Ферменты, как и белки, делятся на 2 группы: простые исложные . Простые целиком и полностью состоят из аминокислот и при гидролизе образуют исключительно аминокислоты.Их пространственная организация ограничена третичной структурой. Это в основом ферменты ЖКТ: пепсин, трипсин, лизацим, фосфатаза. Сложные ферменты кроме белковой части содержат и небелковые компоненты.Эти небелковые компоненты отличаются по прочности связывания с белковой частью (аллоферментом). Если константа диссоциации сложного фермента настолько мала, что в растворе все полипептидные цепи оказываются связанными со своими небелковыми компонентами и не разделяются при выделении и очистке, то небелковый компонент называется простетической группой и рассматривается как интегральная часть молекулы фермента.

Под коферментом понимают дополнительную группу, легко отделяющуюся от аллофермента при диссоциации. Между аллоферментом и простейшей группой существует ковалентная связь, довольно сложная. Между аллофермнтом и коферментом существует нековалентная связь (водородные или электростатические взаимодействия). Типичными представителями коферментов являются:

В 1 - тиамин; пирофосфат (он содержит В)

В 2 - рибофлавин; ФАД, ФНК

РР - НАД, НАДФ

Н – биотин; биозитин

В 6 - пиридоксин; пиридоксальфосфат

Пантотеновая кислота: коэнзим А

Многие двухвалентные металлы (Cu,Fe,Mn,Mg) тоже выполняют роль кофакторов, хотя и не относятся ни к коферментам, ни к простетическим группам. Металлы входят в состав активного центра или стабилизируют оптимальный вариант сруктуры активного центра.

МЕТАЛЛЫ ФЕРМЕНТЫ

Fe,Feгемоглобин, каталаза, пероксидаза

Cu,Cuцитохромоксидаза

ZnДНК – полимераза, дегидрогеназа

Mgгексокиназа

Mnаргиназа

Seглутатионредуктаза

Кофакторную функцию могут выполнять также АТФ, молочная кислота, т – РНК. Следует отметить одну отличительную особенность двухкомпонентных ферментов, заключающуюся в том, что ни кофактор (кофермент или простетическая группа), ни аллофермент в отдельности каталитической активности не проявляют, и только их объединение в единое целое, протекающее в соответствии с программой их трёхмерной организации, обеспечивает быстрое протекание химических реакций.

Строение НАД и НАДФ.

НАД и НАДФ являются коферментами пиридинзависимых дегидрогеназ.

НИКОТИНАМИДАДЕНИНДИНУКЛЕОТИД.

НИКОТИНАМИДАДЕНИНДИНУКЛЕОАМИДФОСФАТ (НАДФ)

Способность НАД и НАДФ играть роль точного переносчика водорода связана с наличием в их структу –

ре амида никотиновой кислоты.

В клетках НАД – зависимые дегидрогеназы участвуют

в процессах переноса электронов от субстрата к О.

НАДФ – зависимые дегидрогеназы играют роль в процес –

сах биосинтеза. Поэтому коферменты НАД и НАДФ

отличаются по внутриклеточной локализации: НАД

концентрируется в митохондриях, а большая часть НАДФ

находится в цитоплазме.

Строение ФАД и ФМН.

ФАД и ФМН являются простетическими группами флавиновых ферментов. Они очень прочно, в отличие от НАД и НАДФ, присоединяются к аллоферменту.

ФЛАВИНМОНОНУКЛЕОТИД (ФМН).

ФЛАВИНАЦЕТИЛДИНУКЛЕОТИД.

Активной частью молекулы ФАД и ФМН является изоаллоксадиновое кольцо рибофлавин, к атомам азота которого могут присоединятся 2 атома водорода.

Недостаточное содержание в пище никотиновой кислоты (рис. 10-6) вызывает у людей заболевание, которое называется пеллагрой (от итальянского слова, означающего «шершавая кожа»). Пеллагра распространена во многих районах мира, где люди питаются в основном кукурузой и едят мало мяса, молока и яиц. В целях профилактики и лечения пеллагры можно использовать как никотиновую кислоту, так и ее амидникотинамид. Чтобы кому-нибудь не пришла в голову мысль о возможности употребления в пищу табака как источника этого витамина, никотиновой кислоте было дано другое (условное) название - ниацин.

