Кофакторы

Кофакторы и коферменты

Химическая природа ферментов.

Давно выяснено, что все ферменты являются белками и обладают всеми свойствами белков. Поэтому подобно белкам ферменты делятся на простые и сложные.

Простые ферменты состоят только из аминокислот – например, практически все гидролитические ферменты – протеазы, липазы, рибонуклеазы.

Сложные ферменты (холоферменты (греч. holos весь, полностью + фермент) имеют в своем составе белковую часть, состоящую из аминокислот – апофермент. и небелковую часть – кофактор (ионы металла) или кофермент (органическое соединение). Примером могут быть сукцинатдегидрогеназа (содержит ФАД ) (в цикле трикарбоновых кислот), аминотрансферазы (содержат пиридоксальфосфат ), пероксидаза (содержит гем ). Для осуществления катализа необходим полноценный комплекс апобелка и кофактора, по отдельности катализ они осуществить не могут.

Большинство ферментов для проявления ферментативной активности нуждается в низкомолекулярных органических соединениях небелковой природы (коферментах) и/или в ионах металлов (кофакторах) (

Наиболее значимыми кофакторами являются Mg +2. Mn +2. Zn +2. Cu +2. Fe +2. Co +2. Mo +2. Ферменты, содержащие эти металлы называются металлоэнзимы. Ионы металлов выполняют следующие функции в ферментативном катализе:

· стабилизируют молекулы субстрата, активный центр и конформацию белковой молекулы (вторичную, третичную и четвертичную структуры). Например, четыре атома Zn +2 стабилизируют тетрамерную четвертичную структуру алкогольдегидрогеназы, К + стабилизирует третичную структуру фермента пируваткиназы.

· Для некоторых ферментов субстратом служит комплекс превращаемого вещества с ионом металла (Mg +2 -АТФ для киназ (гексокиназа, пируваткиназа, фосфофруктокиназа ). Кроме того таким образом они обеспечивают правильную ориентацию субстрата в активном центре.

· Выполняют функцию стабилизатора активного центра фермента, облегчают присоединение к нему субстрата или кофермента.

· Непосредственно принимают участие в катализе (Zn +2. Mn +2. Fe +2. Cu +2 ). Например, цинксодержащий фермент карбоангидраза . катализирующая образование угольной кислоты.

Комплекс Mg 2+ и АТФ

Большинству ферментов для выполнения каталитической функции необходимы коферменты. Исключение составляют гидролитические ферменты (протеазы, рибонуклеазы, липазы) не имеющие в составе активного центра коферментов.

Коферменты встраиваются в активный центр фермента и непосредственно участвуют в каталитическом процессе. Если связь ковалентная — такой кофермент называется простетической группой (липоат, биотин, ФАД, ФМН). Коферменты чаще всего представляют собой витамины или их производные.

Апофермент определяет специфичность превращений субстрата. Один и тот же кофермент встроенный в различные апоферменты может участвовать в различных преобразованиях субстрата. Например, пиридоксальфосфат (коферментная форма витамина В6 ) участвует в реакциях трансаминирования или декарбоксилирования – всё зависит от апофермента с которым он связан. Коферментами выступают:

· гемы (простетическая группа). Входят в состав цитохромов, NO-синтаз. каталазы. пероксидазы, гуанилатциклазы, цитохромы .

Как многие белки, ферменты могут быть мономерами. т.е. состоят из одной субъединицы, и полимерами. состоящими из нескольких субъединиц.

Некоторым ферментам например мультиферментному комплексу пируват дегидрогеназы, связывающему гликолиз и цикл трикарбоновых кислот, требуется пять органических коферментов и один ион металла: тиамин пирофосфат (ТДФ), ковалентно связанный липоамид и флавин аденин динуклеотид (ФАД ), косубстраты – никотинамид аденин динуклеотид (НАД ) коэнзим А (КоА ) и ион магния (Mg 2+ ).

188.123.231.15 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам.

III. КОФАКТОРЫ И КОФЕРМЕНТЫ

Большинство ферментов для проявления ферментативной активности нуждается в низкомолекулярных органических соединениях небелковой природы (коферментах) и/или в ионах металлов (кофакторах).

