Пиридинзависимые дегидрогеназы

1. Пиридинзависимые дегидрогеназы – сложные ферменты, у которых в качестве кофактора выступает НАД⁺ или НАДФ⁺.

2. НАД⁺ или НАДФ⁺ являются водорастворимыми коферментами, которые свободно диссоциируют от апофермента. Их специфичность определяется апоферментом.

3. Ферменты локализованы в матриксе митохондрий и цитозоле. Для некоторых их них имеются митохондриальные и цитозольные изоферменты.

4. Уравнение реакции, катализируемой пиридинзависимыми дегидрогеназами, можно изобразить следующим образом:

SН₂ + НАД⁺ ↔ S + НАДН + Н⁺

SН₂ + НАДФ⁺ ↔ S + НАДФН + Н⁺

5. Активной частью НАД⁺ (НАДФ⁺) является никотинамидное кольцо (витамин РР, ниацин), которое в окисленном состоянии является ароматическим и имеет положительный заряд (поэтому окисленная форма кофермента обозначается НАД⁺ (НАДФ⁺), хотя суммарный заряд отрицательный).

6. Под действием пиридинзависимых дегидрогеназ от субстрата отщепляется 2 атома водорода. В пара-положение (по отношению к атому азота) никотинамидного кольца переносится протон и 2 электрона (гидрид-ион, Н^-). Второй протон остается в среде. Восстановленную форму НАД⁺ обозначают НАДН+Н⁺.

 

7. НАД⁺ может получать восстановительные эквиваленты от субстратов, которые окисляются НАДФ-зависимыми дегидрогеназами в реакции, катализируемой никотинамиднуклеотид-трансгидрогеназой:

НАДФН + НАД⁺ ↔ НАДФ⁺ + НАДН

8. Суммарная концентрация НАД⁺+НАДН в тканях составляет около 10^-5 моль, НАДФ⁺+НАДФН в 10 раз меньше. В большинстве клеток и тканей отношение НАД⁺/НАДН является высоким, что способствует окислению субстратов и переносу гидрид-иона к НАД⁺. В то же время, количество НАДФН превышает количество окисленной формы, что обеспечивает перенос гидрид-иона от НАДФН к субстрату.

Метаболическая роль коферментов: НАД⁺ используется в окислении, которое является частью катаболических процессов, НАДФН используется как восстановитель в анаболических реакциях (биосинтезы, обезвреживание).

Некоторые ферменты могут использовать оба кофермента, но большинство ферментов имеют один из пиридинзависимых коферментов.

9. НАДН и НАДФН не проходят через внутреннюю мембрану митохондрий, но могут передавать электроны в митохондрию через специальные механизмы.

Флавиновые ферменты (флавопротеины)

1. Флавопротеины содержат очень прочно, связанный нуклеотид – флавинмононуклеотид (ФМН) или флавинадениндинуклеотид (ФАД). ФМН – нуклеотид, который состоит из 6,7-диметилизоаллоксазина, спирта рибитола и остатка фосфорной кислоты. ФАД – ФМН + аденозинмонофосфат.

2. Окисленный флавиновый нуклеотид принимает один электрон (атом водорода) с образованием семихинона (полухинона), или два электрона (атома водорода) с образованием ФМНН₂ или ФАДН₂.

3. Присоединение электронов (атомов водорода) происходит к 1 и 10 атомам азота 6,7-диметилизоаллоксазина.

4. Поскольку флавопротеины участвуют в одно- или двуэлектронном транспорте, они являются посредниками между реакциями, в которых передаются два электрона (дегидрирование), и реакциями, в которых принимается только один электрон (например, восстановление хинона в гидрохинон).

5. ФАД-зависимые дегидрогензы являются первичными акцепторами электронов и окисляют сукцинат или ацил-КоА; ФМН-зависимая дегидрогеназа входит в состав НАДН-дегидрогеназы и окисляет НАДН.

 

Убихинон (кофермент Q). Название убихинон произошло из-за его повсеместного распространения в биологических системах.

1. Кофермент Q – хиноновое производное с длинным изопреноидным хвостом. Число изопреновых единиц в коферменте Q зависит от вида живых организмов. У млекопитающих его наиболее распространенная форма содержит 10 изопреновых единиц и обозначается как Q₁₀. Изопреновый хвост обусловливает высокую степень неполярности кофермента Q, которая способствует его быстрой диффузии в липидном бислое внутренней мембраны митохондрий. Поэтому убихинон выполняет роль посредника в переносе восстановительных эквивалентов между другими менее подвижными переносчиками электронов в мембране.

2. Убихинон может присоединять один или два электрона и превращаться в семихинон радикал (QH ^·) или убихинол (QH₂), соответственно.

3. Поскольку убихинон переносит электроны и протоны, он выполняет важную роль в сопряжении потока электронов и протонов.

4. После кофермента Q следует одноэлектронный перенос, в котором участвует система цитохромов.

Цитохромы

1. Различают 5 типов цитохромов: b, с, с₁, а и а₃. Указанные цитохромы отличаются по структуре и свойствам. Все цитохромы - белки, у которых простетической группой является гем. Гем – комплекс тетрапиррольного порфирина и железа.

2. Простетической группой цитохромов b, с₁ и с является железосодержащий протопорфирин IX, который также служит простетической группой в миоглобине, гемоглобине и каталазе.

Гем b

3. Гем цитохромов с и с₁, в отличие от цитохрома в, ковалентно связан с белковой частью за счет образования тиоэфирных связей между сульфгидрильными группами остатков цистеина и винильных радикалов гема.

4. Цитохромы а и в являются интегральными белками внутренней мембраны митохондрий, цитохром с является растворимым протеином который связан силами электростатического взаимодействия с наружной стороной внутренней мембраны митохондрий.

5. Перенос электронов цитохромами осуществляется за счет изменения валентности атома Fe (Fe³⁺ ↔ Fe²⁺).

Железо-серные (FeS) белки. FeS-белки содержат атомы Fe, которые не входят в состав гема (негемовое железо).Внутри железо-серных белков находятся FeS кластеры (центры). Известно несколько типов FeS кластеров. FeS кластеры содержат один или несколько атомов железа, связанных с SH-группами остатков цистеина или неорганическим кислотолабильным сульфидным ионом.

Перенос электронов в FeS кластерах осуществляется за счет изменения валентности железа Fe²⁺ ↔ Fe³⁺.