Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Прикладная энзимология. Учебное пособие
.pdf
6.3.5. C-N-лигазы с глутамином в роли амидо-N-донора.
6.4. Образуют С-С-связи.
6.5. Образуют фосфоэфирные связи.
6.6. Образуют связи азот-металл.
6.7. Образуют N-N-связи.
7. ТРАНЛОКАЗЫ.
7.1. Катализируют перенос протона.
7.1.1. Связан с окислительно-восстановительной реакцией.
7.1.2. Связан с гидролизом нуклеозидтрифостфата.
7.1.3. Связан с гидролизом дифосфата.
7.2. Катализируют перенос неорганического катиона.
7.2.1. Связан с окислительно-восстановительной реакцией.
7.2.2. Связан с гидролизом нуклеозидтрифостфата.
7.2.4. Связан с декарбоксилированем.
7.3. Катализируют перенос неорганических анионов и
их хелатов.
7.4. Катализируют перенос аминокислот и пептидов.
7.5. Катализируют перенос углеводов и их производных.
7.6. Катализируют перенос других соединений.
161
ПРИЛОЖЕНИЕ II
ПРОТЕИНОГЕННЫЕ АМИНОКИСЛОТЫ
Процесс синтеза полипептидной цепи белка коротко
можно сформулировать следующим образом. Информация
о составе белка передается с ДНК на рибосому при помощи
мРНК. Триплеты нуклеотидов кодируют определенные
аминокислоты в аминокислотной последовательности белка, либо остановку синтеза белка на рибосоме (стоп-кодон).
При элонгации (собственно синтез) соответствующая аминоацилированная тРНК связывается с
аминоацил-сайтом
рибосомы, рибосома катализирует образование пептидной
связи данной аминокислоты с находящемся в ней пептидом,
после чего перемещается по мРНК на один триплет и продолжает работу. Терминация (остановка синтеза белка)
происходит при достижении рибосомой одного из стопкодонов.
В 1968 году Нобелевскую премию по физиологии и меди-
цине получили Роберт Холли
(Robert Holley), Хар Гобинд
Корана (Har Gobind Khorana) и Маршалл Ниренберг (Marshall Nirenberg) «за расшифровку генетического кода и его
роли в синтезе белков». Были соотнесены между собой 20
аминокислот и триплеты нуклеотидов, их кодирующие в эукариотах. Эти 20 аминокислот и получили название
ногенные
».
«протеи-
Собственно аминокислот в белках намного больше (разные авторы приводят цифры от 100 до 300). Это окисленные
(оксипролин, оксилизин), фосфорилированные, гликозилированные и т. д. остатки аминокислот в белках. Все процессы модификации протекают после синтеза белка и их называют
посттрансляционными модификациями.
Традиционно в биохимических учебниках оперируют
именно с 20-ю протеиногенными аминокислотами. Однако
развитие биохимии показало, что таких аминокислот по
крайней мере 22. Не углубляясь в обсуждение
162
пирролизина
(присутствующего в белках у метаногенных архей), хотелось
бы остановиться на селеноцистеине.
Селеноцистеин (сокращенно Sec) – аналог цистеина с заменой атома серы на селен. Кодируется он стоп-кодоном
UGA, если в последовательности мРНК присутствует определенного рода шпилька, называемая последовательностью
вставки селеноцистеина (SECIS element). тРНК
Sec
изначально
связывается с серином (хотя она гораздо крупнее стандартной тРНК
Ser
). Кислород серина в Ser-тРНК
селен селенцистеинсинтазой. Образовавшаяся Seс-тРНК
Seс
замещается на
Seс
доставляется в рибосому, транслирующую селенопротеин, в
комплексе с альтернативным трансляционным фактором.
Далее, после включения Sec в состав пептидной цепи, элонгация (дальнейший синтез аминокислотной последовательности) продолжается. Поскольку у эукариот элемент SECIS
располагается в 3’-нетранслируемой области, транслируемый
белок может включать в себя несколько аминокислотных остатков селеноцистеина.
Селен способен менять степень окисления
и в составе
многих окислительно-восстановительных ферментов Sec выполняет роль активного центра. Здесь в первую очередь необходимо отметить глутатионпероксидазу, играющую важнейшую роль при защите организма человека от окислительного стресса (у человека известно уже более 25 селенопротеинов). В этой связи ученые, работающие в области энзимологии и биологической неорганической
химии, абсолютно
обоснованно считают селеноцистеин 21-й протеиногенной
аминокислотой.
