Главная --> Справочник терминов


Активности карбонильной Экспериментальные исследования путей биосинтеза дают обширную информацию о химии этих процессов. Эти знания обеспечивают твердую основу для всей области биомиметических путей синтеза разнообразных природных соединений, которые используют стратегические принципы, разработанные Природой (см., например, синтез морфина, разд. 3.2.1). Однако, несмотря на многочисленные экспериментальные данные о механизме основных биохимических трансформаций, нам все еше слишком мало известно о способе действия фермента как катализатора. Был предложен целый ряд гипотез для объяснения замечательной способности ферментов осуществлять высоко эффективный и селективный катализ. Это было предметом многочисленных исследовании по созданию специальных химических моделей ферментативного катализа (см. ниже). Кроме того, имеются еще более важные аспекты ферментативного катализа, а именно: способность ферментов в нужный момент узнавать свой субстрат среди тысяч органических соединений, присутствующих в клетке, и регулируемость активности ферментов. Деятельность сотен и тысяч ферментов, одновременно оперирующих в любой живой системе *, требует же -сткого управления с тем, чтобы в каждый данный момент и в каждом конкрет-

Для оценки активности ферментов Комиссией введены понятия молекулярная активность и активность каталитического центра. Первое относится к ферментам, содержащим в молекуле один каталитический центр, второе — к ферментам с несколькими активными центрами. Активность выражается числом молей превращенного субстрата в 1 мин, отнесенным к одному каталитическому центру, и имеет размерность кинетической константы реакции первого порядка (мин~').

Аспергиллы являются типичными аэрофилами, поэтому они могут развиваться только на поверхности твердой или жидкой среды или в жидкой, достаточно аэрируемой среде. Оптимальная температура для большинства аспергиллов 25—30СС, для некоторых — до 35°С. Большинство грибов при поверхностном культивировании могут переносить кратковременное повышение температуры до 40 и даже 45°С без заметной потери активности ферментов. Оптимальная влажность среды для них около 65%.

pa партии, активности ферментов и массы. Хранят культуру в сухом помещении на деревянных стеллажах.

Магний. Магний активирует действие многих фосфатаз и эно-лазы. Ионы магния влияют на сохранение активности ферментов при нагревании. Магний и марганец ускоряют потребление дрожжами глюкозы. Влияние магния тем сильнее, чем ниже концентрация глюкозы в среде. Питательные среды должны содержать 0,02— 0,05% магния в виде сульфата. Процессы брожения регулируются изменением концентрации ионов магния в результате присоединения его к органическим веществам.

Экспериментальные исследования путей биосинтеза дают обширную информацию о химии этих процессов. Эти знания обеспечивают твердую основу для всей области биомиметических путей синтеза разнообразных природных соединений, которые используют стратегические принципы, разработанные Природой (см., например, синтез морфина, разд. 3.2.1). Однако, несмотря на многочисленные экспериментальные данные о механизме основных биохимических трансформаций, нам все еще слишком мало известно о способе действия фермента как катализатора. Был предложен целый ряд гипотез для объяснения замечательной способности ферментов осуществлять высоко эффективный и селективный катализ. Это было предметом многочисленных исследований по созданию специальных химических моделей ферментативного катализа (см. ниже). Кроме того, имеются еще более важные аспекты ферментативного катализа, а именно: способность ферментов в нужный момент узнавать свой субстрат среди тысяч органических соединений, присутствующих в клетке, и регулируемость активности ферментов. Деятельность сотен и тысяч ферментов, одновременно оперирующих в любой живой системе", требует жесткого управления с тем, чтобы в каждый данный момент и в каждом конкрет-

Данные примеры служат для создания основных представлений о внутримолекулярном катализе и показывают, что некоторые обычные реакции карбонильных соединений могут заметно ускоряться1 при благоприятном взаимном расположении кислотных, нуклеофильных и основных центров. Общепринято, что природа выработала аналогичную стратегию оптимального расположения функциональных групп для создания каталитической активности ферментов. Участвующие функциональные группы присутствуют в качестве заместителей во многих из аминокислотных остатков; найденных в белках. Кислотные центры включают фенольные или карбоксильные группы (соответственно в тирозине, в глутаминовой или аспарагкновой кислотах). К центрам, проявляющим основные свойства, принадлежат амндинная группа в арги* нине, имидазольное кольцо в гистидине и е-амивогруппа лизина. Ти-ольная (цистеин) и гидроксильная (треонин) группы также оказываются пригодными для участия в процессах, которые катализируются ферментами. Студент, интересующийся более глубоким изучением механизмов ферментативных реакций, найдет более подробное рассмотрение этих вопросов в книгах, перечисленных в списке общей литературы.

При выработке иммунного ответа клеточные рецепторы реагируют на углеводные детерминанты макромолекулы антигена. Обратным примером может служить взаимодействие клеток с макромолекулами холерного токсина. Последний представляет собой белок, в состав которого входят две высокомолекулярные пептидные субъединицы. Одна из них ответственна за первичное взаимодействие с клетками организма-хозяина, а другая — за токсический эффект. Было установлено, что рецептором на поверхности клеток, осуществляющим узнавание молекулы токсина и связывание с ним, является гликолипид — ган-глиозид GMI, в молекуле которого к липидной части присоединен олигосахаридный фрагмент, содержащий остаток сиаловой кислоты. После присоединения токсина к ган-глиозиду от первого отщепляется токсическая субъединица, под дейстием чего происходит ряд изменений в активности ферментов клетки, в первую очередь активация адени-лат-циклазы. а это в конечном итоге приводит к крупным нарушениям клеточного метаболизма и гибели клетки.

