Химия протеолиза - Антонов В.К.
Скачать (прямая ссылка):
" *
S* ц. Е S**
а р а
+ +
Е продукты
[Е S**]
р а
где Кт = ---------, характеризует сродство фермента к переходному состоянию
[EHS*] tE S* ]
a pa
активной формы субстрата, а К = --------------- отражает сродство фермента к ос-
а [EHS ]
а
новному состоянию последнего; К*, К* - константы равновесия активированных
TL J
комплексов для неферментативной и ферментативной реакций соответственно, и остальные константы имеют тот же смысл, что и в схеме (29). При рассмотрении наружного цикла равновесий легко показать (учитывая, что по условию модели К* = К*), что f я
= V
К к
в р
Таким образом, переходное состояние неферментативной реакции превращения неактивной формы субстрата в продукт (в рамках нашей модели понятие условное, так как неактивная форма субстрата непосредственно в продукт не превращается) стабилизируется относительно неактивной формы в основном состоянии. Если, однако, рассмотреть нижний внутренний цикл равновесий, где К - [Е S*]/[E][S ], то можно убедиться, что стабилизация переходного сос-
а р CL CL
тояния активной формы по отношению к основному состоянию этой формы не происходит, т.е. Ка = КТ-
Таким образом, в предлагаемой модели фермент стабилизирует основное состояние активной формы субстрата и "переходное состояние" неактивной формы. Это означает, что напряжение (в термодинамическом смысле) активной формг субстрата в фермент-субстратном комплексе отсутствует.
Важное отличие этой модели от изложенных ранее теорий заключается в том, что все факторы, определяющие эффективность и специфичность катализа, она относит к основному состоянию субстрата в продуктивном фермент-субстратном комплексе, объясняя вместе с тем понижение кажущегося активационного Сарье ра реакции.
Вклад в катализ могут вносить все те эффекты, о которых говорилось в
разд.8.2, езди их проявление в основном состоянии стабилизирует активную
форму субстрата в комплексе с ферментом.
Дополнительным источником ускорения могут быть факторы, проявляющиеся на стадии собственно химического превращения, такие, как общий катализ, полифункциональность каталиЕа и т. п.
8.10. Пути к общей теории протеолиза
Изложенная в предыдущем разделе концепция вместе с конкретными сведениями о хт(Ш1.Д1 актттеных центров ферментов может стать хорошей основой для построения общей теории ферментативного гидролиза производных карбоновых кислот. Такая теория должна: а) с единых позиций объяснять каталитическую эффективность амидгидролаз; исходя из знания структуры субстрата и фермента, предсказывать величину каталитического ускорения реакции; б) объяснять различные
пролвления специфичности ферментов как в ряду субстратов, так и у разных амидгидролаз; в) объяснять регуляторные особенности ферментов. Пока ни одна из существующих моделей не в состоянии удовлетворить всем этим требованиям.
Рассмотрим с этой точки зрения предложенную выше модель. Здесь необходимо в первую очередь ответить на вопрос: что представляет собой постулируемая моделью активная форма субстрата применительно к субстратам амидгидролаз?
Основной причиной низкой реакционной способности амидов в гидролитических реакциях является резонансная стг билизация амидной группы. Нарушение п-тс-с^прнжения приводит к резкому возрастанию реакционной способности, что видно, например, из сравнгчия скоростей гидролиза амидов и бициклических р-лактамов (типа пенициллинов).
Анализ немногочисленных рентгсностру:с",урных данных показывает, что в фермент-су Зстратных комплексах вполне возможны искажения структуры амидной группы за счет, главным образом, ее пирамидализации. Это приводит к нарушению резонансной стабилизации амида, изменению порядков связей С-N и С-0 и увеличению положительного заряда на карбонильном углероде.
Таким образом, впо, ше вероятно, что именно это состояние дефор*шрс ванной (пирамидализованной) амидной связи и является той активной формой субстрата, которая стабилизируется в продуктивном фермент-субстратном комплексе. В
растворе эта форма термодинамически невыгодна. Как видно из рис. 26, при
о
степени пирамидализации дсм0,2 А изменение энтальпии составляет около 20 ккал/моль, что не выходит за рамки общего изменения энергии при фермент-субсгратном взаимодействии. Следует также учитывать возможность некоторого увеличения энтроши при этом процессе вследствие увеличения степеней свободы внутреннего вращения, а также возможность стабилизации пирамидализованной структуры за счет гидратации увеличивающихся в этом процессе зарядов. Я полагаю, что близкая к реальности оценка изменения свободной энергии при указанной степени пирамидализации в растворе составляет +15 ккал/моль. Отсюда оценка величины Кп [в формуле (34)] составит около 7 • Ю-10.