Никотинамид-компонент двух близких по структуре коферментов-никотинамидадениндинуклеотида (NAD) и никотинамидадениндинуклеотид фосфата (NADP). Строение этих коферментов показано на рис. 10-6. NADP отличается от NAD наличием в молекуле фосфатной группы. Эти коферменты могут находиться как в окисленной так и в восстановленной (NADH и NADPH) формах. Никотинамидный компонент этих коферментов играет роль промежуточного переносчика гидрид-иона, который ферментативно отщепляется от молекулы субстрата под действием специфических дегидрогеназ (рис. 10-7). В качестве примера можно привести реакцию, катализируемую малатдегидрогеназой, которая дегидрирует малат, превращая его в оксалоацетат; эта реакция представляет собой один из этапов окисления углеводов и жирных кислот. Малатдегидрогеназа катализирует также обратимый перенос гидрид-иона от малата к в результате чего образуется NADH; второй атом водорода отщепляется от гидроксильной группы молекулы малата в виде свободного иона

Известно большое число дегидрогеназ такого типа, из которых каждая обладает специфичностью по отношению к какому-нибудь определенному субстрату. Одни из этих ферментов используют в качестве кофермента другие - а третьи могут функционировать с любым из этих двух коферментов.

Рис. 10-7. Общее уравнение, показывающее, как действует в качестве кофермента в реакциях ферментативного дегидрирования. Молекула субстрата и продукты реакции выделены красным цветом. Изображена только иикотинамидная часть молекулы остальная же ее часть обозначена буквой R.

У большинства дегидрогеназ NAD (или NADP) связывается с белковой частью фермента только во время каталитического цикла, однако известны и такие ферменты, с которыми эти коферменты связаны очень прочно и постоянно присутствуют в активном центре.

Коферменты в каталитических реакциях осуществляют транспорт различных групп атомов, электронов или протонов. Коферменты связываются с ферментами:

Ковалентными связями;

Ионными связями;

Гидрофобными взаимодействиями и т.д.

Один кофермент может быть коферментом для нескольких ферментов. Многие коферменты являются полифункциональными (например, НАД, ПФ). В зависимости от апофермента зависит специфичность холофермента.

Все коферменты делят на две большие группы: витаминные и невитаминные.

Коферменты витаминной природы – производные витаминов или химические модификации витаминов.

1 группа: тиаминовые – производные витамина В1 . Сюда относят:

Тиаминмонофосфат (ТМФ);

Тиаминдифосфат (ТДФ) или тиаминпирофосфат (ТПФ) или кокарбоксилаза;

Тиаминтрифосфат (ТТФ).

ТПФ имеет наибольшее биологическое значение. Входит в состав декарбоксилазы кетокислот: ПВК, a-кетоглутаровая кислота. Этот фермент катализирует отщепление СО 2 .

Кокарбоксилаза участвует в транскетолазной реакции из пентозофосфатного цикла.

2 группа: флавиновые коферменты, производные витамина В2 . Сюда относят:

- флавинмононуклеотид (ФМН) ;

- флавинадениндинуклеотид (ФАД) .

Ребитол и изоалоксазин образуют витамин В2. Витамин В2 и остаток фосфорной к-ты образуют ФМН. ФМН в соединении с АМФ образуют ФАД.

[рис. изоалоксазиновое кольцо соединено с ребитолом, ребитол с фосфорной к-той, а фосфорная к-та – с АМФ]

ФАД и ФМН являются коферментами дегидрогеназ. Эти ферменты катализируют отщепление от субстрата водорода, т.е. участвуют в реакциях окисления–восстановления. Например СДГ – сукцинатдегидрогеназа – катализирует превращение янтарной к-ты в фумаровую. Это ФАД-зависимый фермент. [рис. COOH-CH 2 -CH 2 -COOH® (над стрелкой – СДГ, под – ФАД и ФАДН 2) COOH-CH=CH-COOH]. Флавиновые ферменты (флавинзависимые ДГ) содержат ФАД, который в них является первоисточником протонов и электронов. В процессе хим. реакций ФАД превращается в ФАДН 2 . Рабочей частью ФАД является 2 кольцо изоалоксазина; в процессе хим. реакции идет присоединение двух атомов водорода к азотам и перегруппировка двойных связей в кольцах.

