Шиффовы основания или соединения с азометиновой связью.

Этот вопрос не вызвал затруднений.

Исходя из схемы, приведенной в начале задаче, это ковалентный электрофильный катализ.

Большинство участников привело ответ «Ферментативный». Данный ответ был оценен лишь частичным баллом, поскольку, с одной стороны, не является полным, с другой стороны, пиридоксальфосфат способен выступать катализатором и в отсутствии белковой части фермента, с третьей стороны, в постановочной части задачи еще ничего не было сказано о ферментах.

Наличие электроноакцепторных заместителей в a-положении (пиридоксилиденовой группы, присоединенной через аминный азот и a-карбоксильной группы) и индуктивные взаимодействия.

Большинство участников справилось с этим вопросом.

При перпендикулярном расположении связи:

а) достигается максимально возможное s-p-перекрывание разрываемой связи и p-системы имина кофермента, вследствие чего энергия переходного состояния снижается до минимума

б) реализуется геометрия, наиболее близкая к образующемуся в последствии плоскому хиноидному производному, вследствие чего сводятся к минимуму молекулярные перемещения, необходимые для переходного состояния.

Большинство участников привело лишь одну из двух причин.

Наиболее общий ответ – за счет связывания субстрата в активном центре фермента в результате невалентных взаимодействий. Связывание субстрата в сорбционнос участке ферментов стереоспецифично. Ферменты с различной специфичностью имеют геометрически различающиеся сайты связывания. В результате этого для различных ферментов перпендикулярными p-системе будут связи с разными заместителями при С_a-атоме.

Этот вопрос у большинства участников не вызвал затруднений. Тексты ответов были различными, но суть была «ухвачена» правильно.

Номер по классификации 2.2.

Многие участники сделали правильный выбор в пользу номера 2.2., а не 3.2., т.е. правильно определили замещаемый полярный радикал.

В организме для обеспечения транспорта аммиака используется именно эта реакция, то есть главным было правильно выбрать второго участника реакции - a-кетоглутарат (пояснения см. в ответе на вопрос 5в).

Глюкозо-аланиновый цикл.

Правильный ответ дали лишь два участника. Самый распространенный ответ на данный вопрос – цикл мочевины (орнитиновый). Однако это неправильно, поскольку в протекающем в печени орнитиновом цикле из аммиака синтезирутся мочевина, далее выводящаяся из организма. К транспорту же аммиака в организме данный цикл отношения не имеет.

В результате реакции трансаминирования с 2-кетоглутаратом образуется глутамат, а это единственная аминокислота, которая может с высокой скоростью дезаминироваться по альтернативному пути – через дегидрогеназную реакцию.

При расщеплении аминокислот важно не только «собрать» аминогруппы со всех аминокислот и перенести в печень, но необходимо также «передать» эти аминогруппы в орнитиновый цикл. Очевидно, что в рамках только реакций трансаминирования этого сделать невозможно, и необходима альтернативная эффективно протекающая реакция.

Номер по классификации 2.3. Единственная из канонических аминокислот, которая может подвергнуться b-декарбоксилированию – это аспартат.

Здесь единственная «загвоздка» - правильно выбрать аминокислоту - аспартат.

В принципе существует два варианта декарбоксилирования глутамата – альфа- и гамма-. В действительности протекает a-декарбоксилирование. Но даже не зная этого, вполне можно было дать правильный ответ. В пользу a-декарбоксилирования говорит следующее:

А) a-декарбоксилирование представлено в классификации, а g-декарбоксилирования там нет;

Б) согласно вопросу 11, побочной реакцией при катализе данным ферментом является трансаминирование;

В) в таблице в вопросе 8 приведен ряд соединений, общим свойством которых является наличие a-карбоксильной группы (если бы реакцией, катализируемой глутаматдекарбоксилазой, было g-декарбоксилирование, то для выявления требований к субстрату было бы логично сравнивать соединения с g-карбоксильной группой).

В структуре субстрата важно:

для высокой каталитической константы: наличие второй карбоксильной группы, длина субстрата, отсутствие заместителей в положении 2.

для каталитической константы не так критичны заместители в положениях 3 и 4.

О связывании однозначные выводы сделать тяжелее: любое изменение увеличивает значение константы Михаэлиса, но примерно одинаково (на порядок), в то время как каталитическая константа существенно более чувствительна к природе и положению заместителей.

Участникам, отвечавшим на данный вопрос, удалось обнаружить многие из приведенных выше закономерностей.

В промежуточном соединении также приемлема структура, в которой атом азота, принадлежащий аминокислоте, незаряжен, а атом азота e-аминогруппы лизина заряжен (на самом деле, детектируются обе структуры). Большинство участников справилось с данным вопросом.

Из анализа структуры кофермента и субстрата, а также механизма реакции можно заключить, что есть только два потенциальных сайта для взаимодействия с заряженными положительно остатками аргинина: это фосфатная группа кофермента и дистальная карбоксильная группа субстрата.

Большинство участников правильно назвало дистальную карбоксильную группу, однако на взаимодействие с фосфатной группой кофермента указал только один участник. В качестве второго «партнера» остатка аргинина гораздо чаще предлагался вариант a-карбоксильной группы, но это неверно, поскольку a-карбоксильная группа является одной из потенциальных уходящих групп и, в связи с этим, должна присутствовать в свободном виде.

11. К решению данного вопроса можно подходить различными путями. Ниже предложен один из путей. Основой нашей стратегии будут химические превращения, а длины волн максимума поглощения мы будем использовать во вспомогательных целях.

            Декарбоксилирование, как было сказано в начале текста задачи, происходит непосредственно из соединения (II). Соответственно, установлена структура соединения В, а также продукта его депротонирования – соединения С. Соединение А уже приводилось в ответе на вопрос 9, при этом в пользу тетраэдрического состояния Сa-атома и отсутствия сопряжения в соединении А говорит низкое значение его l_макс. Теперь зайдем с другой стороны и разберемся с продуктами. В случае декарбоксилирования (см. ответ на вопрос 7) – это g-аминомасляная кислота, которую для удобства обозначим как Х. Тогда Y – продукт побочной реакции трансаминирования – янтарный полуальдегид. Вещество Х образуется в результате реакции гидролиза, при этом другой продукт, Е, – это регенерированный фермент с кофактором – пиридоксальфосфатом. Исходя из этого, находим структуру соединения F. Теперь мы можем определить соединение D, депротонированный предшественник соединения F. Сравнивая структуры соединений B и D, приходим к выводу, что D получается непосредственно из В в результате декарбоксилирования. Значит Х = продукт₁, а Y = продукт₂. Наряду с продуктом₂, образуется фермент с измененной формой кофактора – пиридоксаминфосфатом. Учитывая, что эти продукты также образуются в результате гидролиза, определяем структуру соединения G. Наконец, находим структуру соединения Е, учитывая, что оно, с одной стороны, находится в равновесии с соединением D, а, с другой стороны, является депротонированным предшественником соединения G. В пользу такого вывода свидетельствует большое различие в значениях длин волн максимумов поглощения соединений F и G (в соединении G сопряжение гораздо меньше, чем в соединении F). Отметим также, что в соединениях D и Е протонами атакуются положения с наибольшим отрицательным зарядом: в соединении D – Сa-атом аминокислоты, а в соединении Е – С-4’-атом кофактора.

Это, пожалуй, самая трудоемкая часть задачи, хотя некоторым участникам удалось дать полный или практически полный ответ на вопрос 11.