Химия протеолиза - Антонов В.К.
Скачать (прямая ссылка):
iv т
где Р - константа равновесия, а индексы шит означают соответственно водную и мицеллярную фазы. В воде и в мицеллах протекают реакции:
к
w
n?,w - > продукты и (23)
к
m
nSm ----->продукты, (24)
где п - кинетический порядок реакции.
Наблюдаемая скорость будет
к PnCV+k (1-CV) т ш
к' = --------------------
(1+КС)П
где С - концентрация поверхностно-активного вещества; V - его мольный объем; К=(Р-1)V. При k’»k величина ускорения равна
йт (п-1)"“1
(k'/k ) =--------:---- Рп“1. (26)
' id max х,
К „л,
id XI
Из формулы (26) видно, что эффективность является произведением „вух параметров: показывает, насколько эффективнее происходит реакция за
счет изменения состава среды, ориентационных и стас шизирующих переходное состояние факторов и (n-1)"~1Pn-1/nn характеризует эффект концентрирования реагентов. Этот эффект сильно зависит от порядка реакции. Таким образом, мицеллярный катализ может быть весьма эффективен для реакций высокого порядка.
Были исследованы многочисленные системы, содержащие различные поверх-ностно-активнче вещества в качестве мицеллярной фазы и разные нуклеофильные группы (см. обзоры: [1628,1630,1631]). Наблюдаемые ускорения достигали 104-105 [1632,1633].
Использование знантиомерных мицеллярных катализаторов позволяет моделировать стереоспецифичность [1634,1635], комплексообразование, ацилирование и деацилирование катализатора [1636,1637], а также другие особенности ферментативного катализа. Каталитические эффекты наблюдаются при гидролизе не только эфиров, но и пмидов (анилидов) [1638].
3.4.10. Макромолекул трные модели аш, тидролаз
Полимерные катализаторы проявляют многие свойства, характерные для ферментов. Среди первых таких катализаторов были поли-4-винилпиридин и поли-N-bh-нилимидазол i1639,1640]. Гидролиз этими полимерами замещенных нитрофенил-ацетатов проявляет типичную колоколообразную pH-зависимость. Весьма эффективными оказались полимеры на основе полиэтиленимина, содержащие различные каталитически активные группы [1641,1642]. Так, полимеры типа (XXXVIII) гидролизуют n-нитрофенилкапроат с константой скорости 6,5-104 М_1с~1, причем наблюдается быстрое ацилирование катализатора с последующим более медленным деацилированием. Были предложены полимерные катализаторы, содержащие несколько разных функциональных групп И 643].
N
XXXVIII XXXIX
Полиэлектролиты - сополимеры стирола с малеимидами гистидина и фенилаланина (XXXIX) - способны образовывать комплексы с белками (казеин) и катали-
зировать гидролиз амидной связи [1644,16451.
Другой тип моделей амидгидролаз, хотя и не относится формально к макро-молекулярным соединениям, но близок им по способности образовывать комплексы с субстратом. Речь идет о краун-эфирах (XL) и близких им по структуре соединениях [16461:
AL XLI
Эти эфиры способны связывать ионы металлов и заряженные группы (например, ион аммония), а боковые цепи могут содержать каталитически активные группировки. Связывание хиральных молекул является стереоспецифичным. Впечатляющим примером является ацилирование макроцикла (XII) п-нитрофениловым эфиром аланина [16471. По сравнению с переносом ацильного остатка на 3-фе-нилбензиловый спирт перенос его на вещество (XLI) ускоряется в 1011 раз.
Еще один тип искусственных катализаторов гидролитических реакций - это а,|3- и 7-циклодекстрины (рис.42) - циклические олигомеры глюкозы соответственно из шести, семи или восьми остатков. Циклодекстрины связывают небольшие молекулы и могут быть модифицированы введением функциональных групп [1402,16481. Гидроксильные группы циклодекстринов ацилируются при связывании в полости катализатора п-нитрофенилавих эфиров. Ацильная группа затем отщепляется, по-видимому, при участии в катализе этого процесса соседних гидроксильных групп. Скорость -ацилирования в некоторых случаях сравнима со скоростью гидролиза n-нитрофенилацетата химотрипсином [16491- Очень близкая по свойствам модель этого фермента была получена в 1985 г. (XLII). Это соединение, названное р-бензимом, катализирует гидролиз m-третбутилфенилацетэта с константой скорости, близкой к ферментативной [16501:
Следует отметить, что р-бензим существенно более устойчив к pH и температуре, чем химотрипсин [1651].
Была предпринята попытка получить гибридный белок со свойствами амид вдполазы путем экспрессии в Escherichia coll гена, кодирующего в рамке считывания галактокиназы семь повторов октапептида GluAlaHisAlaSerPhePhePhe [1652]. Этот белок катализирует гидролиз п-нитрофенил-ацетата со скоростью в 1000 раз превышающей скорость гидролиза того же субстрата трипепти-дом SerHisAsp. Анализ связывания трипсином бензамидина и бычьего панкреатического трипсинового ингибитора (БПТИ) позволил предложить структуру синтетического 26-членного пептида, моделирующего участок связывания фермента [16531. Полученный пептид связывал бензамидин и БПТИ, реагировал с диизопропилфторфосфатом, но не обладал каталитической активностью. Характерно, что подавляющее большинство моделей ферментов весьма эффективно в отношении n-нитрофениловых эфиров, но, как правило, не активно в отношении амидных субстратов. Этот "синдром n-нитрофениловых эфиров" ?16541, по крайней мере в случае циклодекстринов, объясняется тем, что ацил-р-цик-лодекстрины имеют высоко энергетическую S-цис-конформацию эфирной группы, и 0~-анион циклодекстрина является лучшей уходящей группой, чем алкокси- и аминогруппы.
