Биологический каталог




Биоорганическая химия

Автор Г.Дюга, К.Пенни

льно гидроксилирующий агент — карбо-1нилоксид. Аналогичные промежуточные соединения известны для

14*

420

Глава 7

реакции озона с соединениями, содержащими двойные связи,

R

Ж

О

Н2| А

«о»

фпавингийропероксий

карбонилоксиЭ

Поскольку карбен и нитрен — электрофильные агенты, концевой кислород должен стать более электроположительным за счет стабилизации отрицательного заряда остальной частью молекулы. Этот механизм, предложенный Гамильтоном [279], имеет недостатки, так как подразумевает существование открытой формы флавинового кольца.

Могут действовать также другие ионные механизмы. Перенос кислорода может происходить путем переноса радикального типа,

R

R

I

oeucmeyem ti^X как электрофил || I

1^ f ,-н.о

О

ОН

ОН

Ое Ое

H20)T

2 * о +

Н е

а не по ионному механизму (см. с. 424). Тут уместен вопрос: почему природа выбрала флавиновый, а не никотинамидный кофер' мент для переноса кислорода на субстрат? Ответ, по-видимому,

Химия коферментов

(заключается в том, что NAD+ может только переносить электроны через гидрид-ион, в то время как FAD обладает свойством превращаться в промежуточный кислородный аддукт, который затем реагирует с субстратом, так что прямого переноса кислорода к субстрату не происходит.

Чтобы устранить недостаток механизма Гамильтона, Дольфин предложил интересный альтернативный механизм [293], согласно второму не образуется промежуточного продукта с разомкнутым [кольцом. Этот механизм включает образование активного оксази-[ридин-4а,5-флавина, получаемого из флавингидропероксида *,

И>0 (1 У) 1

АО иО

оксаэирибин

Р NH

[Предположение об образовании оксазиридина основано на мно-¦шсленных химических примерах **, к которым относится и при-¦денный ниже, демонстрирующий электрофильный характер окса-¦ридиновой системы.

* Как уже упоминалось ранее (разд. 7.1.3), 5-деазафлавиновые аналоги бо-иее чувствительны к нуклеофильной атаке, которая обычно происходит по положению 5 с образованием 1,5-дигидроаддуктов. В связи с этим следует упомя-юуть о недавнем сообщении, где описано получение 4а,5-эпокси-5-деазафлавино-рого производного в результате реакции 5-деазаизоаллоксазина с Н202, трет-бу-[тилгидропероксидом или ж-хлорпербензойной кислотой [294].

¦ ** Недавно появилось сообщение о синтезе нового класса оксазиридинов Маренсульфонил-З-арилоксазиридинов). Эти устойчивые соединения были полу-'чены окислением сульфониминов, и они, как было замечено, могут служить окислителями [359]. ~

Аг

R-SOj Н

Г* R-So/

Д.

К—Сч

Аг

н

422

Глава 7

Поэтому можно предположить следующий механизм гидрокси-лирования фенола:

Интересно, что перенос кислорода от оксазиридинового агента приводит к образованию бензолэпоксидного промежуточного соединения.

Биткоп и сотр. [295] еще в 1969 г. высказали предположение, что эпоксиды являются промежуточными соединениями в ряде реакций окисления ароматических соединений, катализируемых монооксигеназой. Например:

ОН

сйпццилат--СООН лаза

FADHjO,'

' ОН О "

6&

+ со2

Здесь опять-таки флавиновый кофактор — эпоксидируюшнй агент.

Флавингидропероксидаза также участвует в окислительном декарбоксилировании:

Химия коферментов

423

R

V о н«

R

I

О

FADH20j

FAD

'субстрат

о

I «-

"* Kt

i Cl

FADHj

+

Окисленный субстрат

• 18o

•2He + R—С—COO9

-кето-кислатныц сцб"страт

9? ° R—Cj-cX-^

К ^ое ?»н2

R—ctf + С02 + Н2«

хОе

' С использованием 1802 было показано, что только один из двух ¦омов кислорода оказывается в итоге в карбонильной группе. Ттересным примером такого процесса является превращение ¦оксифенилпировиноградной кислоты в гомогентизиновую кислоту |д действием диоксигеназы:

о

yf

сн,—С—соон

но

но

л-оксифенилпироешоградная кислота

сн2—соон.

он

гомогентизиноеая кислота

Риткоп первым предложил следующий механизм:

о)

И0хх

сн.

бчокс^-

-С— СООН гетъ II

О

он

л-ч^С=0

ое

НОх0СХс#0Н

JEL. 9°^^С-ОН

424

Глава 7

При перегруппировке происходит миграция боковой цепи в орто-положение [296]. Однако такой механизм вызывает сомнение, так как реакция все еще протекает с фенилпировиноградной кислотой (ОН-группа в пара-положении отсутствует). Более вероятным кажется механизм, включающий участие иона переходного металла с образованием сначала перкислоты, которая затем подвергается превращениям по «оксеновому» механизму через образование эпоксидного промежуточного соединения:

Предположение Дольфина об оксазиридиновом механизме окисления, осуществляемого флавином, было подвергнуто критике [292], так как включение кислорода в процесс ферментативного окисления не индуцируется фотохимически. Однако удалось показать только, что N-5-оксифлавин (нитрон) способен влиять на

N(5)-0KCuq>naeuH (нитрон)

Химия коферментов

425

.неферментативное окисление. Методом ЭПР-спектроскопии обнаружено, что при облучении в присутствии фенола образуются фла-ъиннитроксильный радикал и фенокси-радикал. Соединение этих двух частиц приводит к образованию флавина и гидрохинона.

Г Возможно, что флавиннитроксильный радикал играет важную роль в химии флавоферментов; предполагается также, что промежуточный нитроксильный радикал может образовываться из связанного с ферментом флавин-4а-гидропероксида.

троксилъный радикал

I Такой механизм, включающий образование радикальных пар, Мзволяет избежать постулирования «оксена» как промежуточного ¦одукта в процессе переноса кислорода флавоферментами, и в то Те время он способствует снятию напряженности оксазиридиновых ¦клических структур.

I Годдарт [297] предложил другой механизм гидроксилирования 1нольных соединений; при этом он попытался показать, каким 1разом флавиновые коферменты осуществляют такое окисление, ^строение выполнено теоретически и основано на применении вол-¦вых функций, квантовой механики и обобщенной теории валентных связей к биологическим проблемам.

¦ На рис. 7.7 приведен пример окисления фенола в катехин. На ^первой стадии этого окислительного процесса триплетный кислород ,атакует флавин, образуя бирадикал. Флавин в какой-то степени [помогает активировать кислород. При этом один из неспаренных рлектронов бирадикала стабилизируется флавиновым кольцом, а другой остается связанным с атомом кислорода, который реагирует ]с фенолом на второй стадии. Образуется промежуточное соединение,

426

Глава 7

Рис. 7.7. Механизм окисления фенола флавиновым коферментом [297].

где флавин и фенол соединены друг с другом посредством двух атомов молекулярного кислорода. Протекание следующей стадии облегчено, так как в образующемся промежуточном соединении флавина положительный заряд стабилизируется свободными парами электронов у атомов азота в положениях 5 и 1. Согласно Годдарту, атомы азота в молекуле флавина способствуют разрыву кислород-кислородной связи, самой энергоемкой стадии реакции.

Интересно, что предлагаемый механизм включает атаку фе-нольного кольца атомом кислорода по углероду, связанному с гид-роксильной группой. Согласно энергетическим расчетам, этот радикальный промежуточный продукт, по-видимому, имеет более низкую энергию, чем продукт, содержащий кислород у соседнего атома углерода в кольце. Позже кислород мигрирует в результате перегруппировки. На этой стадии образуется катехин, но флавин все еще содержит лишний кислород. Последний, по-видимому, удаляется из флавина путем присоединения протонов и образования воды. Естественно, процесс должен осуществляться с помощью фермента. Для подтверждения этого предположения необходимы модельные исследования.

Среди разнообразных происходящих в природе процессов, связанных с окислением — восстановлением, испускание видимого света живыми организмами — одно из наиболее таинственных природных явлений. Люминесцирующие бактерии, черви и изумительные по красоте светлячки всегда были объектом пристального внимания биохимиков. Возникает естественный вопрос: какой тип

Химия коферментов

427

химических реакций может вызывать излучение энергии в видимой области спектра? Было обнаружено промежуточное производное AMP, но для испускания света нужна гораздо большая энергия, чем это может обеспечить только гидролиз АТР. Ответ был найден, когда заметили, что хемилюминесценция чаще всего наблюдается, если в качестве окислителя выступает 02. Кроме [того, исследование экстрактов люминесцентных веществ из организмов светлячков показало, что свечение обусловлено люциферином. Это соединение де-(арбоксилируется ферментом люциферазой [298].

люцисрерин из светлячков

О

о3 + остаток, основания .. влгациферозе

О

НО

х

о

о

С—О—AMP ОН

а-пероксилактон

:еет

S S"^

электронновоз&цжЭенньш оксилюциферин

После активации АТР люциферин, по-видимому, превращается в а-пероксилактон путем дегидратации — циклизации. Это промежуточное соединение служит хемивозбудителем образования электронно-возбужденного оксилюциферина декарбоксилировании.

Такая ферментативная оксигенация, происходящая в результате атаки молекулы 02 карбанионом с последующим декарбоксилированием, происходит без ~омощи сопряженного кофактора. Тем самым ферменты, обеспечивающие этот Т>цесс, отличаются по механизму действия от бактериальной люциферазы, лавинзависимой монооксигеназы [299]. В бактериальной системе 4а-флавин-гидропероксид участвует в хемилюминесцентной реакции в присутствии аль-Шгида.

¦ Б настоящее время получено простое модельное соединение для изучения последовательности реакций окисления — декарбоксилирования [300]. Дегидратация следующих очень активных а-перо-ксикислот в присутствии ДЦГК дает соответствующий а-пероксилактон (диоксетанон).

Ri СООН R*0—ОН

Ri = R2 — CH3

R, = Rj = (Bu

Rt = »Bu,R, = Ш,

f

О

o-o

V

>=0

r/

+ COj

428

Глава 7

Инкубация а-пероксилактона в СН2С12 при 25°С приводит к количественному образованию кетона и сопровождается испусканием света. Декарбоксилирование, по-видимому, происходит на первой

~\~f +актиеатор^« О—О . электроне

свет

о о

• е

активатор*

активатор* +

активатор6

активатор=лерилен или. Э.Ш-иифенилантрацен

с

страница 71
< 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
(24.09.2017)