3 группа: пантотеновые коферменты, производные витамина В3 – пантотеновой кислоты. Входят в состав кофермента А, НS-КоА. Этот кофермент А является коферментом ацилтрансфераз, вместе с которой переносит различные группировки с одной молекулы на другую.

4 группа: никотинамидные, производные витамина РР - никотинамида :

Представители:

Никотинамидадениндинуклеотид (НАД);

Никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ).

Коферменты НАД и НАДФ являются коферментами дегидрогеназ (НАДФ-зависимых ферментов), например малатДГ, изоцитратДГ, лактатДГ. Участвуют в процессах дегидрирования и в окислительно-восстановительных реакциях. При этом НАД присоединяет два протона и два электрона, и образуется НАДН2.

Рис. рабочей группы НАД и НАДФ: рисунок витамина РР, к которому присоединяется один атом Н и в результате происходит перегруппировка двойных связей. Рисуется новая конфигурация витамина РР + Н + ]

5 группа: пиридоксиновые, производные витамина В6 . [рис. пиридоксаля. Пиридоксаль+ фосфорная к-та= пиридоксальфосфат]

- пиридоксин ;

- пиридоксаль ;

- пиридоксамин .

Эти формы взаимопревращаются в процессе реакций. При взаимодействии пиридоксаля с фосфорной кислотой получается пиридоксальфосфат (ПФ).

ПФ является коферментом аминотрансфераз, осуществляет перенос аминогруппы от АК на кетокислоту – реакция переаминирования . Также производные витамина В6 входят как коферменты в состав декарбоксилаз АК.

Коферменты невитаминной природы – вещества, которые образуются в процессе метаболизма.

1) Нуклеотиды – УТФ, УДФ, ТТФ и т.д. УДФ-глюкоза вступает в синтез гликогена. УДФ-гиалуроновая к-та используется для обезвреживания различных веществ в трансверных реакциях (глюкоуронил трансфераза).

2) Производные порфирина (гем): каталаза, пероксидаза, цитохромы и т.д.

3) Пептиды . Глутатион – это трипептид (ГЛУ-ЦИС-ГЛИ), он участвует в о-в реакциях, является коферментом оксидоредуктаз (глутатионпероксидаза, глутатионредуктаза). 2GSH«(над стрелкой 2Н) G-S-S-G. GSH является восстановленной формой глутатиона, а G-S-S-G – окисленной.

4) Ионы металлов , например Zn 2+ входит в состав фермента АлДГ (алкогольдегидрогеназы), Cu 2+ - амилазы, Mg 2+ - АТФ-азы (например, миозиновой АТФ-азы).

Могут участвовать в:

Присоединении субстратного комплекса фермента;

В катализе;

Стабилизация оптимальной конформации активного центра фермента;

Стабилизация четвертичной структуры.

НАДН – основа энергии и жизни

В обычном смысле биологическую жизнь можно определить как способность генерировать энергию внутри клетки. Эта энергия – макроэргические фосфатные связи химических веществ, синтезируемые в организме. Наиболее важными макроэргическими соединениями являются аденозинтрифосфат (АТФ), гуанозинтрифосфат (ГТФ), креатинфосфорная кислота, никотинамиддинуклеотид фосфат (НАД(Н) и НАДФ(Н)), фосфорилированные углеводы.

Никотинамид-аденин-динуклеотид (НАДН, NADН) – кофермент, присутствующий во всех живых клетках, входит в состав ферментов группы дегидрогеназ, катализирующих окислительно-восстановительные реакции; выполняет функцию переносчика электронов и водорода, которые принимает от окисляемых веществ. Восстановленная форма (NADH) способна переносить их на другие вещества.

Как повысить работоспособность

Что такое NADH? Многие её называют “аббревиатурой жизни”. И это действительно так. NADH (коэнзим никотинамидадениндинуклеотид) содержится во всех живых клетках и является жизненно необходимым элементом, при помощи которого внутри клеток вырабатывается энергия. NADH участвует в выработке АТФ (АТР). НАД(Н), как универсальная молекула энергии, в отличие от АТФ, постоянно может разгружать митохондрии от избыточного накопления лактата в сторону образования из него пирувата, за счёт стимуляции пируватдегидрогеназного комплекса, который чувствительный именно к отношению НАД(Н)/НАД.