Термин. "кофермент" был введён в начале XX века и обозначал часть некоторых ферментов, которая легко отделялась от белковой молекулы фермента и удалялась через полупроницаемую мембрану при диализе. Несколько позже было выяснено, что большинство ферментов состоит из термолабильной белковой части и термостабильного небелкового фактора — кофермента. Белковая часть получила название "апофермент", который в отсутствие кофермента не обладает каталитической активностью. Кофермент с белковой молекулой (апоферментом) формируют молекулу холофермента, обладающую каталитической активностью.

Более 25% всех ферментов для проявления полной каталитической активности нуждается в ионах металлов. Рассмотрим роль кофакторов в ферментативном катализе.

1. Роль металлов в присоединении субстрата
в активном центре фермента

Ионы металла выполняют функцию стабилизаторов молекулы субстрата, активного центра фермента и конформации белковой молекулы фермента, а именно третичной и четвертичной структур.

Ионы металлов — стабилизаторы молекулы субстрата

Для некоторых ферментов субстратом служит комплекс превращаемого вещества с ионом металла. Например, для большинства киназ в качестве одного из субстратов выступает не молекула АТФ, а комплекс Mg 2+ -ATФ. В этом случае ион Mg 2+ не взаимодействует непосредственно с ферментом, а участвует в стабилизации молекулы АТФ и нейтрализации отрицательного заряда субстрата, что облегчает его присоединение к активному центру фермента (см. схему на с. 84).

Кофакторы

Схематично роль кофактора при взаимодействии фермента и субстрата можно представить как комплекс E-S-Me, где Е — фермент, S — субстрат, Me — ион металла.

В качестве примера можно привести расположение субстратов в активном центре гексокиназы (рис. 2-3).

Гексокиназа катализирует перенос концевого, &#&47;-фосфатного остатка молекулы АТФ на глюкозу с образованием глюкозо-6-фосфата:

Кофакторы

Рис. 2-3. Участие ионов магния в присоединении субстрата в активном центре гексокиназы. В активном центре гексокиназы есть участки связывания для молекулы глюкозы и комплекса Мд 2+ -АТФ. В результате ферментативной реакции происходит перенос концевого, &#&47;-фосфатного остатка молекулы АТФ на глюкозу с образованием глюкозо-6-фосфата.

Ион Mg 2+ участвует в присоединении и "правильной" ориентации молекулы АТФ в активном центре фермента, ослабляя фосфоэфирную связь и облегчая перенос фосфата на глюкозу.

Ионы металла — стабилизаторы активного центра фермента

В некоторых случаях ионы металла служат "мостиком" между ферментом и субстратом. Они выполняют функцию стабилизаторов активного центра, облегчая присоединение к нему субстрата и протекание химической реакции. В ряде случаев ион металла может способствовать присоединению кофермента. Перечисленные выше функции выполняют такие металлы, как Mg 2+. Mn 2+. Zn 2+. Co 2+. Мо 2+. В отсутствие металла эти ферменты активностью не обладают. Такие ферменты получили название "металлоэнзимы". Схематично данный процесс взаимодействия фермента, субстрата и металла можно представить следующим образом:

К металлоэнзимам относят, например, фермент пируват киназу (рис. 2-4), катализирующий реакцию:

Кофакторы

2. Роль металлов в стабилизации третичной
и четвертичной структуры фермента

Ионы металлов обеспечивают сохранение вторичной, третичной, четвертичной структуры молекулы фермента. Такие ферменты в отсутствие

Кофакторы

Рис. 2-4. Участие ионов магния в присоединении субстрата в активном центре пируваткиназы. Активный центр пируват-киназы имеет участки связывания для фосфоенолпирувата и АДФ. Мд 2+ участвует в стабилизации активного центра, что облегчает присоединение фосфоенолпирувата. В ходе ферментативной реакции образуется пируват и АТФ.

ионов металлов способны к химическому катализу, однако они нестабильны. Их активность снижается и даже полностью исчезает при небольших изменениях рН, температуры и других незначительных изменениях внешнего окружения. Таким образом, ионы металлов выполняют функцию стабилизаторов оптимальной конформации белковой молекулы.

