась каталитическая активность.

А. КАТАЛИЗ РЕАКЦИЙ ЗАМЕЩЕНИЯ

Для некоторых простейших реакций очень трудно дать объяснения высоких скоростей с точки зрения механизмов катализа, обсужденных ранее. В этом отношении особые трудности представляют бимолекулярные реакции замещения, в которых общий кислотно-основной катализ или вносит небольшой вклад, или вообще невозможен. Такими реакциями являются, например, •образование тригонеллина из S-аденозилметионина [2] {схема (1)} и перенос

* Для более детального ознакомления см. [1].

НАПРЯЖЕНИЯ, ДЕФОРМАЦИИ И КОНФОРМАЦИОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ_225

метильной группы от S-аденозилметионина на тиоэфирную группу метионина с образованием нового сульфониевого иона {схема (2)} [3].

соо-

хюо-

4S+H3CNc^_

At

а)

s

I

+ s

¦сня

2\

s +

I

Ri

I

R2

(2)

Увеличение скорости за счет индуцирования напряжения является логичным механизмом, объясняющим ускорения в таких реакциях. Простейший механизм в этом случае заключается в том, что происходит внедрение нуклеофильного реагента в молекулу донора метильной группы с частичным преодолением сил отталкивания Ван-дер-Ваальса, создающих большую часть энергетического барьера реакции. Однако возможны также и другие механизмы катализа, которые могут быть определены широким термином «напряжение».

Можно показать, что для многих обратимых реакций должно иметь место индуцирование напряжения в фермент-субстратном комплексе, которое приводит к ускорению реакции, по крайней мере в одном направлении. Предположим, что в случае реакции переноса метильной группы от сульфониевого иона субстраты совершенно строго соответствуют жесткому активному центру с межъядерным расстоянием d между нуклеофилом и атомом углерода метильной группы, которое определяется суммой вандерва-альсовых радиусов реагирующих атомов (рис. 1). Продукты реакции не могут совершенно точно соответствовать тому же активному центру, что и субстраты. В продуктах реакции метильная группа придвинута ближе к нуклеофилу и межъядерное расстояние становится равным а". Комплекс фермент-продукт, таким образом, дестабилизируется за счет стерических затруднений, испытываемых метильной группой в новом положении при взаимодействии с группами фермента, на рисунке заштрихованными сеткой; это приводит к потере энергии связывания метильной группы по сравнению с ее нормальной позицией на активном центре. Следствием этой ситуации является то, что продукты могут связаться с ферментом более прочно, если они испытывают такие искажения, которые приблизят их к структуре субстратов. Это значит, что энергия связывания с ферментом будет обеспечивать движущую силу таких искажений. Таким образом, при связывании продуктов реакции будет наблюдаться тенденция к перемещению метильной группы от атома аэота к тиоэфиру, что будет облегчать реакцию в обратном направлении. И наоборот, если жесткий активный центр строго соответствует продуктам реакции, то будет наблюдаться плохое соответствие активного центра исходным веществам, и это должно обеспечивать возникновение

1 5—0500

Рис. 1. Схема, показывающая, что если активный центр фермента имеет структуру, которая обеспечивает оптимальное соответствие для субстратов (нуклеофила и сульфониевого иона), то он не будет иметь оптимального соответствия (т. е. будет наблюдаться тенденция к индуцированию напряжений и искажений) для продуктов реакции вследствие изменения длин связей, углов между связями и положения заряда.

226

ГЛАВА 5

„Искаженный субстрат

Рис. 2. Диаграмма, показывающая, что индуцирование напряжения или искажения в субстрате должно приводить к частичному перемещению вдоль координаты реакции к переходному состоянию.

искажений исходных соединений с приближением их к структуре, соответствующей продуктам реакции. Если активный центр будет иметь промежуточную структуру, то претерпевать искажения будут как исходные соединения, так и продукты реакции, и скорость реакции будет увеличиваться для обоих направлений.

