Химия протеолиза - Антонов В.К.
Скачать (прямая ссылка):
При сближении двух атомов между ними возникают два типа взаимодействий -силы отталкивания, обусловленные взаимодействием электронных оболочек, и
Е ккал/моль
04
03
ог
0.1
-о./
-
н-н С---С
1 А
I 1
г ___¦" Т ---
0 -1
силы притяжения, или дисперсионные силы [2937 3. последние чроиорциональны 6-й степени расстояния между атомами, тогда как силы отталкивания пропорциональны 12-й степени расстояния. Полная потенциальная энергия взаимодействия выражается-уравнением:
„12
В/г
U = А/г
где А и В - константы (рис.90).
(1)
РИС.90. Потенциальная энергия взаимодействия между двумя атомами водорода и двумя (тетраедричес-кими) атомами углерода в молекуле белка г - Ван-дер-ваальсово межатомное расстояние
Силы притяжения обусловлены взаимным индуцированием в нейтральных атомах или молекулах так называемого мгновенного дипольного момента, определяемого флуктуациями электронной плотности. Расстояние, соответствующее минимуму потенциальной энергии , называется Ван-дер-ваальсовым радиусом атома (табл. 66).
В сложных, и особенно белковых, молекулах эти расстояния могут быть несколько меньшими [2940]. Энергия дисперсионного взаимодействия весьма невелика (см. табл.66) [2939]. Однако наличие в молекуле белка или в области
Таблица 66. Ван-дер-ваальосвы радиусы атомов и групп и энергия взаимодействия между одноименш*..ли атомами [2938,2939]
Атом или группа о Энергия,
Радиус, А ккал/моль
Н 1 ,4 0,0186
0 (в ОН) 1,5
0 (в СО) 1.7 0,0519
О- (в С00~) 1,8
С (тригональный) 1 ,7 0,4519
S 1 ,8
N (амид)' 2,0 0,1366
N4 (1шН+) 1,55
СН (тетраэдрический) 2,1 0,0679
СН (ароматический) 1 ,8
контакта фермента и субстрата большого числа взаимодействующих атомов делает вклад дисперсионных сил в общую энергию связывания довольно значительным (см.разд.6.3).
6.1.2. Гидрофобные взаимодействия
Гидрофобные взаимодействия возникают за счет перестройки системы водородных связей воды вбл1зи неполярной гидрофобной группы.
В результате такой перестройки локальная упорядоченность растворителя увеличивается, что приводит к уменьшению энтропии системы. Чтобы компенсировать это неблагоприятное изменение энтропии, вода вытесняет гидрофобную молекулу или группу в гидрофобную область белка. Таким образом, возникают гидрофобные взаимодействия (см. обзоры: [2941-2944)).
Свободную энергию гидрофобного взаимодействия можно определить из константы равновесия при распределении данного вещества между водой и некоторым растворителем, например н-октанолом [2942):
Шокт
дG. = -ЙТ1П---------. (2)
h [А]
IV
Это взаимодействие характеризуют также константой гидрофобности Ганча:
% = lg([A] /[А] ). (3)
° ОКТ ш
Значения дGh и % для аминокислот приведены в табл.9.
Детальный анализ растворения углеводородов в воде покезал [29451, что вклад изменения энтальпии в свободную энергию гидрофобных взаимодействий все же довольно большой. В расчете на одну СН^-группу дНо=-0,57 ккал/моль, a TaS=+0,34 ккал/моль. Гидрофобность изменяется с изменением площади поверхности молекулы, взаимодействующей с водой [2943,29441. Эмпирически ус-
°Р
ановлено, что изменение энергии гидрофобного взаимодействия на 1 А плаца-
ди составляет 20-25 кал/моль.
Микросреда активных центров многих ферментов существенно менее полярна и обладает меньшей диэлектрической проницаемостью, чем вода. Это следует из данных по изменению спектров красителей при их адсорбции ферментами [2946]. Диэлектрическа i проницаемость микросреда активного центра химотрипсина оценивается величиной е<10, т.е. близкой к диэлектрической проницаемости окта-нола. Однако гидрофобность активных центров амидгидролаз часто оказывается выше, чем гидрофобность модельной среды - октанола. В разд.4.3.2.2 был приведен ряд примеров корреляций констант скорости реакции и гидрофобности боковых цепей субстратов с наклоном, превышаю-да единицу. Такая же зависимость наблюдается для значений Kt некоторых ингибиторов (например, замещенных форманилидов [2000]). Это обусловлено тем, что в воде гидрофобные взаимодействия возникают только при введении неполярного соединения, тогда как в ферменте гидрофобная полость сохраняется и в отсутствие гидрофобного лиганда. Поэтому в зависимости от структуры'лиганда и фермента может реализоваться больший выигрыш в энергии за счет гидрофобных взаимодействий, чем при переносе вещества из вода в октанол.
6.1.3. Водородная связь
Характерис ики водородных связей для ряда модельных амидсодержащих соединений были рассмотрены в разд.1.2.3. (см. также обзор: [72]). Здесь необходимо подчеркнуть, превде всего, что энергия водородной связи сильно уменьшается в полярных средах. Вклад незаряженной водородной связи в энергию комп-лексообразования лиганда с белком оценивается в 0,5-1,8 ккал/моль [2947].
