Биохимия - Химические реакции в живой клетке Том 2 - Д. Мецлер 1980
Типы реакций, катализируемых ферментами
Реакции нуклеофильного замещения (реакция типа 1)
Реакции нуклеофильного замещения у насыщенных атомов углерода
Нуклеофильная атака метальной или другой алкильной группы протекает легко только в том случае, если атом углерода присоединен к какому-либо атому, несущему положительный заряд, например
Реакция замещения у сульфоний-иона приводит к переносу метальной группы от атома серы к атакующему нуклеофилу и называется реакцией трансметилирования. Трансметилирование — важный метаболический процесс, в котором роль донора метильной группы обычно выполняет S-аденозилметионин. Типичным примером этого процесса может служить метилирование аминов, например никотинамида [уравнение (7-1)).
К реакциям, близким трансметилированию, можно отнести реакцию неферментативного расщепления тиамина бисульфитом (дополнение 8-Г), реакцию переноса метильной группы от производных фолиевой кислоты [реакция (8-85)] и реакцию, с помощью которой осуществляется синтез S-аденозилметионина [реакция (11-3)].
Еще один пример замещения у насыщенного атома углерода — реакции, катализируемые галоидацетат—галогенидгидролазами почвенных псевдомонад [6], например
Даже такая плохая уходящая группа, как F-, может быть замещена ионом ОН-.
а. Инверсия как критерий механизма
Интересный результат был получен, когда в качестве субстрата в реакциях, катализируемых галогенидгидролазами, было использовано соединение с хиральным центром у замещенного атома углерода [6]. Реакция L-2-хлорпропионата с гидроксильным ионом приводила к образованию только D-лактата — соединения с конфигурацией, противоположной конфигурации исходного соединения. Объяснить это явление, по-видимому, можно тем, что гидроксильная группа атакует центральный атом углерода со стороны, противоположной той, где находится атом хлора:
Образующееся пятиковалентное переходное состояние (в центре) отдает хлорид-ион с образованием D-лактата, в котором произошла инверсия конфигурации. Инверсия всегда сопутствует реакциям одноактного замещения, в которых разрыв и образование связи происходят синхронно, как это показано в уравнении (7-3). Однако наличие инверсии не исключает того, что процесс протекает более сложным путем.
б. Реакции замещения у гликозидов
Одинарная связь С—О менее поляризована, чем связь С—S+ у S-аденозилметионина, поэтому простые эфиры нелегко расщепляются в реакциях замещения. Однако гликозиды, у которых имеется атом углерода, соединенный с двумя атомами кислорода, вступают в реакции замещения, приводящие к фосфоролизу, гидролизу или обмену гликозильной группы. В уравнении (7-4) показана реакция замещения в гликозиде (в остатке глюкозы, находящемся на конце цепи молекулы крахмала) фосфатом, выступающим в роли замещающего агента. Как видно из схемы, связанная с ферментом кислотная группа — ВН+ облегчает реакцию замещения. И в этой реакции вновь мы могли бы предсказать инверсию конфигурации с образованием продукта, обладающего ß-конфигурацией у аномерного атома углерода. В действительности же продукты реакций, катализируемых фосфорилазами, не инвертированы. Так, например, сахарозофосфорилаза из Pseudomonas saccharophilia катализирует реакцию
Объяснить такие реакции можно, допустив наличие либо реакции двойного замещения, либо промежуточное образование стабилизированного карбоний-иона.