Биохимия - Химические реакции в живой клетке Том 2 - Д. Мецлер 1980

Типы реакций, катализируемых ферментами
Енольные промежуточные соединения в реакциях изомеризации
Перенос протонов, контролируемый диффузией

Прямой перенос протона между атомами С-1 и С-2 при действии изомераз сахаров может показаться удивительным. Как может очень подвижный протон оставаться присоединенным к группе фермента в течение миллисекунд или более, а не переноситься к молекулам растворителя? Может ли это означать, что в присутствии фермента предпочтительно происходит перенос гидрид-иона или атома водорода, а не перенос протона? Если это так, то наблюдаемый обмен протона с растворителем должен представлять собой второстепенную побочную реакцию. В то же время, может ли группа фермента, которая отрывает протон, быть изолирована от водного окружения и таким образом более прочно удерживать протон? В последние годы было показано, что ни одно из этих объяснений не является удовлетворительным. Наиболее вероятным переносчиком протона в активных центрах ферментов служит имидазольная группа. В настоящее время принято считать, что протон не может быть перенесен от имидазольной группы с константой скорости, существенно большей чем 10³ с^-1. То же самое справедливо для сопряженных кислот других умеренно сильных основных групп, таких, как фосфат-ион.

В пользу этого предположения имеется следующий аргумент [133]. Известно, что скорость переноса протона от Н₃О⁺ к имидазольной группе [обратная реакция (7-54)] контролируется диффузией, причем константа скорости реакции равна 1,5∙10¹⁰ М-^1∙с^-1:

Константа равновесия реакции (7-54), вычисленная на основании значения рК_а для имидазола, равного 7,0, составляет 10^-7 М. Поскольку Keq является также отношением общих констант скорости прямой и обратной реакций, мы видим, что для прямой реакции k_f = 10^-7∙1,5X10¹⁰ = 1,5∙10³ с^-1. Такое невысокое значение скорости реакции объясняется тем, что в промежуточно образующемся комплексе [в уравнении (7-54) показан в скобках] протон большую часть времени находится на имидазольной группе. В течение небольших промежутков времени он оказывается на координационно связанной молекуле воды, но многократно успевает вернуться на имидазольную группу, прежде чем имидазол и ОН⁺₃ разойдутся. В связи с этим неблагоприятным равновесием внутри комплекса контролируемая диффузией скорость переноса протона от протонированного имидазола к воде значительно ниже скорости переноса протона в обратном направлении.