Химия протеолиза - Антонов В.К.
Скачать (прямая ссылка):
Гидролиз амидов в водных растворах при значениях pH, близких к нейтральным, фактически является суммой трех процессов:
1 1
1 . R-CONH-R + Н20 R-COOH + H?N-R
_ +
2. R-COOH R-COO + Н+
Кв
3. r1-nh2 + Н+ ^ И1-Шз
Кс
R-CONH-R1 + Н20 ^* R-СОСГ + "'flgN-R1 (1 )
Таким образом, наблюдаемая в эксперименте константа равновесия реакции •адролиза (Кс) равна
[R-COO].[+H3N-R1]
кс =--------------------= VVV (2)
[RC0KHR1].[H20]
где Kjj - константа равновесия собственно гидролитической реакции; КА - константа диссоциации образующьйся кислоты; константа ассоциации (прото-
нирования) амина. В выражении для Кс активность воды принимается за единицу. Заменяя Кв обычно используемой константой диссоциации сопряженного основания (Кш) , получил
Кс = VVKbh (3)
или в терминах свободной энергии
AGC = ЛСН + ЛСА " ЛСВН- (4)
Зная экспериментальное значение константы равновесия (и изменения свободной энергии) при данном pH и температуре, а также значения изменения свободной эдаргии при ионизации кислоты и основания, можно вычислить изменение свободной энергии собственно реакции гидролиза.
При биохимических исследованиях принято выражать изменение свободной энергт системы при pH 7,0. Поэтому значение &G должно быть определено или рассчитано для этого значения pH. То же относится и к изменениям свободной
энергии ионизации, которые рассчитываются для концентраций компонентов при pH 7. Эти величины связаны с Кд и Кш следую1дами выражениями:
К.
дСд = -RTln(1
дСш = -ДГ1п(1
10
) +
ятшо+Кд),
10
г7
к,
-) + R21n(-
KBF+1
вн
к
(5)
(6)
вн
-&G ккал/моль
Рис.28. Зависимость от pH суммарной свободной энергии гидролиза эолового эфира N-ацетил- X-фенилаланил-Х-тирозина
(1) (амидная связь) и метилового эфира N-аце тил-?-фенилаланина
(2) (эфирная связь) [1413]
Как видно из приведенных в табл.22 данных, сама реакция гидролиза является эндоэргич&ской, т.е. происходит с поглощением энергий Ионизация образующихся кислоты и основа:шя проходит с выделением энергии. Вследствие этого суммарное изменение стандартной свободной энергга Гиббса для пептидов в интервале pH от 4 до 7 близко к нулю (рис.28).
Величина изменения свободной энергии (aGh) мало зависит от строения пептидов. Наибольшие изменения этой величины наблюдаются для пептидов, содержащих рядом с гидролизуемой связью свободные амино- или карбоксильные группы. Это является следствием заметного изменения рК амино- и карбоксильных групп в свободных аминокислотах по сравнению с их N- или С-замещенны1-ми производными. Такие производные аминокислот'* как анилиды или эфиры, также существенно отличаются от замещенных пептидов по величине aGr.
Изменение свободной энергии гидролитической реакции (aGr) в области pH, близкой к 7, является функцией основности уходящей группы. Было предложено несколько i«лирических зависимостей, связывающих эти величины, например [141 ©J:
aGh = 0,3 + 0,6рКш. (7)
Обращает на себя внимание то обстоятельство, что в таких корреляционных зависимостях, являющихся формой Солее общего уравнения Бренстеда (см. разд.
3.4.2), коэффициент р при значении переменной рКш всегда близок 0,6. Это значение сохраняется для большинства реакций ацильного переноса на соединения, содержащие атомы о или N (но не S) 'И'409]. Реаадия гидролиза включает не только процессы 1-3, покаверные на ихеме (1). Само присоеглнелие нуклеофила (воды) является сложным процессом.
Амиды - резонансно-стаСилизьррванные структуры, и присоединение нуклеофила к карбонильной группе приводит к потере энергии резонансной стабилизации. Таким образом, присоединение нуклеофила можно рассматривать как ¦совокупность по крайней мере двух процессов: электроттой гчреотроГжи, приводящей к локализации связей и потере резонансной стабилизации, и собственно присоединение нуклеофила. Была предпринята попытка [14171 оценить свободные энергии этих двух процессов раздельно, используя данные по барьерам враще-
Таблица 22. Значения hG и ДСТТ для некоторых пептидов, амидов и эфиров
и н
Соединение ДСс, pXBH AuH’ Литера
ккал/моль ккал/моль турный
(pH 7; 25°C) источник
нсо-ин2 -3,54 3,75 9,26 4,1 t1 407 3
сн3сн2со- гш2 -2,1 4,87 9,26 4,0 [1408]
сн_со-кнс,нс -3,7 4,75 4,58 -0,36 [1409]
О О Э
AcPhe(N02)-НН -2,05 3,2 9,26 6,2 [1410]
AcPhe-NHC,H.КО -3,94 3,3 1 ,02 1 ,1 [ 1 411 ]
