Апофермент может быть представлен витамином

Доказательства белковой природы ферментов:

1. Ферменты при гидролизе распадаются на аминокислоты.

2. Под действием разл. факторов ферменты подвергаются денатурации и теряют активность.

3. Осуществлено выделение ферментов в форме кристаллов белка.

4. Ферменты оказывают высокоспецифическое действие.

Большинство ферментов имеют четвертичную структуру: функционирование такого белка нуждается не в одной, а в нескольких молекулах (чаще всего в двух или четырёх), которые вместе образуют комплекс, обладающий всеми специфическими свойствами. Каждая отдельная молекула такого белка называется субъединицей. В одних случаях субъединицы сами обладают активностью, в других — субъединицы по отдельности неактивны.

Состав ферментов.По химической природе фермент могут быть белками простыми (ферменты протеины) и сложными (ферменты протеиды — содержат в своём составе, помимо белкового компонента, ещё и небелковый, например, нуклеотиды, витамины, атомы (катионы) металла).

Большинство природных ферментов — сложные белки – протеиды. Протеиды состоят из:

Апофермент (белковая часть) + кофактор (небелковая часть) = холофермент (активный комплекс).

Кофактор (небелковые компоненты — коферменты и простетические группы и ион металлов) чаще всего представлен витаминами или соединениями, построенными с их участием (коэнзим А, НАД+, ФАД); фосфорные эфиры некоторых моносахаридов, или ионами металлов, и необходим для выполнения ферментом его каталитической роли. Кофакторы могут иметь различную химическую природу и различаться по прочности связи с полипептидной цепью .

Классификация кофакторов

Все кофакторы (коферменты и простетические группы) – это низкомолекулярные органические соединения. В настоящее время принята классификация кофакторов по функциональному признаку. В соответствии с этим все кофакторы делят на три группы:

1. кофакторы окислительно-восстановительных процессов: (NAD,NADР), флавинмононуклеотид (FMN), флавинадениндинуклеотид (FAD), железопорфирины, убихинон, аскорбиновая кислота;

2. кофакторы переноса групп: нуклеозидфосфаты, фосфаты сахаров, коэнзим А (СоА, HSCoA, фолиевая кислота, пиридоксальфосфат.;

3. кофакторы процессов синтеза, изомеризации и расщепления С-С связей: тиаминдифосфат, биотин, глутатион, кобамидные коферменты.

Кофермент — небелковый фактор, который легко отделяется от белковой части — апоферментапри диссоциации.

Простетическая группа– ковалентно связанный с белковой цепью небелковый компонент, который не отделяется при выделении и очистке фермента.

Кроме этого, роль кофактора могут выполнять металлы: Mg2+, Мn2+, Са2+и др.

Важнейшие коферменты и простетические группы ферментов

NAD — Никотинамид (витамин РР), FAD — Рибофлавин (витамин В2), Коэнзим А (СоА) — Пантотеновая кислота

Отличительная особенность двухкомпонентных ферментов: ни кофактор отдельно (включая большинство коферментов), ни сам по себе апофермент каталитической активностью не наделены, и только их объединение, протекающее не хаотично, а в соответствии с программой их структурной организации, обеспечивает быстрый ход химической реакции.

Функции коферментов и простетической группы следующие:

· участие в акте катализа,

· осуществление контакта между ферментом и субстратом,

· стабилизация молекулы фермента в пространстве.

Коферменты можно рассматривать как составную часть молекулы фермента.

Функции апофермента:

· усиливает каталитический акт небелковой части,

· определяет специфичность ферментов, поскольку одна и та же по химизму небелковая часть может функционировать в составе различных ферментов. Так, никотинамид (НАД +) является коферментом многих дегидрогеназ.

· обеспечивает специфичное опознавание субстратов, приводящее к образованию комплекса

· обеспечивает связывание в активном центре иона или молекулы кофактора.

Большинство коферментов не синтезируются в организме млекопитающих. Они должны поступать в организм с пищей (как правило, растительной). Однако в организм попадают не сами коферменты, а их предшественники — витамины. В клетке витамины модифицируются до коферментной формы.

Ионы металла в составе ферментов:

Многие ферменты (около 2/з) являются металлоферментами:

для активации ферментов свертывания крови требуется Са2+;

оксидоредуктазы используют в качестве кофакторов Fe2+, Cu2+, Mn2+;

киназы — Mg2+;

для глутатионпероксидазы (важного фермента в системе обезвреживания активных форм кислорода) требуется Se.

Этим объясняется, что в любой диете должны присутствовать эти и другие микроэлементы.

Понятным становится токсический эффект тяжелых металлов, например Cd2+, Hg2+, которые могут замещать Zn2+ в активном центре определенных ферментов, включая РНК-полимеразу, уменьшая активность ферментов.