Перемещение реагирующих атомов один к другому и насильное вовлечение молекул в реакцию не являются единственным путем, по которому

напряжение и деформация, понимаемые в широком смысле, могут приводить к ускорению реакции. Почти любая характеристика активного центра, которая является оптимальной для связывания продукта реакции, будет менее удовлетворительной для связывания субстрата и может, таким образом, воздействовать на связанный субстрат, приближая его структурно к продукту с соответствуюпщм увеличением скорости реакции. Так, если угол между связями Ri — S — R3 различается в исходном сульфониевом ионе и тиоэфире, связывание той или другой молекулы должно индуцировать напряжение, которое будет облегчать превращение в соединение, более соответствующее активному центру фермента. Определенным образом расположенный отрицательный заряд в гидрофобном окружении будет облегчать связывание пиридиниевого или сульфониевого иона, но в то же время это будет создавать энергетически неблагоприятное окружение для незаряженного пиридина или исходного тиоэфира, что в свою очередь облегчит перенос метильной группы на акцептор с образованием положительного заряда. Если активный центр не является жестким и необходима определенная энергия деформации для связывания продуктов реакции, то эта энергия аналогичным образом будет способствовать возвращению активного центра к его начальной структуре и облегчать протекание реакции в обратном направлении.

Эти аргументы можно обобщить следующим образом", единственная структура активного центра обычно не может обеспечить оптимальное соответствие как для субстратов, так и для продуктов реакции. Различия в структуре реагирующих веществ и продуктов реакции и сопротивление активного центра изменениям будут приводить к тому, что энергия связывания субстратов вызовет появление напряжения в продуктах реакции, и наоборот. Наиболее желательная ситуация, с точки зрения возможности ускорения реакции фермент-субстратного комплекса, возникает в том случае, если активный центр структурно имеет наибольшее сродство к переходному состоянию. Индуцирование напряжения в фермент-субстратном комплексе включает преодоление части энергетического и энтропийного барьеров реакции за счет перенесения субстрата частично вдоль координаты реакции к переходному состоянию и, таким образом, ведет к уменьшению наблюдаемой свободной энергии активации (рис. 2) *

Характерный пример индуцирования напряжения в продукте реакции,

* Сравнение энергетических барьеров катализируемой и некатализируемой реакций представляет определенные трудности, поскольку катализируемая реакция может протекать по другому механизму и подчиняться закону скорости другого порядка. Однако тот экспериментальный факт, что катализ наблюдается, означает, что свободная энергия активации в присутствии катализатора при данных условиях эксперимента меньше, чем свободная энергия активации для того же или для любого другого механизма в отсутствие катализатора.

НАПРЯЖЕНИЯ, ДЕФОРМАЦИИ И КОНФОРМАЦИОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ

227

который связывается с центром, соответствующим исходному соединению, был найден при изучении зрительного пигмента иодопсина. Фотоизомеризация 11-^ис-ретиналя (альдегида витамина А), который связан со специфическим центром на белке в иодопсине и в родственном каротеноид-протеине родопсине 15], в полностью торакс-изомер является первой стадией зрительного процесса. Если фотоизомеризацию ll-^uc-ретиналя иодопсина проводят при —195 °С, а затем систему нагревают до —100 °С, образовавшийся транс-ретиналь быстро изомеризуется в 11-^ис-форму с регенерацией нативного иодопсина. Поскольку связывающий центр ретиналя в исходном веществе соответствует И-^ис-изомеру, а не полностью торакс-изомеру, взаимодействие этого центра с тораис-изомером после фотоизомеризации индуцирует напряжение и уменьшает активационный барьер для превращения торакс-изомера в ll-tyuc-структуру. Индуцирование искажений — также интересный механизм для объяснения необычных спектральных свойств зрительных пигментов и некоторых других нативных каротеноид-протеинов, которые не могут быть строго объяснены другими механизмами [4, 6].

Чтобы уменьшить энергию активации за счет деформационного механизма, необходим источник энергии деформации. Наличие максимального сродства активного центра фермента к переходному состоянию означает, что сродство субстрата и продуктов реакции к активному центру должно быть менее максимального. Энергия напряжения, которое индуцируется в субстрате, оплачивается за счет уменьшения энергии связывания, так что наблюдаемое связывание субстрата будет меньше, чем максимально возможное, при использовании всех связывающих сил на активном центре, оптимально соответствующем субстрату.

Концепция, согласно которой активный центр фермента уменьшает свободную энергию активации, обеспечивая максимальное связывание для переходного состояния, шире, чем термины «напряжение» или «искажение». Невозможно, однако, провести четкую грань между различными механизмами, сущность которых заключается в использовании энергии связывания субстрата для

страница 40
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86

Скачать книгу "Катализ в химии и энзимологии" (4.04Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
Интернет- магазин КНС предлагает Lenovo IdeaCentre 510S-08ISH 90FN005NRK в Москве и с доставкой по России.
старая ситня мебельная фабрика
купить дефлекторы боковых окон на лада гранта
fissler steelux

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(26.04.2017)