Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

7.9: Вплив ферментного мікросередовища на кислотність і основність

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    20670

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Практично всі біохімічні реакції проходять всередині активної ділянки кишені ферменту, а не вільного у водному розчині. Мікросередовище всередині активної ділянки ферменту часто може сильно відрізнятися від навколишнього середовища зовні у водному розчиннику. Розглянемо, наприклад, карбоксилат бічного ланцюга на залишку аспартату в ферменті. Література\(pK_a\) цієї групи карбонових кислот вказана як 3,9, але дана оцінка передбачає, що група розташована на поверхні білка, що піддається впливу води. У фізіологічному\(pH ~ 7\) буфері групи карбонових кислот з\(pK_a = 3.9\) буде повністю депротонована і негативно заряджена. Якщо, однак, бічний ланцюг аспартату буває похований глибоко всередині активної ділянки білка і оточений переважно неполярними бічними ланцюгами, такими як аланін, фенілаланін, триптофан тощо, ситуація дуже інша.

    Відрізана від навколишнього середовища насипного розчинника, карбоксилатна група (червоний на наведеному вище малюнку) зараз знаходиться в дуже неполярному мікросередовищі, ситуації, в якій протонований, незаряджений стан стабілізується щодо депротонованого, негативно зарядженого стану (це просто інше застосування «подібного» розчиняє подібний принцип, який ви дізналися в Загальній хімії - заряджена група сильно дестабілізується неполярним середовищем). Загальний ефект полягає в тому, що\(pK_a\) для цього залишок аспартату насправді перевищує 3,9 - він менш кислий і, швидше за все, знаходиться в протонованій формі всередині білка.

    Аналогічний ефект спостерігався б в ситуації, коли бічні ланцюгові карбоксилатні групи з двох залишків аспартату розташовані в безпосередній близькості один від одного в активній ділянці ферменту. Дві негативно заряджені групи, близькі один до одного, представляють дуже високу енергетичну, відразливу ситуацію, і це можна полегшити, якщо одна з двох бічних ланцюгів протонована.

    Електростатичне відштовхування дестабілізує сполучені основи і піднімає рКа. Один жерех, ймовірно, буде протонований, щоб уникнути негативно-негативного відштовхування.

    У цій мікросередовищі близькість однієї групи амінокислот безпосередньо впливає на рКа її сусіда.

    Тепер розглянемо ситуацію, коли іон металу, такий як магній (\(Mg^{+2}\)) або цинк (\(Zn^{+2}\)), пов'язаний у внутрішній частині ферменту, в тісному контакті з бічним ланцюгом аспартату. При взаємодії з катіоном аніонний депротонований стан амінокислоти стабілізується, тому цей залишок Asp, ймовірно, буде істотно нижче 3,9.\(pK_a\)

    Карбоксилатний стан стабілізується катіоном, рКа знижується.

    Іон металу в цій ситуації вважається діючим як кислота Льюїса, що приймає електронну щільність з карбоксилатної групи.

    \(pK_a\)Ефект зниження катіону металу може бути драматичним - було підраховано, що молекула води, координована з\(Zn^{+2}\) іоном\(Cu^{+2}\)\(pK_a\) або, може мати лише 7 (порівняйте це\(pK_a\) з «нормальною» водою 15,7!)

    Вправа Template:index

    Залишок лізину, розташований глибоко у внутрішній частині білка, оточений неполярними залишками. У якому напрямку це змінить «нормальне»\(pK_a\) бічного ланцюга лізину, і чому?

    Вправа Template:index

    У багатьох біохімічних реакціях, які передбачають утворення енолатного проміжного продукту, карбонільний кисень субстрату узгоджується з іоном двовалентного металу (зазвичай цинку або магнію) в активному місці. Поясніть за допомогою структурних креслень, як ця іон-дипольна взаємодія впливає на кислотність\(\alpha \) -протонів дигідроксиацетону фосфату (ДХАП), проміжного з'єднання в шляху гліколізу.

    Креслення лінії зв'язку DHAP

    Відеоуроки: органічна кислотно-лужна хімія