Биологический каталог




Биоорганическая химия

Автор Г.Дюга, К.Пенни

тоит в том, что возможны три пути расщепления Со—С-связи:

R—Со(Ш) R—Со(Ш) R—Со(Ш)

R-+Co(II) R©+Co(I) Re + Co(III)

(называется В12/--формой) (называется В^-формой) (называется В^о-формой)

Форма Bi2s — мощный нуклеофил (а также восстановитель); кофермент Bi2, по-видимому, образуется из нее в результате нуклеофнльной атаки АТР. В присутствии диазометана форма Bi2s превращается в метилкобаламин (R=CH3, рис. 6.10). Следовательно, при химических превращениях B[2 могут образовываться и карбокатион, и карбанион. И в бактериях, и в печени наиболее распространенная форма витамина Bi2 — 5'-дезоксиаденозилкофермент, правда, в меньших количествах присутствует также и метилкобаламин.

Перегруппировка Баркера, описанная выше, с использованием кофермента В^-зависимого фермента глутаматмутазы — удиви-

* Найдены природные аналоги витамина Bi2, в которых бензимидазольное кольцо замещено пуринами (адеиином, гуанином и т. д.).

Ионы металлов

383

Н-^СНз

нХ™он

но^Х^он н он

о

н + н2о

но + нга

"^н +

NH,

h^nh2 ^ ^njh, ^ н nh2

но он он н

hJt—\н н/—\н

+ R(SH)2----

°,орзнгс

О основание

(6-1) (6-2)

(6-3) (6-4)

(6-5)

,(6-6) 1(6-7)

(6-8) (6-9)

(6-10)

основание

J. 6.11. Десять различных реакций, для протекания которых необходим кофермент Bl2.

.тельная реакция. До недавнего времени не было известно аналогичной химической реакции. Фактически расшифровка структуры коферментной формы витамина Bi2 не помогла формированию : более четкого представления о механизме. Помимо этого превращения известно еще девять различных ферментативных реакций, требующих участия кофермента Bi2 в качестве кофактора г (рис. 6.11). Большинство из них беспрецедентно и не имеет аналогов в классической органической химии. При выборе производ-I ных витамина В12 в качестве коферментов ферменты, по-видимому, Достигают вершины химической «утонченности», которую трудно ^смоделировать химику.

I Интересно, что все упомянутые реакции могут быть сведены , к миграции водорода от одного атома углерода к соседнему с

384

Глава 6

сопутствующей миграцией группы X от последнего к первому:

Н* Н

II II

—С,—С2—Y —Ci—С2—Y

I 1 1

X Н Н* X

Эта уникальная перегруппировка углеродного скелета была довольно подробно изучена для большинства В^-зависимых ферментов. Естественно, решающий вопрос, касающийся механизма, заключается в следующем: каким образом происходит 1,2-мигра ция? Прежде чем детально рассматривать механизм, остановимся на некоторых фактах.

В результате наблюдений установлено, что для метилмалонил-СоА [реакция (6-2)] группа X (—COSCoA) перемещается внутримолекулярно, причем водородные атомы не обмениваются с водой (растворитель) во вреагя процесса. То же самое наблюдается при дегидратации пропандиола [реакция (6-4] и превращении глутаминовой кислоты в метнласпарагиновую кислоту [реакция (6-1)]. Однако в двух последних случаях происходит обращение конфигурации у атома углерода, к которому мигрирует водород. Но в случае метилмалонил-СоА атом водорода, который мигрирует от метильной группы к положению С-3 сукци-нил-СоА, занимает пространственное положение, которое ранее было занято группой — COSCoA. Миграция происходит с сохранением конфигурации. В этом

СО—S— СоА I /Н* НООС—с—С^-Н*

I н*

Н

Н* СО—S—СоА

I I

с—(j:—сн2

а.

