I.2.Флавиновые дегидрогеназы

Флавиновые ферменты представляют собой сложные белки, простетическими группами которых являются флавинмононуклеотид (ФМН) или флавинадениндинуклеотид (ФАД), которые являются производными рибофлавина – витамина B₂. Они содержит общую циклическую (состоящую из 3-х циклов) изоаллоксазиновую группировку, которая способна обратимо восстанавливаться по реакции:

+ 2H⁺ + 2e

дигидроаллоксазин

изоаллоксазин

Биологически активными являются 6,7-диметилпроизводные изоаллоксазина, к которым относится и рибофлавин, кроме того содержащий остаток 5-ти атомного спирта - ребитола

ФМН

ФМН представляет собой рибофлавинз5¹-фосфат, а ФАД, кроме того, содержит остаток адениловой кислоты (нуклеотида АМФ)

ФАД

+ SH₂ + S

Рибофлавин не синтезируется в организме человека и обязательно должен поступать с пищей.

Коферменты ФМН и ФАД являются простетическими группами и прочно связаны с ферментами. Их называют флавопротеинами.

В ходе реакции дегидрогенизации с участием ФМН и ФАД отщепляемые от субстрата атомы водорода присоединяются к изоаллоксазиновой группировке кофермента (к к атомам азота второго и третьего циклов по схеме:

Примером подобной реакции может быть окисление янтарной кислоты (сукцината ) в непредельную фумаровую кислоту – фумарат, являющуюся одной из реакций цикла Кребса.

C COOH

CH₂ + ФАД CH + ФАД-H₂

CH₂ CH

C COOH

фумарат

сукцинат

I.3. Кофермент Q– убихинон.

Этот кофермент обычно входит в состав дегидрогеназ, которые окисляют восстановленные коферменты НАД∙Н и ФМН∙Н₂.

Это необходимо для того, чтобы регенерировать их для выполнения ими своих окислительных функций.

Убихинон содержит в своем составе хиноновый цикл

Система двойных связей и (две С=С в цикле и две С=О в карбонильных группах) называется хиноидной группировкой. Хиноновый цикл способен к реакциям окисления-восстановления, протекающим по схеме:

+ 2H⁺ + 2e

парадигидрохинон

хинон

Убихинон, принимающий участие в клеточном дыхании, имеет следующую формулу:

1 ≤ n ≤ 10

метокси

Убихинон (коф. Q)

Он представляет собой 2,3-диметокси-5-метилхинон, к которому в положении 6 присоединяется фрагмент, содержащий до 10 структурных звеньев изопрена – мономера природного каучука:

nCH₂=C-CH=CH₂ [-CH₂-C=CH-CH₂-]_n

изопрен

CH₃ CH₃

Присоединяя водород, убихинон превращается в убихинол

Всю систему регенерации дегидрогеназ с участием убихинона, можно представить следующей последовательностью реакций:

НАД∙Н + Н⁺ + ФМН ФМН∙Н₂ + НАД⁺

ФМН∙Н₂ + Q → ФМН + Q ∙H₂

I.4. Группа гемма

Эта группа является окислительно-восстановительным кофактором ферментов дыхательной цепи, фотосинтеза и др.

Гем представляет собой простетическую группу. Он представляет собой порфириновый цикл, состоящий из 4-х пирольных колец, связанных группами СН, который в свою очередь связан ковалентными связями с белком. Ион Fe³⁺, входящий в порфириновый цикл, способен восстанавливаться до иона Fe²⁺ и тем самым осуществлять перенос заряда, который является одним из важнейших процессов в живых клетках Электроны, переходят от одного вещества к другому иногда непосредственно, а иногда по цепи специальных переносчиков заряда. Принцип переноса заряда как раз и заключается в том, что ионы переходных металлов (Fe⁺², Cu⁺²) в составе гема способны существовать в различных степенях окисления и принимать или отдавать электрны.

II. Коферменты переноса групп (трансферазы)

II.1. Аминотрансферазы.

