Химия протеолиза - Антонов В.К.
Скачать (прямая ссылка):
Для разграничения терминов 'деформация" (strain; и "напряжение" (stress) было предложено Ибчз, с.3231 использовать термин "деформация" только для случаев физической деформации (изменение длин связей, валентных углов и т.д.), а термин "напряжение” - для состояний с повышенной по сравнению с нормальной свободной энергией. Причиной напряжений могут быть в том числе и сольватационные, и электростатические эффекты. Провести четкую границу между деформацией и напряжением не всегда возможно.
8.2.6. Полифункциональный катализ
Участие в катализе нескольких функциональных групп может внести очень большой вклад в эффективность процесса за счет факторов концентрирования и ориентации. Одновременное участие нескольких каталитических групп в составе одного фермента понижает порядок реакции по сравнению с реакцией в раство-рь, причем порядок реакции (п) и изменение энтропии активации процесса связаны соотношением [15781:
-ТьЗ* - и-4,5 ккал/моль.
Поэтому участие в катализе ферментом уже двух групп и одного субстрата могло бы понизить энтропию активации по сравнению с соответствующим тримолеку-лярным процессом более чем на 13 ккал/моль. На самом деле такие ускорения не наблюдаются. Одна из возможных причин этого заключается в том, что образование переходного состояния из большого числа взаимодействующих атомов требует реализации синхронных колебаний, вероятность которых резко падает с увеличением числа атомов в системе (см. разд.3.4.8). Проблема существования в ходе ферментативных реакций согласованного общего основного и общего кислотного катализа остается пока окончательно не решенной (см.: [1404,
с.1711)-
8.2.7. Квантово-химические эффекты
Обычно в растворе и газовой фазе химические реакции подчиняются принципу Франка-Кондона, т.е. движение атомных ядер происходит значительно медленнее движения электронов, и при каждом расположении ядер электроны двиэд ’ся так,
как будто ядра остаются неподвижными.
Для большинства простых реакций электронного переноса весьма вероятно адиабатическое протекание реакции, когда при координатах тяжелых ядер, близких к активационному барьеру, электронные орбитали обоих реагентов образуют единую систему и электрон в саздчй данный момент обладает минимальной энергией. Однако если перенос электронов затруднен, то единый терм не образуется и электроны туннелируют. Типичное квантовое поведение характерно и для протона [1512,3384,3395]. Он ведет себя не как классическая частица (с частотой u«k27ft»i-10”12 с-1), а как квантовая частица (с w»kT/h). Это означает, что протон в определенных условиях способен к подбарьерному, туннельному переходу. Условием туннелирования является близость электронных термов атомов, между которыми происходит перенос протона (рис.125). Связы-
Рис.125. Перенос цротона туннелированием при равенстве электронных термов атомов донора и акцептора
вание ферментом субстрата может приводить к реорганизации "среды" активного центра, т.е. к переориентации диполей, так что электронные уровни атомов, участвующих в переносе протона, будут выравниваться. Подбарьерный перенос протона будет при этом происходить существенно быстрее, чем соответствующий "классический" перенос. Это может увеличить эффективность катализа в тех случаях, когда перенос протона является лимитирующей скорость стадией. Исследования температурной зависимости кинетического изотопного эффекта растворителя в реакциях, катализируемых химотрипсином и трипсином (см. разд. 5.5), согласуются с этими представлениями.
8.3. Теории и гипотезы.
Дестабилизация основного состояния
Теории и гипотезы ферментативного катализа, основанные на представлениях о "дестабилизации" основного состояния, наиболее многочисленны и восходят еще к представлениям о катализе, сформулированным Фишером. Термин "дестабилизация" здесь означает повышение свободной энергии основного состояния, обусловленное любыми причинами, о которых будет сказано ниже.
Следует подчеркнуть, что все модели, основанные на дестабилизации основного состояния, прямо или косвенно исходят из представления о том, что ферментативная и модельная реакции идут через одно и то же переходное состояние.
8.3.1. Непродуктивное связывание
Еще в 1892 г. Тамман Е3396j отмечал различие между ферментативным гидролизом и гидролизом под действием кислот, заключавшееся в избирательности пер-
вого и неизбирательности второго. Наиболее четко и обоснованно эти идеи были сформулированы Фишером [3397], предложившим известную концепцию "ключа и замка".
В соответствии с этой концепцией фермент имеет ограниченную область (называемую теперь активным центром) жесткой конфи 'урации, которая может связывать лишь субстрат, комплементарный ей по своей конфигурации (рис.126). Таким образом, фермент может связывать и превращать лишь вполне определенный субстрат или группу очень сходных веществ. Фактически эффективность фермента связывалась с комплексообразованием так, как это обсуждалось с разд.8.1.
Рис.126. Иллюстрация концепции "ключ-замок" а- вид "сверку"; б- вид "сбоку"
