Стереоспецифичность, Стереоизомерия - Стереоспецифичность ферментативных реакций
Стереохимическая специфичность обусловлена существованием оптически изомерных L - и D-форм или геометрических (цис - и транс) изомеров химических веществ. Так, известны оксидазы L - и D-аминокислот, хотя в природных белках обнаружены только L-аминокислоты. Каждый из видов оксидазы действует только на свой специфический стереоизомер.
Характерной особенностью природных аминокислот является наличие у них асимметрического центра, вследствие чего они могут существовать в двух оптически активных L - и D-формах.
В качестве эталона при определении относительной конфигурации аминокислот выбран L-серин вследствие его структурного сходства с глицериновым альдегидом, являющимся эталоном в ряду углеводов:
Для установления абсолютной конфигурации аминокислот применяется метод ферментативного дезаминирования аминокислот до кетокислот в сочетании с хроматографией на бумаге.
Стереоизомерия
Большинство б-аминокислот содержит один асимметрический атом углерода и существует в виде двух оптически активных энантиомеров и одного оптически неактивного рацемата. Почти все природные б-аминокислоты принадлежат к L-ряду.
Б-Аминокислоты - изолейцин, треонин, 4- гидроксипролин - содержат по два центра хиральности.
Эти аминокислоты могут существовать в виде четырех диастереометров, представляющих собой две пары энантиометров, каждая из которых образует рацемат. Из четырех стереоизомеров для построения белков человеческого организма используется только один.
При действии на оптически активные соединения ферменты обнаруживают стереохимическую специфичность. Фермент действует только на одну стереоизомерную форму, не затрагивая оптических антипод. На этом свойстве ферментов основан один их способов разделения рацемических смесей.
С помощью ферментов можно провести асимметрический синтез. Так, при восстановлении оптически неактивной пировиноградной кислоты L-лактатдегидрогеназой образуется L-молочная кислота, а при восстановлении ее D-лактатдегидрогеназой - D-молочная кислота:
Реакция дегидратации яблочной кислоты с образованием фумаровой кислоты под действием фумаратгидратазы протекает только для L-яблочной кислоты (на D-яблочную кислоту фумаратгидратаза не действует):
Следует заметить, что большинство пептидаз неспособно гидролизовать пептидные связи, образованные D-аминокислотами. Другими словами, ферменты прекрасно различают стереоизомеры и оптический антипод данного субстрата субстратом уже не является.
Ферменты проявляют специфичность не только к D - и L-, но также и к цис-транс-изомерам. Так, фермент фумаратгидратаза действует только на транс-изомер-фумаровую кислоту и не оказывает никакого влияния на цис-изомер-малеиновую кислоту.
Так как структура фермента и субстрата комплементарны друг к другу, то структура активного центра фумаратгидратазы соответствует транс-расположению заместителей, находящихся по соседству с двойной связью. Ясно, что фумаратгидратаза не будет взаимодействовать с цис-изомером того же соединения, имеющим совершенно иное пространственное расположение заместителей.
Субстраты, содержащие атом углерода с двумя одинаковыми и двумя разными заместителями( так называемый мезо-углеродный атом) и не имеющие асимметрического углеродного атома, претерпевают под действием ферментов асимметрическое превращение, т. е. в симметричной молекуле субстрата ферменты действуют только на одну из двух химически идентичных групп. Например, при фосфорилировании глицерина АТФ: D-глицерат-3-фосфотрансферазой (глицераткиназой) фосфатный остаток присоединяется только к одной из двух химически равноценных первичноспиртовых групп. Доказательством служит образование только одного оптического изомера D-глицеро-3-фосфата. Асимметрическое фосфорилирование симметричной молекулы глицерина было подтверждено изотопным методом. При фосфорилировании 1-14С-глицерина глицераткинезой образуется соответствующий D-глицеро-3-фосфат:
Аспарат - аминотрансфераза.
Аспарат - аминотрансфераза (L-аспарат: 2-оксоглутарат-аминотрансфераза) присутствует в организме животных( сердце, печень, поджелудочная железа, почки, мышцы) и растительных тканях, бактериях. Очищенный фермент получен из сердца свиньи. Для стабилизации препарата в процессе очистки добавляют пиридоксальфосфат или пиридоксаминофосфат.
Аспарат - аминотрансфераза катализирует реакцию взаимодействия L-аспарагиновой кислоты с б-кетоглутаровой кислотой, в результате которой образуются L-глутаминовая и щавелевоуксусная кислоты:
Аспарат - аминотрансфераза существует в двух взаимопревращаемых формах: пиридоксальфосфатной и пиридоксаминофосфатной. Превращение этих форм достигается при добавлении избытка L-глутаминовой или б-кетоглутаровой кислот.
