|
|
|
Главная --> Справочник терминов Субстратов используют Прежде всего, необходимо подчеркнуть, что при сравнении внутримолекулярных реакций с их межмолекулярными аналогами часто наблюдается превышение скоростей первых из них над вторыми до восьми порядков величины. Первой стадией любой ферментативной реакции является связывание субстрата с ферментом с образованием фермент-субстратного комплекса. Таким образом, вторая, т. е. собственно ферментативная реакция, оказывается внутримолекулярной, так что должна существовать близкая аналогия между этой стадией и обычными эффектами ускорения во внутримолекулярных чисто химических реакциях. Следует, однако, иметь в виду, что общепринятой трактовки влияния внутримолекулярности на скорости реакций пока не существует (обсуждение этого вопроса см. в работах [36b-d]). Во всяком случае, поучительно будет рассмотреть один из простейших примеров, показывающих, как много можно получить путем имитации высокой реакционной способности ферментов с помощью конструирования моделей соответствующих внутримолекулярных реакций. Ферментативный катализ, за редкими исключениями, строго энантиоспе-цифичен (и по отношению к хиральным субстратам, и в смысле образования хиральных продуктов.)- Поэтому хиральные природные соединения продуцируются в виде оптически чистых энантиомеров. Это свойство ферментов объясняется многоцентровым связыванием субстрата при образовании фермент-субстратного комплекса, предшествующем ферментативной реакции. Такая фиксация ахирального субстрата в активном центре хиральной молекулы фермента обеспечивает возможность его атаки реагентом только с одной стороны, Предшественники (зимогены)—пепсиноген, трипсиноген и химо-трипсиноген получены в чистом виде. Активация заключается в удалении небольшого пептидного фрагмента и катализируется либо активной формой самого фермента, либо энтерокиназой, другим ферментом, имеющимся в пищеварительном тракте. При превращении трипсиноге-на в трипсин с N-коица «белка отщепляется гексапвптид вал—(аш)4— лиз и N-концевой аминокислотой становится изолейцин (Нейрат2, 1955). Активация других зимогенов более сложна. Ранние работы Бергманна (1937) на простейших модельных пептидах показали, что ферменты избирательно расщепляют определенные пептидные связи. Пепсин, трипсин и химотрипсин известны как эндопептидазы, так как они расщепляют пептидные связи, расположенные внутри молекулы. Пепсин расщепляет амидные связи, образованные аминогруппами фе-нилаланина или тирозина; химотрипсин расщепляет связи, образованные карбоксильными группами этих ароматических аминокислот. Трипсин расщепляет амидные связи, образованные карбоксильными группами основных аминокислот (лиз, арг). Эти протеолитические ферменты расщепляют также эфиры аналогичной структуры. Во всех случаях затрагиваются только пептиды, образованные L-аминокисло-тами. Предположение Михаэлиса (1913), что реакции, катализируемые ферментами, проходят через стадию образования промежуточного фермент-субстратного комплекса, были подтверждены всеми последующими работами. С большой очевидностью показано, что каталитическая активность определяется небольшим участком фермента, так называемым его активным центром. По многоцепочечному способу молекула фермента в случайном порядке атакует одну из полисахаридных цепей, отщепляет от нее звено (моно-лер или димер) и затем также в. случайном порядке атакует следующие цепи, в том числе, возможно, и атакованную ранее. Таким образом, за время существования фермент-субстратного комплекса происходит только один каталитический акт. По одноцепочечному способу молекула фермента, атаковав в случайном порядке одну из полисахаридных цепей, последовательно отщепляет от нее звенья до тех пор, пока цепь полностью распадется. Лишь после этого фермент атакует следующие цепи. За время существования одного фермент-субстратного комплекса гидролизуются все доступные для фермента связи. Комбинированный способ, или способ множественной атаки, заключается в том, что за время существования одного фермент-субстратного комплекса гидролизуется несколько связей. При этом после отщепления одного звена от цепи фермент не отталкивается, а задерживается. Атака происходит с чередованием одно- и многоцепочечного способов. Исследования Д. Бейли и Д. Френча показали, что fl-амилаза осуществляет множественную атаку олиго- и полисахаридов, расщепляя за время существования одного фермент-субстратного комплекса четыре глюкозидные связи в амилозе, и образует четыре молекулы мальтозы. Субстрат связывается с амилазами посредством содержащихся в нем гпдрок-сильных групп. Имеются доказательства того, что в связывании с а-амплазой участвует гидроксил при Сз глкжозного остатка, с (5-амилазой — гидроксил при Cg нередуцирующего конца полисахаридной цени. Гидроксил при С4 нередуцирующего конца не является необходимым для образования фермент-субстратного комплекса, но его роль существенна в создании фермент-субстратного соответствия. Прежде всего, необходимо подчеркнуть, что при сравнении внутримолекулярных реакций с их межмолекулярными аналогами часто наблюдается превышение скоростей первых из них над вторыми до восьми порядков величины. Первой стадией любой ферментативной реакции является связывание субстрата с ферментом с образованием фермент-субстратного комплекса. Таким образом, вторая, т. с. собственно ферментативная реакция, оказывается внутримолекулярной, так что должна существовать близкая аналогия между этой стадией и обычными эффектами ускорения во внутримолекулярных чисто химических реакциях. Следует, однако, иметь в виду, что общепринятой трактовки влияния внугримолекулярности на скорости реакций пока не существует (обсуждение этого вопроса см. в работах [36b-d]). Во всяком случае, поучительно будет рассмотреть один из простейших примеров, показывающих, как много можно получить путем имитации высокой реакционной способности ферментов с помощью конструирования моделей соответствующих внутримолекулярных реакций. Ферментативный катализ, за редкими исключениями, строго энантиоспе-цифичен (и по отношению к хиральным субстратам, и в смысле образования хиральных продуктов.)- Поэтому хиральные природные соединения продуцируются в виде оптически чистых энантиомеров. Это свойство ферментов объясняется многоцентровым связыванием субстрата при образовании фермент-субстратного комплекса, предшествующем ферментативной реакции. Такая фиксация ахирального субстрата в активном центре хиральной молекулы фермента обеспечивает возможность его атаки реагентом только с одной стороны, При таком взгляде явно или неявно подразумевается пассивность субстрата в ферментативном акте, ему отводится роль инертного материала, над которым производится некая операция. Между тем современная концепция ферментативного катализа (концепция взаимно-индуцированного соответствия) отводит обоим компонентам взаимодействия фермент—субстрат равноправные активные роли. Суть ее в том, что при образовании фермент-субстратного комплекса происходит одновременное изменение кон-формации и субстрата, и фермента; это дает в итоге идеальную подгонку молекул обоих участников одна к другой. Аналогично можно приготовить селениды и теллуриды [634]. Если в качестве субстратов используют эпоксиды, получают р-гидроксисульфиды (аналогично реакции 10-37). Эпоксиды превращаются непосредственно в эписульфиды [635] при обработке сульфидом фосфина, таким, как Ph3PS [636] или 3-метил-бензотиазол-2-тионом и трифтороуксусной кислотой [637]. Этим способом можно приготовить тиоловые кислоты и тио-ловые эфиры 641], что аналогично реакциям 10-9 и 10-25. В качестве субстратов используют также ангидриды и ариловые эфиры RCOOAr [642], но реагентами при этом обычно служат SH- или SR-. Тиоловые эфиры получаются и при обработке карбоновых кислот трис(алкилтио)боранами B(SR)s [643] или тиолом RSH и либо полифосфатным эфиром, либо фенилдихло-рофосфатом РЮРОСЬ [644]. Сложные эфиры RCOOR' превращаются в соответствующие тиоловые производные RCOSR" при действии триметилсилилсульфидов Me3SiSR" и А1С1з [645]. Амиды представляют собой очень слабые основания, слишком слабые, чтобы атаковать алкилгалогениды, поэтому вначале их необходимо превратить в сопряженные основания. Таким методом из незамещенных можно получить N-замещенные амиды, а из них — N.N-дизамещенные [744]. В качестве субстратов используют также эфиры серной или сульфокислот. В случае третичных субстратов идет элиминирование. Побочно иногда образуются продукты 0-алкилирования [745]. Алкили-рование амидов и сульфамидов проводили также в условиях межфазного катализа [746]. Участие карбениевых ионов и родственных интермедйатов в реакции Фриделя — Крафтса часто приводит к перегруппировкам алкилирую-щего агента. Например, когда в качестве субстратов используют соединения с м-пропильной группой, то введенной часто оказывается изопро-пильная группа [15]: щего агента. Например, когда в качестве субстратов используют соеди- Как правило, в качестве субстратов используют органические из литийорганических в качестве субстратов используют гало- Участие карбениевых ионов и родственных интермедиатов в реакции Фриделя — Крафтса часто приводит к перегруппировкам алкилирую-щего агента. Например, когда в качестве субстратов используют соединения с м-пропильной группой, то введенной часто оказывается изопро-пильная группа [15]: Реакции, описываемые здесь, формально представляют собой нуклеофильные замещения "карбанионами" при атоме углерода, хотя механизм их во многих случаях далеко не прост. Как правило, в качестве субстратов используют органические галогениды, но из-за частых осложнений были сделаны попытки использования других уходящих групп, таких как сульфог-руппа, что в ряде случаев оказалось успешным. Алкоксигруп-пы - это, как правило, недостаточно хорошие уходящие группы, за исключением особых случаев раскрытия цикла оксира-нов и оксетанов. Полезные реакции ацеталей и ортоэфиров с реактивами Гриньяра редко дают удовлетворительные результаты в случае литийорганических соединений (см. Основную литературу, Г(Ш). В большинстве синтезов кремнийорганических соединений из литийорганических в качестве субстратов используют гало-гениды кремния, особенно триалкилсилилгалогениды. Хло рот-риметилсилан обычно используют как удобный реагент при проведении характеристической для литийорганических соединений реакции, а также для получения нужных триметилси-лильных соединений; описанная ниже методика является типичной. Другие примеры приведены в табл. 14.2. Эти и другие реакции с галогенидами кремния рассмотрены в Основной литературе, А ( см. также [1]). Участие карбениевых ионов и родственных интермедиатов в реакции Фриделя—Крафтса часто приводит к перегруппировкам алкилирую-щего агента. Например, когда в качестве субстратов используют соедн« нения с м-пропильной группой, то введенной часто оказывается изопро-пильная группа [15]:  Сопротивление деформации Сопротивление материалов Сопротивление разрастанию Сопровождается частичным Симметричное расположение Сопровождается изомеризацией Сопровождается одновременным Сопровождается появлением Сопровождается постепенным |
- |
Навигация