стн поверхностей фермента и субстрата

3. Стерео-химическая нумерация

В некоторых молекулах (например, в цитрате) на концах основной углеродной цепи находятся идентичные группы Поскольку эти два конца распознаются ферментом, важно решить, какой концевой атом >1лерода в цитрате обозначить через С-1, а какой — через С-5 Хирш-манн [45] предложил систему стереохимической нумерации, согласно которой атомы углерода нумеруются с того конца цепи, который находится в /гро-5-положении

ОН

"OOC-2J ij, Дпгг Стереохимическая нумерация для

\ Ln2 L.UtJ симметричной молекулы Атомы

СН2 углерода пронумерованы от конца

j 1 цепи, находящегося в npo-S-положении

COO ^tr**W''

!соо

НА—С — Нн Структурная формула цитрат-иона

| в соответствии со стереохимичеспими

Y\Q^1Q QQQ- системами нумерации и системой

Фишера

нл-с- нА. ^0%*^,*,^'' 5соо^ «*.

Цитрат

Цитрат, содержащий 14С-атом в положении 1 (см схемы), обозначается как 5/г-цитрат [Ь14С] Это та форма меченого цитрата, который синтезируется в живых клетках из оксалоацетата и [1-14С] ацетилкофер-мента А (гл 9, разд Б, 1). Первый этап дальнейшего метаболизма ПГТТПЯТЙ ОГУГТОИТ в отщеплении ОН-группы от С-3-атома вместе с Н«-протоном от С-4-атома под действием фермента аконитазы. Следует отметить, что при этом удаляется протон именно при С-4-, а не при С-2-атоме. Глицерофосфат, используемый клетками для синтеза фосфолипидов, всегда содержит фосфатную группу у —СН2ОН в яро-#-положении и поэтому представляет собой зя-З-глицерофосфат:

ОН

н~^-сн2он

СН2—О—РОз2" sn- 3 - глицеросросфагД. Механизмы ферментативного катализа

Кинетические исследования дают представление о скорости работы ферментов, однако ничего не говорят о том, как ферменты катализируют реакции, т. е. не позволяют судить о механизме катализа. Под механизмом мы подразумеваем полное описание стадий, через которые протекает реакция. Большинство стадий включает разрыв одной химической связи и одновременное образование другой. Рассмотрим, например, реакцию простого замещения, в которой гидроксил-ион реагирует с йодистым метилом с образованием в качестве продуктов метанола и иодид-иона:

НО- Н

V I

С—I » НО—СН3 + Г (6-66)

н н

В ходе реакции гидроксил-ион «атакует» атом углерода метильной группы и одновременно «вытесняет» иодид-ион.

1. Переходное состояние

Химическая реакция, подобная представленной на схеме (6-66), протекает отнюдь не мгновенно, в ходе нее происходит постепенное растяжение и частичный разрыв связи С—I и одновременное образование новой, С—О-связи. Такая промежуточная структура отличается от структуры обычных соединений и энергетически менее устойчива, чем исходные соединения и продукты. Называется она переходным состоянием. Для реакции замещения, представленной на схеме (6-66), структура переходного состояния может быть изображена следующим образом:

Отрицательный заряд распределяется между атакующей ОН-группой и вытесняемым.иодидом. Заметим, что расположение связей около центрального углеродного атома не является больше тетраэдрическим: С—Н-связи лежат в одной плоскости, а связи, обозначенные пунктиром,, с ОН-группой и атомом I расположены под прямым углом к этой плоскости.о "3

ю о

о

1

При обсуждении механизма реакции полезно построить диаграмму

переходного состояния, которая показывает, как изменяется свободная

энергия1^ G вдоль координаты

реакции не имеет строгого физического смысла.

Она лишь отражает

переход от исходных веществ к продуктам и характеризует степень растяжения и разрыва существующей связи или

степень образования новой. Точка с наибольшей

энергией соответствует

переходному состоянию.

Более полное представление об этом состоянии

можно получить из диаграмм, аналогичных

представленной на

рис. 6-12, Б. Здесь изображены линии равной

свободной энергии как

функции длин двух связей. Для реакций (6-66)

по оси ординат отложена

длина вновь образующейся связи С— О,

в)

е

о а.

а по оси абсцисс—длина разрывающейся связи

С —I. Пунктирная

линия, которая проходит через «седловину», соответствующую переходному состоянию, представляет собой геометрическое место точек с минимальной энергией.

Разность значений свободной энергии (G) для исходных реагентов продуктов на диаграмИ

Me переходного состояния соответствует полному изменению свободной энергии (AG) для изучаемой реакции, а разность значений свободной энергии для исходных реагентов и переходного состояния соответствует свободной энергии активации (AG^). AG^ представляет собой «энергетический барьер», который необходимо преодолеть для того, чтобы произошла реакция; этой величиной в основном и определяется скорость реакции.

Диаграммы переходного состояния для ферментативных реакций, протекающих обычно через несколько промежуточных стадий, не так. просты, как диаграмма, изображенная на рис. 6-12. Они включают не[> По осн ординат можно отложить также энергию Е или энтальпию Н. Авторы часто даже не оговаривают, какую именно величину