Иногда в стабилизации вторичной и третичной структуры принимают участие ионы щёлочноземельных металлов. Так, для поддержания третичной конформации пируваткиназы необходимы ионы К +.

Для стабилизации четвертичной структуры алкогольдегидрогеназы, катализирующей реакцию окисления этанола, необходимы ионы цинка. Алкогольдегидрогеназа состоит из 4 субъединиц с молекулярной массой 151 кД. В состав фермента входят 4 атома Zn 2+. Удаление Zn 2+ приводит к потере активности фермента за счёт диссоциации на 4 неактивные субъединицы с молекулярной массой 36 кД (рис. 2-5).

3. Роль металлов в ферментативном
катализе

Не менее важную роль отводят ионам металлов в осуществлении ферментативного катализа.

Участие в электрофильном катализе

Наиболее часто эту функцию выполняют ионы металлов с переменной валентностью, имеющие свободную d-орбиталь и выступающие

Кофакторы

Рис. 2-5. Роль ионов цинка в стабилизации четвертичной структуры алкогольдегидрогеназы.

в качестве электрофилов. Это, в первую очередь, такие металлы, как Zn 2+. Fe 2+. Mn 2+. Cu 2+. Ионы щёлочно-земельных металлов, такие как Na + и К+. не обладают этим свойством. В качестве примера можно рассмотреть функционирование фермента карбоангидразы. Карбоангидраза — цинксодержащий фермент, катализирующий реакцию образования угольной кислоты:

Ион Zn 2+ в результате электрофильной атаки участвует в образовании Н + и ОН — ионов из молекулы воды:

Кофакторы

Протон и гидроксйльная группа последовательно присоединяются к диоксиду углерода с образованием угольной кислоты (см. схему А).

В ходе электрофильного катализа ионы металлов часто участвуют в стабилизации промежуточных соединений.

Участие в окислительно-восстановительных реакциях

Ионы металлов с переменной валентностью могут также участвовать в переносе электронов. Например, в цитохромах (гемсодержащих белках) ион железа способен присоединять и отдавать один электрон:

Кофакторы

Благодаря этому свойству цитохромы участвуют в окислительно-восстановительных реакциях.

Другой пример участия ионов металлов в окислительно-восстановительных реакциях — работа фермента дофамингидроксилазы, катализирующего реакцию образования норадреналина при участии витамина С (см. схему Б).

За окислительно-восстановительные свойства у дофамингидроксилазы отвечает ион меди (рис. 2-6).

Фермент, содержащий ион Сu 2+. не вступает в реакцию с молекулой кислорода. При восстановлении Си 2+ до Си + с помощью аскорбиновой кислоты образуется ион меди, способный взаимодействовать с кислородом с образованием перекисного соединения. Далее гидроксильная группа переносится на молекулу дофамина с образованием норадреналина.

4. Роль металлов в регуляции активности
ферментов

Иногда ионы металлов выступают в роли регуляторных молекул. Например, ионы Са 2+ служат активаторами фермента протеинкиназы С,

Кофакторы

Кофакторы

Кофакторы

Рис. 2-6. Участие иона меди в активации молекулы кислорода при функционировании дофамингидроксилазы. 1 — восстановление Сu 2+. входящего в состав активного центра дофамингидроксилазы, до Сu + с помощью аскорбиновой кислоты; 2 — взаимодействие Сu + с кислородом с образованием перекисного соединения; 3 — перенос гидроксильной группы на молекулу дофамина с образованием норадреналина.

катализирующего реакции фосфорилирования белков (см, раздел 5). Ионы Са 2+ также изменяют активность ряда кальций-кальмодулинзависимых ферментов (см. подраздел V).

Как уже было сказано, для проявления каталитической активности большинству ферментов необходимо наличие кофермента. Исключение составляют гидролитические ферменты (например, протеазы, липазы, рибонуклеаза), выполняющие свою функцию в отсутствие кофермента.

