Ферменты 2 - Диксон М.
Скачать (прямая ссылка):
Действие многих лиаз, однако, зависит от определенного кофактора, и это в
какой-то мере облегчает установление механизма. Так, большинство лиаз,
действующих на аминокислоты, нуждаются в пири-доксальфосфате, и почти
достоверно известно, что реагирующей формой является шиффово основание
(см. с. 718). Более подробно вопрос о механизме действия ряда лиаз
рассмотрен в ра-
боте [1637].
Механизм действия ферментов
465
ИЗОМЕРАЗЫ
Эти ферменты катализируют изомеризацию, т. е. реакцию, в ходе которой
изменяется конфигурация молекулы субстрата. Известны различные виды
изомерии, и имеется соответственно ряд групп изомераз с разными
механизмами действия.
Как это ни парадоксально, о механизмах каталитического действия ферментов
этого класса известно меньше, чем о ферментах других классов, хотя
изомеразные превращения представляются относительно простыми и, казалось
бы, установить их механизм не составляет особого труда.
Возможные механизмы действия некоторых изомераз в большинстве случаев
являются сугубо предположительными. Установление механизма действия
затрудняется еще и отсутствием рентгеноструктурных данных о строении этих
ферментов. Изо-меразы первой группы (КФ 5.1.-.-) связаны с D-L-изомери-
зацией, т. е. с инверсией в оптически активных центрах (обычно являющихся
асимметрическими атомами углерода). Их называют рацемазами, если субстрат
содержит только один такой центр, и эпимеразами, если он помимо центра, в
котором происходит инверсия, содержит другие асимметрические центры.
Субстрат превращается не просто в противоположный изомер, а в равновесную
смесь обоих изомеров; так, из L-субстрата образуется смесь D- и L-форм.
Это свидетельствует о том, что фермент обратимо превращает субстрат в
симметричный интермедиат; последний располагается в активном центре таким
образом, что его обратное превращение в субстрат является стерически
неспецифическим. Если, например, от асимметрического атома углерода
отщепляется водород с образованием интермедиата, имеющего двойную связь,
то фермент должен удерживать интермедиат в таком положении, при котором
атом водорода может присоединиться к углероду с любой стороны. Многие (а
возможно, и все) рацема-зы аминокислот нуждаются в пиридоксальфосфате, и,
несомненно, что интермедиатом является шиффово основание (см. рис. 9.14).
Активный центр фермента должен содержать как набор групп, определяющих
его специфичность к определенной аминокислотной боковой цепи, так и
функциональные группы, благодаря которым он является именно рацемазой, а
не аминотранс-феразой или декарбоксилазой аминокислот, поскольку при
функционировании всех этих ферментов образуются комплексы аминокислота -
пиридоксальфосфат. Природа этих групп, однако, неизвестна.
Диаминопимелинат-эпимераза (КФ 5.1.1.7) действует на субстрат, в котором
две асимметричные группы находятся на значительном расстоянии друг от
друга. Стереохимическая специфичность фермента исследована в работе
[134]. Фермент ката-
466
Глава 7
лизирует превращение L.L-формы в L,D- или мезо-форму, но не способен
вызывать взаимопревращение L,D- и D,D-форм. Это свидетельствует о том,
что фермент имеет два связывающих участка, первый из них связывается с
концом субстрата, имеющим L-конфигурацию, но не вызывает никаких
превращений, второй - с другим концом субстрата (независимо от
конфигурации) и вызывает рацемизацию.
Из числа эпимераз, действующих на углеводы (КФ 5.1.3.-), особый интерес
представляет альдоза-1-эпимераза (КФ 5.1.3.3): асимметрический центр, на
который она действует, представляет собой редуцирующую группу сахара.
Механизм действия этого фермента исследован в работе [358]. Было
показано, что в ходе реакции не происходит ни обмена атома водорода при
С-1 на дейтерий из D20, ни потери 18ОН из глюкозы- 1-180. Замена атома
водорода при С-1 на D не оказывает влияния на скорость реакции. Эти
данные исключают любой механизм, основанный на процессах дегидратации,
или дегидрирования, затрагивающих водород, связанный с С-1, а также
механизм одиночного замещения с участием ОН~. Наиболее вероятным
механизмом является перенос водорода, приводящий к образованию
интермедиата - альдегида с открытой цепью.
Обратимся теперь к ферментам, которые не связаны с D-L-переходом, и в
качестве примера рассмотрим цис-транс-изоме-разы. Эти ферменты
катализируют изменения расположения групп в плоских молекулах. Некоторым
из них в качестве кофактора необходим глутатион. Присоединение глутатиона
по двойной связи приводит к образованию насыщенного соединения и
позволяет осуществляться свободному вращению:
н н 1 I Н Н I I
I 1 -с=с- 1 1 -с-с-
+ Ч- V 1 1 Н S
Н-S 1 1 G
G
Если при последующем элиминировании глутатиона отщепляется не тот атом
водорода, который присоединился первоначально, то происходит
изомеризация. Известно, что именно таким образом глутатион катализирует
неферментативное взаимопревращение фумарата и малеината. Подобный
механизм, однако, должен был бы приводить к включению дейтерия при
