Биологический каталог




Биоорганическая химия

Автор Г.Дюга, К.Пенни

ктируемая методом ¦ПР, третий тип медьсодержащих центров, по-видимому, содержит Пару смежных атомов Си. Второй тип обычно находится в комбинации с первым и третьим, но в галактозидазе представлен в чистом виде. Первый также сосуществует со вторым и третьим, например, в голубых оксидазах, лакказе, церулоплазмине и аскор-батоксидазе. В частности, известно, что лакказа — это белок, содержащий четыре атома меди, связанные ковелентно с молекуляр-¦ым кислородом.

¦ Аминокислотный анализ различных гемоцианинов свидетельствует о том, что на одну пару атомов меди приходится большое Ьсло остатков гистидина и метионина, а также цистеина, хотя

376

Глава 6

число последних, участвующих в образовании дисульфидных мостиков, не установлено. Из общих соображений можно предположить, что в состав этих белковых комплексов входит три типа донорных атомов, а именно кислород (карбоксилат- и фенолят-ионы и вода), азот (амин, амид-анион, имидазол) и сера (тиоэфир и тиоанион). Далее, медь(П) может иметь квадратноплоскост-ную, квадратнопирамидальную, тригональнобипирамидальную, октаэдрическую и тетраэдрическую конфигурации заместителей.

До настоящего времени было создано несколько биомоделей медьсодержащих белков, в которых структура и лигандное окружение медных центров устанавливались с помощью электронных спектров.

Руководствуясь высказанными выше соображениями, Босних и сотр. исследовали набор лигандов [251]. Некоторые из них приведены на рис. 6.7.

Этот обширный ряд лигандов и их комплексов с Си (II) был получен в качестве спектроскопических моделей (наблюдаемых

Предполагаемая структура и координация лигандов «голубых» (Си-содержащих)

белков первого типа;

His His His ^О-О. I .His ^•Cif 4Cu

Предполагаемое окружение медного центра в оксигемоцианине; третий тип медных центров может иметь аналогичную молекулярную архитектуру.

в видимой и ближней ИК-областях) для установления геометрического расположения координационных групп вокруг атома меди в белках. Исходя из полученных результатов, можно предположить следующее расположение лигандов в координационной обо-

1

I"

( .Си—N N—Me N N-

S 2^N Cu

Cu*+

N

<0^o o^>

"N

у

О

N XN

YN>?NY0

Рис. 6.7. Некоторые медьсодержащие биомодели [251]. Воспроизведено с разрешения. © 1977

by the American Chemical Society.

378

лочке медьсодержащих (голубых) белков первого типа, а также структуру медьсодержащего центра в оксигемоцианине [251]. С той же целью установления геометрии активного центра и механизма действия медьсодержащих белков были получены и исследованы и другие модели [252].

ОН I

О ВОН

H,N NH,

ОН ОН

N N

X

1) CuCII)

2) электрохимическое восстановление во комплекса Си(1)

/Y4

о о

U

Y = H,BF»

Чтобы ингибировать связывание второго атома меди и предотвратить возможные реакции переноса атома водорода, мостико-вый оксимный водород замещают на BF2 путем обработки эфи-

ратом BF3 (в диоксане). Комплекс Cu(I) реагирует с монодентатным лигандом (СО, 1-метилимидазол, аце-тонитрил), давая пентакоор-динационные аддукты. Естественно, что такая модель не совсем точно имитирует активные центры медьсодержащих белков, но из нее следует, что при обсуждении строения Си (I)-содержащих центров должна учитываться возможность образования пентакоординаци-онных структур.

Поскольку многие ферменты имеют два иона металла в своем активном центре, здесь уместно упомянуть о получении соединений, моделирующих диме-таллические активные центры. В основе метода синтеза лежит идея «перекрытого» или «огороженного» порфирина [253]. Приведенная на рис. 6.8 структура модели включает тетрапиридиновую координационную оболочку, присоединенную жесткими связями к тетрафепилпорфирину. Эта оболочка, способная к значительной модификации, способствует

Рис 6.8. «Огороженный» порфирии [253]. Воспроизведено с разрешения. © 1978 by the American Chemical Society.

Ионы металлов

379

включению одинаковых или различных ионов металла в два различных координационных центра. На рис. 6.9 изображена эта оболочка, где МиМ' — ионы железа, меди или никеля. Взаимные превращения структур повторяются, однако ион металла остается 1 порфириновом ядре.

г

МС12,ДМФА

кипячение (обратный холодильник)

2+

N-

-М-

-N

HVH20

МС12,

СНаз/МеОН,

2+

М"--N

тм

М'С1г, СНС13/МеОН

н*/нго

Рис. 6.9. Модель активного центра с двумя атомами металла, предложенная Бе-^Ишгэмом [253]. Воспроизведено с разрешения. © 1978 by the American Chemical Society.

И Спектры ЭПР свидетельствуют о сильных взаимодействиях между двумя металлическими центрами, и для быс-Си-системы расстояние Си—Си оценивается в ~0,59 нм. Эта очень наглядная синтетическая модель, по-видимому, может быть значительно расширена.

¦ Разработаны также другие новые модели, включающие два атома меди и основанные на макроциклических комплексах [254, 255]. Был синтезирован следующий удлиненный макроци-клический лиганд, который может связываться с двумя ионами и Cu(I), или Си (II).