Кофермент, локализуясь в каталитическом участке активного центра, принимает непосредственное участие в химической реакции, выступая в качестве акцептора и донора химических группировок, атомов, электронов. Кофермент может быть связан с белковой частью молекулы ковалентными и нековалентными связями. В первом случае он называется простетической группой (например, FAD, FMN, биотин, липоевая кислота). Вместе с тем известны примеры, когда кофермент присоединяется к ферменту нековалентными связями настолько прочно, что не диссоциирует от белковой молекулы, например тиаминдифосфат.

Во втором случае кофермент взаимодействует с ферментом только на время химической реакции и может рассматриваться в качестве второго субстрата. Примеры — NAD +. NADP +.

Апофермент обеспечивает специфичность действия и отвечает за выбор типа химического превращения субстрата. Один и тот же кофермент, взаимодействуя с различными апоферментами, может участвовать в разных химических превращениях субстрата. Например, пиридоксальфосфат в зависимости от того, с каким апоферментом взаимодействует, участвует в реакциях трансаминирования или декарбоксилирования аминокислот.

Химическая природа коферментов, их функции в ферментативных реакциях чрезвычайно разнообразны. Традиционно к коферментам относят производные витаминов, хотя помимо них есть значительный класс небелковых соединений, принимающих участие в

проявлении каталитической функции ферментов.

К коферментам относят следующие соединения:

  • производные витаминов;
  • гемы, входящие в состав цитохромов, каталазы, пероксидазы, гуанилатциклазы, NO-синтазы и являющиеся простетической группой ферментов;
  • нуклеотиды — доноры и акцепторы остатка фосфорной кислоты;
  • убихинон, или кофермент Q, участвующий в переносе электронов и протонов в ЦПЭ;
  • фосфоаденозилфосфосульфат, участвующий в переносе сульфата;
  • S-аденозилметионин (SAM) — донор метильной группы;
  • глутатион, участвующий в окислительно-восстановительных реакциях.

Строение и функции этих коферментов подробно рассмотрены в соответствующих разделах учебника.

В. Мультисубстратные реакции

Большинство ферментов катализирует реакции, в которых участвует более чем один субстрат. В случае если кофермент не является простетической группой, его также можно рассматривать как ещё один субстрат. Следовательно, участников ферментативной реакции может быть несколько: непосредственно фермент, несколько субстратов и кофермент.

В этих случаях механизм ферментативной реакции, как правило, может идти по одному из двух путей: по механизму "пинг-понг" (механизму двойного замещения) или последовательному. Рассмотрим оба механизма.

Схематично механизм "пинг-понг" может быть представлен следующим образом:

Кофакторы

Субстрат А, взаимодействуя с ферментом (Е), превращается в продукт (Р1 ). Фермент остаётся в результате этого преобразования не в нативной форме, а в изменённой (Е’) в результате модификации кофермента. Далее к активному центру Е’ присоединяется субстрат В, подвергающийся преобразованию в продукт (Р2 ) с высвобождением нативной формы фермента (Е).

Хороший пример механизма "пинг-понг" — реакции трансаминирования с участием ферментов аминотрансфераз (кофермент пиридоксальфосфат). Аминотрансферазы, открытые отечественным учёным А.Е. Браунштейном, катализируют обратимые реакции переноса аминогруппы с аминокислоты на кетокислоту. Механизм "пинг-понг" данной реакции схематично представлен на рис. 2-7.

Другой пример механизма "пинг-понг" — реакции дегидрирования с участием кофермента FAD (флавинадениндинуклеотид) или FMN (флавинмононуклеотид), которые прочно связаны с ферментом и, следовательно, не могут рассматриваться в качестве второго субстрата.

Схематично структура этих коферментов и соответствующие им химические формулы представлены на рис. 2-8.

FMN и FAD участвуют в окислительно-восстановительных реакциях, акцептируя 2 е — и 2 Н 4 в изоаллаксазиновомкольце (см. схему ниже).

Кофакторы

Кофакторы

Рис. 2-7. События в активном центре аминотрансферазы как пример механизма "пинг-понг". Кофермент пиридоксальфосфат (ПФ), связанный с ферментом, принимает &#&45;-аминогруппу от первой аминокислоты (АК1 ), которая при этом превращается в &#&45;-кетокислоту 1 (КК1 ) и высвобождается из активного центра фермента. Далее в активный центр фермента присоединяется ос-кетокислота 2 (КК2 ), которая забирает аминогруппу от кофермента и превращается в &#&45;-аминокислоту (АК2 ).