ироэсиральныи центр (сохранение конфигурации)

(6-11)

НООС Н

I /'

сн,—с—сн;

сн

COQ6

СООН

CQ06

ОЙ

I /ОН з—"С СН.

н*

н

СН2—С—СНГ I /I Ъш3

н*

(обращение конфигурации у этого центров

(6-12)

г

СН3—с—ct н*

ОН

\)Н'

Н

с—СНО Н*

прохиралътяй центр (обращение конфигурации) (6-13)

последнем случае было показано, что мигрирующий атом водорода не обменивается с растворителем, но обменивается с аналогичными атомами водорода в других молекулах субстрата. Следовательно, и окисление, н восстановление осуществляются одним и тем же соединением, но процесс протекает, по-видимому,

Ионы металлов

385

не только внутримолекулярно.

СН3—СН—CD2--

I I НО он

СН,—СН2

-cf ,СН3-D

СН,

¦О

, сн,—сн—с'

О

ч

D

D

(6-14)

т т

сн3—с—с—он + сн2—сн2

II II

но т но он

СН3—СГ + СН3-

т

СН,

-<

т

(6-15)

[Таким образом, стереохимические превращения, осуществляе-ые В^-зависимыми ферментами, весьма привлекательны для хи-иков как объект исследования [256] Например, фермент про-андиолдегидраза катализирует также дегидратацию дейтериро-анных аналогов 1,2-пропандиола [реакции (6-16) и (6-17)]. 'играция атома дейтерия наблюдается только для одного изомера, ти начальные эксперименты показали, что дегидратация протекает путем 1,2-миграции.

Уу-О

(lK,2S)-[l-2H] пропаноиол Н„ ОН

D

H мигрирует с образованием [1-гН]пропионовогс альВегиВа

(6-16)

О

н

(6-17)

2Н мигрирует с образованием [2-гщ пропиюноеого альВетВа, с йЗ'-конфигцрацией

, Аригони и сотр. [257] использовали в качестве субстрата 2S- и /?-1-[180]пропандиол-1,2, чтобы получить еще одно изящное доказательство 1,2-миграции ОН от С-2 к С-1, (для водорода от С-1 к С-2). Более интересно наблюдение Абелеса, что водород у С-5' кофермента также замещается тритием, когда в качестве субстрата |Используют [1-3Н]пропандиол-1,2, и тритий может затем переноситься к продукту. При этом предполагается, что три неэквивалентных атома водорода 5'-дезоксиаденозинового остатка характеризуются совершенно одинаковой вероятностью переноса обратно субстрату. Следовательно, фермент не делает различий между "вумя прохиральными атомами водорода у С-5'. Это говорит о том, что роль кофермента Bi2 сводится в основном к роли переносчика.

13 Зак. 549

386

Глава 6

Очевидное отсутствие стереоселективпости означает, что расщепление кобальт-углеродной связи происходит гомолитически (см. ниже).

На основании имеющихся экспериментальных данных можно предположить, что на начальной стадии некоторых катализируемых коферментом В12 перегруппировок должно существовать связанное с коферментом промежуточное соединение, например для этиленгликоля в качестве субстрата:

Подробный механизм этого' интересного биохимического превращения установлен в основном в работах [256—262, 264]. Для упрощения были использованы различные биомодели корин-системы (рис. 6.12). Наиболее широкое применение нашел комплекс бис-(диметилглиоксимато) — Со (кобалоксим), который обладает многими свойствами корин-кольца.

Если кобалоксим координируется с подходящей основной группой (В) в одном из аксиальных положений, то его поведение во многом напоминает витамин Bi2. Восстановленный кобалоксим [Со(Н)] реагирует с галогеналкилами с образованием алкилкобалоксима, аналогичного по многим свойствам и химической активности коферментной форме витамина Bi2.

