Стереоспецифичность ферментативных реакций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство здравоохранения и социального развития РФ

Волгоградский государственный медицинский университет

Кафедра химии

Реферат

Стереоспецифичность ферментативных реакций

Волгоград 2012

Одно из наиболее характерных свойств ферментов- это их высокая специфичность, в силу которой каждый фермент действует строго только на одно вещество или очень небольшое число близкородственных веществ. Специфичность действия ферментов- важнейшее биологическое явление, без которого невозможен упорядоченный обмен в живой природе, а следовательно и сама жизнь.

Различают два главных вида специфичности ферментов: субстратную специфичность и специфичность действия.

Субстратная специфичность, это способность фермента катализировать превращения только одного определенного субстрата или же группы сходных по строению субстратов. Определяется структурой адсорбционного участка активного центра фермента.

Различают 3 типа субстратной специфичности:

абсолютная субстратная специфичность - это способность фермента катализировать превращение только одного, строго определенного субстрата;

относительная субстратная специфичность - способность фермента катализировать превращения нескольких, сходных по строению, субстратов;

стереоспецифичность - способность фермента катализировать превращения определенных стереоизомеров.

Специфичность действия - это способность фермента катализировать только определенный тип химической реакции.

Стереоспецифичность

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.

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.

Список используемой литературы

М. Диксон, Э. Уэбб «Ферменты 1 том»;

Цыперович А.С. «Ферменты: основы химии и технологии»;

Бендер М., Бергерон Р., Комияма М. --«Биоорганическая химия ферментативного катализа».

Размещено на Allbest.ru