Схему реакции дегидрирования (как пример механизма "пинг-понг" с участием кофермен-тов FMN и FAD) можно представить в следующем виде:

Кофакторы

где АН2 — донор водорода, окисляемый субстрат 1; А — окисленная форма субстрата 1; В — акцептор водорода — субстрат 2; ВН2 — восстановленная форма субстрата 2; Е (FAD), Е (FADH2 ) — окисленная и восстановленная формы кофермента FAD, входящего в состав фермента Е.

В качестве примера FAD-зависимой реакции можно привести сукцинатдегидрогеназную реакцию. В этой реакции в качестве второго субстрата участвует убихинон — один из посредников ЦПЭ (см. схему на с. 90).

В случае последовательного механизма для протекания ферментной реакции требуется одновременно взаимодействие двух субстратов. В этом случае возможно присоединение субстратов двумя различными путями:

  • Механизм упорядоченного взаимодействия субстрата с активным центром фермента:

Кофакторы

  • Первым в активный центр фермента присоединяется субстрат А, облегчая присоединение субстрата В. После химической модификации также наблюдают определённый порядок высвобождения продуктов реакции.
  • Механизм случайного взаимодействия субстрата с активным центром фермента:

Кофакторы

Кофакторы

Рис. 2-8. Структура (А) и химическое строение (Б) коферментов FMN и FAD.

Кофакторы

  • Приоритетности за взаимодействие субстратов А и В в активном центре фермента нет (каждый субстрат имеет свой центр связывания в активном центре). Также нет строгой закономерности высвобождения продуктов реакции.

Примером последовательного упорядоченного механизма может быть реакция дегидрирования с участием коферментов NAD +. NADP +.

Схематично структура и химические формулы этих коферментов представлены на рис. 2-9.

Оба кофермента функционируют как посредники переноса двух электронов и одного протона от донора к акцептору, другого протона — в среду (см. схему А на с. 92).

Донор и акцептор не обязательно участвуют в одном метаболическом пути. Другими словами, восстановленная форма этих нуклеотидов действует как общий пул электронов, образованный в результате окислительных реакций, и может быть использована в различных восстановительных реакциях. Такие реакции называют сопряжёнными (см. схему Б на с. 92).

Кофакторы

Рис. 2-9. Структура (А) и химическое строение (Б) коферментов NAD + и NADP + .

Кофакторы

Кофакторы

где АН2 — донор водорода, восстановленная форма субстрата 1; А — окисленная форма субстрата 1; В — акцептор водорода — второй субстрат; ВН2 — восстановленная форма субстрата 2; NAD +. NADH — окисленная и восстановленная формы кофермента; Е, и Е2 — ферменты.

Две ферментативные реакции, катализируемые ферментами Е1 и Е2. сопряжены друг с другом посредством кофермента NAD +. служащего в каждом из этих случаев субстратом. Для первого фермента субстратом служит окисленная форма NAD, в качестве второго субстрата выступает донор водорода — пример последовательных реакций, продуктом — восстановленная форма NAD, для фермента Е2 — наоборот.

В качестве примера можно рассмотреть следующие сопряжённые реакции (см. схему на с. 93), где Е1 — глицеральдегидфосфат дегидрогеназа; Е2 — лактатдегидрогеназа.

Ингибирование конечным продуктом (ингибирование по принципу отрицательной обратной связи — ретроингибирование). Кофакторы ферментов.

Когда конечный продукт какого-либо метаболического пути начинает накапливаться, он может действовать как аллостерический ингибитор на фермент, контролирующий первый этап этого пути. Таким образом, продукт, накапливаясь, приостанавливает свое дальнейшее образование.

Процесс этот саморегулирующийся: как только продукт будет израсходован, его образование возобновляется. Данное явление — ингибирование конечным продуктом — представляет собой пример механизма, действующего по принципу отрицательной обратной связи.

