Биологический каталог




Биоорганическая химия

Автор Г.Дюга, К.Пенни

O «экранированный» циклодекстрин связывается с донорами сильнее, чем обычный циклодекстрин. Наконец, Бендер и сотр. [178] показали, что именно благоприятное изменение энтро-Тш в результате гидрофобного связывания обусловливает ста-шлизацию комплексов циклодекстринов с аполярными донорами соединениями.

Далее, комплексообразование циклодекстринов с донорными ^единениями, такими, как антибиотики и инсектициды, вызвано появлением у этих соединений новых физико-химических свойств. Это приводит к новым интересным практическим применениям и еще раз доказывает, что циклодекстрины — подходящие системы для моделирования ферментативного связывания и ферментативных реакций.

I Здесь целесообразно отметить, что в группе Бреслоу [179] синтезирован (3-циклодекстринбисимидазол для моделирования рибонуклеазы А (РНаза А) (гл. 3). В основе использованного ¦юдхода лежит синтез «экранированного» дисульфонатного производного, полученного ранее Табуши и сотр. [180, 181].

Модельное соединение селективно гидролизует циклические фосфаты, производные 4-трег-бутилкатехина, путем кооперативного катализа нейтральным имидазолом и имидазолий-ионом.

«?$9<-----

$ЙФ ----f'S&i

ШЩ___Щ|

СН,

¦ При обычном химическом гидролизе должна была бы образоваться смесь двух продуктов в произвольном соотношении, в то

308

Глава 5

время как гидролиз «искусственным ферментом» приводит к на_ коплению только одного изомера лг-фосфата.

снэ—с—сн3 сн,

он

оро329

СН3—С-СНз СН3—С-СНз

СН3 СН3

изомер изомер

л-фосфсшо, м-цюсфата

Реакция идет гораздо медленнее, чем в случае РНазы (в 17 раз), но селективность ее соответствует механизму «атаки с тыла» без псевдовращения, что характерно и для фермента (разд. 3.3). Как и в случае хлорирования анизола в пара-положение, данная реакция, катализируемая циклодекстрином, дает только один из двух возможных продуктов.

При обработке иодидом калия обсуждавшийся выше «экранированный» р-циклодекстриндисульфонат может быть легко превращен в соответствующий дииодид. Табуши и сотр. [182] был разработан новый метод получения бис(Ы-имидазолил)-(3-цикло-декстрина и бис(Ы-гистамино)-р-циклодекстрина с использованием подходящих нуклеофилов. В присутствии Zn(II) оба циклодекст-рина с региоспецифически введенными двумя функциональными группами гидратируют С02 и, таким образом, представляют собой первые удачные модели карбоангидразы. Zn(II) связывается с имидазольными кольцами, расположенными снаружи у входа в циклодекстриновую полость, а присутствие добавочной основной группы, как в случае бис(гистамино)-циклодекстрин-2п(П), увеличивает активность катализатора. Следовательно, данные модели показывают, что все три фактора: Zn (II)-имндазол, гидрофобное окружение и присутствие основания,— по-видимому, способствуют появлению карбоангидразной активности [182]. Механизм действия этого фермента обсуждается в разд. 6.2.

Интересна также модель, разработанная Бреслоу и Оверма-ном [183], где ион металла входит в состав циклодекстринсуб-стратного комплекса. Если в качестве субстрата используется n-нитрофенилацетат, то присутствие Ni (II) в циклодекстринсуб-стратном комплексе приводит к дальнейшему увеличению скорости гидролиза (в 1000 раз).

Этот новый комплекс может быть получен следующим образом:

I

Моделирование ферментативных систем

309

—-о

и-циклойекстрин

г.,5-йикарбоксипириЗин

^соон

НООС

N

образование Эфира на цикловекхтрине

комплекс

соосн.

[иклодекстриновая полость удерживает молекулу эфира, в то время как ион металла закрепляет другие группы в положении, благоприятном для атаки. Если в раствор добавить циклогекса-нол, то он конкурирует с субстратом и каталитический эффект уменьшается на 60%. Каталитические свойства системы в значительной степени можно объяснить связыванием субстрата цик-лодекстриновым фрагментом комплекса. В отсутствие циклодек-стрина скорость возрастает лишь в 350 раз. Таким образом, согласованные действия циклодекстрина и иона металла порождают более эффективную каталитическую систему, моделирующую свойства фермента.

В поисках хорошо охарактеризованных полифункциональных ^•Циклодекстринов был разработан [184, 185] изящный подход (см. с. 310).

Применение этого подхода делает доступными самые разные производные циклодекстринов и позволяет синтезиров-ать даже е*Че более замысловатые модельные системы с региоспецифиче-сНи расположенными функциональными группами на одной

810

Глава 5

короткая

колонка,

напол-

тильных протеовных

а-циклоЗекстрин

ОТ г

ОТ г

ОСН3 OCHsOCH3

Грсн3

.осн.

симм- тритритил-а-циклоое'кстрин (охарактеризован с помощью "С-ЯMP)

О PhjP . 1)

триазиоо-

2) NH.OH пероксиметил- 2) -а-цикловек- <—

3) Н36® стрин 3)

н5о©

CH3I,NaH

три-

ги <г,г-\ "Ритилпероксиметщ. on^^l а-цыкловекстрин

NaN,

'ОСН,

ОСН,

симм- триаммонийпероксиметил-а-циклобтстрин

(охарактериэобан, с помощью С-ЯМР)

стороне цнклодекстрнновой полости и возможными дополнительными функциональными группами на другой ее стороне.