Наглядным примером стереохимической специфичности является бактериальная аспаратдекарбоксилаза, катализирующая отщепление СО2 только от L-аспарагиновой кислоты с превращением ее в L-аланин. Стереоспецифичность проявляют ферменты, катализирующие и синтетические реакции. Так, из аммиака и б-кетоглутарата во всех живых организмах синтезируется L-изомер глутаминовой кислоты, входящий в состав природных белков. Если какое-либо соединение существует в форме цис - и транс-изомеров с различным расположением групп атомов вокруг двойной связи, то, как правило, только один из этих геометрических изомеров может служить в качестве субстрата для действия фермента. Например, фумараза катализирует превращение только фумаровой кислоты( транс-изомер), но не действует на малеиновую кислоту( цис-изомер):
Фермент стереоспецифичность аминокислота субстратный
Примеры некоторых ферментов, обладающих стереоспецифичностью.
Название |
Источник |
Кофатор |
Глицерин-3-фосфатдегидрогеназа |
Мышцы, семена тыквы, дрожжи |
НАД |
Лактатдегидрогеназа |
Животные ткани, печень, сердце, почки, скелетные мышцы, мозг, эритроциты |
НАД |
Малатдегтдрогеназа |
Животные ткани |
НАД |
Глутаматдегидрогеназа |
Животные ткани, печень, дрожжи, растительные ткани |
НАД(НАДФ) |
Транскетолаза |
Дрожжи, шпинат, печень |
Тиаминпирофосфат |
Гексокиназа |
Дрожжи, животные ткани, эритроциты, высшие растения |
- |
Фосфоглюкомутаза |
Дрожжи, микроорганизмы, картофель, ткани животного организма( мышцы, мозг, сердце, печень, почки) |
- |
Предпринимались попытки применения ферментов для лечения злокачественных опухолей человека, например аспарагиназы при лечении лимфогранулематоза. Этот фермент разрушает аспарагин, являющийся незаменимым фактором для лейкозных клеток, поскольку они оказались лишенными способности его синтезировать. Следует однако, подчеркнуть, что в этой огромной важности проблеме применения ферментов и их эффекторов в качестве лекарственных препаратов в значительной степени господствует эмпиризм и задача заключается в том, чтобы как приготовление ферментов, так и применение их в клинике организовать на строго научной основе. Это, несомненно, окажет практическим врачам ценную помощь в борьбе с заболеваниями человека.
Похожие статьи
-
КИНЕТИКА ФЕРМЕНТАТИВНЫХ РЕАКЦИЙ - Аминокислоты и ферменты
Одним из характерных проявлений жизни является удивительная способность живых организмов кинетически регулировать химические реакции, подавляя стремление...
-
Эфиры кислот фосфора - Реакция диметилфосфита
Эфиры кислот фосфора получают из трихлорида фосфора PCI3, хлороксида фосфора POCI3 и тиотрихлорида фосфора PSCI3. Реакционная способность этих...
-
Реакции аминокислот - Способы получения аминокислот
Большинство реакций, в которые аминокислоты вступают в лабораторных условиях (in vitro), свойственны всем аминам или карбоновым кислотам. 1. образование...
-
Бромистый этил представляет бесцветную прозрачную жидкость, обладающую эфирным запахом и сначала сладким, потом жгучим вкусом. Кипит при 38,4°С. В воде...
-
Винилхлорид -- достаточно активное химическое соединение, чьи химические свойства определяются как наличием двойной связи, так и атома хлора. Наибольший...
-
На холоду даже дымящаяся серная кислота (олеум) почти не действует на предельные углеводороды, но при высокой температуре она может их окислять. При...
-
Реакции электрофильного замещения атомов водорода в ряду бензола - Типы связей в органической химии
1. Реакция галогенирования . Реакция галогенирования бензольного кольца осуществляется в присутствии катализаторов (чаще всего галогенидов железа или...
-
Образование фенолятов, Реакции ароматического ядра фенолов - Спирты и фенолы
Образование простых эфиров фенолов алкилированием фенолятов: ArONa + RI > ArOR + NaI ArONa + (CH3O)2SO2 > ArOCH3 + CH3O-SO2ONa Образование...
-
Реакция с азотной кислотой (реакция нитрования) - Химические свойства насыщенных углеводородов
Концентрированная азотная кислота при нагревании окисляет насыщенные углеводороды, а на холоду - не действует на них. В 1889 г. М. И. Коновалов открыл,...
-
В этом методе сравнивают степени окисления атомов в исходных веществах и в продуктах реакции, при этом руководствуемся правилом: число электронов,...
-
Синтез бромэтана проводили в соответствии с методикой, изложенной в источнике [2]. ХОД РАБОТЫ - Приготовление исходных реактивов и собирание прибора Рис....
-
Реакции окисления и восстановления - Особенность синтеза фенолов
Окислительно-восстановительные реакции, также редокс -- это встречно-параллельные химические реакции, протекающие с изменением степеней окисления атомов,...
-
Реакции с механизмом SN1 для ароматических соединений встречаются крайне редко и, по сути, характерны только для солей диазония. Эти реакции идут в...
