Биологический каталог




Биоорганическая химия

Автор Г.Дюга, К.Пенни

изируемых алкокси-дами металлов в неполярных растворителях, может быть в корне изменен при добавлении в среду каталитических количеств краун-эфиров. По этой причине в средах с низкой диэлектрической проницаемостью ионные пары с карбанионом как отрицательным ионом играют необычную роль промежуточных соединений. Например, изучена скорость обмена /г0бм и рацемизации kpan как функция

ko6Jkpau Растворитель—основ ание

0,6 (обмен с инверсией) MeOH—N(Pr)3

1 (обмен с рацемизацией) >1 (обмен с сохранением свн«- свн5он - с6н5о-к+

конфигурации)

<0.5 (изоинверсня) «ВиОН, ТГФ—N(Pr)3

Шестителей в меченном дейтерием 9-метилфлуорене. [309]. Наиболее интересен случай, когда &обм/?Рац < 0,5, т. е. случай рацемизации без обмена. Это имеет место, если X — диметиламид в присутствии основания м-пропиламина в смешанном растворителе

446

Глава 7

грег-бутанол— тетрагидрофуран (вместо метанола). R

CH3,NH3 СН,

R NH3

На основании этих результатов сделан вывод, что дейтерий отщепляется амином и образующийся аммоний-ион остается спаренным с карбанионом ионной связью. Катион необязательно должен оставаться в исходном положении, так как резонанс кольцевой системы обеспечивает делокализацию отрицательного заряда по всем атомам вплоть до кислорода заместителя. В таком случае ионная пара, которая теперь лежит в плоскости кольца, может скользить вдоль планарной структуры или возвращаться в исходное положение, не обменивая дейтерий на протоны растворителя. Для данного процесса Крам предложил название механизм направленной миграции (основание мигрирует вдоль молекулы), чтобы объяснить явление изоинверсии. Заметим, что в метаноле (более сильная кислота, чем трет-бутанол) карбанион гораздо легче протонируется и поэтому его период полупревращения не достаточно продолжителен, чтобы обеспечить процесс направленной миграции.

Следует отметить, что изоинверсия может также происходить не по механизму направленной миграции. Это наблюдалось опять-таки в случае 9-метилфлуорена и грет-бутанола в качестве растворителя, однако вместо м-пропиламина как основания в систему включен пентаметилгуанидин. В пользу другого механизма говорит и тот факт, что нет необходимости в присутствии такого заместителя, как диметиламид. Основание может обеспечить возможность делокализации зарядов при перемещении дейтрона с одной стороны плоской кольцевой системы на другую без обмена с растворителем. Таким образом, дейтрон может присоединяться с любой стороны плоскости, как это показано ниже:

.сн,

"СН,

Химия коферментов 447

После такого короткого экскурса в химию карбанионов можем теперь приступить к рассмотрению моделей, которые Крам и сотр. [использовали для изучения стереохимического выхода на стадиях .переноса протона при биологических реакциях переаминирования, [осуществляемых пиридоксалем [310]. Были изучены следующие модельные системы [311]:

H^Vh I 'BU0H I H*\

СНз D CH, D

(S)-(-)-7-l m+yi-2

снз сн3 сн3" CH3

(S)-(-)-7-3 W-(-)-7-4

H#\ I rBuOH (Dl у HA

СНз C02Et CH3 C02Et

W-(-)-7-5 (S)-(-)-7-6. 1Как можно видеть, все процессы изомеризации стереоспеци-фичны. Проведение реакции в [02Н]-грег-бутаноле способствует ^изотопному обмену и дает возможность контролировать направление реакций.

ИНапример, если исходным соединением является чистый (S)-(—)-7-5, в присутствии основания диазобицикло [4.3.0] нонена {(ДБН) после уравновешивания в течение 811 ч остается <0,5% [оптически чистого 7-5, а 30—60% его превращается в (5)-(—)-изо-[мер 7-6. Этот результат свидетельствует о том, что внутренняя конверсия стереоспецифична и что изомеризация 7-5 ->-7-6 «с фрон-1та» преобладает над изомеризацией «с тыла». Объемистые пиридиновое кольцо и грег-бутильная группа усиливают конформацион-1ную однородность азааллильной системы. Хиральный центр 7-5 [рацемизируется без обмена с растворителем. Это соответствует [явлению изоинверсии по механизму направленной миграции. Ин-[версия, по-видимому, происходит через образование мостика между РЦЗН и пиридиновым ядром:

гн С°2Е?

:N^N:______XlLh^^C

H--C-N^N,Bu

Хиральный центр 7-6, однако, обменивается с сохранением конфигурации; из-за его большого размера обращение невозможно

В заключение отметим, что таутомеризация происходит внутри-молекулярно и что 1,3-смещение протона с «фронта» происходит через азааллильный анион. Однако модель немного отличается от биологической системы тем, что в ней могут протекать конкурентные стереохимические и изотопные реакции. Таким образом, сте-реоспецифичность ферментативных реакций, протекающих с участием коферментов, достигается благодаря апоферментам, в то время как неферментативные модельные реакции не столь стерео-специфичны [310].

Это стереоспецифическое превращение может быть выгодно использовано в случае объемистой аминокислоты, такой, как ь-треонин, для преимущественно асимметрического синтеза моно-дейтерированного пиридоксамина:

Н н t- аминокислота

5-изомер

Для о- и ь-треонина два продукта пиридоксамина дают разные первичные изотопные эффекты в присутствии глутаматоксалоаце-таттрансаминазы.

