Как мы видели, кислотно-основный катализ является эффективным средством ускорения химических реакций. Можно ли из этих данных определить, какова роль данного механизма в ферментативном катализе? Непосредственное перенесение результатов предыдущего раздела на ферменты встречает принципиальные затруднения. Дело в том, что каталитические реакции в растворе — это реакции второго порядка скорость реакции возрастает с увеличением концентрации катализатора), тогда как реакции, протекающие в пределах фермент-субстрат-ного комплекса, представляют собой реакции первого порядка, причем кислоты и основания являются составной частью молекулы фермента. Возникает вопрос: какую концентрацию кислоты или основания следует использовать в расчетах? Экспериментальный подход к этой проблеме состоит в синтезе соединений с каталитической группой, являющейся частью молекулы субстрата, и в последующем сравнении скоростей реакций с участием этих соединений со скоростями соответствующих внутримолекулярных реакций.[ ...]
Типичным примером внутримолекулярно катализируемой реакции является гидролиз аспирина [12]. Гидролиз эфирной связи ускоряется с помощью внутримолекулярного общего основного катализа. Сравнение со скоростью некатализируемого гидролиза аналогичных соединений показывает, что в результате катализа скорость реакции возрастает примерно в 100 раз [13]. Если принять, что рКг основания равно 7, а не 3,7, как у аспирина, то экстраполяция дает более высокое значение ускорения — в 5000 раз.[ ...]
Эффективные концентрации нуклеофилов для внутримолекулярных реакций часто значительно превышают это значение. В приведенных ниже примерах рассматриваются «ненапряженные» системы; химик может синтезировать «напряженные» соединения. Снятие напряжения в ходе реакции существенно увеличивает ее скорость. В случае рассматриваемых здесь производных янтарной кислоты и аспирина атакующий нуклеофил может уйти в сторону от эфирной связи и снять напряжение. Наблюдаемые увеличения скорости полностью обусловлены высокой эффективной концентрацией соседней группы.[ ...]
Эти примеры показывают, что огромное увеличение скоростей реакций обусловлено внутримолекулярным нуклеофильным катализом.[ ...]
Вернуться к оглавлению