каким-либо другим свойством, например поляризуемостью [1].

Другое явление, которое, может быть, не играет большой роли в ферментативном катализе, но позволяет объяснить действие некоторых ядов, называют а-эффектом. Имеется в виду тот известный факт, что определенные комбинации атомов (в которых атом с неподеленной парой электронов непосредственно связан с нуклеофильным центром протекающей реакции) обладают большей нуклеофильностью, чем другие соединения, обладающие сходной основностью. Высокая реакционно-способность некоторых ядовитых веществ — гидроксиламина (NH2OH) и цианид-иона (CN-) — может быть объяснена именно таким образом [4].

Химическая природа уходящей группы сильно влияет как на скорость реакции нуклеофильного замещения, так и на положение равновесия. Уходящая группа должна иметь пару электронов и часто несет отрицательный заряд. Метильная группа, отщепляемая от этана или метана в виде СНз, должна быть очень плохой уходящей группой (рКа метана как кислоты по имеющимся данным равно 47 [5]). Иодид-ион является хорошей уходящей группой, a F~ — значительно (более чем в 104 раз) худшей [5] В водной среде фосфат-ион — гораздо луч-щая уходящая группа, чем ОН-, а пирофосфат и триполифосфат — даже еще лучшие уходящие группы.

2. Реакции нуклеофильного замещения у насыщенных атомов углерода

Нуклеофильная атака метильной или другой алкильной группы протекает легко только в том случае, если атом углерода присоединен к какому-либо атому, несущему положительный заряд, например

HSC—S+. I

Реакция замещения у сульфоний-иона приводит к переносу метильной группы от атома серы к атакующему нуклеофилу и называется реакцией трансметилирования. Трансметилирование — важный метаболический процесс, в котором роль донора метильной группы обычно выполняет S-аденозилметионин. Типичным примером этого процесса может служить метилирование аминов, например никотинамида [уравнение (7-1)].

/К реакциям, близким трансметилированию, можно отнести реакцию неферментативного расщепления тиамина бисульфитом (дополнение -8-Г), реакцию переноса метильной группы от производных фолиевой кислоты [реакция (8-85)] и реакцию, с помощью которой осуществляется синтез S-аденозилметионина [реакция (11-3)].

О

H2N—с/

+ С S- п Аоенин

н н

Никотинамио

Нсн.

+ \

Аоенозил

соо(7-1)

S-аЬенозилгомоцистеин

Еще один пример замещения у насыщенного атома углерода — реакции, катализируемые галоидацетат—галогенидгидролазами почвенных псевдомонад [б], например

НО" -f F—СНа—СОО~ > НО—СН2—COO" + F". (7-2>

Даже такая плохая уходящая группа, как может быть замещена ионом ОН-.

а. Инверсия как критерий механизма

Интересный результат был получен, когда в качестве субстрата в реакциях, катализируемых галогенидгидролазами, было использовано-соединение с хиральным центром у замещенного атома углерода [6]. Реакция L-2-хлорпропионата с гидроксильным ионом приводила к образованию только D-лактата — соединения с конфигурацией, противоположной конфигурации исходного соединения. Объяснить это явление,, по-видимому, можно тем, что гидроксильная группа атакует центральный атом углерода со стороны, противоположной той, где находится? атом хлора:

НО

соо~ \

? -ИС—С1

Н3С н

ООО"

I

HO—JZ--С1 Н3С н

L-2-хлорпропионат

^СОО"

сч

НзС ЧН

D- лактат

+ СГ (7-3)

Образующееся пятиковалентное переходное состояние (в центре) отдает хлорид-ион с образованием D-лактата, в котором произошла инверсия конфигурации. Инверсия всегда сопутствует реакциям одноактного замещения, в которых разрыв и образование связи происходят синхронно, как это показано в уравнении (7-3). Однако наличие инверсии не исключает того, что процесс протекает более сложным путем.

б. Реакции замещения у гликозидов

Одинарная связь С—О менее поляризована, чем связь С—S+ у S-аде-нозилметионина, поэтому простые эфиры нелегко расщепляются в реакциях замещения. Однако гликозиды, у которых имеется атом углерода, соединенный с двумя атомами кислорода, вступают в реакции замещения, приводящие к фосфоролизу, гидролизу или обмену гликозильной группы. В уравнении (7-4) показана реакция замещения в гликозиде (в остатке глюкозы, находящемся на конце цепи молекулы крахмала) фосфатом, выступающим в роли замещающего агента. Как видно из

схемы, связанная с ферментом кислотная группа —ВН+ облегчает реакцию замещения. И в этой реакции вновь мы могли бы предсказать инверсию конфигурации с образованием продукта, обладающего р-кон-фигурацией у аномерного атома углерода. В действительности же продукты реакций, катализируемых фосфорилазами, не инвертированы. Так, например, сахарозофосфорилаза из Pseudomonas saccharophilia катализирует реакцию

Сахароза (а-ГлкжозиД фруктозы) + Фосфат —* *? а-О-глюкозо-1-фосфат-|-Фруктоза. (7-5)

Объяснить такие реакции можно, допустив наличие либо реакции двойного замещения, либо промежуточное образование стабилизированного карбоний-иона.

3. Механизм реакций двойного замещения

Можно допустить, что сахарозофосфорилаза катал