Синдром хронической усталости: фокус на митохондрии

Ряд клинических исследований показал эффективность препаратов НАДН при СХУ. Суточная доза составляла обычно 50 мг. Наиболее сильный эффект наступал после 2-4 недель лечения. Утомляемость снижалась на 37-52 %. Кроме того, улучшался такой объективный когнитивный параметр, как концентрация внимания.

НАДН в лечении синдрома хронической усталости

НАДН (кофермент витамина В3), присутствующий во всех живых клетках, входит в состав ферментов группы дегидрогеназ, катализирующих окислительно-восстановительные реакции; выполняет функцию переносчика электронов и водорода, которые принимает от окисляемых веществ. Является резервным источником энергии в клетках. Он принимает участие практически во всех реакциях образования энергии, обеспечивая дыхание клеток. Воздействуя на соответствующие процессы в мозгу ко-фермент витамина В3, может предупреждать гибель нервных клеток при гипоксии или возрастных изменениях. Принимает участие в процессах детоксикации в печени. В последнее время установлено его свойство блокировать лактатдегидрогеназу и, тем самым, ограничивать ишемическое и/или гипоксическое повреждение миокарада. Исследования эффективности орального применения при лечении синдрома хронической усталости подтвердили его активизирующее влияние на состояние людей.

НАДН в спорте и медицине: обзор иностранной литературы

О НАДН (никотинамидадениндинуклеотидфосфате) мы писали в предыдущих статьях. Сейчас мы хотим предоставить информацию с англоязычных источников, о роли и значении этого вещества в обмене энергии в организме, его влиянии на нервную систему, и роли в развитии ряда патологических ситуаций и перспективах применения в медицине и спорте. (Скачать монографию о НАДН).

Herbalife Quickspark CoEnzyme 1 (NADH) ATP Energy

Natural Energy at a Cellular Level

Quickspark is a product of the company Herbalife. It is a stable form of Vitamin B3 CoEnzyme1. CoEnzyme1 was found in 1906 in Austria by a scientist called Professor George Birkmayer. CoEnzyme1 was developed for medical purposes and used in the second world war.

NADH (Enada)

Nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) is a substance that helps the functionality of enzymes in the body. NADH plays a role in the production of energy and helps produce L-dopa, which the body turns into the neurotransmitter dopamine. NADH is being evaluated for many conditions and may be helpful for enhancing mental functionality and memory.

Коферменты ФМН (РММ) и ФАД (РАО)

Биологическая роль флавиновых ферментов заключается в том, что они катализируют аэробные окислительно-восстановительные реакции в живых системах, например, окисляют восстановительные коферменты – НАД Н 2 , НАДФ Н 2 , несущие Н 2 в дыхательной цепи.

Тиоловые коферменты

К тиоловым коферментам относится кофермент ацилирования (КоА, СоА, НSСоА), биологическая роль которого заключается в переносе ацильных группировок. Если КоА переносит ацетил (СН 3 СО–), то он называется коферментом ацетилирования. В состав КоА входит ви­тамин В 3 (пантотеновая кислота):

Ацильные группы переносятся КоА за счет сложноэфирной связи кофермента А с тиоловой группой –SН.

Биологическая роль кофермента ацетилирования заключается в том, что он является:

1) ключевым веществом промежуточного метаболизма, переносчиком групп СН 3 СО–, которые вступают в цикл Кребса для окис­ления до Н 2 О и СО 2 и генерации энергии;

2) коферментом, участвующим в биосинтезе и распаде жирных кислот до аминокислот.

РАЗДЕЛ 4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФЕРМЕНТОВ

Ферменты – это высокомолекулярные соединения, амфотерные электролиты, характерными свойствами которых являются:

Гидрофильность;

Высаливание;

Денатурация;

Свойства коллоидных систем;

Оптимум рН;

Температурный оптимум;

Высокая специфичность действия;

Активация и ингибирование ферментов.