Штрихованы области, занимаемые ионами меди. S — участок связывания суб-|>тов [254]. Воспроизведено с разрешения. © 1979 by the American Chemical

Society,

380

Глава 6

Возможно включение линейных двух- и трехатомных субстратов, таких, как СО, N0, О; или N3- Ионы металла находятся внутри макроциклического лиганда, причем каждый из них связан с несколькими донорными группами NS2, а также с расположенным в центре макроцикла субстратом (4 молекулы в случае N3). Поскольку некоторые металлопротеины используют двухъядерные металлические центры для осуществления каталитической функции, то данная модель имитирует медные пары третьего типа в медьсодержащих ферментах. В двухъядерном Си(П)-комплексе расстояние Си—Си оценивается в 0,52 нм. Интересно, что этот комплекс обнаруживает антиферромагнетизм и является диамагнитным при комнатной температуре.

Известен и другой подход к этой проблеме [255], хотя отправные позиции аналогичны вышеизложенным. Был синтезирован связанный имидазолидными мостиками двухьядерный [2Cu(II)] макроцикл циклического криптата (разд. 5.1.3). В основе подхода лежит идея получения связанного имидазолидными мостиками диметаллнческого центра, который будет препятствовать удалению друг от друга двух ионов металла при разрушении мостиков. Это подразумевает синтез двухъ-ядерных криптатных макроциклов, содержащих два атома Cu(II), в которых может связываться субстрат, например имидазолил натрия.

знак,используемый вля обозначения синие листочки

комплексообразования с макроциклом А с алмазной гранью

Рентгеноструктурный анализ показал, что ион Cu2(Im)3+ включается в циклическую криптатную полость путем связывания с двумя остатками диэти-лентриамина на каждом конце макроцикла. Далее, каждый ион Cu(II) координирует нейтральный имидазольный лиганд ImH, достигая полной пентакоорди-нации. Синтез такого диметаллического комплекса дает возможность имитировать 4-Си(П)-форму суперокснддисмутазы из эритроцитов быка и открывает путь к получению селективных корецепторов, а также к созданию бионеорганических моделей металлопротеинов.

Ионы металлов

381

6.6. Кобальт и витамин Bi2

I В природе ионы кобальта встречаются в степени окисления Л и III, однако наиболее важное биологическое соединение кобальта— это витамин В12, или кобаламин, в котором присутствует Со(Ш) [256] (рис. 6.10). Кобаламин и близкие к нему вещества выполняют разнообразные биологические функции, особенно это касается бактерий. Он необходим для человеческого организма и, вероятно, для большинства животных и растений. Важную роль он играет в реакциях с участием остатков углеводов, жиров и белков для выработки in vivo. Пернициозная анемия — тяжелое заболевание, встречающееся у пожилых людей. Эта болезнь у млекопитающих обычно сопровождается повышенным выделением с мочой метилмалоновой кислоты. В настоящее время эту болезнь успешно лечат инъекциями витамина В12.

I Витамин В12 (цианокобаламин, R = CN) — одно из самых сложных существующих в природе координационных соединений и, конечно, самое сложное неполимерное соединение, найденное в природе. В 50-х гг. Баркер продемонстрировал участие произ-Гводного витамина В12 в следующей реакции:

Нч /NH2 цштамат- xj -vrur

мутаза.

р-метиласпаратновая. кислота

Затем было установлено, что биохимически активной формой ко-баламина является кофермент Bi2, содержащий аденозиновый Достаток, связанный через 5'-углерод ковалентной связью с центральным атомом кобальта витамина В12. Превращение витамина В12 (цианокобаламина) в аденозил-В^ (кофермент), по-видимому, | включает замещение СЫ_-группы аденозильной группой АТР. Од-I нако было установлено, что ферментативный путь такого превращения достаточно сложен.

I Одно из удивительных свойств Bi2 состоит в способности образовывать алкильные производные [256]. До открытия Баркером 'витамина В12 считалось, что связь Со — С0 должна быть непрочной, если вообще существует. Это первый и единственный пример устойчивого в воде природного металлорганического соединения. lEro полная структура установлена в 1956 г. на основании кристаллографических работ Ходжкин и более ранних химических иссле-¦дований Тодда и Джонсона. Полный синтез этого соединения осуществлен в начале 70-х гг. общими усилиями Вудворда и Эшен-¦Мозера.

¦ Центральная часть молекулы напоминает железопорфирино-|вую систему; кольцо называемое коррином, содержит два (из

382

Глава 6

R' = CN.eumoMUHBu

ОН с

нн

кофсрмЕитиая форма

витамина В)г (аЭенозилкобаламин)

R = СН3, метилкобаламин

СН2ОН

Рис. 6.10. Структура витамина В12.

четырех) модифицированных пиррольных кольца, связанных непосредственно (Ci — Cig-связью). Все боковые цепи состоят из аце-тамидных и/или пропионамидных групп. Одна из них связана с изопропанолфосфатным остатком, присоединенным к рибозе, и, наконец, через диметилбензимидазольное кольцо с Со (III) *.

Интересно, что ион кобальта может иметь степень окисления +l(Bi2s), -f-2(Bi2r) или -)-3(Bi2a). Действительно, одно из поразительных свойств алкилко-баламинов сос

страница 64
< 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
(30.05.2017)