Биологический каталог




Биоорганическая химия

Автор Г.Дюга, К.Пенни

з в...)

2) С|-^СООН

сефароза 4Bi^L

он

1) CNBr.pH Нг

2) H,N-'WNH„pHI_0

к аминобутил-nhcoo —fc сесрароза АБ

коБаламинсефароза 4В

.14. Получение нерастворимого носителя кобаламинсефарозы для очистки 2-зависимых ферментов с помощью аффинной хроматографии [270].

^кобальтовой связч световым облучением: сефароза.

сн,

4ч.

сн.

фермент

СН,

Со24

фермент

|До настоящего времени аффинный сорбент не использовали повторно, но ,сли разработать метод элюирования белка без фотолиза, так чтобы сорбент ожно было снова использовать, то это откроет путь широкому применению ¦эму адсорбционному методу для очистки В^-зависимых ферментов. П Наконец, из-за все возрастающего ртутного загрязнения окружающей среды ледует сказать несколько слов о метилировании ртути и связи этого процесса функционированием витамина В|2. Вуд [271] одним из первых детально изу-ил механизм метилирования ртути. Его исследования показали, что биосинтез етилртути может происходить в анаэробных условиях. Тот факт, что ртуть мо-"ет алкилироваться с образованием иона метилртути в природных системах, пределяет серьезность проблемы ртутного загрязнения. Ион ртутн — чрезвы-айно сильный акцептор метильной группы, и его монометильное производное стойчиво в водном растворе. Ион метилртути может затем поглощаться в водных растворах одноклеточными организмами, включаясь таким образом в водяную пищевую цепь. Концентрация ртути возрастает вдоль цепи, достигая высокотоксичных уровней в рыбе, и сильнее всего воздействует на виды, питающиеся [рыбой. Вуд сделал вывод, что ферментативные системы, содержащие В12, должны рыть способны к синтезу метилртути в биологических системах путем перемети-ушрования. Это означает перенос метильной группы от одного субстрата к другому, который является компонентом биохимической реакции. Такой процесс нарывается также биологическим метилированием. В природе существуют три главных кофермента, осуществляющих такие реакции переноса метильной группы в [биологической системе: S-аденознлметионин, производные N-5-метилтетрагидро-|фолата и метилкоррнноидные производные (метилкобаламин). Первые два

396

Глава 6

переносят метильную группу в виде карбониевого иона. Что касается метилкор рииоидов, то Вуд считает их особенно эффективными переносчиками, так как они способны переносить метильную группу в виде карбанионов, карбокатионов или радикалов (разд. 6.6).

СН

сетование + основание +

СН,е СН,

основание +

CH3a

К ферментам, участвующим в метилировании ртути, относятся метионинсин-тетаза, ацетатсинтетаза и метансинтетаза. Последняя — чрезвычайно широко распространенный фермент в анаэробных экосистемах, таких, как озерные и речные отложения. Во время таких ферментативных процессов могут образовываться ионы СН* и СНз, при этом производные витамина В12 действуют как посредники при метилировании Hg(II).

Кроме того, на модельных системах показано, что при фотолизе метилкор-ринондов в анаэробных условиях может также происходить гомолитическое расщепление связи Со—С с образованием Со(П) и метальных радикалов:

СНз ОН2

j j

/анаэробные # 3 / "!° / -' условия '-< L_

н8°

Со2+ / + СНз-Hg A CH3-Hg-CH3

В таком случае диметилртуть, по-видимому, также синтезируется путем присоединения метильного радикала к металлической ртути. Действительно, кажется вполне вероятным, что в определенных организмах Hg(II) транспортируется через клеточные мембраны, восстанавливается до металлической ртути, а затем метилируется. Будучи летучим соединением, диметилртуть должна легко диффундировать из клеток микробов наружу и освобождаться в воду. При кис-

Ионы металлов

397

лых значениях рН она превращается в монометилртуть и метан:

CH3-Hg-CH3 + Н® -> CH3Hg + сн4

летучее растворимое соеаинение соебинение

C2H4 + CH4 + Hg(0)

I Очевидно, летучая метнлртуть в атмосфере под действием радиации разру-Щется до этана, метана и Hg(0). Затем металлическая ртуть возвращается в шву и озера, и описанный круговорот ртути повторяется [272].

I Таким образом, витамин В12 и его производные — это замечательные ката-изаторы, обладающие разнообразными функциями и участвующие в многочис-енных необычных биохимических процессах в различных организмах. Превращения ртути в окружающей среде — только один из многих примеров действия витамина Bi2.

I В заключение следует отметить, что в этой главе представлены различные модели ферментативных механизмов, в которых участвуют ионы металлов. Показано, что реакции, катализируемые ме-таллоферментами или ферментами, активированными ионами металлов, удивительно разнообразны по типам. Естественно, что многие аспекты, такие, как необычайно высокая скорость и специфичность ферментативного катализа, не получили полного объяснения на основании исследования модельных систем. Однако недостающее звено, возможно, как раз и удастся найти там, где структура биологических молекул отклоняется от модельных систем. Возможно, что при этом будут обнаружены наиболее хи-ически интересные явления [258, 259].

