7.6. Промежуточное образование иона карбония - критический этап катализа

На основе изложенных структурных данных Филлипс и сотрудники детально разработали вероятный механизм каталитического действия лизоцима. В каталитическом цикле они выделили следующие важные этапы.

1. —СООН-группа остатка 35 передает на связь между кольца D и гликозидным атомом кислорода; в результате данная связь расщепляется (рис. 7.14).

2. Это создает положительный заряд на кольца Образовавшийся короткоживущий продукт называется ионом карбония, поскольку он содержит положительно заряженный атом углерода.

3. Димер состоящий из остатков отдаляется фермента в результате диффузии.

4. Образовавшийся в качестве промежуточного продукта ион карбония реагирует с ОН-группой растворителя (рис. 7.15). состоящий из остатков отдаляется от фермента путем диффузии.

5. Глутамат-35 вновь протонируется, и фермент может вступать в новый каталитический цикл.

Основные элементы этой схемы катализа следующие.

1. Общий кислотный катализ. Источник протона-глутамат-35, который находится в неионизированной форме и отстоит от гликозидного атома кислорода на оптимальное расстояние-3 А.

2. Образование в качестве промежуточного продукта иона карбония. Два разных по своей природе фактора, оказывающих стабилизирующий эффект на ион карбония, значительно облегчают осуществление ферментативной реакции, К ним относятся:

а. Электростатический фактор, т.е. присутствие отрицательно заряженной группы поблизости (в 3 А) от образующегося в качестве промежуточного продукта иона карбония. Аспартат-52, находящийся в форме отрицательно заряженного карбоксилат-иона, электростатически взаимодействует с положительным зарядом на кольца

6. Геометрический фактор, а именно деформация кольца D (рис. 7.16). размещается наилучшим образом в щели активного центра фермента при условии,

Рис. 7.14.

Первый этап постулированного механизма действия лизоцима-перенос от на атом кислорода гликозидной связи. При этом происходит расщепление гликозидной связи и образование иона карбония.

что геометрия кольца D меняется от конформации кресла к конформации полукресла. Такая деформация способствует ускорению катализа, так как при конформации полукрссла значительно облегчается образование иона карбония. Расположение углеродных атомов 1,2 и 5 и кислородного атома кольца в одной и той же плоскости при конформации полукресла приводит к тому, что положительный заряд распределяется между и атомом кислорода кольца. Таким образом, связывая субстрат, фермент заставляет его принимать форму переходного состояния, а именно форму иона карбония.