ВсОШ 2025, 9–11 классы, №ХиЖ-1

Решение

. На первой стадии при взаимодействии воды с хоризмовой кислотой выделяется вещество, которое может быть восстановлено NADH, до молочной кислоты. Никотинамидадениндинуклеотид – двухэлектронный восстановитель, восстанавливающий кратные связи «углерод-гетероатом». Таким образом, вещество – пировиноградная кислота:

Выделение пирувата на первой стадии указывает на протекание гидролиза эфирной группы молекулы хоризмовой кислоты. Структуру вещества легко однозначно установить, обратив внимание на структуру продукта взаимодействия с HSCoA, открытого в следующей цепочке, что указывает на 1,4-восстановление диенового фрагмента вещества :

. Взаимодействие с загрузочным доменом начинается с образования ацил-кофермента , после чего дигидрофлавинадениндинуклеотид восстанавливает связь до одинарной с образованием вещества . Далее протекает первая ацилтрансферазная реакция с участием 2-метилмалонил-SACP, продукт которой восстанавливается никотинамидадениндинуклеотидом. Дегидратация продукта восстановления дает α,β-ненасыщенное карбонильное вещество , связь которого далее восстанавливается с помощью . Вторая ацилтрансферазная реакция в блоке RapA с участием малонил-SACP приводит к веществу , кетогруппа которого восстанавливается до гидроксильной. Образовавшееся вещество вступает в две последовательные трансферазные реакции, приводящие к образованию с промежуточным образованием . Кетогруппа вещества при третьем атоме углерода восстанавливается до гидроксильной с последующей дегидратацией с образованием α,β-ненасыщенного карбонильного соединения, которое далее поступает в блок RapB.

. В условии задачи указано, что помимо ацилтрансферазных реакций в блоках RapB и RapC протекают только реакции восстановления и дегидратации, из чего следует, что все атомы углерода вводятся с помощью ацилтрансферазных реакций субстратов с малонил-SACP и 2-метилмалонил-SACP. Ниже представлена структура вещества , в которой синим цветом выделена часть, соответствующая продукту реакций, протекающих при помощи блока RapA, зеленым – фрагменты малонил-SACP, красным – фрагменты 2-метилмалонил-SACP:

Таким образом, в блоках RapB и RapC протекает ацилтрансферазных реакций, в шести из которых участвуют молекулы малонил-SACP, а в четырех – молекулы 2-метилмалонил-SACP.

. На первой стадии протекает ферментативное дегидрирование фрагмента, содержащего α-аминогруппу L-лизина, что приводит к образованию α,β-ненасыщенного карбонильного соединения. Образовавшееся вещество вступает в реакцию внутримолекулярной циклизации, протекающей с образованием пиперидинового фрагмента с последующим деаминированием. Полученный иминиевый фрагмент α,β-ненасыщенного карбонильного вещества восстанавливается до амина, в результате чего образуется L-пипеколят:

. Внимательно проанализировав структуру пре-рапамицина, можно однозначно сказать, что в результате протекающих реакций образуются следующие связи:

Вполне очевидно, что образование пре-рапамицина в блоке RapP начинается с образования связи , так как это единственный процесс, в результате которого выделяется свободный ацилпереносящий белок. Далее с выделением воды протекает макролактонизация, в ходе которой образуется связь , а для образования связи не требуется ни введения дополнительных реагентов, ни отщепления каких-либо молекул. Образование пре-рапамицина в блоке RapP представлено на схеме:

. Уравнение материального баланса по ферменту:

Квазистационарное приближение по :

Квазиравновесное приближение по :

Условие >> означает, что (если концентрация фермента намного меньше концентрации субстрата, то изменение концентрации субстрата по сравнению с изменением концентрации фермента в начальный момент времени незначительно). Выражая [ES] и [ESS] через и подставляя = , получаем:

Выражаем концентрацию :

Начальная скорость реакции по определению равна скорости расходования активного фермент-субстратного комплекса:

. Построим график зависимости начальной скорости от начальной концентрации субстрата:

Рассматривая график, можно заметить, что начальный участок, соответствующий малым концентрациям , может быть описан линейной зависимостью. Также можно заметить, что при малых концентрациях можно упростить выражение, полученное в , пренебрегая слагаемыми и . Действительно, в таком случае получаем линейную зависимость от :

Тогда, используя точку , а также первые или точки из таблицы, можем рассчитать константу Михаэлиса. Использование точек, соответствующих более высоким значениям , весьма сомнительно для получения линейной зависимости. Также можно заметить, что включение более высоких концентраций субстрата приводит к росту значения – что, вероятно, отдаляет нас от истинного значения. Таким образом, угловой коэффициент уравнения вида = + равен = , откуда = г . Выражение для расчета имеет вид: = Логично предположить, что для получения адекватных значений необходимо использовать достаточно высокие концентрации субстрата, то есть значения, ответственные за область ингибирования субстратом (последние три пары значений – . Используя полученное значение , подставляем его в указанные пары значений – и находим среднее арифметическое, получаем г .

. Из графика видно, что зависимость начальной скорости реакции от имеет вид кривой с максимумом. Для нахождения концентрации, при которой скорость реакции будет максимальной, необходимо взять производную от функции = (выражение, полученное в и приравнять полученное выражение нулю:

Приравняем нулю числитель (знаменатель спокойно можно отбросить, поскольку он всегда будет больше нуля) и сократим одинаковые слагаемые. Получаем:

откуда = г .