163
ПРИЛОЖЕНИЕ III
БАЗОВЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ
ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ
Химическая кинетика – наука, изучающая механизмы и
закономерности протекания химических реакций во времени
в зависимости от концентраций реагирующих веществ, состава среды и внешних условий проведения эксперимента.
1. Простые и сложные реакции
По имеющимся в настоящий момент представлениям,
химические реакции делятся на простые и сложные.
Про-
стые реакции представляют собой совокупность однотип-
ных элементарных актов трансформации исходных веществ
в продукты реакции, например,
А
В
А + В
А
С
В + С
В зависимости от числа вступающих в реакцию атомов
(молекул) простые реакции подразделяют на мономолеку-
лярные, бимолекулярные и тримолекулярные. Уже тримолекулярные реакции встречаются крайне редко, а одновременное взаимодействие более чем трех частиц практически
невозможно.
Сложные реакции представляют собой совокупность не-
скольких простых реакций.
Если реакция протекает как от исходных веществ к продуктам, так и наоборот (через одни и те же вещества, но в
обратном порядке), то она называется обратимой:
А
В А
Если же протекание реакции в обе стороны проходит через разные вещества, или через те же вещества, но в другом
порядке, то такая реакция называется циклической:
А
В С А
164
Параллельными реакциями называются такие, при которых одно и то же исходное вещество одновременно участвует в нескольких простых реакциях:
А
В
А
С
Химические реакции, в которых продукты одной реакции
являются исходными веществами другой, называют после-
довательными:
А
В С
Каскадными, или цепными, называют последовательнопараллельные реакции, в которых на каждом этапе происходит увеличение числа молекул, участвующих в реакции:
А
2В 4А 8В
Наконец, реакции, включающие в себя большое число
простых реакций разного типа, называют
смешанными.
2. Скорость и порядок химической реакции
Скорость химической реакции определяется как количество вещества, трансформирующегося (образующегося или
расходующегося) в единицу времени в единице объема системы. Иными словами, если мы имеем зависимость количества вещества A (или его концентрации) от времени, то скорость реакции v в момент времени t будет представлять собой производную этой зависимости d
A/dt в данной временной точке. При этом для исходных веществ реакции скорость отрицательна (вещество расходуется), а для продуктов реакции она положительна (вещество накапливается в
смеси).
Основной закон химической кинетики («закон действия
масс») вытекает из большого числа экспериментальных
данных и гласит: скорость реакции в каждый момент вре-
мени
пропорциональна текущей концентрации реагирую-
щих веществ, возведенных в некоторые степени. Матема-
тическая формулировка основного закона будет выглядеть
следующим образом:
165
n
n
A
kv
n
B
?
...[?]]B[]A[
(1)
Величина n
называется порядком реакции по веществу i.
i
Сумма порядков реакции по всем реагирующим веществам
называется общим порядком реакции.
Σn
= общий порядок реакции (2)
i
Для простых реакций показатели степеней n
в уравнении
i
(1) совпадают со стехиометрическими коэффициентами (то
есть являются целочисленными). Для сложных реакций частный порядок может быть дробным, переменным, положительным, отрицательным (в случае, если вещество является
ингибитором). Коэффициент пропорциональности k называют константой скорости реакции и по физическому смыслу он равен скорости реакции при концентрациях реагирующих
веществ, равных 1 М (в этом случае v = k).
Практическое определение порядка реакции по данному
веществу осуществляют следующим образом. В серии экспериментов при фиксированных концентрациях других веществ меняют концентрацию исследуемого вещества и измеряют начальную скорость реакции, то есть скорость реакции при t, стремящемся к нулю. В этом
случае:
A][
d
v
o
dt
o
a
A][
k
o
(3)
поскольку концентрации других веществ постоянны и входят,
таким образом, в константу скорости реакции. При логарифмировании правой и левой частей уравнения (3) получаем:
kv
)[A]log(a)log()log(
oo
(4)
Отсюда следует, что построение экспериментальных
данных в координатах log(v
)/log([A]o) даст прямую с тан-
o
166
генсом угла наклона, равному порядку реакции по веществу
А, пересекающую ось ординат в точке, численно равной логарифму константы реакции k (рис. 1).
