Химия протеолиза - Антонов В.К.
Скачать (прямая ссылка):
Преимущественный вклад в свободную энергию образования водородной связи вносит энтальпия (см. табл.4). Это справедливо для соединений, образующих одну водородную связь, так как при этом изменяются лишь трансляцио:шые степени свобода. Для соединений с двумя и большим числом водородных связей при их образовании теряются также и вращательные степени свободы и энтропийный вклад становится больше. Отмечено [2948] существование компенсационной зависимости дЯо и aSq при образовании водородной связи.
Прочность водородной связи зависит от значений рКа, образующих связь соединений, и соответственно от электронных свойств заместителей [2949,2950], причем электроноакцепторные заместители, например в фенолах, увеличивают прочность Н-связи (рис.91).
Заместители в феноле (а): 1- jH-Cl; 2- п-1; 3- п-С1;
4- Н; 5- Л!—СНд ; 6- п-СК^О;
7- п-шрет-бутил; в- п-СН3;
в пиридине (С):
1— 4-треш-бутил; 2- 4-СН ; 3- 4-С2Н5; а- 3-СН3; j
5- Н; 6- З-Вг; 7- 3-CN; в— 4-CN
Рис.91. Влияние заместителей на константы ассоциации за счет водородных связей в фенолах (а) и пиридинах (О) в четыреххлорис-
6.1.4. Электростатические взаимодействия
Эти взаимодействия являются наиболее далыюдействующими при образовании фермент-субстратных комплексов, поскольку их энергия обратно пропорциональна 1-й степени расстояния мевду ионами (см. обзор: [241 о, гл.7]).
В водном растворе ионы сольватированы, причем энергия сольватации весьма высока. Так, для карбоксильной группы в воде она составляет около 65' ккал/моль [29391. При возникновении ионной пары между заряженными грушами белка и субстрата освобождается сольватирующая вода, что приводит к увеличению энтропии системы. Однако молекулы воды внутри белковой глобулы или в области белок-белковых контактов могут служить "мостиками” электростатических взаимодействий, давая значительный вклад в стабилизацию комплексов [29511.
Вклад ионных взаимодействий в общую энергию стабилизации комплекса оценить довольно трудно. Было показано [2306], например, что локализованная внутри глобулы а-химотрипсина ионная пара, образованная карбоксилат-ионом остатка Asp194 и аммонийной группой остатка 11е16, дает вклад в стабилизацию структуры фермента около 3 ккал/моль.
оценить эту величину из сравнения или Kt субстратов и ингибиторов, как правило,, затруднительно, по-видимому, вследствие того, что часть энергии взаимодействия расходуется на конформационное изменение фермента. Так, значение Кд для двух субстратов трипсина
равно соответственно 0,1 и 262 мМ, т.е. заряд в соединении II дает отрицательны?. вклад в связывание. Однако разница в свободных энергиях активации (по &?/Же) для пары AcLysOMe и АсНерОМе составляет 5,9 ккал/моль [19791, что в значительной степени может быть отнесено к ионному взаимодействию. Это согласуется с результатами, полученными при направленном мутагенезе трипсина [2952]. Замена остатка Asp189 в субстратсвязывающем кармане фермента на остаток Ser снижает fecat по отношению к Lys- и Arg-содержащим субстратам на 5 порядков, тогда как Кт увеличивается лишь в 2-6 раз. Взаимодействие заряженной группы субстрата с карбоксилат-ионом остатка Asp189 в трипсине дает вклад в свободную энергию связывания около 4 ккал/моль.
6.1.5. Другие типы взаимодействий
Между ароматическими циклами и между этими циклами и а щдной группой возможны донорно-акцепторные ic-iu-взаимодействия, в том числе и образование комплексов с переносом заряда. Модельные комплексы такого типа исследованы в работах [2953-29553. В межмолекулярных комплексах с переносом заряда в органических растворителях константа ассоциации очень невелика (0,4-1,2 М“1), а энтальпия комплексообразования составляет -0,54-2,5 ккал/моль.
Теоретический конформационный анализ показал [1431 возможность взаимодействия ароматических колец фенилаланина с пептидной связью в пептидах this. IS.К. Антонов
I
II
па AcPhePheNHMe. Энтальпия такого взаимодействия составляет около -4 ккал на моль.
Было показано [2956,29571, что ароматические группы могут взаимодействовать с S-S-связью и атомами серы в белках. Энергия взаимоде'йствия бензола с диметилдисульфидом составляет -3,3 ккал/моль:
6.2. Кинетика комплексообразования
6.2.1. Теория
Движение молекул реагирующих веществ в растворе определяется скоростью диффузии, зависящей от размера молекул. Для незаряженных молекул сферической формы константа скорости диффузионно-контролируемой реакции двух молекул с радиусами Д1 и Д2, имеющих коэффициенты диффузии D1 и D?, будет [2958,
29591:
fed - 4%(Д1 + fig) (С, + D2)N/1000, (4)
где N - число Авогадро. Так как коэффициент диффузии выражается как
Ы1
D = -----, (5)
б1СТ)Д
где т] - вязкость раствора, то выражение для константы скорости можно записать в виде:
2RT{R, + it,) 3000т)Д1Д2
ъл = (6)
