Химия протеолиза - Антонов В.К.
Скачать (прямая ссылка):
Протонированная ферма имидазола - имидазолий-катион - может функционировать как общий кислотный катализатор t1581,1582], способствуя, напримир, распаду тетраэдрических соедингний:
ОН
R—С—NHR1 ОН
N-
Ч®
N—а Н
3.4.8. Внутримолекулярный и полифункциональный катализ
Гидролитическая реакция,'катализируемая амидгидролазами, происходит в комплексе фермент-субстрат, т.е. внутримолекулярно. Моделями такой ситуации являются примеры внутримолекулярного моно- и полифункционального катализа в органических соединениях. Примеров такого катализа очень много, и большая часть их суммирована в ряце обзоров [1401,1402,1583-1585]. Здесь мы приведем лишь несколько наиболее иллюстративных случаев с целью последующего сравнения эффективности меж- и внутримолекулярного катализа.
Примером внутримолекулярного участия гидроксильной группы является гидролиз эфиров и амидов салициловой кислоты [1586,1587]. pH-Зависимость скорости гидролиза л-'Ш-грофенилового эфира 5-нитроса."ипиловой кислоты характеризуется тремя участками (рис.39): 1) плато при pH 6-10, соответствующим
РИС.39. Зависимость от pH константы скорости гидролиза п-нитрофе нъловсго эфира 5-нитроеали-циловой кислоты [1586]
катализируемому водий гидрлпизу нейтргпьной молекулы; 2) подъемом и плато в области от слабо-кислых до нейтральных значений pH, соответствующим реакции анионной формы молекулы; 3) подъемом в области щелочных pH, соответствующим специфическому катализу гидроксил-ионом.
Реакцию в области pH 6-10 можно рассматривать либо как взаимодействие аниона салициловой кислоты с молекулой воды (XXIV), либо как реакцию нейтральной формы субстрата с гидроксил-ионом (XXV):
ir isct
w XXIV 0Н XXV
Эти два механизма кинетически эквивалентны. Однако скорость гидролиза соответствующего метокси-аниона в 2С00 тэаз чиже, чем оксисоединения. Если в качестве нуклеофилов использовать имидазол или ион N”, то скорости превращения метокси- и оксисоединений становятся примерно одинаковыми. Отсюда следует, что реакция производных салициловой кислоты идет по механизму общего основного катализа (механизм XXIV) [i586j.
Гидроксильная груша может участвовать в реакциях ацильного переноса и как нуклеофил. Так, было показано [15881, что имидазол катализирует реакцию
О
о
"NHR
сн2он
О NHR
V \
/° сн„
о
>
сн.
о
*2 2
Эта реакция может рассматриваться как пример одновременного внутри- и межмолекулярного катализа, причем имидазол, по-видимому, участвует на стадии распада тетраэдрического промежуточного соединения.
Сходный тип внутри- и межмолекулярного катализа реализуется Иг,8 J при действии на нитрофенилацетат соединения (XXVD:
Лсн4п сн, ___JCHX ____JCHX
и ' ( v -г*- К
XXVI п= 1,2
OR
Г=К \
ШЦ©^Щ S-
/°Ч
сн,
/=< “VV/
/Ч>
сн,
J&Wn Г< \
н/ ™
гК
(CbI2)nSH
N-
Ч/
N—С=0 I
СН,
н,о
9»
Г=К
H\^N
+
сн,соон
.(CH2)SH
Интересно, что в этом примере тиольная груша выступает как нуклеофильный катализатор, а имидазол - и как общий основной и к*ак нуклеофильный. Скорость' этой реакции лишь в 4-5 раз ниже, чем скорость соответствующей реакции, катализируемой а-химотрипсином.
Наиболее изученным примером внутримолекулярного катализа карбоксильной группой является гидролиз аспирина [1590,15911:
О
Эта реакция одно время рассматривалась как пример нуклеофильного участия карбоксилат-иона в гидролизе на том основании, что при проведении реакции в Н^80 наблюдалось включение изотопа кислорода в карбоксильную группу салициловой кислоты [1590]. Однако впоследствии [1591] эти данные были опровергнуты. Изучение [1592] гидролиза замещенных аспиринов позволило выявить эффекты заместителей на свойства карбоксильной и эфирной групп в отдельности (Ркарб =-0,52 и р0ф =0,96). Эти исследования привели к выводу, что участие
карбоксильной группы заключается в общем основном катализе карбоксилат-ионом:
В случае гидролиза метилового эфира 2,6-дикарбоксибензойной кислоты характер каталитического участия карбоксшъннх груш зависит от состояния их ионизации [15931- В моноаьионе этого соединения одна группа (ионизованная) участвует как нуклеофильный катализатор, а другая - как общая кислота:
Известен еще ряд примеров внутримолекулярного катализа карбоксильной группой, где эта груша участвует как нуклеофильный катализатор И 594-1598]. Особенно эффективным является гидролиз 2,3-диметилмалеамовых кислот (XXVIIa) [1583,15971. При pH 3 эти соединения гидролизуются в 108-1О9 раз быстрее, чем N-метачсцетамид, и в 16 ООО раз быстрее, чем соединение, не содержащее метальных груш (XXVII6). Однако амид циклопентен-1,2-дикарбоно-вой кислоты (XXVIII) гидролизуется медленнее, чем соединение (XXVII6):
