Автор текста – Анисимова Елена Сергеевна.
Авторские права защищены. Продавать текст нельзя.
Курсив не зубрить.
Замечания можно присылать по почте: exam_bch@mail.ru
https://vk.com/bch_5
Параграф учебника по биохимии 20.2
«Виды оксидоредуктаз».
см. п.3.
См. таблицу в файле «20.2 Таблица оксидоредуктазы».
Определение.
Оксидоредуктазы – это класс ферментов, которые катализируют окислительно-восстановительные реакции.
Основные группы (не только подклассы) оксидоредуктаз:
дегидрогеназы, оксидазы, оксигеназы,
редуктазы, цитохромы и антиокислительные ферменты.
Что такое окисление и восстановление.
Окисление – это отщепление электрона,
а восстановление – это присоединение электрона.
Окисление и восстановления всегда сопряжены, то есть связаны,
потому что если одно вещество теряет электрон
и при этом окисляется,
то другое вещество этот электрон приобретает
и при этом восстанавливается.
При восстановлении органических субстратов
электроны часто присоединяются в составе атомов водорода
(каждый из которых состоит из одного электрона и одного протона),
источником которых является НАДФН,
который получает атомы водорода в ПФП (п.35).
При окислении органических субстратов
электроны отщепляются обычно в составе атомов водорода,
которые переносятся на кофермент (НАД и др.) или кислород.
Присоединение атомов кислорода
тоже является окислением органического субстрата,
поскольку присоединившиеся атомы кислорода притягивают к себе электронную плотность тех атомов, в которым они присоединились.
1. Д Е Г И Д Р О Г Е Н А З Ы
катализируют реакции дегидрирования,
то есть отщепления атомов водорода (Н).
При этом водород
(2 атома водорода, состоящие из 2 протонов и 2 электронов)
отщепляется от органического субстрата (R)
и переносится на кофермент (на КоФ – НАД+, ФАД или НАДФ+).
Формулируя короче – дегидрогеназы переносят 2 атома водорода
от субстрата на кофермент.
Субстрат до отщепления от него пары атомов водорода
называется восстановленным субстратом
и обозначается так – RН2;
где Н – это атомы водорода, которые будут отщепляться,
а R – это остальные атомы молекулы субстрата.
Субстрат после отщепления от него пары атомов водорода
обозначается так – R
и называется окисленным.
Кофермент, получающий атомы водорода,
до их присоединения обозначается как КоФ,
а после присоединения двух Н обозначается как КоФН2.
Поскольку при отщеплении атомов водорода
вещество теряет вместе с водородом
входящие в состав водорода электроны,
а потеря электронов называется окислением,
то RН2 – более восстановленное вещество, чем R,
а КоФН2 – более восстановленное вещество, чем КоФ.
Поэтому RН2 называют восстановленным субстратом,
а R – окисленным субстратом.
КоФ2 называют восстановленным коферментом
(восстановленной формой кофермента),
а КоФ – окисленным коферментом
(окисленной формой кофермента).
Схема реакции, которая катализируется дегидрогеназами,
может быть представлена в таком виде:
Где RH2 – это восстановленный субстрат
(органический субстрат до отщепления водорода),
КоФ – окисленный кофермент
(кофермент до присоединения к нему отщепленного от субстрата водорода),
R – окисленный субстрат
(органический субстрат после отщепления от него водорода),
КоФН2 – восстановленный кофермент
(кофермент после присоединения к нему отщепленного от субстрата водорода).
Коферменты, которые участвуют в работе дегидрогеназ:
НАД+, ФАД и НАДФ+.
НАД+, ФАД и НАДФ+ – это обозначения окисленных форм коферментов,
а НАДН,Н+, ФАДН2 и НАДФН,Н+ – это обозначения восстановленных форм коферментов.
НАДН, Н+ и ФАДН2 переносят водород
от субстратов в ДЦ (для выработки АТФ),
а НАДФН, Н+ переносит водород от метаболитов ПФП не в ДЦ,
а в реакции,
катализируемые редуктазами и гидроксилазами.
Дегидрогеназы катализируют реакции
процессов окислительного катаболизма.
См. п.32, 45, 65.
2. О К С И Д А З Ы
катализируют дегидрирование,
при котором водород, отщепленный от субстрата, присоединяется к кислороду (О2).
Формулируя короче – дегидрогеназы переносят 2 атома водорода
от субстрата на кислород.
Схема реакции, которая катализируется оксидазами,
может быть представлена в таком виде:
RH2 + О2 ; R + Н2О2.
Где RH2 – это восстановленный субстрат,
R – окисленный субстрат
(органический субстрат после отщепления от него водорода).
Кислород в результате этой реакции восстанавливается.
Для работы оксидоредуктаз нужен кофермент ФАД
и витамин В2 в составе ФАД.
Основные примеры оксидаз –
это ксантин/оксидаза (КсО) в п.71
и моноамин/оксидаза (МАО) в п.105.
КсО участвует в катаболизме пуринов
(аденина и гуанина,
но субстраты КсО – гипоксантин и ксантин;
под действием КсО гипоксантин превращается в ксантин,
а ксантин – в мочевую кислоту).
МАО участвует в окислении аминов (адреналина, например).
Ингибиторы КсО применяются для снижения выработки уратов (см. гипер/урикемии),
а ингибиторы МАО применяются в качестве антидепрессантов.
Оксидазы участвуют в реакциях свободного окисления – п.26.
Сходство и отличия дегидрогеназ и оксидаз:
сходство в том, что катализируют отщепление водорода (дегидрирование),
отличия в том, что
дегидрогеназы переносят отщеплённый от субстратов водород на коферменты,
а оксидазы – на кислород (окси).
катализируют включение в молекулу органического субстрата
атомов кислорода, источником которых является О2.
Атомы кислорода включаются
между атомом водорода органического субстрата
и атомом углерода субстрата,
поэтому молекула органического субстрата
до включения в нее атомов кислорода оксигеназами обозначается так – RН,
а после включения атомов кислорода –
либо R-О-О-Н (если включены оба атома О2),
либо R-О-Н (если включен один атом О2).
3.1). Оксигеназы, которые включают в молекулу субстрата
оба атома кислорода,
называются ДИоксигеназами;
схему реакции можно записать так:
Продукт реакции (R-О-О-Н)
называется органической перекисью.
RООН – более окисленное вещество, чем RН,
то есть окисляется органический субстрат,
а восстанавливается кислород.
3.2). Оксигеназы, которые включают в молекулу органического субстрата
только один атом кислорода,
называются МОНОоксигеназами или гидроксилазами.
Второй атом кислорода молекулы кислорода
соединяется с двумя атомами водорода, образуя молекулу воды;
источником атомов водорода в этом случае является кофермент –
либо НАДФН, либо аскорбат.
Схему реакции можно записать так:
RH + О2 + КоФН2 ; R-О-Н + КоФ + Н2О.
RН – это субстрат, в который должен включиться атом кислорода,
R-О-Н – это субстрат со включенным в него атомом кислорода,
О2 – это источник атомов кислорода,
КоФН2 – это источник атомов водорода.
Субстрат RН – более восстановленный по сравнению с RОН.
В реакции окисляются RН и КоФН2,
а восстанавливается кислород.
-ОН – это спиртовая (гидроксильная) группа,
а RОН – это спирт.
Из-за того, что при действии монооксигеназ
образуется гидроксильная группа,
у них есть синоним – гидроксилазы. (Не путать с гидролазами.)
Нужно уметь написать реакции,
которые катализируют фенилаланин/гидроксилаза
и тирозин/гидроксилаза (п.105 и 68).
И знать значение этих реакций.
Оксигеназы (как и оксигеназы),
участвуют в процессах свободного окисления.
Участвуют в метаболизме ксенобиотиков,
в обмене многих гормонов,
в образовании коллагена.
катализируют присоединение водорода
к органическому субстрату,
при этом источником атомов водорода является НАДФН.
Другой вариант определения –
редуктазы катализируют перенос водорода
от кофермента на органический субстрат.
Действие редуктаз противоположно действию дегидрогеназ.
При получении водорода субстрат восстанавливается,
поэтому редуктазы можно считать восстановителями субстратов.
Схема реакций, которые катализируются редуктазами:
Здесь R – органический субстрат до присоединения водорода,
RН2 – органический субстрат после присоединения к нему атомов водорода,
КоФ2 – восстановленная форма кофермента (источник водорода),
КоФ – окисленная форма кофермента.
В этой реакции органический субстрат восстанавливается (приобретает водород),
а кофермент окисляется (теряет водород).
Редуктазы – основные ферменты восстановительных синтезов –
например, синтеза жирных кислот,
синтеза холестерина (ГМГ-КоА/редуктаза),
синтеза дезокси/рибонуклеотидов (рибонуклеотид/редуктаза).
А глутатион/редуктаза относится к антиокислительным ферментам – п.27.
5. Ц И Т О Х Р О М Ы
участвуют в реакциях изменения валентности металлов –
например, в присоединении электрона к иону железа Fe3+.
В результате ион железа Fe3+превращается в ион железа Fe2+
(восстановление иона железа).
Схема реакции: Fe3+ + е ; Fe2+.
Почему (3+) превращается в (2+) при присоединении электрона – потому что у электрона отрицательный заряд.
Получается (3+) + (1-) = (2+).)
В каких процессах встречаются цитохромы –
цитохромы катализируют ряд реакций дыхательной цепи – п.22;
нужно также помнить цитохром Р 450 – п.118.
6. А Н Т И О К И С Л И Т Е Л Ь Н Ы Е Ф Е Р М Е Н Т Ы .
См. п.27.
Это ферменты, которые участвуют в разрушении активных форм кислорода
и восстановлении окисленных ими веществ клетки
(органических перекисей).
Относятся к антиокислительной системе организма,
к которой также относятся низкомолекулярные антиоксиданты
(витамины А, Е, С и другие).
Благодаря этой системе организм дольше сохраняет молодость
и дольше не появляются такие болезни, как атеросклероз, катаракта и т.д..
Подробнее об антиокислительных ферментах сказано в ответе на вопрос № 27.
Примеры антиокислительных ферментов –
супероксид/дисмутаза,
глутатион/пероксидаза, глутатион/трансфераза,
глутатион/редуктаза, каталаза.
Реакции, катализируемые оксидоредуктазами,
можно разделить на группы –
к одной группе относятся оксидоредуктазы,
которые катализируют восстановление органических субстратов
(редуктазы = восстановители),
а к другой – оксидоредуктазы, которые катализируют
окисление органических субстратов (все, кроме редуктаз).
Оксидоредуктазы, которые катализируют реакции окисления органических субстратов,
можно разделить на три группы:
1) катализирующие отщепление водорода
(дегидрирование) дегидрогеназы и оксидазы,
2) катализирующие присоединение кислорода
(оксигенацию) оксигеназы,
3) катализирующие изменение валентности металлов цитохромы.
Как определить, какая форма субстрата более восстановленная,
а какая – более окисленная:
чем больше водорода в веществе,
тем более восстановлено вещество;
чем больше кислорода в веществе,
тем более окисленное вещество.
источник
Структурная формула, рациональное название и буквенное обозначение | Перенос | Тип |
2ē и 2Н + | П |
2ē и 2Н + | П |
ФМНи ФАД ковалентно связаны с ферментами. Активной группой обоих коферментов является флавин (изоаллоксазин), имеющий сопряженную систему из трех колец, которая может при восстановлении принимать два электрона и два протона.
В ФМН к флавину присоединен фосфорилированный спирт — рибит. ФАД состоит из ФМН, связанного с аденозинмонофосфатом (АМФ). Оба соединения являются функционально близкими коферментами.
2ē и 2Н + | П |
Влипоамиде функцию окислительно-восстановительного центра выполняет внутримолекулярный дисульфидный мостик. Липоевая кислота ковалентно связана с остатком лизина молекулы фермента.
Остаток липоевой кислоты прежде всего участвует в окислительном декарбоксилировании 2-кетокислот.
1ē | П |
Группагемаявляется окислительно-восстановительным коферментом в дыхательной цепи, фотосинтезе, а также в монооксигеназах и пероксидазах.
В отличие от гемоглобина в этих случаях ион железа меняет валентность.
Гем в цитохроме С, ковалентно связан с двумя остатками цистеина молекулы фермента.
2ē и 1Н + | P |
Коферменты НАД + иНАДФ + широко распространены как коферменты дегидрогеназ. Они переносят гидрид-ион(Н ‾ ) и действуют всегдав растворимой форме.
НАД + передает восстановительный эквивалент из катаболического пути в дыхательную цепь и тем самым участвует в энергетическом обмене. НАДФ + , напротив, является самым важным восстановителемпри биосинтезе.
2ē и 2Н + | Р |
Убихинонявляется переносчиком восстановительных эквивалентовв дыхательной цепи. При восстановлении хинон превращается в ароматический гидрохинон(убихинол).
Аналогичные системы хинон/гидрохинон принимают участие в реакциях фотосинтеза. К этому классу окислительно-восстановительных систем принадлежат также витамины Е и К.
Из сопоставления таблиц 1 и 2, видно, что такие витамины как рибофлавин, липоевая кислота, липоамид, никотиновая кислота и никотинамид являются предшественниками коферментов оксидоредуктаз.
Гем в чистом виде не применяется в медицинской практике из-за сложности его выделения и синтеза. В качестве препарата, содержащего гем, в медицине применяется препарат крови — «гематоген».
Хотя методы синтеза убихинонов разработаны, до настоящего времени окончательно не установлены пути их биосинтеза. Коферменты Q6–Q9 обнаружены в различных микроорганизмах, а кофермент Q10 в человеческом организме. Интересно отметить, что кофермент Q10 в последнее время нашел применение в косметологии.
Аскорбиновую кислоту также целесообразно отнести к растворимому коферменту, поскольку она принимает участие в реакциях окисления некоторых субстратов кислородом, главным образом в реакциях гидроксилирования. Из биохимических процессов с участием аскорбиновой кислоты следует отметить окисление тирозина, синтезы катехоламинов и желчных кислот. Она является коферментом фермента проколлагенпролин-4-диоксигеназы, катализирующего окисление остатков пролина, входящих в структуру проколлагена, до 4-гидроксипролина в процессе созревания коллагена (Аминокислоты и полипептиды: учеб. пособ. Ч. I./ В.А. Смирнов, Ю.Н. Климочкин. – Самара. Самар. гос. техн. ун-т., 2007, стр.10).
В таблице 3 приведены структурные формулы, названия и буквенные обозначения коферментов, участвующих в реакциях переноса функциональных групп, а также соответствующие ферменты и переносимые ими группы.
Последнее изменение этой страницы: 2017-01-24; Нарушение авторского права страницы
источник
Общая характеристика класса оксидоредуктаз. Коферменты и простеические группы оксидоредуктаз. Привести конкретные примеры метаболических реакций с участием дегидрогеназ и оксидаз.
Оксидоредуктазы — Ферменты этого класса катализируют окислительно-восстановительные реакции, лежащие в основе биологического окисления. Класс насчитывает 22 подкласса. Коферментами этого класса являются НАД,НАДФ, ФАД, ФМН, убихинон, глутатион, липоевая кислота.
Примером подклассов могут служить ферменты, действующие на СН-ОН-группу доноров, на СH-СН-группу доноров, на СН-NН2-группу доноров, на гемсодержащие доноры.
Если рассматривать все подклассы, то в них выделяются группы ферментов, действующие на:
1.1. CH-OH группу доноров;
1.2. альдегидную или кетоновую группу доноров;
1.3. CH-СH группу доноров;
1.4. CH-NH2 группу доноров;
1.5. CH-NН группу доноров;
1.6. НАДH или НАДФН в качестве доноров;
1.8. содержащие серу группы доноров;
1.9. гем-содержащие доноры;
1.10. дифенолы в качестве доноров;
1.11. пероксид водорода в качестве акцептора;
1.11. водород в качестве донора;
1.13. один донор с включением молекулярного кислорода;
1.14. два донора с включением молекулярного кислорода;
1.15. супероксидные радикалы в качестве акцептора;
1.17. СН2 группу доноров;
1.18. ферредоксин в качестве донора;
1.19. флаводоксин в качестве донора;
1.20. фосфор или мышьяк в качестве донора;
1.21. на вещества Х-Н и Y-Н с образованием X-Y-связи;
1.22. галоген в качестве донора;
1.97. другие оксидоредуктазы.
На подподклассы деление производится в зависимости от акцептора – НАД+ или НАДФ+ (1.1.1., 1.2.1., 1.3.1., 1.4.1.), дисульфиды (1.2.4.), кислород (1.3.3.). Например, каталаза (КФ 1.11.1.6), пероксидаза (КФ 1.11.1.7).
Наиболее распространены следующие рабочие названияоксидоредуктаз:
1. Дегидрогеназы – оксидоредуктазы, катализирующие дегидрирование субстрата с использованием в качестве акцептора водорода любых молекул, кроме кислорода.
2. Если перенос водорода от молекулы донора трудно доказуем, то такие оксидоредуктазы называют редуктазами.
3. Оксидазы – оксидоредуктазы, катализирующие окисление субстратов с молекулярным кислородом в качестве акцептора электронов без включения кислорода в молекулу субстрата.
4. Монооксигеназы – оксидоредуктазы, катализирующие внедрение одного атома кислорода в молекулу субстрата с молекулярным кислородом в качестве донора кислорода.
5. Диоксигеназы – оксидоредуктазы, катализирующие внедрение 2 атомов кислорода в молекулу субстрата с молекулярным кислородом в качестве донора кислорода.
6. Пероксидазы – оксидоредуктазы, катализирующие реакции с пероксидом водорода в качестве акцептора электронов.
Характеристика фермента
Систематическое название | Сукцинат:ФАД-оксидоредуктаза |
Рабочее название | Сукцинатдегидрогеназа |
Класс | 1. Оксидоредуктазы |
Подкласс | 1.3. Действующие на СН-СН-группу доноров |
Подподкласс | 1.3.99. с ФАД + в качестве акцептора |
Кофакторы | Флавинадениндинуклеотид |
Характеристика фермента
Систематическое название | Фенилаланин.Тетрагидробиоптерин:кислород-оксидоредуктаза |
Рабочее название | Фенилаланин-4-монооксигеназа Фенилаланин-гидроксилаза |
Класс | 1. Оксидоредуктазы |
Кофакторы | Тетрагидробиоптерин. Железо. |
Общая характеристика класса трансфераз. Коферметны трансфераз. Привести конкретные примеры метаболических реакций с участием трансфераз. Диагностическое значение определения аминотрансфераз в сыворотке крови.
Трансферазы катализируют реакции переноса различных групп от одного субстрата (донор) к другому (акцептор), участвуют в реакциях взаимопревращения различных веществ, обезвреживания природных и чужеродных соединений. Коферментами являются пиридоксальфосфат, коэнзим А, тетрагидрофолиевая кислота, метилкобаламин. Класс подразделяется на 9 подклассов в зависимости от строения переносимых групп.
Примером подклассов являются ферменты, переносящие одноуглеродные фрагменты, альдегидные или кетоостатки, ацильные остатки, азотсодержащие группы, фосфорсодержащие группы.
Если рассматривать все подклассы, то в них выделяются группы ферментов в зависимости от состава переносимой группы
2.1. переносящие одноуглеродные фрагменты;
2.2. переносящие альдегидные и кетогруппы;
2.3. переносящие ацильные группы;
2.4. переносящие гликозильные группы;
2.5. переносящие неметильные алкильные и арильные группы;
2.6. переносящие азотсодержащие группы;
2.7. переносящие фосфорсодержащие группы.
2.8. переносящие сульфосодержащие группы;
2.9. переносящие селенсодержащие группы.
Часто встречается рабочее название трансфераз – киназы. Это трансферазы, катализирующие перенос фосфата от АТФ на субстрат (моносахариды, белки и др), т.е. фосфотрансферазы.
Систематическое название образуется:
Донор группы : акцептор группы – переносимая группа трансфераза.
Характеристика фермента
Систематическое название | АТФ:D-гексоза-6-фосфотрансфераза |
Рабочее название | Гексокиназа |
Класс | 2. Трансферазы |
Кофакторы | Магний |
Характеристика фермента
Систематическое название | L-Аспартат:2-оксоглутарат-аминотрансфераза |
Рабочее название | Аспартатаминотрансфераза |
Класс | 2. Трансферазы |
Кофактор | Пиридоксальфосфат |
Аминотрансферазы (трансаминазы) — ферменты, катализирующие межмолекулярный перенос аминогруппы от соответствующих аминокислот на a‑кетокислоты (2‑оксокислоты) с образованием новых кето- и аминокислот без образования свободного аммиака, в качестве кофермента используется витамин В6 (пиридоксин). Эти ферменты играют центральную роль в обмене белков, осуществляя окислительное дезаминирование аминокислот опосредованно через глутаминовую кислоту. Образующаяся глутаминовая кислота дезаминируется глутаматдегидрогеназой с освобождением свободного аммиака и 2‑оксоглутаровой кислоты.
В организме наибольшее значение имеют две аминотрансферазы: аспартатаминотрансфераза (АСТ или АсАТ) и аланинаминотрансфераза (АЛТ или АлАТ). В клинической практике чаще всего определяют именно активность этих двух ферментов. Реакции, катализируемые этими ферментами:
2-Оксоглутарат + Аспартат ↔ Глутамат + Оксалоацетат
2-Оксоглутарат + Аланин ↔ Глутамат + Пируват
Наибольшая активность АСТ обнаружена в миокарде, затем в порядке убывания в печени, скелетных мышцах, головном мозге, почках. Активность фермента в миокарде в 10000 раз выше, чем в сыворотке крови. Активность АЛТ максимальна в печени, среди других органов убывает в последовательности: поджелудочная железа, сердце, скелетные мышцы, селезенка, легкие. Избирательная тканевая локализация позволяет считать трансаминазы маркерными ферментами: АСТ для миокарда, АЛТ для печени. Соотношение активности аминотрансфераз позволяет судить о глубине повреждения клеток: АЛТ преимущественно локализована в цитоплазме, АСТ — в цитоплазме и в митохондриях.
Определение активности АСТ и АЛТ является чувствительным тестом для диагностики инфаркта миокарда, который не выявляется на ЭКГ, активность АСТ возрастает через 4‑6 часов от начала ангинального приступа, спустя 24‑36 часов достигает максимума и нормализуется на 3‑7 день. Вторичное повышение свидетельствует о повторном инфаркте. Особенно важное значение имеет определение активности аминотрансфераз для диагностики заболеваний печени. Некроз или повреждение печеночных клеток любой этиологии (острый и обострения хронического гепатита, холестатическая и обтурационная желтуха, лекарственно-индуцированное поражение) сопровождаются повышением активности обоих ферментов, преимущественно АЛТ, коэффициент де Ритиса = АСТ/АЛТ
Дата добавления: 2018-08-06 ; просмотров: 672 ; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ
источник
Никотинамиддинуклеотид ( НАД + ), никотинамидинуклеотидфосфат ( НАДФ + )
Динуклеотиды НАД + , НАДФ + были открыты в исследованиях всемирно известных биохимиков О.Г. Варбурга, Г. фон Эйлера, Ф. Шленка в 1935-1936 гг. Коферменты НАД + , НАДФ + состоят из двух нуклеотидов, образованных никотинамидом и аденином , связанных с рибофуранозой N-β-гликозидной связью
Оба нуклеотида связаны посредством ангидридной связи между двумя фосфатами – эта связь имеет характер макроэргической.
В организме человека известно более 150 ферментов оксидоредуктаз (дегидрогеназ )в составе которых находятся НАД + , НАДФ + . Биологические функции НАД + и НАДФ + имеют отличия: роль НАД + связана в большей степени с энергетическими процессами в клетке, а НАДФ + — с реакциями пластического обмена.
На рисунках представлены : окисленная форма кофермента НАД + и восстановленная форма кофермента НАДФН.
Сравните отличия в химическом строении пиридинового цикла окисленной и восстановленных форм, отметьте положение остатка фосфорной кислоты в НАДФН ( НАДФ + )
кофермент НАД + — окисленная форма
кофермент НАДФН — восстановленная форма Липоевая кислота Липоевая кислота , содержащая две тиольные группы, необходима для нормального прохождения реакций цикла Кребса во всех аэробных тканях организма, высокое соднржание отмечено в печени, миокарде, почках. Используют как лекарственный препарат в профилактических целях и при заболеваниях: атеросклерозе, гепатитах, диабете, ожирении. 8 7 6 1 СН2 – СН2 –СН – (СН2 )4– СООН 8 7 6 1 | | + ФАД СН2 – СН2 –СН – (СН2 )4– СООН SH SH | | S ——— S + ФАДН2Дигидролипоевая кислота Дегидролипоевая кислота восстановленная форма — окисленная форма — 6,8- димеркаптооктановая кислота циклический Аскорбиновая кислота (витамин С) |
Аскорбиновая кислота — лактон L- гулоновой кислоты, синтезируется in vivo из глюкозы в клетках животных и растений.(Лактон- это циклический сложный эфир). Человек, некоторые приматы и морские свинки потеряли способность синтезировать аскорбиновую кислоту. Бесцветные кристаллы, растворимые в воде, имеет резкий кислый вкус. Водный раствор имеет кислую среду, с величиной рН около 3. В восстановленной форме содержит две енольные гидроксигруппы, обладающие кислотными свойствами, но действует как одноосновная кислота. Значения рКа 4.04 и 11.1( одна группа- сильная кислота, сильнее уксусной, а другая очень слабая).
Существует в двух формах: восстановленной (АК) и окисленной (дегидроаскорбиновой кислотой, ДАК), которые обратимо переходят друг в друга в окислительно-восстановительных реакциях.
Дигидроаскорбиновая кислота Дегидроаскорбиновая кислота
АК вместе с ДАК образует окислительно-восстановительную пару с редокс-потенциалом +0,139
В растворе аскорбиновая кислота может окисляться кислородом воздуха, пероксидом водорода, перманганатом калия, железом(+3) и другими окислителями.
ДАК легко восстанавливается цистеином, глутатионом, сероводородом (реакции обратимы )
Аскорбиновая кислота является природным антиоксидантом, она подавляет реакции свободно-радикального окисления. : инактивирует активные формы кислорода О2• , Н2О2, НО • в водной фазе
При кулинарной обработке пищи в присутствии окислителей и кислорода воздуха часть витамина С разрушается.
В слабощелочной среде происходят разрушение лактонового кольца и потеря биологической активности. Одним из конечных продуктов обмена ДАК в организме является щавелевая кислота.
Суточная потребностьчеловека в витамине С составляет 50—75мг.
Источники витамина С — свежие фрукты, овощи, зелень
Содержание витамина С в продуктах
Дата добавления: 2014-01-07 ; Просмотров: 975 ; Нарушение авторских прав? ;
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
источник
Коферменты в каталитических реакциях осуществляют транспорт различных групп атомов, электронов или протонов. Коферменты связываются с ферментами:
— 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:
— тиаминдифосфат (ТДФ) или тиаминпирофосфат (ТПФ) или кокарбоксилаза;
ТПФ имеет наибольшее биологическое значение. Входит в состав декарбоксилазы кетокислот: ПВК, a-кетоглутаровая кислота. Этот фермент катализирует отщепление СО2.
Кокарбоксилаза участвует в транскетолазной реакции из пентозофосфатного цикла.
2 группа: флавиновые коферменты, производные витамина В2. Сюда относят:
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-CH2-CH2-COOH® (над стрелкой – СДГ, под – ФАД и ФАДН2) 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 ФАДН2. 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:
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]
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).
-присоединении субстратного комплекса фермента;
-стабилизация оптимальной конформации активного центра фермента;
источник
Коферменты в каталитических реакциях осуществляют транспорт различных групп атомов, электронов или протонов. Коферменты связываются с ферментами:
— 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:
— тиаминдифосфат (ТДФ) или тиаминпирофосфат (ТПФ) или кокарбоксилаза;
ТПФ имеет наибольшее биологическое значение. Входит в состав декарбоксилазы кетокислот: ПВК, a-кетоглутаровая кислота. Этот фермент катализирует отщепление СО2.
Кокарбоксилаза участвует в транскетолазной реакции из пентозофосфатного цикла.
2 группа: флавиновые коферменты, производные витамина В2. Сюда относят:
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-CH2-CH2-COOH® (над стрелкой – СДГ, под – ФАД и ФАДН2) 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 ФАДН2. 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:
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]
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).
-присоединении субстратного комплекса фермента;
-стабилизация оптимальной конформации активного центра фермента;
-стабилизация четвертичной структуры.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Лучшие изречения: Студент — человек, постоянно откладывающий неизбежность. 10503 — | 7309 — или читать все.
195.133.146.119 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.
Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно
источник
Оксидоредуктазы катализируют окислительно-восстановительные реакции.
При этом происходит перенос атомов водорода или но отдельности протонов и электронов. Схематично действие оксидоредуктаз можно описать уравнением:
Если S, — это нс кислород, то процесс анаэробный, а ферменты называют дегидрогеназами, если S, — кислород, то процесс аэробный, а ферменты в зависимости от условий называют оксидазами или оксигеназами.
Оксидоредуктазы — многочисленный класс ферментов. Их насчитывают более 500. Они являются двухкомпонентными. При такой большой численности оксидоредуктаз набор их кофсрментов довольно ограничен, а субстратная специфичность обусловлена строением белковой части фермента.
Международные названия строятся по принципу:
Наиболее распространены никотинамидные (пиридинзависимые) ко- ферменты. Такое название они получили благодаря амиду никотиновой кислоты (никотинамиду, он же витамин В5), в структуру которого входит гетероцикл пиридин. В составе кофермента есть также азотистое основание аденин и остатки рибозы, соединенные дифосфатной группировкой. Весь кофермент представляет собой объединение двух нуклеотидов. Поэтому полное название кофермента — никотинамидадеииндинуклеотид (НАД) или пикотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ).
Разница в строении обусловливает разную локализацию ферментов, содержащих НАД и НАДФ, и взаимодействие с различными субстратами.
Рис. 6.17. Строение коферментов:
В катализируемой реакции проявляет активность непосредственно амид никотиновой кислоты (рис. 6.18).
Рис. 6.18. Работа активного центра НАД и НАДФ
Более половины известных в настоящее время оксидоредуктаз содержат НАД или НАДФ в качестве кофермента.
Флавинзависимые оксидоредуктазы или флавопротеины. Их кофермен- тами являются флавинмононуклеотид (ФМН) (рис. 6.19) или флавинаде- ниндинуклеотид (ФАД) (рис. 6.20).
Активным центром этих коферментов является флавиновый комплекс, который получил свое название за желтый цвет (от греч. flavus — желтый). Как очевидно из рис. 6.21, флавиновые коферменты обратимо переносят атомы Н.
Большинство флавопротеипов — вторичные дегидрогеназы, по некоторые флавопротеины, особенно с ФАД в качестве кофермента, могут пепо-
Рис. 6.19. Структура ФМН
Рис. 6.20. Структура ФАД
Рис. 6.21. Работа активного центра ФАД и ФМН
средственно снимать атомы водорода с субстрата, т.е. являются первичными дегидрогеназами.
Коферментами оксидоредуктаз являются хиноны. В животных организмах — это убихинон (рис. 6.22), а в растительных — пластохинон. Другое их название — кофермент Q. В боковой ветви кофермента Q находятся повторяющиеся 6—10 раз остатки изопрена. Отсюда еще одно название — Ql0. Именно длинная боковая ветвь придает высокую гидрофобность этому ко- ферменту, благодаря чему он легко встраивается в липидный слой мембран.
Рис. 6.22. Участие KoQ. в окислительно-восстановительной реакции
Некоторые оксидоредуктазы в качестве простетической группы содержат липоевую кислоту, которая получила название за липофильные свойства — способность растворяться в органических соединениях и нерастворимость в воде, благодаря чему может легко проникать через различные биомембраны.
Роль липоевой кислоты важна в превращении ПВК в ацетил-КоА (см. рис. 6.13), т.е. в утилизации углеводов. Также липоевая кислота обладает выраженными антиоксидантными свойствами как в жирорастворимых, так и в водорастворимых средах, прерывая свободнорадикальные процессы.
Активную роль при этом играют тиольные (сульфгидрильпые) SH-rpyn- пы (рис. 6.23), поэтому липоевую кислоту относят также к группе тиоль- ных коферментов. Благодаря макроэргической связи, образуемой между атомом S и субстратом, липоевая кислота осуществляет еще и транспорные функции, т.е. входит в класс трансфераз.
К классу оксидоредуктаз относят цитохромы (от греч. cito — клетка, hro- mos — цвет). Из названия ясно, что это окрашенные соединения. По своей при-
Рис. 6.23. Перенос атомов Н липосвой кислотой
роде — это сложные белки хромопротеины. Небелковая часть цитохромов представляет собой гем (рис. 6.24), подобный гему в гемоглобине. Основу гема составляет порфиновое кольцо, которое образуется из четырех пиррольных циклов и метановых групп. В центре порфинового кольца находится атом железа. Поэтому цитохромы и подобные им структуры часто называют железопорфиринами.
Рис. 6.24. Гем и его структурные компоненты
В зависимости от строения гема все цитохромы делят на классы: А, В, С и D. В каждом классе выделяют индивидуальные цитохромы, которые различаются по составу белковой части. Индивидуальные цитохромы обозначают соответствующими латинскими буквами с индексом: av ft, и т.д. Другой способ обозначения индивидуальных цитохромов — указание в индексе характерной длины волны, при которой происходит поглощение в видимой области спектра.
Катион железа в цитохромах участвует в транспорте электронов и обратимо превращается из трехвалентного в двухвалентный (рис. 6.25).
Важной особенностью цитохромов является их способность агрегировать и образовывать цитохромную систему. Принимая электроны от субстрата или от других ферментов, цитохромы передают их по цепочке друг другу, осуществляя окислительно-восстановительные превращения (см. параграф 9.3).
Каталаза и пероксидаза также содержат гемовое железо (гемопротеины, железопорфирины), которое участвует в переносе электронов. Оба фермен-
Рис. 6.25. Схема участия цитохромов в окислительно-восстановительных процессах
та являются компонентами антиоксидантном системы организма и разлагают ядовитый пероксид водорода с образованием нескольких нетоксичных продуктов:
Оба фермента обнаружены в молоке. Содержание каталазы в молоке зависит от ряда зоотехнических факторов: рациона кормления, периода лактации, но, главным образом, от наличия воспалительных процессов в вымени, которые сопровождаются повышенным содержанием соматических клеток в молоке, что установлено по прямо пропорциональной зависимости между этими показателями. Поэтому высокое содержание каталазы в молоке обычно связано с той или иной формой мастита.
Каталаза молока наиболее активна в нейтральной среде (pH 7,0) при 38°С. При пастеризации каталаза разрушается, а если обнаруживается в пастеризованном молоке, то это каталаза бактериального происхождения.
Пероксидазу молока называют лактопероксидаза. Она связана с а-лакт- альбумином сывороточных белков молока и может составлять до 1% общего количества всех сывороточных белков, что намного больше, чем содержание других ферментов. Особенно высоким содержанием лактопероксидазы отличаются молозиво и маститное молоко. Это связано с тем, что данный фермент действует как компонент лактопероксидазной (антибактериальной) системы, уничтожающей патогенные микроорганизмы.
Наибольшую активность лактопероксидаза проявляет при pH 6,8. Она выщенляет из пероксида атомарный кислород и переносит его на легко окисляемые агенты (ароматические амины и кислоты, фенолы, >ТО2-ионы и тиоцианат). Многие из катализируемых лактоиероксидазой реакций сопровождаются изменением цвета, что используют в производственной практике как индикатор на наличие лактопероксидазы. Нагревание до 85°С в течение 10 с гарантированно ее инактивирует, поэтому тест на лактопе- роксидазу используют для контроля режимов температурной обработки молока и сливок.
К классу оксидоредуктаз относится ксаптипоксидаза, обнаруживаемая в молоке. Ее часто называют ферментом Шардингера, по фамилии первооткрывателя. Субстратами ксантиноксидазы являются ксантин, гипоксантин и альдегиды, а также нитраты (NO:3), которые восстанавливаются до нитритов (N02). Продуктами окисления ксантиноксидазы являются кислоты и супероксидные радикалы, поэтому ее относят к прооксидантам.
В организме человека и животных ксантиноксидаза завершает обмен пуриновых оснований образованием мочевой кислоты (рис. 6.26).
Этот фермент имеет олигомерную структуру, состоит из двух субъединиц. В активном центре каждой субъединицы находится кофермент ФАД. Кроме этого с молекулой ксантиноксидазы связаны четыре атома железа и один атом молибдена. Считается, что весь Мо молока входит в состав ксантиноксидазы, и дефицит этого минерала в рационе животных приводит к снижению активности ксантиноксидазы.
Рис. 6.26. Участие ксантиноксидазы в окислении ксантина
В молоке преимущественное количество ксантиноксидазы связано с белками оболочек жировых шариков, поэтому в первую очередь она усиливает процессы окислительной порчи молочного жира. Однако, пока ксантинок- сидаза связана с оболочками молочного жира, она малоактивна. Как только ксантиноксидаза становится свободной, ативность ее повышается. Это может произойти во многих технологических процессах, затрагивающих целостность оболочек жировых шариков молока.
Например, гомогенизация — процесс, требующий намеренного разрушения фосфолипидных оболочек шариков жира. Обычное резервирование молока при 4°С в течение 24 ч сопровождается кристаллизацией молочного жира, а следовательно, и частичным повреждением его оболочек. При нагреве до 70°С в течение 5 мин из таких жировых шариков происходит вытапливание некоторого количества свободного жира. Эти и другие операции, связанные с получением, хранением, транспортировкой и переработкой молока могут способствовать освобождению ксантиноксидазы и ее непосредственному контакту с молочным жиром. Поскольку этот фермент проявляет прооксидантиые свойства, он провоцирует увеличение окислительных процессов в продукте. По данным А. Тенела, молоко с признаками окислительной порчи содержит в 10 раз больше ксантиноксидазы, чем нормальное молоко.
Ферментом антиоксидантной защитной системы организма является супероксиддисмутаза (СОД), нейтрализующая ионы супероксида (О^), возникающие в различных окислительно-восстановительных процессах, в частности, при действии ксантиноксидазы. СОД разлагает их с образованием пероксида и молекулярного кислорода:
Хорошо изучена СОД крови крупного рогатого скота. Это димер, содержащий атомы Си и Zn, свободные SH-группы и одну S—S-связь. Предполагают, что СОД молока имеет идентичное строение. Установлено, что содержание СОД в молоке пропорционально содержанию ксантиноксидазы. Это свидетельствует о том, что СОД синтезируется для компенсации негативного действия ксантиноксидазы.
В молоке СОД сохраняет активность после нагревания до 71°С в течение 30 мин [261.
К классу оксидоредуктаз относятся гидроксилазы, которые катализируют присоединение только одного атома кислорода из его молекулы. Второй атом при этом идет на окисление восстановленных форм НАДН и НАДФН. Гидроксилазы очень активны в надпочечниках млекопитающих. С участием этих ферментов идут многие стадии синтеза стероидных гормонов (см. практический пример 1 в гл. 8).
источник
Название | Биохимия и ее задачи |
Анкор | Шпора по БХ.doc |
Дата | 17.02.2018 |
Размер | 1.3 Mb. |
Формат файла | |
Имя файла | Шпора по БХ.doc |
Тип | Документы #15625 |
страница | 4 из 28 |
Подборка по базе: Ерланкызы 10 биохимия.docx, Альтернативная биохимия.docx, логические задачи зака.docx, УПП 3 6 семак задачи.docx, цели и задачи государственной кадровой политики.docx, делопроизводство задачи.docx, Анннотация Биохимия ФВМ ВСЭ.docx, Ситуативные задачи по экологии.docx, Гастроэнтерология-Ситуационные задачи.doc, Трансф тесты задачи ответы.pdf. Коферменты в каталитических реакциях осуществляют транспорт различных групп атомов, электронов или протонов. Коферменты связываются с ферментами: — 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: — тиаминдифосфат (ТДФ) или тиаминпирофосфат (ТПФ) или кокарбоксилаза;
Кокарбоксилаза участвует в транскетолазной реакции из пентозофосфатного цикла. 2 группа: флавиновые коферменты, производные витамина В2. Сюда относят: 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]
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: 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] 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. 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). -стабилизация оптимальной конформации активного центра фермента; источник В настоящее время подробно изучено около 2000 ферментов. Как и белки, ферменты имеют сложную пространственную третичную и четвертичную структуру. Нативная (природная) структурная организация ферментов обеспечивает их каталитическую функцию. Нарушение ее под воздействием различных факторов приводит к потере активности ферментов. Ферменты подразделяют на простые и сложные. Простые ферменты состоят только из белка. Это многие ферменты пищеварительного тракта — амилаза, пепсин, трипсин. Сложные ферменты состоят из белковой части, которая называется апоферментом, и небелковой, которая называется кофактором. Молекулу сложного фермента часто называют холоферментом. Кофакторы, которые слабо связаны с белковой частью фермента, называются коферментами (коэнзимами). Кофермент может легко переходить от одного фермента к другому. Кофакторы, прочно связанные с белковой частью фермента, называются простетической группой. Кофакторами могут быть различные органические вещества и их комплексы, а также минеральные вещества. Многие из них термостабильны, но могут окисляться атмосферным кислородом. В организме человека ряд кофакторов не синтезируется, а поступает с продуктами питания. Их строение и участие в биологических процессах рассмотрено далее. В проявлении каталитической активности фермента принимает участие не вся его молекула, а только незначительная часть, которая называется активным центром. Активный центр — это часть молекулы фермента, которая взаимодействует с коферментом и субстратом и участвует в преобразовании вещества. Активный центр ферментов может быть образован несколькими функциональными группами отдельных аминокислот, расположенными в различных участках полипептидной цепи белка. Поэтому для проявления каталитической активности фермента важна его нативная структурная организация. При нарушении этой структуры изменяется активный центр, а значит, и активность фермента. Существуют ферменты, которые состоят из нескольких белковых молекул, т. е. имеют субъединичное строение. Они могут иметь несколько активных центров или единый центр, образованный при взаимодействии этих субъединиц. Кофакторы. Каталитическая активность сложных ферментов проявляется только в присутствии коферментов: Кофермент участвует в формировании активного центра фермента. Многие коферменты имеют сложное строение и включают витамины. Таким образом, регуляторное влияние витаминов на обмен веществ опосредовано через ферменты. Исходя из особенностей строения коферменты разделяют на две большие группы — витаминосодержащие и невитаминные Отдельные коферменты входят в состав продуктов повышенной биологической ценности, которые используются в практике спорта для улучшения механизмов энергообразования, ускорения процессов восстановления, специфического построения конституции тела, поэтому остановимся более подробно на их характеристике. Витаминосодержащие коферменты — никотинамидные, флавиновые, кофермент ацетилирования, тиаминпирофосфат, пиридоксалевые, кобаламидные и др. — различаются строением и выполняемыми функциями. Никотинамидные коферменты (НАД и НАДФ) в своем составе содержат витамин РР (никотинамид), флавиновые (ФМН и ФАД) — витамин В2 (рибофлавин). Это кофакторы ферментов дегидрогеназ, катализирующих процессы биологического окисления питательных веществ. Они играют роль акцепторов и переносчиков водорода: Кофермент ацетилирования (KoA-SH) содержит витамин В3 (пантотеновую кислоту), а также нуклеотид (АДФ) и р-меркаптоэтанол, содержащий SH-rpynny. Этот кофермент играет важную роль в обмене углеводов, липидов и белков. Он входит в состав ферментов, катализирующих пере-нос ацетильных остатков (СН3-СО-) в процессе распада углеводов и жир-ных кислот, а также синтеза жирных кислот, стероидов, ацетилхолина, превращения аминокислот. Тиаминпирофосфатный кофермент (ТПФ) содержит витамин В, (тиа-мин). Он является коферментом ферментов, которые катализируют декарбоксилирование (-СО2) пировиноградной и других кетокислот, регулируют распад и окисление углеводов. Пиридоксалевые и кобаламидные коферменты являются производными витамина В6 (пиридоксальфосфата) и витамина В12 (цианкобаламина) соответственно. Они входят в состав ферментов, которые катализируют превращение аминокислот и азотистых оснований, ускоряют процесс синтеза нуклеиновых кислот и белков. Биотин (витамин Н) является простетической группой фермента ацетил-КоА-карбоксилазы, которая участвует в биосинтезе жирных кислот. Белок авидин, который находится в куриных яйцах, способен связываться с биотином и ингибировать этот фермент. Убихиноновые коферменты (коферменты Q) являются производными жирорастворимых витаминов К и Е. Они участвуют в процессах тканевого дыхания и энергообразования. Невитаминными кофакторами могут быть нуклеотиды (АТФ, ГТФ, ИТф, УДФ, ЦДФ), гемсодержащие соединения, пептиды и многие металлы. Нуклеотиды и ионы металлов помогают ферменту или субстрату принять форму, необходимую для их взаимодействия. Гем является простетической группой цитохромов (компонентов дыхательной цепи), каталазы и других ферментов. Свойства ферментов Для ферментов характерны высокая каталитическая активность, специфичность действия и регулируемость их активности. Благодаря высокой каталитической активности ферментов скорость некоторых химических реакций увеличивается в миллионы раз. Примером может служить обратимая реакция синтеза и распада угольной кислоты, которую катализирует фермент карбоангидраза: СО2 + Н2О = Н2СО3. Одна молекула карбоангидразы эритроцитов способна связывать до 105 молекул СО2 в секунду, при этом скорость реакции в присутствии фермента увеличивается в 107 раз. Реакция синтеза Н2СО3 постоянно протекает в тканях организма при связывании метаболического СО2, а реакция распада Н2СО3 интенсивно протекает в капиллярах легких, где происходит выведение СО2 из организма при выдохе. Очень высокую активность проявляет каталаза, которая катализирует расщепление токсичного для организма вещества — перекиси водорода: 2Н2О2 -> 2Н2О + О2. При температуре 0° С одна молекула каталазы разлагает 40 000 молекул Н2О2 в секунду. Специфичность действия ферментов состоит в том, что фермент может катализировать превращение определенного субстрата или действовать на один из типов химических связей в нем. Благодаря этому в клетке множество химических реакций протекает одновременно в строго определенном порядке. Различают ферменты с абсолютной, относительной и групповой специфичностью. Абсолютная специфичность фермента проявляется в том, что он катализирует превращение молекул только одного субстрата. Например, фермент аргиназа способен катализировать распад только аргинина на мочевину и орнитин, а ферменты сахараза, мальтаза, лактаза способны расщеплять только соответствующие дисахариды. Относительной специфичностью действия обладают ферменты, которые катализируют разрыв определенного типа химической связи в молекулах разных веществ. Для них строение молекулы субстрата не имеет решающего значения. Относительная специфичность характерна для пептидаз пищеварительного тракта (пепсина, трипсина, химотрипсина), которые расщепляют пептидную связь в различных белках и пептидах, а также фосфатаз, липаз, которые расщепляют эфирные связи в молекулах различных веществ. Ферменты действуют только на один из нескольких изомеров субстрата. Групповая специфичность характерна для ферментов, которые действуют на субстраты с одинаковым типом связи и подобным строением молекул. Так, например, холинэстеразы расщепляют эфирную вязь во многих субстратах, которые содержат остаток холина. Регуляция процессов синтеза ферментов осуществляется на уровне генов и на уровне транскрипции (синтеза иРНК). Такие изменения наблюдаются при долговременном воздействии различных факторов среды, физических нагрузок и стероидных гормонов. Процессы адаптации организма к физическим нагрузкам взаимосвязаны с совершенствованием различных механизмов регуляции активности ферментов. При срочной адаптации к физическим нагрузкам изменяется активность уже существующих ферментов. При долговременной адаптации в организме усиливаются процессы синтеза белка, что приводит к увеличению количества ферментов. Такие изменения повышают адаптационные возможности обмена веществ. Благодаря регулируемости активности ферментов можно осуществлять коррекцию отдельных звеньев обмена веществ в организме, что является актуальной проблемой медицины и спорта. Большинство химических составных частей живого организма способно к множеству различных превращений. Фермент, ускоряя только одну какую-либо реакцию, препятствует всем побочным реакциям и тем самым определяет направление основного биохимического процесса. Скорость реакции зависит от строения молекул реагирующих веществ (реагентов), их концентрации, температуры, давления, наличия катализатора и некоторых других факторов. Реакция становится возможной только при столкновениях молекул. Чем больше молекул в единице объема, тем чаще они сталкиваются, т.е. скорость реакции повышается. Не каждое столкновение реагирующих молекул приводит к химической реакции. Чтобы реакция началась, молекулы должны обладать определенным запасом энергии, достаточным для преодоления энергетического барьера, который создается межмолекулярными силами отталкивания и внутримолекулярными силами сцепления (прочностью химических связей). Особенно большое количество энергии нужно для разрыва ковалентных связей, преобладающих в молекулах органических веществ. Когда энергетический барьер преодолен и реакция началась, в ходе ее может выделиться значительно больше энергии, чем затрачено на начало процесса. Изменения энергии, происходящие в ходе химических реакций, можно изобразить графически. Количество энергии, необходимое молю реагирующего вещества для вступления в реакцию, называется энергией активации и рассчитывается в кДж/моль. Чем больше в веществе активных (возбужденных) молекул, способных преодолеть энергетический барьер, тем выше скорость его химических превращений. Запас энергии зависит от особенностей химического строения молекул и тех внешних воздействий, которым они подвергаются. В обычных условиях только незначительная часть молекул вещества находится в активном состоянии. Активация их происходит при нагревании вещества, передаче ему лучистой энергии (например, в фотохимических реакциях), столкновениях с другими, уже возбужденными молекулами или атомами. С повышением температуры на каждые 10° скорость реакции возрастает в среднем в 2—3 раза. Скорость реакции можно увеличить, повышая давление (если реагенты являются газами): активные молекулы сближаются, и частота столкновений между ними увеличивается. В живых организмах большие колебания температуры и давления невозможны. В них создаются условия, в которых для взаимодействия веществ требуется меньшая энергия активации. Это достигается снижением энергетического барьера реакции