|
|
Биоорганическая химияревращение гомосеринфосфата в L-треонин [301]. 438 Тлава 7 присутствии Си (II) и соответствующих модельных соединений (см. ниже) происходит реакция окисления, не имеющая аналогий в биологических системах [303]. Следует отметить, что роль иона металла в пиридоксаль-Р-за-висимых ферментах часто переоценивалась, поскольку большинство из них не являются металлоферментами. Напротив, роль иона металла в данных реакциях играет сам фермент. Чтобы лучше понять механизм действия пиридоксаль-Р, остановимся подробно на реакции (7-3): превращение гомосеринфос-фата в треонин. Это реакция элиминирования—гидратации. Первый процесс (рис. 7.10) включает альдимин ч=ь кетиминную таутомерию — объект внутримолекулярного общего кислотного катализа близлежащей оксигруппой, за которым следует медленное расщепление С—Н-связи. Определяет скорость последняя стадия. Наличие отрицательного заряда на р-углероде может быть продемонстрировано улавливанием аниона N-метилмалеинимидом по реакции присоединения Михаэля. Интересно, что пиридоксальфос-фат помогает стабилизировать отрицательныай заряд (анионную форму) на а, |3- и у-атомах углерода. Отрицательный заряд в а- и •у-положениях стабилизируется благодаря сопряжению с кольцевым атомом азота, в то время как иминный азот стабилизирует отрицательный заряд в jj-положении. В присутствии D20 положения а и у могут дейтерироваться. Эта характерная последовательность реакций протонирования демонстрирует, что роль пиридоксальфосфата как электронного стока заключается в стабилизации карбанионных промежуточных соединений путем делокали-зации избыточной электронной плотности [315]. Химия коферментов 439 I Следует учитывать, что, поскольку пиридоксаль превращается пиридоксамин или соответствующее фермент-иминное промежуточное соединение, то он не истинный катализатор! Это скорее рэычный реагент. Наиболее важная проблема в процессах переаминирования — выяснение стереохимии. В зависимости от типа реакции и фермента ' ермент-коферментный комплекс может удалять из аминокислоты-убстрата R-группу, карбоксильную группу или водород при сс-уг-ероде. От каких именно структурных особенностей зависит место В?рыва связи? Это, так же как и скорость реакции, определяется врментом. Решающий фактор при этом заключается в выборе аименее энергоемкого пути образования переходного состояния, овалентного промежуточного соединения, т. е. наибольшее влия-ие должна оказывать правильная конформация в ферменте свя-внного с коферментом субстрата [301]. © Н г, I R I ЛЯ СО, г X www шрансаминаза альЭолаза тентацнонная зависимость реакций, катализируемых пиридоксальфосфатсодер- жащим ферментом. Лабильная связь всегда перпендикулярна плоскости пиридинового кольца, и совокупность ионных, полярных и гидрофобных заимодействий в ферменте определяет, какой из конформеров „удет преобладать. Это легко показать, например, с помощью нью-^новской проекции процесса ферментативного декарбоксилирова-,ия. В конформаций, необходимой для декарбоксилирования, кар-оксильная группа в значительной степени выходит из плоскости онъюгированной системы. Следовательно, специфичность реакции пределяется главным образом этой стадией. Так, ферментативное Декарбоксилирование аминокислот идет с сохранением конфигурации и обеспечивает, таким образом, синтез оптически чистых сс-дей-рерированных аминов, если реакцию проводят в тяжелой во-е [304]. Проекция Ньюмеиа для переходного состояния при декарбоксилировании, катализируемом пиридоксальфосфатсодержа-щим ферментом. 440 Глава 7 Связывание металла, если оно происходит, может обеспечивать различные пути протекания реакций. Интересный пример такого влияния наблюдается для ь-серилгидроксиметилтрансферазы, которая может также катализировать переаминирование D-серина Центр связывания тот же, но продукты образуются другие: "8»с*|/:н'он -к' koiBcl l-Ser связан с коферментом е сн2он —сн,он о2схн2он Т IliTrrr* ¦ когЗа D-Ser связан - с коферментом " о2агн2он Т о Я н,о ОгС Н Н n — Ориентация карбоксильной группы, таким образом, определяется здесь структурой связывающего центра [301]. Это демонстрирует также важную роль витаминов, поскольку избыток глицина и серина в системе может оказывать токсичное действие, если витамин В6 присутствует в недостаточном количестве. Ясно, что помимо протонного переноса пиридоксальфосфат участвует также в реакциях, включающих образование карбанионов. При формировании отрицательного заряда на а-углероде аминокислоты-субстрата возникает новая проблема — стереохимическая. Протонируется ли в конечном счете карбанион (несущий отрицательный заряд) в составе комплекса с ферментом путем обмена протонов со средой или это происходит в результате, таутомерного превращения кофермента? Какой тип модельных соединений можно выбрать для лучшей имитации таких процессов? 