В метаболизме азотсодержащих соединений важную роль играют реакции переноса аминогрупп с остатков аминокислот на другие соединения (например, кетогруппы). Это реакции трансаминирования. Они катализируются ферментами, коферментом для которых служит пиридоксальфосфат (производная пиридоксина – витамина B6).

Пиридоксальфосфат ковалентно связан с ферментом за счёт взаимодействия альдегидной группы пиридоксальфосфата и аминогруппы аминокислоты лизина, входящей в состав белковой молекулы фермента (альдиминная связь).

Кроме этой связи пиридоксальфосфат связывается с белковой частью фермента за счёт ионных связей с участком фосфорного остатка и за счёт заряженного атома азота в пиридиновом кольце.

Соединение лизина и пиридоксальфосфата имеет плоское строение, обусловленное пиридиновым кольцом и дополнительной водородной связью между атомом N и атомом H гидроксильной группы.

В процессе реакции трансаминирования аминокислоты, конкурируя с лизином, способны разрывать связь остатка лизина с карбонильной группой передоксальфосфата, вытесняя его из комплекса с ферментом.

Кофермент в этом случае играет роль посредника, т.е. промежуточного акцептора аминогруппы. Весть процесс переноса аминогруппы (NH2) с α-аминокислоты на α-кетокислоту происходит в несколько стадий:

1) На первой аминогруппа субстрата (например, аланина), конкурируя с лизином, образует альдиминную связь с передоксальфосфатом.

2) Внутримолекулярная перестройка. Под влиянием изомеразы двойная связь переходит от одного углерода к другому.

Образуется кетоиминная группировка – промежуточное соединение, у которого двойная связь находится у того атома углерода, который будет связан с кислородом на следующей стадии.

3) Стадия гидролиза. При этом образуется аминогруппа на коферменте и кетогруппа на бывшей аминокислоте.

4) Четвёртая стадия происходит при наличии второго субстрата, которым является кетокислота, например, 2-оксоглутаровая:

При этом происходит переход пиридоксальфосфата в исходную альдегидную группировку с лизином

Как видно из уравнений, механизм реакции такой же, как при взаимодействии пиридина с аминокислотой, только конкурентами за кетогруппу кислоты становятся лизин и пиридоксальфосфат.

Осуществление рассмотренной последовательности реакций становится возможным благодаря возникающим конкурентным отношениям. По конкурирующим способностям за карбонильной группой пиридоксальфосфата аминокислоты располагаются в следующий ряд:

глутамат < остаток лизина в полипептиде < остаток аминокислоты

Суммарно весь этот процесс можно изобразить следующим образом:

ПДФ в комплексе с декарбоксилазой может катализировать декарбоксилированные глутаминовые кислоты (образуется γ-аминомасляная кислота), гистодина, триптофана и др. аминокислоты.

Ацилтрансферазы

Ацильная группа – это остаток от карбоновых кислот.

Коферментом реакции ацилирования является кофермент А или коэнзим КоА. Он переносит остатки карбоновых кислот.

КоА – гетерофункциональное соединение, однако его физиологическая активность обусловлена концевой сульфгидрильной (тиольной) группы «–SH». Все реакции с участием КоА заключаются в образовании тиоэфиров при взаимодействии с кислотами.

Характерной особенностью структуры молекулы КоА является наличие длинного и гибкого рычага между группой SH с одной стороны и остатком аденазина с другой стороны.

Молекула КоА построена из 3'-фосфоаденазин-5'-дифосфата, соединённого сложной эфирной связью с пантотеновой кислотой, которая в свою очередь соединена с β-меркатоэтиламином.

Пантотеновая кислота – это продукт взаимодействия 2,4-дигидрокси-3,3-диметилбутановой кислоты и β-аланин-3-аминопропановой кислоты.

ОСНОВЫ КИНЕТИКИ

ФЕРМЕНТАТИВНЫХ РЕАКЦИЙ