Коферменты - производные водорастворимых витаминов

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 17Следующая ⇒

КОФАКТОРЫ И КОФЕРМЕНТЫ

Помимо аминокислотных остатков, активные центры многих ферментов могут содержать небелковый компонент, необходимый для осуществления каталитической активности. В зависимости от его природы различают кофакторы и коферменты. При их отсутствии белковая часть фермента (апофермент) не функционирует, и только комплекс апофермента с кофактором и/или коферментом, который называют холоферментом, проявляет каталитическую активность.

Кофакторами могут быть ионы металлов (например, Fe²+ в цитохромоксидазе и каталазе, Mn²+ в алкогольдегидрогеназе, Zn²+ в карбоксипептидазе А и ДНК-полимеразе). Коферментами называют сложные органические соединения, которые часто являются производными водорастворимых витаминов. Ферменты могут содержать как кофермент (простетическую группу), так и ионы металлов. Для проявления активности ряда ферментов (например, алкогольдегидрогеназы, изоцитратдегидрогеназы) требуются как кофермент, так и один или несколько кофакторов-ионов металлов.

Ионы металлов могут либо непосредственно участвовать в катализе, либо играть роль своеобразных мостиков, связывающих кофермент с апоферментом.

Рис. 5-9. Роль цинка в реакции гидролиза пептидной связи, катализируемой карбоксипептидазой А. Показаны каталитические аминокислотные остатки (Глу-270 и Тир-248) этого фермента.

Например, ион цинка (Zn²+) в карбоксипептидазе А, осуществляющей гидролиз пептидной связи с С-конца полипептидной цепи, участвует в катализе, поляризуя подлежащую расщеплению пептидную связь (рис. 5-9).

В зависимости от прочности связи с апоферментом такие кофакторы подразделяют на коферменты и простетические группы. Коферменты связаны с апоферментом нековалентными связями и потому легко от него диссоциируют. Простетические группы связаны с апоферментом ковалентно.

Кофакторы играют очень важную роль в ферментативном катализе.

• Они способствуют либо изменению трехмерной структуры белка-фермента, что улучшает взаимодействие фермента с субстратом, либо изменению структуры субстрата.

• Коферменты (простетические группы), как правило, выступают в качестве дополнительных субстратов ферментативной реакции. Они могут быть донорами или акцепторами определенных химических группировок (например, метильной группы, аминогруппы) и электронов.

Очень важную группу коферментов составляют вещества, осуществляющие перенос восстановительных эквивалентов в окислительно-восстановительных реакциях.

Никотинамидадениндинуклеотид (НАД) и никотинамидадениндину-клеотидфосфат (НАДФ+) - производные витамина РР (ниацина), который представляет собой амид никотиновой кислоты (никотинамид). Структурные формулы окисленных форм НАД⁺ и НАДФ⁺ приведены на рис. 5-10.

Рабочей частью молекулы, участвующей в окислительно-восстановительных реакциях, является положительно заряженное никотинамидное кольцо (на рис. 5-10 оно заштриховано), а остальная часть молекулы (АДФ-рибоза) отвечает за связывание НАД⁺ (или НАДФ⁺) в активном центре ферментов. Имеется сходство НАД⁺-связывающих доменов ферментов, катализирующих окислительно-восстановительные реакции с помощью этого кофермента. Теперь, зная структуру НАД⁺, нетрудно представить, что такое сходство во многом определяется именно тем, что все эти ферменты должны разместить в своем активном центре один и тот же фрагмент молекулы.

Рис. 5-10. Структурные формулы никотинамидадениндинуклеотида и никотинамидадениндинуклеотидфосфата. В НАД - R = H, а НАДФ - R = PO₃^2-.  Рабочая часть молекулы, участвующая в переносе восстановительных эквивалентов, заштрихована.

Восстановление НАД(Ф)+ (рис. 5-11) происходит путем присоединения атома водорода и электрона.

Рис. 5-11. Восстановление никотинамидаденидинуклеотидфосфата

Благодаря тому что и НАД⁺ и НАДФ⁺ связаны с апоферментами нековалентно, восстановленные формы этих коферментов могут диффундировать к другим ферментам, где будет протекать обратная реакция (окисления кофермента).

Примером использования НАД⁺ в качестве кофермента может быть реакция окисления этанола, которую катализирует фермент алкогольдегидрогеназа (АДГ):

С₂Н₅ОН + НАД⁺ ⇆ СН₃–СНО + НАДН + Н⁺

Поскольку в процессе реакции произошло отщепление двух атомов водорода от субстрата, а НАД⁺ может принять только один атом и электрон, то оставшийся протон высвобождается в среду.

Флавинадениндинуклеотид (ФАД) - производное витамина В₂ (рибофлавина). Строение ФАД показано на рис. 5-12. Рабочей частью этого кофактора является изоаллоксазиновое кольцо, которое в процессе восстановления может принять два атома водорода (см. рис. 5-12). Отличительная особенность ФАД в том, что он связан со своими ферментами ковалентно, и поэтому его называют простетической группой.

Рис. 5-12. Окислительно-восстановительное превращение флавинадениндинуклеотида (флавинмононуклеотида) (схема)

Еще один флавиновый нуклеотид - флавинмононуклеотид (ФМН), тоже производное витамина В₂, участвующее в окислительно-восстановительных реакциях. От витамина В₂ ФМН отличается только наличием одной фосфатной группы (рис. 5-13).

Рис. 5-13. Структурная формула флавиновых коферментов

В организме человека есть немало ферментов, содержащих ФАД. Одним из них является сукцинатдегидрогеназа, катализирующая реакцию дегидрирования сукцината в митохондриях (рис. 5-14).

Рис. 5-14. Реакция дегидрирования сукцината в митохондриях

Формулы других важнейших коферментов, производных водорастворимых витаминов, приведены на рис. 5-15, а в табл. 5-1 - их основные биологические функции.

Рис. 5-15. Формулы коферментных форм водорастворимых витаминов: а – тиаминпирофосфат+ъ; б - пиридоксальфосфат; в - биотин; г - кофермент А; д - тетрагидрофолиевая кислота

Таблица 5-1. Коферменты - производные водорастворимых витаминов

Познавательные статьи:



Алгоритмические операторы Matlab

Конструирование и порядок расчёта дорожной одежды

Исследования учёных: почему помогают молитвы?

Почему терпят неудачу многие предприниматели?