Кофакторы

Кофакторы ферментов.

Многим ферментам для эффективной работы требуются те или иные небелковые компоненты, называемые кофакторами. Кофакторы — это вещества, присутствие которых совершенно необходимо для проявления каталитической активности ферментов, хотя сами они в отличие от ферментов сохраняют стабильность при довольно высоких температурах.

Роль кофакторов могут играть различные вещества — от простых неорганических ионов до сложных органических молекул ; в одних случаях они остаются неизменными в конце реакции, в других — регенерируют в результате того или иного последующего процесса. Кофакторы подразделяются на три типа: неорганические ионы, простетические группы и коферменты. Их мы и рассмотрим в последующих трех разделах.

Классификация кофакторов

Все кофакторы (коферменты и простетические группы) – это низкомолекулярные органические соединения, как правило, содержащие систему -связей и гетероатомы. В настоящее время принята классификация кофакторов по функциональному признаку. В соответствии с этим все кофакторы делят на три группы:

1. кофакторы окислительно-восстановительных процессов: никотинамидадениндинуклеотид(фосфат) (NAD, NADР), флавинмононуклеотид (FMN), флавинадениндинуклеотид (FAD), железопорфирины, убихинон, аскорбиновая кислота. Эти кофакторы связаны с классом оксидоредуктаз;

2. кофакторы переноса групп: нуклеозидфосфаты, фосфаты сахаров, коэнзим А (СоА, HSCoA, фолиевая кислота, пиридоксальфосфат. Эти кофакторы связаны с классом трансфераз;

3. кофакторы процессов синтеза, изомеризации и расщепления С-С связей: тиаминдифосфат, биотин, глутатион, кобамидные коферменты. Эти кофакторы связаны с ферментами классов лиаз, изомераз и лигаз и представляют самую малочисленную группу кофакторов.

Функции кофакторов

Условно можно выделить две функции кофакторов:

1. Непосредственное участие в каталитическом превращении субстрата одним ферментным белком. При этом кофактор может функционировать либо как катализатор, который регенерируется после каждого акта превращения субстрата (пиридоксаль-5-фосфат, тиаминдифосфат, FMN, FAD, биотин и др.), либо как косубстрат (NAD, NADF и др.). В последнем случае регенерация исходной формы кофермента осуществляется другим ферментом в сопряжённой реакции.

2. Активация и перенос молекулы субстрата (или её части) от одного фермента к другому. В этом варианте первоначально субстрат реагирует с коферментом в активном центре фермента таким образом, что образуется новое реакционноспособное производное субстрата, которое, однако, достаточно устойчиво в водной среде (ацилкофермент А, нуклеозиддифосфосахара, производные тетрагидрофолиевой кислоты, содержащие одноуглеродный остаток). Затем образовавшееся производное субстрата связывается с другим ферментом, в активном центре которого и осуществляется каталитическое превращение субстрата с одновременной (или последующей) регенерацией кофактора.

Кофакторы окислительно-восстановительных процессов Никотинамидные кофакторы

Большое число дегидрогеназ, катализирующих важные процессы метаболизма в живом организме, содержат в качестве кофермента никотинамидные кофакторы. К числу пиридинзависимых дегидрогеназ относится около 200 ферментов, которые катализируют восстановление NAD и NADР различными органическими субстратами. Большая часть из них является NAD-зависимыми, сто – NADР-зависимыми и около 50-ти дегидрогеназ специфичных и к NAD и к NADР. В большинстве клеток (исключение составляют клетки листьев растений) NAD присутствует в значительно больших количествах, чем NADН, то есть окисленной формы всегда больше, чем восстановленной (NAD + /NADН = 2-4). В отношении фосфорилированной формы никотиновых кофакторов отмечают, что NADРН всегда больше, чем NADР, то есть восстановленной формы всегда больше, чем окисленной (NADР + /NADРН <1). В листьях растений концентрация NAD, NADН, NADР и NADРН примерно одинакова.

При участии NAD и NADР-зависимых дегидрогеназ осуществляются обратимые реакции дегидрирования спиртов, оксикислот и некоторых аминокислот с образованием альдегидов, кетонов, и кетокислот. В общем виде эти реакции можно изобразить следующим образом:

Кофакторы

Кофакторы

Кофакторы

В большинстве случаев NAD-зависимые процессы могут быть и NADР-зависимыми. К NAD(Р)-зависимым дегидрогеназам относятся, например, лактатдегидрогеназа, глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа и др.

Никотинамидные кофакторы впервые были идентифицированы О. Варбургом в 1935 году. Молекула NAD состоит из двух гетероциклов – пиридинового и аденинового, соединенных цепочкой из двух остатков рибозы и остатка пирофосфорной кислоты (рис. 1.4.2). Остатки D-рибозы соединяют атом азота аденина и атом азота никотинамида гликозидной связью.

Кофакторы

Рис. 1.4.2. Структура NAD + и NADР +

При физиологических значениях рН заряд всей молекулы равен «-1», так как один отрицательный заряд остатка пирофосфорной кислоты нейтрализуется положительным зарядом на атоме азота в никотинамидном кольце. В молекуле NADР появляются дополнительные ионизированные группировки, поэтому, при физиологических значениях рН суммарный заряд молекулы NADР равен «-3».

В водных растворах NAD и NADР проявляют слабокислые свойства. NAD является полифункциональной молекулой, содержащей катионные и анионные группы. Остатки рибозы и пирофосфатная группа сообщают ей ярко выраженный полярный характер, в то время как пиридиновый и пуриновый циклы гидрофобны. Вследствие такого разнообразия свойств молекула NAD взаимодействует не только с большим числом апоферментов, но и с различными низкомолекулярными соединениями.

NAD и NADР играют ключевую роль в биологическом окислении, участвуя в окислительно-восстановительных реакциях. Эти ферменты осуществляют отщепление двух эквивалентов водорода. Отщепляется так называемый гидрид-ион (водород с ионной парой Н¯). При этом кольцо разрывается, теряет ароматическую природу и становится хеноидным. Оставшийся протон водорода уходит в среду:

Кофакторы

Таким образом NADН – это 1,4 дигидроникатинамидадениндинуклеотид. Рабочей частью молекулы NAD и NADР является никотинамидное кольцо (рис. 1.4.3).

Кофакторы

Рис. 1.4.3. Рабочая часть молекулы никотинамидного кофактора

Установлено, что передача атома водорода от субстрата к NAD и NADР происходит непосредственно, то есть без обмена протона с водной средой. Присоединение водорода происходит стереоспецифически, то есть для данного фермента всегда по одну сторону пиридинового ядра. В зависимости от направления присоединения водорода все никотинамидные дегидрогеназы делят на А и В тип (рис. 1.4.4).

Кофакторы

Рис. 1.4.4. Типы присоединения водорода к пиридиновому ядру молекулы никотинамидного кофактора

К дегидрогеназам А типа относят дегидрогеназы спиртов, L-лактата, L-малата, D-глицерата. К дегидрогеназам В типа относят дегидрогеназу L-глутамата, D-глюкозы, D-глицеральдегид-3-фосфата.

NAD и NADН отличаются друг от друга по оптическим свойствам (рис. 1.4.5).

Кофакторы

Рис. 1.4.5. Спектры поглощении NAD + (1) и NADН (2)

Пик при 260 нм обусловлен наличием аденина, поэтому поглощают обе формы никотиновых кофакторов. Дополнительный пик при 340 нм появляется только для NADН, что обусловлено перестройкой пиридинового цикла, то есть в цикле исчезает одна двойная связь и кольцо приобретает хеноидный характер.

Стабильность окисленной и восстановленной форм никотинамидных коферментов меняется в зависимости от рН среды по-разному: восстановленная форма нестойка в кислых растворах, но устойчива в щелочных. Окисленная форма наоборот нестойка в щелочных растворах, но устойчива в кислых. В нейтральных растворах восстановленная форма менее стабильна, чем окисленная.

