зом, в предположении, что механизмы ие-ферментативной и ферментативной реакций одинаковы, отношение мак!) См. также статью Волфендена (R. Wolfenden) в сборнике Transition states of biochemical processes, Gandour R. D. and Schowen R. L. (Eds.), New York and London, Plenum Press, 1978, p. 555—578. — Прим. перев.

симальных скоростей мономолекулярных превращений ES н S будет иметь следующий вид:

kB/kH=KЈJK$ = KDS/KDT. (6-73)

Для некоторых ферментов отношение &E/&N ралзно 108 и выше. Поэтому, если KDS~ 10-3, то константа КАТ должна быть порядка 10"41. Это означает, что с переходным состоянием фермент образует в 108 раз более прочный комплекс, чем с субстратом.

Из этих рассуждений ясно, что если бы для данной реакции удалось найти структурные аналоги состояния Т, то они связывались бы очень прочно — более прочно, чем обычные аналоги субстрата. В своем обзоре Волфенден [49] приводит список предложенных в литературе ингибиторов, которые являются аналогами переходного состояния. Все эти ингибиторы очень прочно связываются ферментами

4, Микроскопическая обратимость

Один из важных принципов статистической механики, принцип микроскопической обратимости, гласит, что механизм обратной химической реакции должен быть строго обратным механизму прямой реакции. Из этого принципа следует, что если известен механизм прямой реакции, то известен также и механизм обратной реакции. К'роме того, выполнимость этого принципа означает, что прямая и обратная реакции, катализируемые каким-либо ферментом, должны протекать в одном и том же активном центре фермента. Принцип микроскопической обратимости особенно полезен при обсуждении вопроса о том, насколько вероятным является данный механизм. Предполагая, что имеет место какой-то конкретный механизм обратимой реакции, мы, согласно принципу микроскопической обратимости, однозначно определяем механизм обратной реакции. Иногда получающийся подобным образом механизм обратной реакции выглядит абсурдным, и тогда исследователь пытается найти более адекватный механизм обратимой реакции.

5. Кислотный и основный катализ

Многие реакции, которые ускоряются ферментами, могут катализироваться также кислотами или основаниями, а часто и соединениями обоих типов Хорошо изученным примером такого рода является мута-ротация — обратимое взаимное превращение а- и (3-аномерных форм Сахаров, в частности глюкозы [см. схему (6-75)]. Эта реакция катализируется специфическим ферментом мутаротазой, а также неорганическими кислотами и основаниями. Эти данные показывают, что между простыми кислотами и основаниями, с одной стороны, и ферментами — с другой, есть нечто общее с точки зрения каталитического действия. Поскольку многие боковые цепи аминокислот содержат кислотные и основные группы, мы приходим к вполне естественному заключению, что эти группы должны участвовать в катализе как кислоты и основания. Однако для того чтобы понять, как именно они участвуют в катализе, мы должны яметь представление о численных значениях некоторых констант равновесия и констант скорости.

а. Сильные и слабые кислоты

Кислоты являются донорами протонов, а основания — их акцептора-— v,*nn„^n »^w»T fiwTb пхапактеоизована константой диссоциации или

взятым с противоположным знаком десятичным логарифмом этой константы рКа (см. также гл.4, разд В):

ptfa==ptf = -lg/CA, (6-74)

где Ка= [В~]/[НВ] Заметим, что [Иг] представляет собой концентрацию (или, точнее говоря, активность) ионов Н30+, а не свободных протонов. Далее мы будем обозначать кислоты символами НВ или Н+В, а сопряженные основания, образующиеся при диссоциации кислот, — символами В- или В.

Напомним, что сильные кислоты имеют низкие значения рЛа, а сопряженные основания являются слабыми основаниями. В то же время очень слабые кислоты имеют высокие значения р/(а, а сопряженные основания являются сильными основаниями. При рассмотрении механизмов ферментативных реакций целесообразно знать значения р/(а следующих групп:

— 1,74 Н30+в 55,5 М Н20

4.7 —СООН в боковых группах глутаминовой и аспарагиновой кислот

I!

6.8 имидазольная группа гистидина и группа —О—Р—ОН

О"

7,8 —NHg, концевая группа в пептиде

10,2 —NH зв боковой группе лизина 13,6 —СН2ОН в боковой группе серина 15,74 свободный ион -ОН в 55,5 М НзО (25 °С)

Эти значения не являются постоянными и могут быть больше или меньше на 0,5 единицы в зависимости от структуры соединения и окружения данной боковой группы в белке. В некоторых случаях отклонения бывают даже более существенными.

б. Кислотно-основный катализ мутаротации

Процесс мутаротации глюкозы протекает через стадию образования в качестве промежуточного соединения свободной альдегидной формы:

(6 75)

В ходе реакции от ОН-гругьпы при С-1 атоме а-глюкозы отрывается водородный атом и протон (по-видимому, иной) переносится на кислодор кольца с разрывом С—О-связи. Обратный процесс может проходить также по пути б, что ведет к образованию R-изомера.

Перенос протона (чаще всего между атомами кислорода, азота и серы) пр