Избирательная токсичность. Физико-химические основы терапии Том 2 - Альберт А.
ISBN 412-26010-7
Скачать (прямая ссылка):
13 H N
Имидазол
4'-(имидазол-4-ил)масляная кислота
(9.1)
(9.2)
По свойствам наиболее близки ферментам циклодекстрины (циклоамилазы), получаемые при расщеплении крахмала [Cramer, 1956]. Циклодекстрины действуют как эффективные эсте-разы, субстратами которых служат фенилацетат и его производные. По данным рентгеноструктурного анализа молекулы циклодекстринов представляют собой тор из шести остатков a-D-глюкозы в обычной конформации. Гидроксильные группы образуют короны вокруг верхней и нижней части тора, внутренний диаметр которого составляет около 0,5 нм. При гидролизе карбонильная группа ацетата («гость») приближается к вторичным гидроксильным группам циклодекстрина («хозяин»): чем теснее этот контакт, тем быстрее проходит гидролиз. Сложный эфир («гость») ацилирует одну из гидроксильных групп «хозяина», высвобождая при этом фенол. Затем в результате реакции внутримолекулярного катализа происходит регенерация циклодекстрина в неацилированную форму. Процесс при этом может повторяться неограниченно. Этот цикл реакций напоминает ферментативные превращения еще и тем, что он подчиняется кинетике Михаэлиса — Ментен (разд. 9.1) и легко ингиби-руется нормальными субстратами [Bender, Komiyama, 1978].
Ковалентным присоединением двух имидазольных групп к циклодекстрину можно получить искусственную рибонуклеазу, имеющую достаточно высокую специфичность в отношении как субстрата, так и продукта [Breslow, 1983]. Присоединяя ковалентно к циклодекстрину пиридоксамин, можно получить синтетическую трансаминазу. Эти модельные соединения вызывают ускорение соответствующих реакций в 200 раз, однако в ближайшем будущем можно надеяться на значительно большее увеличение скорости [Breslow, 1983].
Исследования этих модельных соединений и данные рентгеноструктурного анализа природных ферментов показали, что для гидролиза необходимы сближение нуклеофильной группы (аниона глутаминовой кислоты, аспарагиновой кислоты или имидазола) с электрофильным центром — атомом углерода кар-бонила амидной группы и одновременный подход протона к атому азота этой же группы. На циклодекстриновых моделях было установлено, что ферментативноподобная активность может быть свойственна веществам с OMM несколько ниже 1000, имеющим простую структуру и симметрию. Более подробные сведения о моделях ферментов можно получить из работ Jencks (1969) и Bender, Komiyama (1978). В литературе есть данные
14 о синтезе микроцикла, ускоряющего ацетилирование аминокислот в IOu раз [Cram, 1983].
Действие ферментов в значительной степени зависит от мицелл амфифильных молекул, катализирующих многие химические реакции и нередко рассматриваемых как очень простые модели ферментов (определение понятий «амфифильный» и «мицелла» приведено в разд. 14.0). Расположение гидрофобных (внутри) и гидрофильных (снаружи) групп в мицелле напоминает расположение этих групп в молекуле фермента. Подобно ферментам мицеллы денатурируют нагреванием или действием мочевины; как и ферменты, они обладают избирательностью по отношению к субстратам [Jencks, 1969]. Реакции, сопровождающиеся высвобождением анионов, такие как гидролиз сложных эфиров, катализируются катионными мицеллами, например мицеллами цетилтриметиламмоний бромида (14, 16) [Menger, Portnoy, 1967]. Субстрат концентрируется в мицелле. При этом образуются ван-дер-ваальсовы связи, о чем свидетельствует повышение эффективности катализа при увеличении размеров молекул субстрата. Заряженные группы мицеллы создают заряд в среде, окружающей субстрат (это окружение может стабилизировать переходное состояние субстрата); предполагается, что фактически они и являются катализаторами. Низкая диэлектрическая постоянная остальной части мицеллы может приводить к дестабилизации любого заряда на субстрате, его переходном состоянии и продуктах.
Эффективность мицеллярного катализа иллюстрирует доде-цилсульфат натрия, ускоряющий связывание ионов Cu2+ пор-фиринами в 500 000 раз [Lowe, Phillips, 1961]. О катализе мицеллами см. Cordes (1973), Fendler и Fendler (1975).
9.0.5. Биологическая регуляция ферментов
Ферменты, функционально связанные друг с другом в соответствии с последовательностью метаболических процессов, либо образуют частицы, либо встраиваются в мембраны. В этих системах ферменты соединяются химически, термодинамически или чисто физически. При этом продукт первой ферментативной реакции является субстратом второго фермента и т. д. Такие последовательности ферментов часто регулируются аллостери-ческим эффектом, суть которого заключается в следующем: у ферментов, катализирующих начальные реакции в цепи метаболических превращений, может быть второй рецептор (на некотором расстоянии от активного центра), способный реагировать с природным ингибитором (часто это продукт ферментативной реакции в одной из поздних стадий метаболических превращений). В результате этого взаимодействия молекула фермента претерпевает конформационные изменения, благодаря которым нормальный субстрат не может связаться с активным центром. Подобный механизм обратной связи играет важную