8FG Химия коферментов 441 м2.2. Модельные системы I Данные, приведенные ниже, получены на модельных соедине-Шях. Они подтверждают существование карбанионных промежу-Цчных соединений в пиридоксальзависимых ферментах. Например, ТМР-исследования в 2Н20 [302] на пиридоксамине в присутствии и (II) или А1(Ш) при рН 1—13 продемонстрировали конденса-ию субстрата (пирувата) с витамином В6 (пиридоксамином). корость обмена атомов водорода возрастает с увеличением рН. н Ш Ранее наблюдалось, что комплекс пиридоксамина, этилпиру-Вга и А1(ЫОз)з в метанольных растворах поглощает при 488 нм. OEt OEt 442 Глава 7 Эта полоса в видимой области соответствует наличию карбанион-ного промежуточного соединения, которое исчезает через несколько часов, образуя продукты переаминирования. Следует обсудить и Другие данные. Например, пиридоксамин в присутствии сс-кетокислоты и подходящего фермента дает пири-доксаль и соответствующую l-аминокислоту. Если реакцию проводят в D20, то половина метиленовых атомов водорода в пиридокса-мине обменивается и образуется только один монодейтерированный изомер пиридоксамина. ' "Y ' О nupuoOKcawuH Ima же самой реакция е Djp С02Н —^ СНО + R\/CcbH l- аминокислота,- >н овин энантиомер (/?-usoMep) NH, "4 та же самая ^ реакция **D н,о ->У"*',к Эругой энантиомер (5"-изомер) Если использовать дважды дейтерированный пиридоксамин для проведения той же реакции в воде, то половина дейтерия теряется и получается другой монодейтерированный энантиомер пиридоксамина. Кроме того, если используется a-дейтерированная ь-амино-кислота, то дейтерий переносится стереоспецифически, давая только один из двух возможных стереоизомеров монодейтерированного пиридоксамина. NHj только /?-изомер Имеющиеся сведения [305, 306] относительно этих процессов в значительной степени дополнены в результате изучения механизма и стереохимии реакций переаминирования. При решении Химия коферментов 443 |проблемы были выделены три главных стереохимических центра: qi/r-н* конформация \неи5вестна // * н'" абсолютная Ч=/^1Лк-Ас-'СООе ^ конфигурация if t Т7 \R транс-н** I Следовательно, процесс таутомеризации может быть представлен либо как внутримолекулярный (под действием фермента) цис-перенос, либо как rpawc-перенос водорода. Такая перегруппировка называется таутомерным 1,3-прототропным смещением; известны попытки с помощью модельных исследований решить стереохими-Ическую неоднозначность: известна В = основной остаток ЯЖнГ " Н = боЙаМяеНцееиь \ Н* аминокислоты \=/ XN=C^ 4R Н*Т Kk^N H%|/N ^-перенос Ш Ш н* I Биохимические наблюдения [306] привели к гипотезе, что про-тотропное смещение стереоспецифично и сопряжено с внутренним Ицыс-переносом. Если это так, то основная группа в апоферменте ¦должна участвовать в процессе, при котором образуется азаал-лильное анионное промежуточное соединение (рис. 7.11). ш Катализируемая основанием метилен-азаметиновая перегруппировка была подробно исследована [307—310]. R' R" | ,R" R' | I XJR."' R I н н 444 Глава 7 .//фермент В J Lcooh S-цэомер //m о5мен с еойоц . возможен D н ч СООН азааллильньш анион (симметричный) ttttti фермент в соон Я-изомер Рис. 7.11. Внутреннее цис-1,3-прототропное смещение в реакции, катализируемой пиридоксальфосфатзависимым ферментом. Ру — остаток молекулы кофермента. Для такой карбанионной перегруппировки в растворе, содержащем ЕЮ~—EtOH, можно предложить два механизма: одностадийный согласованный механизм —С—N=C— т--у —С—N—С— <==^ —C==N—С— I i| I н + ro—н но—r ¦»-¦ н roe но—r перехоВное r—он eor состояние и двухстадийный, или анионный, механизм -C-N=C— -Ч2=№=С- »=i -C=N-C- J. изиаллильный I н + анион _^ + н roe roh eOR Проведение процесса изомеризации в дейтерированном растворителе позволяет установить механизм, действующий в модельной системе. Например, в" случае согласованного механизма, протекающего через симметричное переходное состояние, должна происходить изомеризация любого дейтрона, включенного из растворителя. В то же время в случае азааллильного промежуточного соединения возможно включение дейтрона без последующей изомеризации. Химия коферментов 446 ¦блюдалось именно последнее. Это еще одно доказательство су-|ствования азааллильного промежуточного соединения [307, 308]. ^Поскольку кинетика этой реакции изучалась в D20 и НгО, то 1дует сделать несколько замечаний относительно Н**0-обмена. ели исходное соединение имеет «кислый» водород в хиральном центре, то возможно образование через карбанионное промежуточное, соединение трех различных продуктов [307]: с* сохранение Ы^'С—Н *ор'*°а, ь-^С—Н конфигурации о~еэ обмена <Ч сохранение Ъ'р.С—D конфигурации с обменом _. п_г^ь инверсия и ^\ с обменом a „_гУ\ инверсия И *-\D си обмена. 8 (изсиюерейя) Инверсия (рацемизация) без обмена называется изоинверсией. Механизм этого процесса подразумевает образование ионных пар. Действительно, в присутствии краун-эфира, способствующего обра-Ьванию ионов, выход рацемата увеличивается [307]. На практике стереохимический путь многих реакций, катал |
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 |
Скачать книгу "Биоорганическая химия" (8.62Mb) |
[каталог] [статьи] [доска объявлений] [обратная связь] |