Глава 7 ХИМИЯ КОФЕРМЕНТОВ

... мы доказываем с помощью логики, а делаем открытия с помощью интуиции.

Пуанкаре

Клеточный метаболизм находится под контролем ферментов, а ферментам для проявления каталитической активности, как правило, необходимо особое вещество, или кофактор. В таких системах белковая часть фермента называется апоферментом, и она обычно неактивна. Кофактор — это или ион металла, или органическое вещество небелковой природы. Многие ферменты даже требуют присутствия обоих кофакторов. Прочно связанный кофактор называется простетической группой. Однако если органический кофактор начинает действовать только во время каталитического процесса, то он называется коферментом. Комплекс, образующийся в результате присоединения кофермента к апофер-менту, называется холоферментом (или, для краткости, ферментом).

Некоторые коферменты служат переносчиками химических групп, атомов водорода или электронов. Другие, такие, как АТР, участвуют в энергетических процессах внутри клетки и часто рассматриваются скорее как субстраты, а не как коферменты. Известны коферменты и с более сложной структурой, которые относятся к производным витаминов. Они действуют в активном центре фермента, соединяясь с субстратом и облегчая таким образом протекание реакции. Витамины не могут синтезироваться в организме животных и, следовательно, должны поступать с пищей. Таким образом, их наличие необходимо для нормального развития здорового организма, а их отсутствие вызывает специфические болезни, или, иначе, витаминную недостаточность.

Как это часто случается, изучение биохимических свойств коферментов привело к выделению весьма необычной области органической химии. Коферменты — это природные соединения, однако вполне определенные представления о их структурах делают коферменты идеальными объектами исследования при разработке идеи структурно-функционального соответствия с помощью методов биооргаиической химии [273]. В данной главе мы уделим внимание прежде всего этой проблеме и особо созданию систем, моделирующих действие коферментов.

Химия коферментов

399

7.1. Реакции окисления — восстановления

L Последовательности ферментативных окислительно-восстанови-libHbix реакций лежат в основе клеточного метаболизма энергии. |ергия, освобождаемая при окислении восстановленных органи-Тких или неорганических соединений, запасается с различной Ърективностью в виде таких удобных форм, как АТР, мембранные потенциалы или восстановленные коферменты. Механизм действия ферментов, катализирующих процессы электронного переноса, активно изучается, что связано с их важной физиологиче-ой ролью.

¦ Следует напомнить, что ферменты, участвующие в процессах ¦сления — восстановления, или оксидоредуктазы, подразделяют-я на четыре главные группы: [1) Дегидрогеназы — ферменты, катализирующие перенос во-)рода от одного субстрата к другому. Для нормального функ-¦онирования этой обратимой системы требуется никотинамидный ¦рермент, например NAD+ Таким путем из соответствующих кетонов и альдегидов образуются хиральные спирты. Некоторые дегидрогеназы содержат в качестве необходимого компонента In(II) [280].

| 2) Оксидазы — ферменты, катализирующие перенос водорода от субстрата к молекуле кислорода. Для этого обычно требуется флавиновый кофермент FAD. В зависимости от специфичности фермента конечным продуктом может быть вода или пероксид Водорода.

¦ 3) Оксигеназы катализируют включение в субстрат кислорода из молекулярного кислорода. Монооксигеназы включают один атом молекулярного кислорода в субстрат; другой атом при этом высвобождается в виде Н202 или Н20. Диоксигеназы вводят

субстрат оба атома кислорода.

¦ 4) Пероксидазы и каталазы катализируют реакции, протекаю-Iie с участием пероксида водорода как окислителя. В качестве ¦остановленной формы образуется вода. Для каталитической ¦тивности этих ферментов требуются ионы железа и/или меди.

NAD+, NADP+

Ь Никотинамидадениндинуклеотид NAD+ и никотинамидаденин-инуклеотидфосфат NADP+ относятся к пиридиннуклеотидам, впервые они идентифицированы Варбургом в 1935 г. NAD+ — это кофермент, участвующий в дегидрогеназных реакциях и вос-танавливающийся при этом до NADH.

400

Глава 7

О NH2

не теряет

NH2 е е /*V^N активности, о о \ II 1 если сеязь

n | n I n N^N<_, осуществляется О г-л^Р'А^р-л\ о I '-через этот атом

ЧУ

о о

Ф ""~ ^-фосфатная группа

НС? Ън Н(5 Ън^ е NADP© зЙесь

NAD^

О л н у н

* О V I />-сн, н

vhr генаэа H OH

(атака (гл с тыла) 1 '

rppra = ри6*оза-фосфат- фосфат-рибоза- абенин

RPPRA RPPRA с тыла)

NAD® NADH

Реакция стереоспецифична, и образуется только один изомер (в приведенном примере а- или /?-изомер). Известно, что дегидрогеназы с другой специфичностью дают стереоспецифично р-изо-мер, а не а-изомер.

Теоретические расчеты плотности заряда на атомах никотин-амидного кольца, проведенные Пюльманом, согласуются с гид-ридной атакой положения С-4. Экспериментальное доказательство получено в

страница 67
< 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
(17.10.2017)