Как показано ранее, расщепление связи Со—С кофермента Bi2 — необходимая стадия в каталитическом цикле. Есть основание предполагать, что расщепление происходит гомолитически и в результате образуется В^г-радикал [Со(II)-содержащие структуры и С-5'-метиленовый радикал дезоксиаденозина]. Для химически родственных кобалоксимов это расщепление может быть также индуцировано не ферментативным путем, а термическим или фотохимическим.

CH2R носн—СН2ОН

СН2—СН2 +

но

CH2R

•CH2R

Hi

СН2-СН2 + Ю ОН

L

Со3 +

7

но

Гемолитическое расщепление приводит к образованию активного промежуточного соединения, которое может отрывать атом водорода от субстрата, давая СНз—С-5'-аденозильное промежуточ-

Ионы металлов

387

°r°

В

О. р

Н'

кобаяоксим

ж

оо i r i

Н3С N | N^XH, Т /Со Т

I в I

~сн,

о. о Ж

0 „о

1 r i

А в 1 V

H3CWN. | .N^CH3 X /CovX

НзС I в l СНз

НзС I в | СНз о. „о н"

V

r

Ы Т hc^n't^n^ch3

Т 6.12 Некоторые биомодели корин-системы [259]. Воспроизведено с разрешения. © 1976 by Verlag Chemie GMBH.

\ соединение (CH3—R) и радикал субстрата: НОСНу—снон

'CH,R

hoch2v on

СНХ ch3r

Со2

Со"

Со3+

Присоединение этого радикала к структурам типа В 1 2г создает овый алкилкобаламин, в котором лигандом является субстрат. (При этом осуществляется переалкилирование атома кобальта.

I Каким образом связь Со—С активируется для гомолитического расщепления? Предполагается, что присутствие и надлежащая ориентация пропионамидных боковых цепей в корин-кольце облегчает

18*

388

Глава 6

работу ферментативной системы, возможно, путем некоторого нарушения корин-системы [269]. Данная гипотеза * подтверждается тем, что гидролиз боковой цепи до соответствующей аминокислоты приводит к образованию неактивной молекулы кофермента В12. Непонятно, почему природа пошла по пути гемолитического разрыва. Этот случай уникален в химии коферментов!

Теперь о самом важном. Каким образом происходит перегруппировка?

xkv . он

НО СН CH3R

н

Со3+ / *=± / Со3 + / +Н20

Поскольку уходящей группой должна быть гидроксильная группа ОН-, то можно представить себе три предельные электронные структуры:

он

Рв> Р Ра/

сн2ч. „ .он ch2v а .он сн2—сн

- СН ">,GH \i7

I Ф1 I t'o Со3+ Со

первичный 8елок,ализоеанный эт-комплекс

кароонистый ион карБониевый ион

Модельные исследования показали, что сольволиз 13С-меченого 2-ацетоксиэтилпиридинкобалоксима в метаноле дает равные количества двух 13С-меченых продуктов.

О II

сн2—сн,—о—с—СН, СН,—СН,—ОСН,

i

сн,он

Со

i_

Руг Pj/r

CH2-CH2—ОСН3

Со

_ I Руг

* Согласно частному сообщению (N. Т. Anh, Orsay, France), с помощью реитгеноструктурного анализа кофермента В)2 установлено, что угол связи Со— —СН2—СН в метилен-5'-аденозильном остатке необычайно велик. Такой необычной гибридизацией этого углерода можно объяснить легкость разрыва связи Со—С.

Ионы металлов

389

j-o наводит на мысль, что простейший путь перегруппировки — |бразование промежуточного я-комплекса. Следовательно,

е

' * /ОН ГЬн п

СНЛГ5Н сЯ-снГ сн2~Ь(°

/ Со- / ,=> / Со- / ^ / Со- /

Z-—/ СН3К L_/ CH3R L_/ CH3R

енольный Эиольный интермеЭиат интермеЭиат

[Поскольку гидроксильная группа а-углерода стабилизирует Ьазующийся положительный заряд, то

страница 65
< 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
(24.04.2017)