-
Анионы образуются Р -элементами, т. е. элементами IV - VII групп 2-, 3-, 4- и реже 5- и 6-го периодов периодической системы элементов. В растворах в виде...
-
Заготовьте в тетради заранее таблицу для записи исходных данных и результатов опытов. Сейчас в нее внесены некоторые предполагаемые объемы растворов, но...
-
NаСl + NН4НСО3 NаНСО3 + NН4Сl Равновесие которой почти нацело смещено вправо (вследствии очень малой растворимости NаНСО3 в растворе NН4Сl)....
-
Скорость реакции определяется изменением молярной концентрации одного из реагирующих веществ: V=dC/dtV. Факторы, влияющие на скорость химических...
-
Закономерность управления процессом для реакции - Каталитический риформинг
Управлять ХТП - это означает, меняя технологические параметры процесса (температуру, давление, состав сырья, катализатор, скорость перемешивания,...
-
Скорость химической реакции. Энергия активации химической реакции Химическая термодинамика изучает возможность, направление и пределы самопроизвольного...
-
Энергетический профиль каталитической реакции - Гомогенный и гетерогенный катализ
Энергетический профиль реакции - это кривая, которая показывает зависимость координаты реакции (насколько прошла реакция) от времени (при постоянном...
-
Химизм реакции карбамида с формальдегидом - Поликонденсация
Протекание этой реакции зависит от pH среды и соотношения реагентов. В нейтральной или слабощелочной среде при pH 7-8 на первой стадии образуются...
-
Пластичными массами называют материалы, полученные на основе полимеров, содержащие различные добавки и способные под влиянием температуры и давления,...
-
Качественная реакция на катион железа (II), Соединения железа (III) - Химия железа
Реактивом для определения катиона железа Fe2+ является гексациано (III) феррат калия (красная кровяная соль) K3 [Fe(CN) 6]: 3FeSO4 + 2K3 [Fe(CN) 6] = Fe3...
-
Общее понятие о цепных реакциях и автокатализе - Принципы горения и взрыва
К цепным реакциям относят реакции, протекающие с образованием свободных радикалов, способных превращать реагенты в конечные продукты, поддерживая...
-
Керамика -- изделия из неорганических материалов (например, глины) и их смесей с минеральными добавками, изготавливаемые под воздействием высокой...
-
Полимерами называют вещества, молекулы которых (макромолекулы) состоят из одного или большего числа составных звеньев. Молекулярная масса (число атомов)...
-
Галоидопроизводные углеводородов и других органических соединений широко применяются в качестве исходных веществ в ряде синтезов. Относительно большая...
-
Присоединение галогенов (Cl2,Br2) Гидроксильная группа оказывает очень большое влияние на ароматическое ядро, увеличивая его реакционную способность в О...
-
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ОПЫТ. ПЕРИОДИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ - Свойства галогенов
Приготовить в двух отдельных стаканчиках раствор 0,72 г иодата калия в 8 мл 2%-ной хлорной кислоты и раствор 0,3 г малоновой кислоты, 0,1 г сульфата...
-
Зависимость скорости реакции от температуры определяется правилом Вант-Гоффа : При повышении температуры на каждые 10о скорость большинства реакций...
-
Типы окислительно-восстановительных реакций - Окислительно-восстановительные процессы
Различают три типа окислительно-восстановительных реакций. Межмолекулярные реакции - это реакции, которые протекают с изменением степеней окисления...
-
Реакции осаждения алкалоидов основаны либо на образовании нерастворимых солей алкалоидов, либо на образовании нерастворимых двойных солей. Образование...
-
Прогноз направления реакций и его экспериментальная проверка В тетради должны быть заранее выписаны необходимые константы (см. Приложение), проведены...
-
В предыдущих разделах рассмотрены отдельные аспекты кинетики, а теперь пора подвести общие итоги: от чего зависят скорости реакций и как можно ими...
-
Общие понятия и определения. Термодинамический и кинетический критерий реакционной способности химической системы. Скорость химической реакции. Факторы,...
-
Это самый распространенный вариант. В реакции твердое+твердое, твердое+жидкость или твердое+газ продукт образуется на поверхности раздела фаз, и если он...
-
(а) Зависят ли энергия активации и предэкспоненциальный множитель от природы реагентов? от их концентраций? от температуры? от присутствия посторонних...
-
Краткая теория В старом учебнике Глинки вопрос хорошо изложен на качественном уровне, но не хватает строго количественного описания влияния температуры...
-
Способ получения диметилфосфита - Реакция диметилфосфита
Изобретение относится к области технологии органических соединений, а именно к усовершенствованному способу получения диметилфосфита. Описывается способ...
-
Применение, условия хранения и производство - Реакция диметилфосфита
Диметилфосфит используется для получения антипиренов, хлорофоса, дихлофоса, ниторфоса, при выработке пестицидов, в фармакологической отрасли, в...
Стереоспецифичность, Стереоизомерия - Стереоспецифичность ферментативных реакций