Ферменты 2 - Диксон М.
Скачать (прямая ссылка):
двойной связи. Поскольку реакции являются обратимыми, эти ферменты можно
рассматривать так же, как ферменты, катализирующие присоединение групп по
двойным связям. Лиазы образуют весьма большой класс, содержащий около 240
ферментов.
Ниже приведено несколько типичных реакций, катализируемых лиазами.
НООС.СНОН НООС.СН ОН Фумарат-гидратаза
| II + I (КФ 4.2.1.2) (7.64)
НООС.СН. НООС.СН н v '
НООС .CHNH.
I
ноос.сн2 сн.он
I
Н,Р03.0.СН
I
ноос он
I
СО.СН2 :
со
I
ноос
НООС.СН nh2
II + I НООС.СН н
сн,
=> Н2Р03.0.С +
ноос о н
II I =": СО + СН.
I
с=о
I
ноос
он
I
н
Аспартат-аммиак-ли -аза (КФ 4.3.1.1)
Енолаза (КФ 4.2.1.11)
Оксалоацетатдекар бокси-лаза (КФ 4.1.1.3)
(7.65)
(7.66)
(7.67)
Первичная лиазная реакция, описываемая уравнением, в левой части которого
находятся одна молекула, а в правой две, иногда оказывается связанной со
вторичными реакциями, маскирующими природу процесса; поэтому, глядя на
суммарное уравнение реакции, не всегда можно сказать, протекает ли в ходе
суммарного процесса лиазная реакция. Например, один из
Механизм действия ферментов
461
реактантов может оказаться связанным с молекулой фосфата или СоА, продукт
может подвергаться дальнейшему изменению (например, расщеплению на две
части, циклизации, изомеризации, полимеризации) и т. д.
Нет оснований полагать, что механизм действия всех лиаз одинаков,
особенно если учесть, что многие из них не являются простыми белками и
функционируют в комплексе с простетиче-скими группами или кофакторами.
Почти все лиазы, которые действуют на аминокислоты, нуждаются в
пиридоксальфосфате (это справедливо и в отношении других действующих на
аминокислоты ферментов, а не только лиаз); лиазы, действующие на
кетосоединения, на СОг и на оксокислоты, нуждаются в тиа-миндифосфате,
биотине и СоА соответственно; некоторые лиазы содержат кобамидные
производные и другие кофакторы (они рассмотрены в гл. 9). Ряд лиаз
нуждается в ионах различных металлов. Таким образом, лиазы объединены в
один класс на основе характера катализируемых реакций, а не по принципу
сходства структуры.
Первый вопрос, который возникает при рассмотрении механизма действия
лиаз, состоит в том, как происходит отщепление удаляемой части субстрата
- в одну стадию (в виде целой молекулы) или постадийно. Как, например,
отщепляется от ма-лата молекула воды в ходе реакции, катализируемой
фумарат-гидратазой, - в виде целой молекулы или же в виде ионов
гидроксила и водорода? Механизм действия этого фермента был детально
исследован Хансеном, Диново и Бойером [1771] путем определения скоростей
ряда реакций изотопного обмена. В состоянии равновесия при высокой
концентрации субстрата (и продукта) относительные скорости обмена меченых
атомов малата были следующими:
1
180 из группы Н-С-18ОН с водой 4,0
D из группы Н-С-D с водой 1,0
14С превращение малата в фумарат 2,5
Наиболее быстрой реакцией является удаление гидроксильного иона из малата
или присоединение гидроксильного иона к интермедиату с образованием
малата; эта реакция протекает существенно быстрее, чем превращение малата
в фумарат (по данным обмена 14С). Удаление иона дейтерия происходит
значительно медленнее, чем две указанные выше реакции. По мере увеличения
концентрации субстрата скорости суммарного превращения и
дейтериевого (или тритиевого) обмена становятся
одинаковыми. На каждую молекулу малата, превратившуюся в
462
Глава 7
НО -coo(r) I I
он(r)
с - с - н еоос '
н(r) н JL^
\
соо(r)
н-с -с - н
с =с
\
(r)оос н
ч__________
0ООС
н
N Фермент
Фермент
~Фермент ^
Рис. 7.15. Механизм фумаратгидратазной реакции [1771].
фумарат, в раствор переходит только один атом дейтерия; это показывает,
что дейтерий переходит в раствор не в результате простой ионизации, а
только в процессе превращения малата в фумарат. В среде Нг180
существенное количество 180 включает-ся в непрореагировавший малат; это
означает, что малат, потерявший свой гидроксил в ходе первой быстрой
стадии, переходит в интермедиат, который не обязательно далее переходит в
фумарат, а может присоединять гидроксил и переходить обратно в малат. На
основании этих и других данных Хансен и др. предложили для реакции
механизм, представленный на рис. 7.15.
В этом механизме в результате первой быстрой стадии, на которой
происходит удаление гидроксила, образуется интермедиат- карбониевый ион;
наличие положительного заряда на атоме углерода приводит к уходу
водородного иона и образованию двойной связи. В суммарной реакции
лимитирующей является вторая стадия. Весьма интересно, что освобождение
водородного иона в раствор протекает относительно медленно; было
высказано предположение (которое пока не получило подтверждения), что
происходит перенос водородного иона на некую трудно ионизирующуюся группу
фермента. Фермент проявляет строгую стереохимическую специфичность; было
показано, что присоединение соответствующих групп к фумарату по двойной
связи происходит по транс-типу (ранее предполагали, что оно
