Биохимия - Химические реакции в живой клетке Том 2 - Д. Мецлер 1980
Типы реакций, катализируемых ферментами
Енольные промежуточные соединения в реакциях изомеризации
Кетол-изомеразы
Реакции, в которых происходит окисление одной функциональной группы молекулы соседней группой той же самой молекулы, характерны для многих метаболических последовательностей. В большинстве случаев в качестве промежуточного соединения образуется енол — либо из кетонов [уравнение (7-53)], либо путем дегидратации [уравнение (7-59)]. Одна группа ферментов катализирует взаимопревращение альдозных сахаров в соответствующие 2-кетозы (реакция 4.В в табл. 7-1). Оказалось, что глюкозо-6-фосфат—изомераза работает с высокой эффективностью во всех клетках [130]. Фермент из мышц кролика (димер с мол. весом 132 000) превращает глюкозо-6-фосфат в фруктозо-6- фосфат с числом оборотов ~103 с-1. Неферментативным эквивалентом этой и других подобных реакций является катализируемая основаниями трансформация Лобри де Бройна — Альберда ван Экенштейна [131]; она была изучена в 1895 г. двумя голландскими химиками, по имени которых она и была названа позднее. В том же году Эмиль Фишер предположил, что промежуточным соединением в этой реакции является ендиол. Существование ендиола было подтверждено современными исследованиями механизма реакции.
Когда изомеризацию глюкозо-6-фосфата под действием глюкозо-6-фосфат—изомеразы проводят в 2Н2О, дейтерий обнаруживается в молекуле фруктозо-6-фосфата в положении С-1. Этот результат согласуется с ендиольным механизмом:
Установлено, что при обратной реакции скорость превращения 2Н-содержащего фруктозо-6-фосфата составляет всего лишь 45% скорости превращения 1Н-содержащего соединения. Таким образом, был обнаружен первичный дейтериевый изотопный эффект, ожидаемый для лимитирующего расщепления связи С—Н.
Удивительный результат был получен, когда фруктозо-6-фосфат, содержащий в положении 1 изотопы 2Н и 14С, подвергался изомеризации в присутствии большого количества немеченого фруктозо-6-фосфата. Продукт реакции глюкозо-6-фосфат содержал не только 14С, но и 2Н, а распределение изотопов свидетельствовало о том, что 2Н присоединяется (в положение С-2) путем прямого переноса из положения С-1 [130]. Это указывает на то, что на протяжении половины оборотов действия фермента 2Н, отщепившийся из положения С-1, присоединяется к той же самой молекуле в положение С-2. Этот внутримолекулярный перенос протона свидетельствует о наличии син-переноса, т. е. переноса, при котором протон отщепляется и присоединяется с одной и той же стороны молекулы1). Наличие син-переноса в сочетании с известной конфигурацией глюкозы у С-2 свидетельствует о том, что промежуточное соединение является цис-ендиолом и что присоединение протона либо к С-1, либо к С-2 ендиола происходит с re-стороны. В каждом исследованном случае другие кетол-изомеразы также используют цис-ендиол и в большинстве случаев присоединение происходит с re-стороны. Однако маннозо-6-фосфат—изомераза катализирует присоединение к Si-стороне.
1) Однако этот аргумент следует принимать с некоторой осторожностью. Известны неферментативные реакции, в которых протон отщепляется и присоединяется с противоположных сторон молекулы, причем в процессе реакции не происходит обмена с растворителем [132].