Механизм действия ферментов. Активный центр фермента и его строение. Роль фермент-субстратного комплекса (общие представления)

В процессе катализа реакции в контакт с субстратом вступает не вся молекула фермента, а определенный ее участок, который называется активным центром — это участок в пространственной структуре фермента, с которым связывается субстрат и подвергается химическому превращению. Эта зона молекулы не состоит из последовательности аминокислот, а формируется при скручивании белковой молекулы в третичную структуру. Отдельные участки аминокислот сближаются между собой, образуя определенную конфигурацию активного центра. Важная особенность строения активного центра — его поверхность комплементарна поверхности субстрата, т.е. остатки АК этой зоны фермента способны вступать в химическое взаимодействие с определенными группами субстрата. Число активных центров может быть равно числу субъединиц в четвертичной структуре фермента, т.е. сколько субъединиц, столько активных центров.

Особенности образования активного центра у простых белковых ферментов.

Обычно он образован 12-16 аминокислотными остатками полипептидной цепи. Иногда их число больше. Аминокислоты, формирующие активный центр, находятся в разных местах полипептидной цепи. При пространственной укладке белка-фермента (в третичную структуру), они сближаются и образуют активный центр.

Особенности образования активного центра у ферментов-протеидов (сложных белков-ферментов).

У сложных ферментов в активном центре обязательно расположены функциональные группы кофактора.

В активном центре условно выделяют два участка:

— якорный (контактный, связывающий), отвечающий за специфичность связывания субстрата (узнавание);

— каталитический, где происходит химическое превращение субстрата после его связывания (сначала фермент узнает субстрат, притягивает его, затем субстрат располагается в этом активном центре).

Аллостерический центр (allos– чужой) – центр регуляции активности фермента, который пространственно отделен от активного центра и имеется не у всех ферментов. Аллостерические ферменты в большинстве случаев являются белками с четвертичной структурой, при этом активный и регуляторный центры могут находиться в разных субъединицах.

У сложных ферментов в формировании активных центров принимают участие также функциональные группы коферментов.

Механизм действия простого и сложного ферментов одинаков, так как активные центры в их молекулах выполняют сходные функции.

В основе действия ферментов лежит их способность ускорять реакции за счет уменьшения энергии активации субстрата. Ферменты деформируют электронные оболочки субстратов, облегчая таким образом взаимодействие между ними. Энергия, необходимая для того, чтобы привести молекулы в активное состояние, называется энергией активации. Роль обычного катализатора (и еще в большей мере биологического) состоит в том, что он снижает энергию активации субстрата.

Основы механизма действия ферментов были изучены в начале XX в.

Существует две модели, описывающие взаимодействие субстрата с активным центром:

а) Модель жёсткого соответствия («ключ – замок»), предложена Э. Фишером в 1890 году. Активный центр считается заранее подогнанным под форму молекулы субстрата. Эта модель не утратила своего значения для понимания некоторых свойств ферментов, например, их способности к строго определённому связыванию двух или большего числа субстратов или для объяснения кинетики насыщения субстратом.

б) Модель индуцированнного соответствия («рука – перчатка»), предложена Кошлендом в 1950-е годы. Согласно этой модели, субстрат вызывает (индуцирует) конформационные изменения фермента, и лишь в результате этих изменений аминокислотные остатки фермента принимают пространственную ориентацию, необходимую для связывания субстрата и катализа. При этом другие аминокислотные остатки могут погрузиться вглубь молекулы фермента

Дата добавления: 2017-03-12; просмотров: 5355 | Нарушение авторских прав | Изречения для студентов

Основные характеристики

Они являются белковыми структурами

Апоферменты соответствуют белковой части фермента, то есть молекулам, функция которых заключается в том, чтобы действовать в качестве катализаторов против определенных химических реакций в организме..

Они являются частью конъюгированных ферментов

Ферменты, которые не требуют кофакторов, известны как простые ферменты, такие как пепсин, трипсин и уреаза. Напротив, ферменты, которые требуют определенного кофактора, известны как конъюгированные ферменты. Они состоят из двух основных компонентов: кофактора, который является небелковой структурой; и апофермент, структура белка.

Кофактором может быть органическое соединение (например, витамин) или неорганическое соединение (например, ион металла). Органический кофактор может представлять собой коэнзим или простетическую группу. Коэнзим является кофактором, который слабо связан с ферментом и, следовательно, может легко высвобождаться из активного сайта фермента..

Они допускают множество кофакторов

Существует много кофакторов, которые соединяются с апоферментами для получения голоферментов. Распространенными коферментами являются NAD +, FAD, кофермент A, витамин B и витамин C. Среди прочих распространенных ионов металла, которые связываются с апоферментами, являются железо, медь, кальций, цинк и магний..

Кофакторы тесно или слабо связываются с апоферментом, превращая апофермент в голофермент. После удаления кофактора из голофермента он снова становится апоферментом, который неактивен и неполон.

