Имидазол: его строение, координационные и кислотно-основные свойства

Наиболее часто белки образуют комплексные соединения с участием гистидиновых остатков, в состав которых входит имидазол - пятичленный цикл с двумя атомами азота: пир-рольного и пиридинового типа (см. рисунок). Оба этих атома имеют неподеленные электронные пары, которые, однако, различаются по своим свойствам. НЭП атома азота пир-рольного типа участвует в образовании ароматической я-системы и поэтому не принадлежит одному только атому азота, а распределена по всему циклу. В таких случаях говорят, что электронная пара делокализована. Делокализацию можно изобразить при помощи резонансных структур. Неподеленная электронная пара атома азота пиридинового типа локализована и не участвует в образовании я-связей. Поэтому при образовании координационных связей донором электронной пары может быть только этот атом.

Однако в молекуле гистидина и в гистидиновом остатке атом водорода может переходить от одного атома азота к другому, при этом пиррольный и пиридиновый атомы азота меняются местами. Константа равновесия этого процесса близка к 1, поэтому в белках можно встретить гистидиновые остатки с атомом водорода как в δ-, так и в 8-положении. Сдвиг равновесия происходит под влиянием окружения, в котором находится гистидино-вый остаток. Например, если рядом с одним из атомов азота находится ион металла, то атом водорода от этого атома уйдет, чтобы не препятствовать образованию координационной связи. Наоборот, если вблизи окажется отрицательно заряженная карбоксилатная группа, то нахождение здесь атома водорода станет энергетически выгодным, так как образуется водородная связь.

Почему наиболее важным лигандом является именно остаток гистидина, а не остатки, содержащие аминогруппы, например, лизин? Дело в том, что аминогруппа в этих остатках является более сильным основанием, чем имидазольная группа в гистидине: константа диссоциации типичного алкиламина как основания равна 4-10^-4 моль/л, тогда как для имидазола она равна 1,6-10^-7.

При pH=7,4 (типичное значение рН плазмы человеческой крови) соотношение концентраций катионной формы ВН* и нейтрального основания В составляет для алкиламинов 1600, а для имидазола - лишь 0,64. Поэтому почти все боковые аминогруппы белковых молекул существуют в виде катионов RNH3⁺, тогда как протежированных (катионов ВН*) и нейтральных гистидиновых остатков в белке должно быть практически поровну, причем небольшое изменение рН приведет к значительному сдвигу равновесия либо в сторону нейтральной формы имидазола, либо в сторону катионной.

Растворимость кислорода в воде − лишь 0,000044 г/мл при 293 К и атмосферном давлении; примерно такой же способностью к растворению кислорода обладает и плазма крови. Для обеспечения активной жизнедеятельности организма кровь должна переносить намного больше кислорода. Органические жидкости растворяют кислород лучше, чем вода. Например, перфторированные углеводороды при тех же условиях могут содержать до 0,03 г/мл кислорода, и их эмульсии сейчас пытаются использовать в качестве кровезаменителей. Однако природа пошла по другому пути - по пути создания соединений, способных к обратимому присоединению и кислорода. Эти соединения - белки, содержащие в качестве активного центра, к которому и присоединяется молекула Ог, комплексы железа или меди. Благодаря этим белкам, человеческая кровь способна переносить в 70 раз больше кислорода, чем если бы он просто растворялся в ней.

Поиск по сайту: