Ферменты 2 - Диксон М.
Скачать (прямая ссылка):
стадий, и нет оснований полагать, что на собственно окислительно-
восстановительной стадии участвует именно форма ВН2. Различные
возможности возникают в связи с тем обстоятельством, что некоторые атомы
водорода, участвующие в переносе, могут находиться в ионизированном
состоянии; вполне возможно, что с активным центром реагирует одна из
ионных форм. Например, в процессе могут участвовать полностью
ионизированные формы АН2 и ВН2. В этом случае суммарный процесс при
низком pH состоит из трех стадий
АН2 А2- + 2Н+, (7.2)
А2-+В ч=г= А + В2-,
В2- + 2Н+ ВН2,
и собственно окислительно-восстановительная стадия осуществляется в
результате переноса электронов. Первая и третья стадии протекают в
растворе вне связи с ферментом, ферментативной реакцией является вторая
стадия. Сумма трех стадий - это суммарная реакция (7.1). Способность АН2
и ВН2 к ионизации означает, что эти реактанты при изменении pH находятся
в растворе в различных формах и, следовательно, характер суммарной
окислительно-восстановительной реакции зависит от pH. В кислом растворе
донор находится (преимущественно) в виде АН2 и его окисление представляет
собой дегидрирование. В щелочном растворе преобладающей формой является
А2-; эта форма окисляется в результате переноса электронов на В. Если
константы диссоциации АН2 и ВН2 значительно различаются, то имеется пять
областей pH, для каждой из которых характерна своя суммарная реакция
(табл. 7.1).
В области 1 окислительно-восстановительная реакция является реакцией
переноса водорода, в области 5 - реакцией переноса электронов, а в
области 3 - реакцией переноса гидрид-иона (Н-); в областях, промежуточных
между рассмотренными выше, характер реакции не может быть описан в столь
простой форме.
Уравнение суммарной реакции, конечно, ничего не говорит о действительном
механизме самой окислительно-восстановительной стадии; оно отражает лишь
общий характер процесса, а именно: какие формы имеются в исходном и
конечном состояниях при данном pH. Не нужно считать, особенно в случае
ферментативных реакций, что имеется 5 разных каталитических процессов и
что активный центр активирует различные формы субстрата в соответствии с
pH раствора. Более разумно (и, конечно, более удобно) полагать, что
фермент всегда активирует только одну форму субстрата; последняя
образуется из ионных форм, находящихся в растворе в соответствии с
обычным ионизационным равновесием (см. с. 202). В таком случае суммарный
Механизм действия ферментов
409-
Таблица 7./
влияние pH на природу реакции АН2 + В = А + ВН,
рАГ,' пА,'
АН, AH'-А-
рК определены следующим образомпк," _гл:"
ВН; ВН В
Если рКА > рКв
Преобладающая
форма--
pH рК Донор Акцептор Реакция
0
р К,1 рК/
рК,В-
р К,А->
АН,
АН"
ВН,
АН, + В = А + ВН,
Характер переноса
2 атома водорода
АН, + В = А+ВН' + Н +
ВН"
АН" + В = А + ВН'
1 гидрид-ион
АН" + В = А + В2' + Н +
А2- + В = А + В
2 электрона
Если рК,А < рК,в В зоне 2: Н + + АН + В = А + ВН,
Если Р*, А < рК," В зоне 4: Н - + Аг~ + В = А + ВН "
Примечание: один атом Н=1 восстановительный эквивалент один е - \
восстановительный эквивалент один ион Н"=2 восстановительных эквивалента
процесс можно представить в виде совокупности трех стадий: (а) ионизации
субстрата в соответствии с равновесным процессом, определяемым его рК и
pH раствора; (б) окислительно-восстановительной реакции, катализируемой
ферментом, использующим определенную форму субстрата, к которой он
специфичен и которая пополняется (до равновесия) за счет других ионных
форм; (в) распределения ионных форм продукта в соответствии с их рК и pH
раствора. Эти стадии соответствуют отдельным стадиям (7.2), при этом
окислительно-восстановительный процесс может протекать путем переноса
электронов (область 1).
Следует подчеркнуть, что уравнения, приведенные в табл. 7.1 для данных
областей pH, являются суммарными, т. е. представляют собой результат
суммирования уравнений, соответствующих трем указанным стадиям, и не
характеризуют механизма окислительно-восстановительной стадии. Нет
необходимости считать, что на этой стадии реагирует именно та форма
субстрата, доля которой при данном pH наибольшая. Для каждой из обла-
2-14
410
Глава 7
стей можно написать фактически любой из трех механизмов. Например,
перенос гидрид-иона в области 1 мог бы протекать по следующему пути:
АН2 5г=± АН- + Н+,
АН- + В А + ВН-, (7.3)
ВН- + Н+ ВН2.
Среднее уравнение определяет механизм, а область pH - суммарное
уравнение.
Поскольку наблюдаемая суммарная реакция не дает никакой информации о
механизме окислительно-восстановительной стадии в процессах,
катализируемых ферментами, а другие четкие данные о механизме во многих
случаях отсутствуют, то в прошлом выбор соответствующей точки зрения и
терминологии был в достаточной мере субъективным. В соответствии с тремя
типами переноса, представленными в последней колонке табл. 7.1, можно
выделить три "школы". Первая из них говорит об "акцепторах водорода",