Аналогичные серии экспериментов проводят и для других участвующих в реакции веществ, после чего возможно
определение кинетического порядка всей реакции и величины ее константы.
)
o
log(v
log k
tg = a
log([Ao])
Рис. 1. Определение порядка реакции по веществу А из анализа началь-
ных скоростей реакции
Иногда в ходе реакции концентрации одного или нескольких веществ остаются постоянными или приблизительно постоянными – каталитические реакции (концентрация катализатора постоянна) или большой избыток одного
из реагирующих веществ. Тогда соответствующие концентрационные множители можно включить в константу и кажущийся порядок реакции уменьшается. В таких случаях
говорят о реакциях
псевдо n-го порядка, где n теперь – сумма показателей степеней при изменяющихся концентрациях. Например, расщепление сахарозы на мономеры (инверсия) катализируется ионами водорода и резко ускоряется в
кислых средах. Формально реакцию можно записать как:
С
12Н22О11
+ Н2О + Н+ 2 С6Н12О6 + Н+ (5)
а соответствующее уравнение для скорости:
167
d
dt
]OHC[
112212
k
2112212
]O][H][HOHC[
(6)
и говорить о третьем порядке реакции. Однако концентрация катализатора – ионов водорода – в ходе реакции не изменяется, а концентрация воды в воде – 55,(5) М – намного
больше концентраций растворенных в ней веществ. Таким
образом, реально изменяется только концентрация сахарозы, то есть в эксперименте реакция оказывается псевдопервого порядка.
3. Обратимые реакции
Схема обратимой мономолекулярной реакции может
быть записана в виде:
Абсолютно понятно, что по истечении определенного
времени скорости прямой и обратной уравняются, то есть:
k
[A]р = k-1[B]р (7)
1
Такое состояние системы называется равновесным (реакция идет и в одну, и в другую сторону, но равновесная концентрация веществ не меняется) и характеризуется константой равновесия, равной отношению констант прямой и обратной реакции.
Обратимые реакции играют важную роль в биохимии. В
качестве примеров можно привести образование ферментсубстратных
комплексов при ферментативных процессах,
взаимодействия антиген-антитело, дупликация ДНК, лигандрецепторные взаимодействия и т. д. Характерной чертой таких реакций является равновесие между скоростями образования и распада комплекса между парой тех или иных реагентов. Схему таких реакций принято представлять в виде:
168
и константой равновесия часто называют константу диссоциации комплекса:
k
K
1
d
k
1
]B[]A[
рр
]AB[
р
(8)
Как видно из уравнения (8), константа диссоциации имеет размерность концентрации. Понятно, что чем меньше ее
абсолютная величина, тем большая часть реагирующих
компонентов находится в виде комплекса. Иными словами,
чем меньше величина константы диссоциации, тем более
специфическим является взаимодействие реагирующих веществ.
В ряде случаев для характеристики обратимых взаимодействий
(K
), являющуюся обратной величиной по отношению к
a
в литературе используют константу ассоциации
константе диссоциации:
1
k
1
K
k
d
1
(9)
K
a
Размерность константы ассоциации – обратная концентрация, и возрастание ее абсолютной величины обозначает
увеличение специфичности взаимодействий.
4. Параллельные реакции
В параллельных реакциях одно и то же вещество образует разные продукты (для простоты рассмотрим две параллельные мономолекулярные реакции):
169
Изменение концентраций продуктов во времени записывается следующим образом:
k
1
o
kk
e
21
)
(
tkk
21
]1[]A[]B[
(10)
k
2
o
kk
e
21
)
(
tkk
21
]1[]A[]C[
(11)
Отношение уравнений (10) и (11) представляет собой
простое выражение:
[B]/[C] = k
1/k2
Иными словами говоря, в любой момент времени отношение концентраций двух продуктов будет одинаковым и определяется отношением констант скоростей реакций. Именно
этот факт на практике используется для кинетического разделения оптически активных изомеров биологически активных веществ при помощи ферментов (см раздел 4.1).
5. Последовательные реакции
Простейшую схему последовательной мономолекуярной
реакции можно записать как:
170
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]