Влияние температуры на активность ферментов

Ддя ферментативных реакций справедливо правило Вант-Гоффа: с повышением температуры на 10 °С скорость реакции возрастает в 2–4 раза:

,

где V t2 – скорость при температуре t2; V t1 – скорость при температуре t1; Δt= t2 – t1; γ = 2–4 – температурный коэффициент.

Данная зависимость сохраняется до определенного температур­ного уровня – температурного оптимума. Для большинства фермен­тов температурный оптимум находится в диапазоне 35...45 °С. Повы­шение температуры выше оптимума приводит к снижению активности фермента, при t > 70 °С фермент инактивируется, т. е. теряет биоло­гическую активность. Так как фермент является белком, то при по­вышении температуры происходит его денатурация, меняется струк­тура активного центра, в результате фермент не может реагировать с субстратом. Исключением являются миокиназа, которая проявляет активность при 100 °С, и каталаза, активная при 0 °С.

Оптимум рН

Ферменты проявляют максимальную активность при оптималь­ном физиологическом диапазоне рН (см. приложение). Например, оптимум рН для сахаразы – 6,2, для пепсина – 1,5–2,5.

Обратимость действия

Некоторые ферменты могут катализировать прямую и обрат­ную реакции.

Специфичность (избирательность) действия

Фермент может катализировать одну или несколько близких по природе химических реакций. В основе специфичности лежит гипоте­за Э. Фишера: строгое соответствие структуры субстрата и активного центра, как ключ к замку.

Специфичность может быть относительной и абсолютной. Относительная специфичность характерна для ферментов, дей­ствующих на определенный тип связи. К ферментам с относительной специфичностью относятся эстеразы (гидролиз по местоположению эфир­ных связей) и протеиназы (гидролиз пептидной связи).

Абсолютная специфичность (абсолютная избирательность) заключается в том, что фермент катализирует превращение только одного субстрата конкретной структуры.

Например:

Сахараза Сахароза

Аргиназа Аргинин

К абсолютной специфичности относится и стереохимическая специ­фичность, т. е. воздействие фермента на определенный стереоизомер.

Активация фермента. Активаторы. Ингибирование. Ингибиторы

Активацией называется увеличение активности ферментов, ак­тиваторами – вещества, повышающие активность ферментов.

Активаторами могут быть ионы металлов (Na + , К + , Мg 2+).

Одним из видов процесса активации является процесс самоак­тивации ферментов. Ферменты имеют проферменты (зимогены) –неактивные формы ферментов, когда активный центр замаскирован дополнительным участком пептидной цепи, в результате чего суб­страт не может подойти к активному центру. Превращение зимогена в активный фермент в результате удаления участка пептидной цепи и освобождения активного центра называется самоактивацией.

Понижение скорости ферментативной реакции под воздействием ингибиторов называется ингибированием, соответственно ингибиторы –это вещества, которые угнетают действие ферментов. Ингибиторами яв­ляются ионы тяжелых металлов, кислоты, щелочи, спирты и др.

Ингибирование может быть как обратимым, так и необратимым.

При необратимом ингибировании фермент теряет свою актив­ность полностью в связи с разрушением структуры (денатурацией). К ингибиторам относятся денатурирующие физические и химические факторы.

Обратимое ингибирование – это обратимое взаимодействие фер­мента с субстратом. Обратимое ингибирование может быть конку­рентным и неконкурентным.

При конкурентном обратимом ингибировании происходит "кон­куренция" между субстратом и ингибитором за взаимодействие с активным центром фермента.

Субстрат и ингибиторы – структурные аналоги. Ингибитор (У), конкурируя с субстратом (S), образует с ферментом (Е) ингибиторно-ферментный комплекс (ЕУ):

Е + S + У ↔ ЕУ + S

ннгибнторно-

ферментный

комплекс

Неконкурентное, или аллостерическое (от греч. allos – другой), Ингибирование основано на том, что ингибитор не является структур­ным аналогом субстрата и соединяется не с активным, а с аллостерическим центром, в результате чего происходит изменение структуры фермента, и активный центр не может присоединить субстрат.

Важную роль в регуляции действия ферментов играет их компартментация, т. е. локализация в субклеточных структурах.

Похожие статьи