Биологический каталог




Биоорганическая химия

Автор Г.Дюга, К.Пенни

реакции с дейтерированным спиртом путем выделения пиридиниевой соли. Метилирование и окисление происходят без потери дейтерия. Это доказывает, что метка находится только у атома С-4.

D D D

СН3 СНз

Кроме того, и другие реакции присоединения показывают, что хороший нуклеофил, такой, как цианид-ион, может присоединяться к NAD+. Затем при разбавлении он может быть потерян с образованием исходного ароматического продукта. Щелочная обработка в D20 дает 4-[2Н] -аналог NAD+.

Химия коферментов

401

а

R

conh,

Н CN Н

JK/conh, раздав- Л. xonh2

т-CN6

cn

D

рмбав-

/L/conh2

J +cne

Специфический синтез дейтерированного аналога демонстрирует электрофильность атома С-4. В связи с этим при рН 7 легко происходит бисульфитное присоединение, а обработка NAD+ дитионитом приводит к реакции восстановления у атома fc-4.

conh,

+ hso4®

н so3h

><.conh2

Чг

ho®

conh2

о h

II ; s./h

-sq,

о 'XO-conh,

R

><\cONH2

IL J + Hso3e

4isr

I

R

[При щелочных значениях рН наблюдалось также нуклеофиль-й°е присоединение пирувата к NAD+. Присоединение, по-видимо-*У, происходит через образование енола (или соответствующего

402

Глава 7

енолята), в результате чего образуется восстановленный и окисленный аддукты [274].

ОН R R

восстановленная окисленная форма форма

Эти данные наводят на мысль о существовании следующего равновесия:

Какие же есть доказательства прямого переноса гидрид-иона в реакции NADH =*± NAD+ + Н~?

В 1971 г. удалось создать первую модель алкогольдегидро-геназы [275]. Для катализа реакции восстановления 1,10-фенан-тролин-2-карбоксальдегида N-пропил-1,4-дигидроникотинамидом (простое соединение, моделирующее NADH) вводили ион цинка.

Интересно, что в ацетонитриле при 25°С присутствие Zn(II) весьма важно для эффективного катализа этой реакции. Таким образом, координация иопа металла с субстратом — вот движущая сила реакции восстановления. Эта реакция стала первым примером восстановления альдегида аналогом NADH в нефер-Ментативной системе. Использование 1-пропил-4,4-дидейтериони-

Химия коферментов

403

^отинамида приводит к получению монодейтерированного 1,10-ренантролин-2-карбинола. Следовательно, продукт образуется 1утем прямого переноса водорода от восстановленного аналога кофермента; кроме того, координация или близость карбонила иону цинка, по-видимому, имеют особое значение при ферментативном катализе. Известно, что Zn(II) необходим для каталитической активности алкогольдегидрогеназы из печени лошади [280]. Интересно, что переноса не происходит, если для моделирования восстановления NAD+ используется следующее соедине-тие:

(отя налицо все факторы, благоприятствующие изменению структуры, система предпочитает сохранить ароматичность. Следовательно, образование NADH должно управляться конформацион-тыми изменениями, которые смещают равновесие в сторону не-1ароматической системы. Однако внутримолекулярный перенос Ьидрида наблюдался [276] в присутствии лактатдегидрогеназы из [сердца свиньи с использованием кофермент-субстратного кова-иентного аналога, состоящего из лактата и NAD+.

СООН ««ЮН

RPPRA •У- изомер

СООН

Л-изомер

¦ Это — два синтетических диастереомерных производных нико-[тинамидадениндинуклеотида, в которых лактат присоединен через [метиленовый мостик в положение 5 никотинамидного кольца. Только S-изомер подвергается внутримолекулярному гидридному переносу с образованием соответствующего пируватникотинамидного |аналогии и NADH. Однако две специфические к (#)-лактату дегид-1рогеназы не катализируют подобную реакцию ни с одним из двух [диастереомеров. Следовательно, можно сделать предположение о

404

Глава 7

возможном расположении субстратов (лактата и пирувата) в активных центрах этих ферментов:

соое

NH2 сИ>СН, Н. н

возможное положение пирувата в активном центре (S)-лактатспецифической дегидрогеназы, обеспечивающее перенос «po-R-водорода от дигидропиридинового кольца; эта ориентация согласуется с данными рентгено-структурного анализа для тройных ингибиторных комплексов

это расположение неблагоприятно, так как не происходит гидрид-ного переноса с (R)-лактатспецифической дегидрогеназой

Сг—Сз-вращение дает эту новую ориентацию пирувата; такое расположение постулируется для (R)-лактатспецифической дегидрогеназы

Сделаны попытки моделировать обратную реакцию (NADH -» -*-NAD+). Интересный пример — следующий краун-эфир, моделирующий NAD(P)H [277]:

В присутствии сульфониевых солей перенос гидрида происходит в 2700 раз быстрее, чем с соответствующим аналогом без краун-эфира.

1/V

Химия коферментов 405

L Очевидно, присутствие краун-эфира обеспечивает надлежащее Щкомплексообразование катиона.

¦ Другая модель разработана Леном и сотр. [278]. Они полу-I чили комплекс между пиридиниевым субстратом и акцепторной L молекулой хирального краун-эфира, имеющей в качестве боковых цепей четыре дигидроникотинамидных производных (рис. 7.1).