за счет уменьшения сил отталкивания между молекулами и ослабления химических связей. Основная функция ферментов – снижение величины энергетического барьера. Каталитическая реакция идет по иному пути, чем некаталитическая, — через стадию образования промежуточного соединения реагентов с катализатором. При адсорбции реагирующих молекул на поверхности катализатора силы взаимного отталкивания между ними ослабевают. Влияние электрического поля катализатора приводит к деформации молекул реагентов, смещению электронов в них и сильному ослаблению связей, в результате чего энергия активации понижается. Изменение энергии при каталитической реакции показано на рис. Согласно современным представлениям, механизм взаимодействия ферментов с субстратами связан с образованием нестойких ферментсубстратных комплексов В процессе образования фермент-субстратного комплекса в субстрате происходит перераспределение энергии, что приводит к разрыву или образованию химических связей. Так, например, энергия активации сахарозы при гидролитическом расщеплении без фермента составляет 134 кДж / моль»1 (25,6 ккал / моль»1), а в присутствии фермента (сахаразы) — только 39,3 кДж/моль»1 (8 ккал/ моль — 1). Процесс взаимодействия фермента с субстратом протекает в несколько стадий, представленных на рис: • взаимодействие субстрата с активным центром фермента и образование ферментсубстратного комплекса; • преобразование первичного ферментсубстратного комплекса в другие ферментсубстратные комплексы, в ходе которых вещества переходят в активное состояние и далее распадаются на фермент и продукты реакции; • отделение продуктов реакции от активного центра фермента и диффузия их в окружающую среду. Сам фермент в ходе реакции не изменяется и может взаимодействовать с новыми молекулами субстрата. а- фермент б- субстрат в- фермент-субстрат- е- продукты реакции Факторы, влияющие на действие ферментов Скорость биохимических реакций, которая определяется по изменению концентрации реагирующих или образовавшихся веществ в единицу времени, зависит от активности ферментов и условий протекания реакции. Каждый фермент имеет свои оптимальные условия проявления активности. Оптимальными считаются условия, при которых ферментативная реакция протекает с максимальной скоростью. На скорость ферментативных реакций влияют: количество фермента; концентрация субстрата; активная реакция среды (рН); температура; присутствие активаторов и ингибиторов. Концентрация фермента и субстрата. Скорость ферментативной реакции увеличивается с увеличением количества фермента при высокой концентрации субстрата. В организме в состоянии относительного покоя многие ферменты не проявляют максимальную активность из-за низкой концентрации их субстратов. При мышечной деятельности усиливается энергетический обмен и накапливаются субстраты многих реакций, что способствует повышению активности многих ферментов. Активная реакция среды. Каждый фермент имеет узкий диапазон значений рН, при котором активность его максимальна. Большинство ферментов проявляют максимальную активность в организме при значениях рН, близких к 7,0, т. е. в нейтральной среде (рис. 39). Однако отдельные .ферменты проявляют высокую активность в сильно кислой среде, например пепсин (рН 2,0), сахараза (рН 4,5), или щелочной среде, например трипсин (рН 8,0), липаза (рН 9,0), аргиназа (рН 9,7). Влияние рН среды на активность ферментов связано с изменением степени ионизации их белковой молекулы под воздействием протонов Н или гидроксилов (ОН»), что в первую очередь влияет на структуру активного центра фермента. В организме человека в состоянии относительного покоя диапазон колебаний рН незначителен и ферменты «работают» в своих оптимальных режимах. При интенсивных физических нагрузках в мышцах накапливзетмолочная кислота, способная закислять среду и снижать активность многих ферментов. Температура. При повышении температуры от 0 до 40 °С активность Ферментов, как правило, повышается (рис. 40). Температурный коэффициент Q10 = 2, что указывает на повышение скорости ферментативной реакции в два раза при изменении температуры на 10 °С. Дальнейшее повышение температуры до 45—55 °С приводит к резкому снижению активности ферментов вследствие тепловой денатурации белка. Все ферменты имеют свою оптимальную температуру, при которой активность их максимальная (для многих ферментов оптимальной является температура 37— 40 °С). Однако имеются и термостабильные ферменты, например миокиназа, активность которой сохраняется при нагревании до 100 °С. При понижении температуры активность ферментов снижается. Тем не менее необратимая денатурация их не происходит, так как в условиях оптимальных температур их активность восстанавливается (примером может служить зимняя спячка животных). Это свойство ферментов используется при замораживании продуктов, а также органов и генетического материала, используемых для трансплантации. Активаторы и ингибиторы. Для ферментов характерна регуляция их активности специфическими низкомолекулярными веществами и ионами металлов, которые называют эффекторами, модуляторами или регуляторами ферментов. Одни из них способны снижать активность фермента (ингибиторы), другие — повышать ее (активаторы). Такой механизм контроля активности ферментов широко изучается, поскольку имеет большое практическое значение. В качестве активаторов могут выступать самые разнообразные вещества. Это прежде всего ионы двухвалентных металлов, таких как Mg 2+ , Zn 2+ , Mn 2+ , Co 2+ , Cu 2+ , Fe 2+ , Ca 2+ . Они вызывают обратимое изменение структуры активного центра. Так, карбоангидраза активируется ионами Zn 2+ , креатинкиназа — ионами Мg 2+ ; АТФ-аза миозина мышц активируется ионами Са 2+ , для каталитической активности ферментов дыхательной цепи необходимы ионы Си 2+ и Fe 2+ . Активация некоторых ферментов может осуществляться путем модификации их молекулы и не затрагивать активный центр фермента. Так, HCI активирует пепсиноген желудочного сока, переводя его из неактивной формы в активную (пепсин). Панкреатическая липаза активируется желчными кислотами. В качестве ингибиторов часто выступают вещества, близкие по строению к субстратам, которые связываются с активным центром фермента. Ингибирование бывает обратимое и необратимое. При обратимом ингибировании ингибитор легко отделяется от фермента и активность фермента восстанавливается. При необратимом ингибировании ингибитор прочно связывается с ферментом и закрывает доступ субстрата к активному центру. Процесс ингибирования широко используется для коррекции обменных процессов в медицине и других областях деятельности человека. Лечебный эффект ряда лекарственных препаратов обусловлен их ингибиторным действием на отдельные ферменты. Среди ингибиторов, которые обратимо ингибируют ферменты, выделяют конкурентные и неконкурентные ингибиторы. Конкурентные ингибиторы имеют структуру, подобную субстрату, и конкурируют с ним за место связывания в активном центре фермента. В случае конкурентного торможения ингибитор присоединяется к ферменту в том же участке, что и субстрат, в результате чего субстрат уже не может соединиться с ферментом. Конкурентное ингибирование обратимо и зависит от концентрации ингибитора и субстрата. При высокой концентрации субстрата такие ингибиторы неэффективны. Неконкурентные ингибиторы реагируют не с активным центром фермента, а с другой частью его молекулы. Это вызывает изменение структуры активного центра, что нарушает процесс катализа. Действие таких ингибиторов можно устранить только химическим изменением структуры их молекулы. К неконкурентным ингибиторам относятся ионы тяжелых металлов и их органические соединения (ртуть, свинец, мышьяк и многие яды), способные блокировать SH-группы в ферменте и нарушать или полностью подавлять обменные процессы в организме. источник |