Этот симметричный полифункциональный акцептор обладает способностью связывать комплементарные доноры. На рис. 5.17 показано связывание бензилфосфата внутри полости.

Потенциометрическое титрование аммонийных групп акцептора дает значения кажущейся рКа 7,42; 8,02 и 8,79. Значения р/Са слишком низки для аминогрупп первичных аминов, но это может быть связано с их неполярным окружением. При рН 7 акцептор пребывает главным образом в виде полностью протонированных молекул, и наблюдаемая при этом константа диссоциации для бензилфосфата (0,031 ммоль/л) почти на три порядка меньше, чем для бензилового спирта (24,3 ммоль/л). Таким образом, синтезированное соединение — хороший акцептор для бензилфосфата. Более того, константа диссоциации комплекса бензилфосфата зависит от рН. Это означает, что донор связывается в полости циклодекстрина путем сильного взаимодействия атомов кислорода фосфатной группы (при рН 7) с тремя асимметрично расположенными протонированными аминогруппами. Интересно, что неорганический фосфат не связывается такими циклодекстриновымй производными и не вытесняет бензилфосфат из полости, что опять-таки свидетельствует о важности гидрофобного связывания между донором и акцептором.

Моделирование ферментативных систем

311

©аммонийный азот

СН,

_ 5.17. Комплекс симметричного триаммонийпероксиметил-«-циклодекстрина шзилфосфатом (атомы водорода опущены) [185]. Воспроизведно с разрешения © 1979 by the American Chemical Society.

J Следовательно, в водном растворе как гидрофобные, так и ¦жтростатические взаимодействия участвуют в специфическом Донорно-акцепторном комплексообразовании, что может служить Моделью широко распространенного в биологических системах «Многоцентрового узнавания».

I Построенные из d-глюкозных единиц циклодекстрины хи-Ильны, и для них в ходе реакций наблюдалось проявление хи-Ральных свойств к субстратам [173]. Эти свойства использованы 8 работе Бреслоу и сотр. [186]; на основе циклодекстрина, ковалентно связанного с коферментом, они синтезировали «искусственный фермент». Он состоит из (3-циклодекстринпиридоксамина 'разд. 7 2), который способен селективно осуществлять реакцию Переаминирования, превращая фенилпировиноградную кислоту в природный ь-энантиомер фенилаланина с выходом 52°/р.

312 Глава 5

Сенгером и сотр. [187] получены данные о том, что циклодек. стрины могут гораздо лучше моделировать ферменты, чем эт0 до сих пор считалось. Было показано, что при связывании суб. стратов с акцептором происходят конформационные изменения последнего. Такая ситуация аналогична поведению ферментов для которых характерно явление «индуцированного соответствия»' фермента с субстратом.

Другие интересные системы с участием циклодекстринов использовал для моделирования ферментов Табуши с сотр. Это специфическое аллилирование — окисление гидрохинона [188], при котором циклодекстрин через аминогруппу соединен с рети-налем, моделируя родопсин, а также специфический катализ включения (3-циклодекстрином при одноступенчатом синтезе аналогов витамина Ki и К2 [190].

Каталитическую эффективность всех рассмотренных до сих пор моделей ферментов, по-видимому; можно объяснить действием трех основных факторов:

1) гидрофобные взаимодействия обеспечивают эффективное связывание;

2) влияние среды (или свойств полости), полярность которой благоприятствует протеканию реакции;

3) ориентационный эффект, который ограничивает набор конформаций и обеспечивает большое увеличение скорости.

5.5. Моделирование ферментов с использованием стероидной матрицы

Длинные алкильные цепи с каталитической группой на одном конце могут обеспечить достаточное количество гидрофобных центров связывания с такими субстратами, как эфиры жирных кислот, чтобы увеличивать скорость их реакций (наблюдалось 10-кратное увеличение скорости при рН 8 в трис-буфере и 25°С).

Образуются мицеллы, но при этом не происходит большого увеличения скорости при ассоциации алкильных цепей с мономерным участком связывания в соотношении 1:1. Следовательно, серьезная проблема заключается в том, что эти молекулы мало растворимы в воде, а потому имеют тенденцию агрегировать с образованием мицелл. Работы следует вести при концентраций значительно ниже ККМ, которая для данной системы равна ~ Ю-4 моль/л. Кроме того, конформация цепи меняется даже в вытянутом состоянии. Поскольку алкильные цепи очень гибкие и никогда не образуют сильно гидрофобной области, необходимо

Моделирование ферментативных систем

313

[завить поиски на создание более конформационно жесткой 1гки.

|Чтобы обойти подобного рода трудности, предложено [191] юльзовать плоский, длинный и жесткий гидрофобный остов Тоидной молекулы. Для этого синтезирован стероид адростан-Зр, |-диамино-17р(4) -имидазол.

NH,

H3N

Каличие двух аммонийных групп делает молекулу достаточно 1орастворимой, чтобы ингибировать мицеллообразование в ус-овиях проведения эксперимента. Напомним, что желчные кис-¦ты растворимы в воде, однако образуют мицеллы.

В отличие от циклодекстрина, молекула которого тр

страница 54
< 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 87 88 89

Скачать книгу "Биоорганическая химия" (8.62Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(29.04.2017)