Кофакторы ферментов: ионы металлов и коферменты.
Активность ряда ферментов (простые белки) в норме зависит только от их структуры, тогда как для других, названных холоферментами (сложные белки), требуются кофакторы - вещества небелковой природы, в роли которых могут быть сложные органические соединения (коферменты) и ионы металлов.
Кофактор может образовывать с апоферментом прочные ковалентные связи. В этом случае кофермент называют простетической группой фермента. Примерами могут служить ФАД, ФМН, биотин, ковалентно связанный с остатком лизина в активном центре, Zn2+, который содержится в активном центре карбоксипептидазы. В том случае, если кофермент связывается с апоферментом нековалентными связями только на время химической реакции (НАД+ и НАДФ+), он может рассматриваться в качестве второго субстрата данного фермента Один и тот же кофермент может участвовать в разных биохимических реакциях, комплементарно связываясь с разными апоферментами. Собственной каталитической активностью коферменты не обладают.
Апофермент формирует активный центр, отвечает за специфичность действия фермента, фиксирует и ориентирует субстрат в активном центре и создает условия для преобразования субстрата в продукты реакции. Ионы металла выполняют две главные функции.
I). Стабилизируют нативную конформацию фермента, структуру его активного центра и субстрата. 2). Участвуют в ферментативном катализе.
1). Металлоферменты, лишенные ионов металла, либо сохраняют способность к химическому катализу, утрачивая стабильность, либо полностью теряют активность. Например, щелочная фосфатаза - металлофермент, в активном центре которого находится Zn2+, лишенная ионов цинка щелочная фосфатаза, теряет ферментативную активность, но восстанавливает ее после добавления металла. В некоторых металлоферментах ион металла (Mg2+, Mn2+, Zn2+, Co2+, Мо2+) участвует в образовании связи между молекулой субстрата и активным центром кофермента. в отсутствие иона эти ферменты не обладают активностью. Ряд ферментов в качестве субстрата используют комплекс превращаемого вещества с ионом. Для большинства киназ одним из субстратов служит не молекула АТФ, а комплекс Mg2+-ATФ.
2). Ферментативный электрофильный катализ. Ионы металла непосредственно участвуют в катализе и локализованы в активном центре фермента.В активном центре ферментов могут содержатся Zn 2+, Mn 2+, Fe 2+, Си 2+. Пример элек-трофильного катализа - действие карбоангидразы, содержащей ион цинка в активном центре.
B6 Коферментные функции выполняют два фосфорилированных производных пиридоксина: пиридоксальфосфат и пиридоксаминофосфат. Распад коферментов идет путем дефосфорилирования и окисления с образованием 4-пиридоксиловой кислоты. которая выводится из организма.
Коферментные формы витамина В6 включены в реакции, катализируемые почти всеми классами ферментов. Наиболее значительная группа пиридоксалевых ферментов - аминотрансферазы. Пиридоксальзависимые (пиридоксалевые ферменты) ферменты катализируют взаимопревращения и распад аминокислот (регулируют аминокислотный состав крови при разном аминокислотном составе пиши), участвуют в специфических реакциях метаболизма отдельных аминокислот (серина, треонина, триптофана). Участвуют в обмене липидов, синтезе сфинголипидов. В качестве кофактора ферментов участвуют в начальных стадиях синтеза гема. Влияют на обмен жирных кислот.
PP - предшественник коферментов -никотинамидадениндинуклеотида (НАД+) и никотинамидадениндинуклеотид-фосфата (НАДФ), входящих в состав дегидрогеназ и редуктаз.
НАД+ и НАДФ+ приобретают коферментные функции после присоединения к никотинамиду радикала, включающего остаток рибозы, пирофосфат и нуклеотид - аденин. Витамин РР такими функциями не обладает.
1. НАД+ - кофермент дегидрогеназ, участвующих в реакциях окисления глюкозы, жирных кислот, глицерола, аминокислот после их дезаминирования; является коферментом дегидрогеназ цикла Кребса (кроме сукцинатдегидрогеназы). В этих реакциях кофермент выполняет функцию промежуточного акцептора электронов и протонов.
2. НАДН и НАДФН - коферменты реакций (НАДН-оксидазной и НАДФН-оксидазной), способствующих возникновению активных форм кислорода в фагоцитах.
B2 Кофермент ФМН и ФАД
1. ФМН и ФАД - коферменты оксидаз, переносящих электроны с окисляемого субстрата на кислород. Это ферменты распада аминокислот (оксидазы D- и L-аминокислот), нуклеотидов (ксантиноксидаза), биогенных аминов (моно- и диа-минооксидазы).
2. ФАД - кофермент пируват- и альфа-кетоглутаратдегидрогеназных комплексов. Совместно с тиаминпирофосфатом и другими коферментами катализируют окислительное декарбоксилирование кетокислот.