X = CONH(n-Bu)

¦с. 7.1. Краун-эфир Лена, моделирующий NADH [278]. Воспроизведено с разрешения. © 1978 by the American Chemical Society.

В этом комплексе наблюдается повышенная скорость переноса Н к пиридиниевой соли субстрата. Это первый пример ускорен-ого Н-переноса (транс-восстановления) от 1,4-дигидропиридина I пиридиний-иону в синтетическом молекулярном макроцикли-ческом рецептор-субстратном комплексе. Значит, такой синтети-еский катализатор обнаруживает некоторые характерные свой-тва, присущие ферментам. Он обеспечивает как акцепторный Центр для связывания субстрата, так и активный центр для превращения связанного субстрата. Следовательно, он интересен и как ферментативная модель, и как представитель нового типа эффективных и селективных химических агентов [278].

¦ При создании моделей коферментов необходимо изучить структуру соответствующих ферментов. Трехмерная структура алко-Iгольдегидрогеназы определена с разрешением в 0,24 нм [280]; она согласуется с данными ряда физических и химических

406

Глава 7

исследований в растворе. Активный фермент (Л1 = 80 000) представляет собой димер, составленный из двух идентичных субъединиц. Каждая субъединица образована одной полипептидной цепью, включающей 374 аминокислотных остатка. Далее, каждая субъединица подразделена на два домена, несущих определенную функцию. Один домен связывает кофермент NAD+, в котором адениновая часть ориентирована в сторону гидрофобного «кармана»; другой, каталитический, домен связывает молекулы различных субстратов. Три остатка Cys-46, His-67, Cys-174, входящие в этот домен, формируют лиганды, которые координируются вокруг атома цинка, участвующего в катализе. Интересно, что в этом районе имеется и второй атом цинка, для которого лигандами являются четыре других цистеиновых остатка. Функция этого «лишнего» атома цинка пока не выяснена, но предполагается, что он необходим для поддержания стабильной структуры фермента. Сходство с ферредоксином (разд. 6.4) также наводит на мысль, что этот район может быть каталитическим центром окислительно-восстановительного процесса, возможно, с одним или двумя цистеиновыми лигандами в качестве каталитических групп [280]. Наконец, два домена субъединицы разделены «щелью», которая имеет широкий и глубокий гидрофобный «карман» с каталитическим атомом цинка на дне этого кармана.

Очевидно, система гораздо сложнее, чем ранее предполагали, так как кофермент и субстрат связаны с различными доменами в ферменте. Таким образом, в будущих моделях ЫАО+-зависимых ферментов эти наблюдения следует принять во внимание.

И последнее: давайте обсудим возможность другого механизма функционирования NAD+, не включающего перенос гидрид-иона. Так, Гамильтон считает, что если в дегидрогеназных реакциях происходит процесс непосредственного переноса гидридного иона, то этот процесс является уникальным в биологии, так как более благоприятен перенос протона [279]. Однако различить эти две возможности нелегко. В общем, проще сказать, что реакция восстановления аналогична переносу двух электронов, чем постулировать существование гидрид-иона. К этой проблеме мы еще вернемся в разд. 7.1.3 в связи с флавиновым коферментом.

7.1.2. Неферментативная регенерация коферментов и некоторые примеры использования коферментов в органическом синтезе

В последние годы значительно возросла потребность химиков-синтетиков в реагентах, способных к эффективным селективным или асимметрическим превращениям. В этом отношении ферменты предоставляют уникальные возможности, поэтому исследованию их свойств как хиральных катализаторов уделяется огромное

Химия коферментов

407

нимание. Конечно, главная привлекательность фермента с точки рения синтетика состоит в том, что различные аспекты его спе-ифичности могут давать ему возможность воздействовать одно-1еменно на тщательно контролируемые и селективные превращения [281].

В настоящее время наиболее широкое применение получила ксидоредуктаза алкогольдегидрогеназа из печени лошади HLADH). Изучена возможность использования ее для стерео-елективного окисления спиртов и восстановления кетонов. Од-ако проведение реакции в препаративном масштабе (~5 г) ока-алось экономически неосуществимым, так как фермент требует рисутствия весьма дорогостоящего кофермента NAD+.

Для решения этой проблемы были разработаны методы ре-енерации этого кофермента. Один из них — неферментативный етод [282—-284] непрерывной регенерации каталитических оличеств никотинамидного кофермента. (Следует напомнить, что Jpa3fl. 4.7 уже уделялось внимание ферментной технологии и использованию ферментов в химии и медицине).

В вышеупомянутом методе для регенерации NADH из NAD+ спользуется дитионит натрия. Показано, что он вполне пригоден ля препаративного проведения (с высокими выходами) HLADH-атализируемых реакций восстановления большого набора альде-идов и кетонов.

Ккептон >=о -

R

¦NADH <

¦ hs03e + SOa

ферментативный путь химический путь

(HLADH) (S2042e)

R4 .ОН

pupm X

1 R Н

•NAD®

s2o4^ + OHj

¦ FMNH,

> NAD®

v

V химический путь фермента

страница 68
< 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
(29.05.2017)