7.2.3. Самоуничтожающиеся инактиваторы ферментов и аффинные метки

В широком смысле ферменты специфически ингибируются тогда, когда их активный центр блокирован физически и/или химически без значительного изменения остальной молекулы. С целью такого блокирования было разработано множество типов кова-

Химия коферментов 449

|лентных ингибиторов. Основная задача заключается в проведении [химической модификации аминокислотного остатка в активном шентре фермента, приводящей к потере каталитической активности. Наиболее общий подход состоит в синтезе соответствующих по [структуре и химически активных аналогов субстрата изучаемого [фермента. Такие ингибиторы называются необратимыми ингибиторами, специфичными к активному центру, или аффинными метками [[312, 313]. В общем случае аффинная метка имеет активный элект-1рофильный заместитель, который может давать устойчивую кова-[лентную связь с нуклеофильной группой активного центра. С по-[мощью таких реакций можно идентифицировать важную для катализа нуклеофильную группу.

ИПринципы метода можно проиллюстрировать на примере одного ' из первых экспериментов по введению аффинной метки — реакции Ы-тозил-г-фенилаланинхлорметилкетона (ТФХК.) с а-химотрипси-ном [314].

О

ТФХК

His-57 из а-химотрипсино.

¦ Тозилфенилаланиновый остаток моделирует такой субстрат, как метиловый эфир N-тозилфенилаланина, а хлоркетонная группа /(разд. 2.3) действует как электрофил, в котором ион хлора замешается на His-57 активного центра фермента. Аналогично хлорме-Иилкетонный аналог лизина ингибирует трипсин.

I Диизопропилфторфосфат (ДФФ, разд. 4.4)—также необратимый ингибитор активного центра, который блокирует активный Остаток серина в сериновых протеазах. Легко показать, что нитрирование необратимо, поскольку после исчерпывающего диализа |ермент по-прежнему неактивен.

l?. Ser-I9S

UJ а-химо-

Напротив, субстраты, производные диазометилкетона, могут Эффективно использоваться как специфичные к активному центру Ингибиторы тиоловых протеаз. Например, карбобензоксифенилала-Ниновый аналог реагирует стехиометрически с остатком цистеина

1

15 Зак 549

450

Глава 7

в активном центре папаина.

ООО

II • .•¦ II в II

R— С—CH==N=N -> R—С—CH2-pN=N-> R—С—СНа + N2

R = Cbz-Phe ^ S

SH S

* N остаток * папаина в активном центре

Однако специфичные к активному центру ингибиторы имеют два недостатка. Во-первых, это активные молекулы и значительная часть их просто гидролизуется в водной среде. Во-вторых, они могут реагировать неспецифически с другими активными остатками на поверхности белка.

В опубликованных недавно книгах и обзорных статьях можно найти множество примеров ингибиторов, специфичных к активному центру [312, 313, 315]. Помимо химической модификации фермента и аффинного мечения за последние десять лет разработано еще несколько новых методов. Хотя эти методы и не имеют прямого отношения к биоорганическому моделированию ферментов, о них все же следует упомянуть, так как в приложении к биологическим системам с их помощью можно получить полезную информацию К ним относятся введение фотоаффинной метки [316] и использование флуоресцентной спектроскопической линейки [317]. Эти разработанные недавно методы включают в основном биофизические приемы, обсуждение которых выходит за рамки данной книги, но которые важны для лучшего понимания биологических процессов. Получаемая информация может быть ценным руководством к планированию и созданию новых биоорганических моделей биологически важных макромолекул.

В 70-х гг. стало очевидно, что необходимы новые типы ингибиторов с повышенной селективностью. Например, в течение долгого времени считали, что реагенты на карбонильные группы, такие, как гидроксиламин и гидразин, в то же время представляют интерес как ингибиторы пиридоксальфос-фатзависимых ферментов. Хорошо известный пример — это изоникотинилгидразид (изониазид), один из наиболее эффективных лекарственных препаратов против туберкулеза. Очевидно, это соединение _ конкурирует с пиридоксалем за образование гид-

изони зи разона, который блокирует соответствующий фер-

мент киназу. Последний катализирует биосинтез пиридоксальфосфата из пиридоксаля и АТР.

Существует также много природных необратимых ингибиторов ферментов, называемых токсинами. Хорошо известен как токсин ризобитоксин — Р/у-ненасыщенная аминокислота, продуцируемая

Химия коферментов

451

[Rhizobium japonicutn. Этот природный метаболит — высокоспеци-[фичный необратимый ингибитор пиридоксальзависимой р-циста-'тионазы из бактерий и растений [318].

^ транс

носн2—сн—сн2—о—сн=сн—сн—со2н

NH,

NH2

риэобитоксин но2с—СН—CH2—S—сн2—сн,—сн—со2н

I I

NH, NHZ

цистатионин

[Роль р-цистатионазы заключается в деградации цистатионина!

4NH,

н

еООС—С—CHj-t^S—сн2—сн2—сн(^

N

сн,—с—со.

о -nupueam

+ СНО + HS—сн,—сн,—сн

с02

NH3

гомоцистпеик

Ингибитор связывается аналогично, но дальнейшие химические [превращения с

страница 74
< 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
(28.06.2017)