умать, что субстрат этого фермента имеет конформацию полукресла в переходном состоянии или в состоянии, близком к переходному. Френч и др. [23] высказали предположение, что фермент прочно удерживает глюкозильный остаток за счет образования водородных связей с гидроксильными группами при С-3 и С-6, а затем вызывает вращение вокруг связи С-2—С-3 путем точного захвата и смещения гидроксильной группы при С-2 [стадия а в уравнении (7-12)]. Таким образом, конфорслучае лизоцима, наряду со стабилизацией карбоний-иона соседним карбоксилат-ионом предполагается протонирование мостикового атома кислорода (возхможно, имидазольной группой). Еще одна возможность заключается в том, что карбоксилат-ион образует настоящую связь с С-1 [как в уравнении (7-6)], и в результате этот процесс завершается конформационной перестройкой в кольце сахара, что приводит к образованию высокоэнергетической переходной конформации формы лодки [22] [стадия б в уравнении (7-12)].

Изучение амилаз важно для понимания еще одного аспекта действия ферментов. Вопреки общепринятому представлению, что место атаки биополимеров эндолитическими ферментами носит случайный характер, было показано, что в амилазной реакции после осуществления первого акта каталитической реакции один из полисахаридных продуктов часто остается на ферменте в связанном состоянии. Молекула полисахарида просто «перескальзывает», пока вновь не займет все подцент-ры субстратсвязывающего центра и не начнется вторая «атака». а-Ами-лаза из поджелудочной железы свиньи проводит в среднем семь каталитических актов за то время, пока она находится в комплексе с амилозой [24]. Возникает важный вопрос, существует ли специальный механизм, при помощи которого фермент обусловливает перемещение субстрата, или отщепляющийся продукт просто диффундирует на короткое расстояние, находясь в ячейке растворителя. Последнее объяснение

«.«налпзпрусмых ферментами 1U<3

является, по-видимому, более вероятным [24]. Концепция многократной атаки, вытекающая из этих исследований, может сыграть важную роль в понимании таких биосинтетических механизмов, как репликация и транскрипция ДНК (гл. 15).

р-Амилазы, типичные ферменты растений, действуют по э/езо-типу, отщепляя от концов цепи одновременно по две сахарные единицы в виде мальтозы. Исходная сс-связь инвертируется, приводя к образованию р-мальтозы. Таким образом, возможно либо прямое одноактное замещение водой, либо механизм с участием карбоний-иона [25].

Известно много других гликозидаз. Некоторые из них относятся к числу гидролитических ферментов, предназначенных для отщепления определенных сахарных колец от молекул субстратов. Многие биосинтетические гликозилтраисферазы переносят гликозильные звенья с одной молекулы на другую (гл. 5, разд. Б,1, В,1 и Г,1; гл. 12, разд. В,1).

Г. Реакции замещения у карбонильных групп

Реакции типа 1.Б (табл. 7-1) заключаются в нуклеофнльном замещении группы Y, присоединенной к углероду карбонильной группы. Субстрат может представлять собой эфир (Y = OR), тиоэфир (Y=SR) или амид (Y=NHR), а ферментативная реакция — гидролиз (когда В- — это ОН-, образующийся из воды) или трансацилирование (когда В" — это анион спирта, тиола или амина). Процессы трансацилирования играют исключительно важную роль в биосинтезе, однако наиболее интенсивно изучены ферменты, катализирующие реакции гидролиза.

Карбонильная группа

\:=о

сильно поляризована, и значительный вклад в ее структуру вносит резонансная форма

\>=о-.

Благодаря этому основание легко атакует электрофильный атом углерода Хотя реакционноспособность карбонильной группы в амидах и сложных эфирах значительно понижена стабилизацией этих групп вследствие резонанса, атомы углерода карбонильной группы этих соединений все же сохраняют электрофильный характер и могут присоединять основные группы. Так, при катализируемом основаниями гидролизе эфи-ров гидроксильный ион может присоединяться к карбонильной группе с образованием насыщенного «тетраэдрического» промежуточного соединения;

О оR —С—OR' -К—С—OR'— R—Сч + HOR' (7-13)

ОН~ ОН ОН

„ТетпраэЬрическое" промежуточное < соединение

Подобные промежуточные соединения могут образовываться при действии многих ферментов, катализирующих реакции типа 1.Б (табл. 7-1). Однако для удобства классификации эти реакции можно рассматривать как простые реакции замещения при углеродном атоме, учитывая при этом, что в некоторых случаях могут образовываться насыщенные промежуточные соединения.

i лава /

К числу гидролаз относятся ацетнлхолинэстераза нервных клеток (дополнение 7-Б) и большое число пищеварительных ферментов. Среди последних наиболее изучены протеиназы н пептидазы. Пепсин, трипсин, химотрипсин и карбоксипептидаза являются высокоэффективными катализаторами расщепления белков. Все они секретируются в виде неактивных проферментов (гл. 6, разд. Ж,2), илн иначе, зимогенов [26]. После синтеза на рибосомах эндоплазматического ретикулума особых секреторных клеток проферменты «упаковываются» в виде зимогеновых гранул, кот