Ферментативный катализ реакций гидролиза
Реакции, протекающие в организмах животных и растений с участием воды, играют важнейшую роль в процессе обмена веществ и служат одним из основных источников "энергии, запасаемой организмом.
Реакции гидролиза катализируются обычно теми металлоферментами, которые содержат ионы Са2+, Mg2+, Zn2+ и Мn2+. Хотя ион Мn2+ легко вступает в окислительно-восстановительные реакции, в ходе гидролитических реакций он, как и все упомянутые ионы, не меняет степени окисления.
Наиболее хорошо изучены строение и биологическая роль двух из металлоферментов, катализирующих гидролитические процессы,— цинксодержащих ферментов карбоангидразы и карбоксилазы. Отметим, однако, что только в организме человека содержится несколько десятков цинксодержащих ферментов, различающихся по своему строению и функциям.
Карбоангидраза состоит из больших белковых молекул с молекулярной массой 430 000. Каждая из таких макромолекул содержит 260 аминокислотных остатков. Форма молекулы карбоангидразы — эллиптическая, размеры ее (40x45x55) А3. Эллиптическая молекула карбоангидразы имеет полость, причем аминокислоты, составляющие белок апофермента, расположены так, что гидрофобные их части как бы выстилают внутреннюю полость макромолекулы. В одной молекуле фермента содержится только один ион Zn2+, который находится вблизи центра полости карбоангидразы. Координационный полиэдр комплекса, центральным ионом которого является Zn2+, представляет собой искаженный тетраэдр. Три положения в координационной сфере Zn2+ занимают донорные атомы азота из имидазольных групп аминокислоты гистидина:
Четвертое координационное место занято молекулой Н2О или ионом ОН-. Фермент карбоангидраза содержится в красных кровяных тельцах. Установлено, что карбоангидраза примерно в 106 раз ускоряет реакцию образования бикарбонат-иона и обратную ей реакцию распада НСО3-:
Рассмотрим предполагаемый «концертный» механизм действия карбоангидразы. Ион Zn2+, входя в состав несимметрично построенного координационного соединения (имеющего по этой причине напряженную структуру), обладает высокой реакционной способностью. Столкновение на активном центре карбоангидразы иона Zn2+, СО2 и иона ОН- в полости карбоангидразы приводит к активации всех участвующих в реакции веществ, в результате чего быстро образуется бикарбонат цинка:
Следующий этап процесса состоит в обмене образовавшегося бикарбонат-иона на Н2О или ОН-, т. е. в высвобождении активного центра фермента для последующих актов катализа.
Установлено, что ингибирование реакции синтеза и распада бикарбонат-ионов достигается введением в координационную сферу иона Zn2+ лигандов, образующих более прочную связь с Zn2+, чем с НСО3-,Н2О или ОН-. Такими являются ионы CN-, N3-, S2O42- и др. Так как в некатализируемых условиях (в присутствии CN-, N3- и т. д.) синтез НСО3- и его распад протекают слишком медленно, физиологические требования не выполняются, нормальное состояние организма нарушается.
Смотрите также
Химия. Селекция
[Ш1] Что
такое селекция? Селекция это - наука о методах создания сортов и гибридов
сельскохозяйственных растений, пород животных, штаммов микроорганизмов. Также
селек ...
Ангидриды карбоновых кислот. Кетены. Нитрилы
...
Химия и медицина
...