Индукция ферментов в норме и патологии - Крицман М.Г.
Скачать (прямая ссылка):
функция обусловлена ее особой электронной структурой. Необычными также
являются электронные свойства имидазольного кольца гистидина, для которою
характерно особое поведение третичного и вторичного атома азота.
Третичный атом азота этого кольца, отдавая л-элек-троны в сопряженную
систему подвижных электронов в молекуле, имеет суммарный отрицательный
заряд и является в связи с этим местом электрофильной атаки, в то время
как другой атом азота, отдающий свою непо-деленную пару зх-электронов в
сопряженную орбиту, имеет положительный заряд и стремится к замещению
протона другими группами. Особое электронное строение этой груп-ны может
приводить к внутренней перестройке атомов азота имидазольного кольца,
правильнее, к их перегруппировке. Такая перегруппировка может
осуществляться в результате действия нескольких факторов: 1) при
протонизации третичного азота в кислом растворе возможность электронной
делокализации сильно возрастает, в связи с чем оба атома становятся
практически равноценными по своим зарядам; 2) благодаря пиридиновому
атому азота имидазол может реагировать как основание, после чего от
ставшего лабильным пиррольного атома азота отщепляется протон.
Последующая перегруппировка электронов внутри этой молекулы приводит к
тому, что исходный пиридиновый атом азота становится пир рольным и
наоборот:
НС = СН НС = СН НС = СН 1=1
I I +R+^ I 1^1 1^1 I
NN N+N NN+ NN
V\ /\/\ /\+/
СН RCHRCHRC
Н Н Н Н
и
НС -СН I I +Н+
N N
/\/
R С Н
223
Эти свойства атомов азота имидазолыюго кольца играют большую роль в
образовании макроэргических фосфатных связей и главным образом в
каталитической функции того аминокислотного остатка, поскольку
гистидииовый остаток является основной составной частью активного центра
гидролитических ферментов.
При оценке значения электронных структур ароматических аминокислот надо
учитывать, что особенности электрических процессов, происходящих в
сложных молекулах, сочетаются с кооперативным эффектом, конформациопными
сдвигами и рядом других структурных превращений белка, усиливающих эффект
электронно-доиорной функции этих сопряженных химических соединений.
Одним из главных моментов, обусловливающих действие гидролизующих
ферментов, является особенность строения субстратов, подвергающихся
ферментативной атаке, точнее, особенность строения тех химических групп,
между которыми происходит разрыв связи при действии гидролизующих
ферментов. Существенной особенностью таких групп является то, что атомы,
которые входят в их состав, т. е. углерод и азот, имеют положительные
заряды и, следовательно, разрывающаяся при действии гидролизующего
фермента связь представляет собой двуположительную связь. Ярким примером
двуположительной связи является пептидная связь:
О
II ..
Rj -С-N-R2.
I
Н
Основным ее скелетом являются локализованные о-электроны одинарной связи;
на них накладывается система подвижных л-электропов, которая образуется
из двух обобщенных электронов двойной связи С = О и двух электронов
неподелепной пары от атома азота. Эти электроны образуют резонирующую
систему и, согласно имеющимся в таких системах закономерностям, в случае
наличия в них гетеро-атома резонанс приводит к частичному переносу
неподеленной пары электронов атома азота к концевому атому, участвующему
в двойной связи, т. е. к кислороду. В результате атом азота приобретает
суммарный положительный заряд, поскольку отрицательный заряд со своей
неподеленной пары электронов он удерживает только частично. Кроме того,
поскольку электроотрицательность
224
атомов углерода и кислорода неодинакова, кислород-угле-родная связь
представляется в виде гибрид-резонансной связи, т. е. частично как
ковалентная связь С = О и частично ионная С+ - О-. В связи с этим атом
азота имеет положительный заряд и отдает в л-электронную систему меньше
одного л-электрона, в то время как кислород отдает в эту систему больше
одного л-электрона.
Связь между углеродом и азотом является двуположи-телыюй, потому что
имеется недостаток л-электронов у обоих этих атомов, которые образуют
пептидную связь. Такая двуположительность является особенностью
субстратов, подвергающихся действию гидролизующих ферментов. Аналогичная
связь имеется в аминах С - NH2, в гуанидиновых группах, а также в
ангидридах кислот и, в частности, в богатых энергией фосфатных связях.
Например, в состав АТФ входит больше чем два соседних атома, суммарный
заряд которых положительный. Чем больше дефицит электронов в атомах,
между которыми имеется связь, подвергающаяся гидролизу, тем легче
осуществляется ферментативный гидролиз. Этот дефицит электронов может
увеличиваться либо при возрастании положительных зарядов обоих атомов,
участвующих в этой связи, либо при увеличении зарядов только одного из
них. Атом с максимальным дефицитом электронов может быть центром реакции.
В пользу такого представления свидетельствуют также данные о влиянии
заместителей на скорость распада фенольных эфиров. В случае, когда