Огромные успехи исследований механизмов кодирования наследственной информации и биосинтеза белка, ферментативного катализа и регулирования активности ферментов, действия антибиотиков и гормонов, всей той области изучения живого, которую принято называть молекулярной биологией, приучили всех к мысли о том, что в структурах молекул жизни положение буквально каждого атома строго обусловлено и подчинено выполнению предназначенных для этих молекул биологических функций. Именно в этом смысле принято обычно говорить о специфичности биополимеров, прочно ассоциировавшейся в сознании исследователей с однозначным соответствием между структурой и выполняемой функцией. При таком «комплексе структурного детерминизма» трудно было освоиться с представлением о специфичности 'полисахаридов, для многих из которых характерна статистичность структур, микрогетерогенность и, нередко, хаотичность распределения различных моносахаридных остатков по цепи. И, тем не менее, накапливающийся материал по сложному и высоко специализированному функционированию углевод^ ных полимеров в живых системах убеждает в том, что и в этой области возможен и необходим перевод функциональных свойств биополимеров на язык молекулярных? структур, т. е. применим основной принцип молекулярной!

В заключении о структурной организации белков следует отметить, что третичная и четвертичная структуры характерны для белков высокой биологической активности, ферментов в частности. Эти структуры позволяют молекулам формировать активные центры высокой эффективности и селективности.

При проведении биологических, микробиологических и гистохимических исследований (например, выявление активности ферментов окислительного обмена, функциональных групп белков, сульфгидрильиых групп белковой природы, их локализацию в срезах фиксированной и нефиксированной ткани и т. д.) наряду с реактивами общего лабораторного назначения применяется ряд специальных продуктов, красителей и вспомогательных ве-шеств для субстратов.

О большей активности карбонильной группы по сравнению с активированной кратной связью в реакции с нуклеофилами свидетельствует тот факт, что при взаимодействии а.^-непре-дельных альдегидов с реактивами Гриньяра образуются исключительно продукты присоединения по карбонильной группе

Ряд производных кислот по активности карбонильной группы представлен в п. 2.5.5.

11.108. Расположите приводимые ниже соединения в ряд по возрастающей активности карбонильной группы: а) ацетофенон; б) л-нитробензальде-гид; в) 2,4-динитробензальдегид; г) бензальдегид; д) л-хлорбензальдегид, е) л-гидроксиацетофенон.

Сложные эфиры омыляются в общем тем легче, чем легче они •образуются, т. е. омыление, как и этерификация, сильно зависит •от электрофильной активности карбонильной группы [мерой этой активности является кислотность соответствующей кислоты (почему?)] и от пространственных факторов. Так, скорость омыления быстро падает в рядах

Ряд производных кислот по активности карбонильной группы

О большей активности карбонильной группы по сравнению с активированной кратной связью в реакции с нухлеофилами свидетельствует тот факт, что при взаимодействии аф-непре-дельных альдегидов с реактивами Гриньяра образуются исключительно продукты присоединения по карбонильной группе

Реакции, начинающиеся с атаки электрофилом одного из атомов, образующих кратную связь, характерны не только для алкенов, но и для альдегидов и кетонов. При этом электрофил координируется с атомом кислорода (следовательно, он должен быть жесткой кислотой по Льюису), что приводит к поляризации двойной углерод-кислородной связи и, следовательно, к увеличению активности карбонильной группы соответствующего альдегида или кетона (или, что то же самое,-увеличению электрофиль-ности карбонильного атома углерода). Аналогичная ситуация обсуждалась выше при рассмотрении взаимодействия альдегидов и кетонов с реактивами Гриньяра и синтеза 2,4-динитрофенил-гидразонов. Активация карбонильной группы в альдегидах и кетонах делает их способными реагировать даже с очень слабыми нуклеофилами. Однако подобные реакции не столь распространены и не всегда результативны.

Это находит отражение в активности карбонильной группы. Уксусная кислота, например, не реагирует с дисульфитом натрия, а уксусный альдегид и ацетон легко образуют соответствующие аддукты (см. разд. 4.2.1).

Ряд производных кислот по активности карбонильной группы представлен в п. 2.5.5.

1 Определение сравнительной активности карбонильной группы приведено* ниже на примере сложных эфнров.

О что по электронодонорному влиянию на соседний карбонил группировка OR (мезомерный эффект) превосходит углеводородные радикалы (индуктивный эффект) и атом водорода. По убывающей активности карбонильной группы указанные соединения располагаются в следующий ряд:




Абсорбера поступает Алкилирование аминогруппы Алкилирование протекает Алкилирующими средствами Алкиллитиевыми соединениями Аллильные соединения Аллильной перегруппировке Аллильного бромирования Аллильном положении

-
Яндекс.Метрика