Показано, что в связывании кофактора с апобелком могут принимать участие NH2 группы как пиридинового, так и никотинамидного колец. Важное значение имеет гидрофобный характер пиридинового кольца и отрицательно заряженная пирофосфатная группировка, поскольку для большинства NAD и NADР-зависимых дегидрогеназ показано наличие в активном центре катионных участков, взаимодействующих при связывании с остатками фосфорной кислоты.

Кофакторы это:

[от лат. co (cum) — вместе и factor — делающий] в биохимии, вещества, необходимые для каталитического действия того или иного фермента (См. Ферменты ). К. — непременный компонент большинства ферментных систем. Различают следующие К. простетические группы (См. Простетическая группа ), прочно связанные с белковым носителем — Апофермент ом; Коферменты , сравнительно легко отделимые от апофермента; ионы металлов (металлокоферменты). Чёткой границы между терминами «кофактор», «кофермент» и «простетическая группа» нет.

Лит.: Ферменты, под ред. А. Е. Браунштейна, М. 1964 (Основы молекулярной биологии), с. 148; Кретович В. Л. Введение в энзимологию, М. 1967.

Большая советская энциклопедия. — М. Советская энциклопедия. 1969—1978 .

Смотреть что такое «Кофакторы» в других словарях:

КОФАКТОРЫ — соединения небелковой природы, необходимые для проявления макс, активности мн. ферментов, коферменты и активаторы ферментов (катионы или анионы). (Источник: «Биологический энциклопедический словарь.» Гл. ред. М. С. Гиляров; Редкол. А. А. Бабаев … Биологический энциклопедический словарь

Кофакторы — Коферменты, или коэнзимы малые молекулы небелковой природы, специфически соединяющиеся с соответствующими белками, называемыми апоферментами, и играющие роль активного центра или простетической группы молекулы фермента. Комплекс кофермента и… … Википедия

кофакторы — коф акторы, ов, ед. ч. тор, а … Русский орфографический словарь

кофакторы ферментов — – простетические группы сложных белков ферментов (ионы металлов, коферменты) … Краткий словарь биохимических терминов

Ферменты — Модель фермента нуклеозидфосфорилазы Ферменты, или энзимы (от лат. f … Википедия

Биокатализаторы — Модель фермента нуклеозид фосфорилазы Ферменты или энзимы (от лат. fermentum, греч. ζύμη, ἔνζυμον дрожжи, закваска) обычно белковые молекулы или молекулы РНК или их комплексы, ускоряющие (катализирую … Википедия

Фермент — Модель фермента нуклеозид фосфорилазы Ферменты или энзимы (от лат. fermentum, греч. ζύμη, ἔνζυμον дрожжи, закваска) обычно белковые молекулы или молекулы РНК или их комплексы, ускоряющие (катализирую … Википедия

Ферментативный — Модель фермента нуклеозид фосфорилазы Ферменты или энзимы (от лат. fermentum, греч. ζύμη, ἔνζυμον дрожжи, закваска) обычно белковые молекулы или молекулы РНК или их комплексы, ускоряющие (катализирую … Википедия

Энзим — Модель фермента нуклеозид фосфорилазы Ферменты или энзимы (от лат. fermentum, греч. ζύμη, ἔνζυμον дрожжи, закваска) обычно белковые молекулы или молекулы РНК или их комплексы, ускоряющие (катализирую … Википедия

Энзимы — Модель фермента нуклеозид фосфорилазы Ферменты или энзимы (от лат. fermentum, греч. ζύμη, ἔνζυμον дрожжи, закваска) обычно белковые молекулы или молекулы РНК или их комплексы, ускоряющие (катализирую … Википедия

  • Пероксидазосомы. В. В. Роговин, Л. А. Пирузян, Р. А. Муравьев. В монографии выдвигается положение о существовании в животных клетках особых пероксидазосодержащих органелл — пероксидазосом. Авторы рассматривают пероксидазосомы как органеллы, содержащие… Подробнее Купить за 1600 руб
  • Система «Мудрый организм». 5 способов научить организм быть здоровым в любом возрасте. Шолохов В. Методы салусологии Владимира Шолохова помогают при бесплодии, аллергии, боли и тугоподвижности в позвоночнике и суставах, геморрое и простатите, посттравматических головных болях,… Подробнее Купить за 155 руб



Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *