Биологический каталог




Биоорганическая химия

Автор Г.Дюга, К.Пенни

ревращение гомосеринфосфата в L-треонин [301].

438

Тлава 7

присутствии Си (II) и соответствующих модельных соединений (см. ниже) происходит реакция окисления, не имеющая аналогий в биологических системах [303].

Следует отметить, что роль иона металла в пиридоксаль-Р-за-висимых ферментах часто переоценивалась, поскольку большинство из них не являются металлоферментами. Напротив, роль иона металла в данных реакциях играет сам фермент.

Чтобы лучше понять механизм действия пиридоксаль-Р, остановимся подробно на реакции (7-3): превращение гомосеринфос-фата в треонин. Это реакция элиминирования—гидратации. Первый процесс (рис. 7.10) включает альдимин ч=ь кетиминную таутомерию — объект внутримолекулярного общего кислотного катализа близлежащей оксигруппой, за которым следует медленное расщепление С—Н-связи. Определяет скорость последняя стадия.

Наличие отрицательного заряда на р-углероде может быть продемонстрировано улавливанием аниона N-метилмалеинимидом по реакции присоединения Михаэля. Интересно, что пиридоксальфос-фат помогает стабилизировать отрицательныай заряд (анионную форму) на а, |3- и у-атомах углерода. Отрицательный заряд в а- и •у-положениях стабилизируется благодаря сопряжению с кольцевым атомом азота, в то время как иминный азот стабилизирует отрицательный заряд в jj-положении. В присутствии D20 положения а и у могут дейтерироваться. Эта характерная последовательность реакций протонирования демонстрирует, что роль пиридоксальфосфата как электронного стока заключается в стабилизации карбанионных промежуточных соединений путем делокали-зации избыточной электронной плотности [315].

Химия коферментов

439

I Следует учитывать, что, поскольку пиридоксаль превращается пиридоксамин или соответствующее фермент-иминное промежуточное соединение, то он не истинный катализатор! Это скорее рэычный реагент.

Наиболее важная проблема в процессах переаминирования — выяснение стереохимии. В зависимости от типа реакции и фермента ' ермент-коферментный комплекс может удалять из аминокислоты-убстрата R-группу, карбоксильную группу или водород при сс-уг-ероде. От каких именно структурных особенностей зависит место В?рыва связи? Это, так же как и скорость реакции, определяется врментом. Решающий фактор при этом заключается в выборе аименее энергоемкого пути образования переходного состояния, овалентного промежуточного соединения, т. е. наибольшее влия-ие должна оказывать правильная конформация в ферменте свя-внного с коферментом субстрата [301].

© Н г,

I

R I

ЛЯ

СО,

г X

www шрансаминаза

альЭолаза

тентацнонная зависимость реакций, катализируемых пиридоксальфосфатсодер-

жащим ферментом.

Лабильная связь всегда перпендикулярна плоскости пиридинового кольца, и совокупность ионных, полярных и гидрофобных заимодействий в ферменте определяет, какой из конформеров „удет преобладать. Это легко показать, например, с помощью нью-^новской проекции процесса ферментативного декарбоксилирова-,ия. В конформаций, необходимой для декарбоксилирования, кар-оксильная группа в значительной степени выходит из плоскости онъюгированной системы. Следовательно, специфичность реакции пределяется главным образом этой стадией. Так, ферментативное Декарбоксилирование аминокислот идет с сохранением конфигурации и обеспечивает, таким образом, синтез оптически чистых сс-дей-рерированных аминов, если реакцию проводят в тяжелой во-е [304].

Проекция Ньюмеиа для переходного состояния при декарбоксилировании, катализируемом пиридоксальфосфатсодержа-щим ферментом.

440

Глава 7

Связывание металла, если оно происходит, может обеспечивать различные пути протекания реакций. Интересный пример такого влияния наблюдается для ь-серилгидроксиметилтрансферазы, которая может также катализировать переаминирование D-серина Центр связывания тот же, но продукты образуются другие:

"8»с*|/:н'он

-к'

koiBcl l-Ser связан с коферментом

е сн2он

—сн,он

о2схн2он

Т

IliTrrr* ¦ когЗа D-Ser связан - с коферментом "

о2агн2он Т

о

Я н,о ОгС Н Н

n —

Ориентация карбоксильной группы, таким образом, определяется здесь структурой связывающего центра [301]. Это демонстрирует также важную роль витаминов, поскольку избыток глицина и серина в системе может оказывать токсичное действие, если витамин В6 присутствует в недостаточном количестве.

Ясно, что помимо протонного переноса пиридоксальфосфат участвует также в реакциях, включающих образование карбанионов. При формировании отрицательного заряда на а-углероде аминокислоты-субстрата возникает новая проблема — стереохимическая. Протонируется ли в конечном счете карбанион (несущий отрицательный заряд) в составе комплекса с ферментом путем обмена протонов со средой или это происходит в результате, таутомерного превращения кофермента? Какой тип модельных соединений можно выбрать для лучшей имитации таких процессов?

8FG

Химия коферментов

441

м2.2. Модельные системы

I Данные, приведенные ниже, получены на модельных соедине-Шях. Они подтверждают существование карбанионных промежу-Цчных соединений в пиридоксальзависимых ферментах. Например, ТМР-исследования в 2Н20 [302] на пиридоксамине в присутствии и (II) или А1(Ш) при рН 1—13 продемонстрировали конденса-ию субстрата (пирувата) с витамином В6 (пиридоксамином). корость обмена атомов водорода возрастает с увеличением рН.

н

Ш Ранее наблюдалось, что комплекс пиридоксамина, этилпиру-Вга и А1(ЫОз)з в метанольных растворах поглощает при 488 нм.

OEt OEt

442

Глава 7

Эта полоса в видимой области соответствует наличию карбанион-ного промежуточного соединения, которое исчезает через несколько часов, образуя продукты переаминирования.

Следует обсудить и Другие данные. Например, пиридоксамин в присутствии сс-кетокислоты и подходящего фермента дает пири-доксаль и соответствующую l-аминокислоту. Если реакцию проводят в D20, то половина метиленовых атомов водорода в пиридокса-мине обменивается и образуется только один монодейтерированный изомер пиридоксамина.

' "Y

' О nupuoOKcawuH

Ima же самой реакция е Djp

С02Н —^

СНО + R\/CcbH

l- аминокислота,-

овин энантиомер (/?-usoMep)

NH,

"4

та же самая ^ реакция

**D

н,о

->У"*',к

Эругой энантиомер (5"-изомер)

Если использовать дважды дейтерированный пиридоксамин для проведения той же реакции в воде, то половина дейтерия теряется и получается другой монодейтерированный энантиомер пиридоксамина. Кроме того, если используется a-дейтерированная ь-амино-кислота, то дейтерий переносится стереоспецифически, давая только один из двух возможных стереоизомеров монодейтерированного пиридоксамина.

NHj только /?-изомер

Имеющиеся сведения [305, 306] относительно этих процессов в значительной степени дополнены в результате изучения механизма и стереохимии реакций переаминирования. При решении

Химия коферментов 443

|проблемы были выделены три главных стереохимических центра: qi/r-н* конформация

\неи5вестна

// * н'" абсолютная

Ч=/^1Лк-Ас-'СООе ^ конфигурация

if t Т7 \R

транс-н**

I Следовательно, процесс таутомеризации может быть представлен либо как внутримолекулярный (под действием фермента) цис-перенос, либо как rpawc-перенос водорода. Такая перегруппировка называется таутомерным 1,3-прототропным смещением; известны попытки с помощью модельных исследований решить стереохими-Ическую неоднозначность:

известна

В = основной остаток

ЯЖнГ " Н = боЙаМяеНцееиь

\ Н* аминокислоты

\=/ XN=C^ 4R

Н*Т

Kk^N H%|/N ^-перенос

Ш Ш

н*

I Биохимические наблюдения [306] привели к гипотезе, что про-тотропное смещение стереоспецифично и сопряжено с внутренним Ицыс-переносом. Если это так, то основная группа в апоферменте ¦должна участвовать в процессе, при котором образуется азаал-лильное анионное промежуточное соединение (рис. 7.11). ш Катализируемая основанием метилен-азаметиновая перегруппировка была подробно исследована [307—310].

R' R"

| ,R" R' |

I XJR."' R I

н н

444

Глава 7

.//фермент В

J Lcooh S-цэомер

//m

о5мен с еойоц . возможен

D

н

ч СООН

азааллильньш анион (симметричный)

ttttti

фермент

в

соон

Я-изомер

Рис. 7.11. Внутреннее цис-1,3-прототропное смещение в реакции, катализируемой пиридоксальфосфатзависимым ферментом. Ру — остаток молекулы кофермента.

Для такой карбанионной перегруппировки в растворе, содержащем ЕЮ~—EtOH, можно предложить два механизма: одностадийный согласованный механизм

—С—N=C— т--у —С—N—С— <==^ —C==N—С—

I i| I

н + ro—н но—r ¦»-¦ н

roe но—r перехоВное r—он eor

состояние

и двухстадийный, или анионный, механизм

-C-N=C— -Ч2=№=С- »=i -C=N-C-

J. изиаллильный I н + анион _^ + н

roe roh eOR

Проведение процесса изомеризации в дейтерированном растворителе позволяет установить механизм, действующий в модельной системе. Например, в" случае согласованного механизма, протекающего через симметричное переходное состояние, должна происходить изомеризация любого дейтрона, включенного из растворителя. В то же время в случае азааллильного промежуточного соединения возможно включение дейтрона без последующей изомеризации.

Химия коферментов

446

¦блюдалось именно последнее. Это еще одно доказательство су-|ствования азааллильного промежуточного соединения [307, 308]. ^Поскольку кинетика этой реакции изучалась в D20 и НгО, то 1дует сделать несколько замечаний относительно Н**0-обмена. ели исходное соединение имеет «кислый» водород в хиральном центре, то возможно образование через карбанионное промежуточное, соединение трех различных продуктов [307]:

с*

сохранение

Ы^'С—Н *ор'*°а, ь-^С—Н конфигурации

о~еэ обмена

<Ч сохранение Ъ'р.С—D конфигурации

с обменом

_. п_г^ь инверсия и ^\ с обменом a

„_гУ\ инверсия И *-\D си обмена. 8 (изсиюерейя)

Инверсия (рацемизация) без обмена называется изоинверсией. Механизм этого процесса подразумевает образование ионных пар. Действительно, в присутствии краун-эфира, способствующего обра-Ьванию ионов, выход рацемата увеличивается [307]. На практике стереохимический путь многих реакций, катал

страница 73
< 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
(26.09.2017)