Апоферментные функции

Создать голоферменты

Основная функция апоферментов заключается в том, чтобы давать начало голоферментам: апоферменты объединяются с кофактором, и из этой связи образуется голофермент..

Дать начало каталитическому действию

Катализ относится к процессу, посредством которого можно ускорить некоторые химические реакции. Благодаря апоферментам, голоферменты завершены и способны активировать их каталитическое действие.

примеров

Карбоновая ангидраза

Карбоновая ангидраза является важнейшим ферментом в клетках животных, растительных клетках и в окружающей среде для стабилизации концентрации углекислого газа.

Без этого фермента преобразование диоксида углерода в бикарбонат — и наоборот — было бы чрезвычайно медленным, что сделало бы практически невозможным проведение жизненно важных процессов, таких как фотосинтез в растениях и выдох во время дыхания..

гемоглобин

Гемоглобин представляет собой глобулярный белок, присутствующий в эритроцитах позвоночных и в плазме многих беспозвоночных, функция которого заключается в транспортировке кислорода и углекислого газа..

Объединение кислорода и углекислого газа с ферментом происходит в месте, называемом гемовой группой, которая отвечает за придание крови позвоночных красного цвета..

Цитохромоксидаза

Цитохромоксидаза является ферментом, который присутствует в большинстве клеток. Содержит железо и порфирин.

Этот окислительный фермент очень важен для процессов получения энергии. Он находится в митохондриальной мембране, где он катализирует перенос электронов от цитохрома к кислороду, что в конечном итоге приводит к образованию воды и АТФ (молекулы энергии).

Алкогольдегидрогеназа

Алкогольдегидрогеназа является ферментом, который находится в основном в печени и желудке. Этот апофермент катализирует первую стадию метаболизма алкоголя; то есть окисление этанола и других спиртов. Таким образом, он превращает их в ацетальдегид.

Его название указывает на механизм действия в этом процессе: префикс «des» означает «нет», а «гидро» относится к атому водорода. Таким образом, функция алкогольдегидрогеназы заключается в удалении атома водорода из спирта.

Пируваткиназа

Пируваткиназа является апоферментом, который катализирует конечную стадию клеточного процесса деградации глюкозы (гликолиза)..

Его функция заключается в ускорении переноса фосфатной группы из фосфоенолпирувата в аденозиндифосфат с образованием одной молекулы пирувата и одной из АТФ.

Пируваткиназа имеет 4 различные формы (изоферменты) в различных тканях животных, каждая из которых обладает определенными кинетическими свойствами, необходимыми для адаптации к метаболическим потребностям этих тканей..

Пируваткарбоксилаза

Пируваткарбоксилаза является ферментом, который катализирует карбоксилирование; то есть перенос карбоксильной группы в молекулу пирувата с образованием оксалоацетата.

Он специфически катализирует в разных тканях, например: в печени и почках ускоряет начальные реакции синтеза глюкозы, а в жировой ткани и мозге способствует синтезу липидов из пирувата.

Он также участвует в других реакциях, которые являются частью биосинтеза углеводов.

Ацетил Коэнзим А Карбоксилаза

Ацетил-КоА-карбоксилаза является важным ферментом в метаболизме жирных кислот. Это белок, содержащийся как в животных, так и в растениях, представляющий несколько субъединиц, которые катализируют различные реакции..

Его функция в основном заключается в переносе карбоксильной группы в ацетил-КоА для превращения ее в малонил-кофермент А (малонил-КоА).

Он имеет 2 изоформы, называемые ACC1 и ACC2, которые отличаются по своей функции и распределению в тканях млекопитающих.

Моноаминоксидаза

Моноаминоксидаза — это фермент, который присутствует в нервных тканях, где он играет важную роль в инактивации некоторых нейротрансмиттеров, таких как серотонин, мелатонин и адреналин..

Участвует в биохимических реакциях деградации различных моноаминов в мозге. В этих окислительных реакциях фермент использует кислород для удаления аминогруппы из молекулы и получения альдегида (или кетона) и соответствующего аммиака..

Лактатдегидрогеназа

Лактатдегидрогеназа является ферментом, обнаруженным в клетках животных, растений и прокариот. Его функция заключается в содействии превращению лактата в пировиноградную кислоту, и наоборот.

Этот фермент важен для клеточного дыхания, во время которого глюкоза, полученная из пищи, разлагается, чтобы получить полезную энергию для клеток..

Хотя лактатдегидрогеназа присутствует в тканях в большом количестве, уровень этого фермента в крови низок. Однако при травме или заболевании многие молекулы попадают в кровоток. Таким образом, лактатдегидрогеназа является индикатором некоторых травм и заболеваний, таких как сердечные приступы, анемия, рак, ВИЧ и др..

каталаза

Каталаза встречается во всех организмах, которые живут в присутствии кислорода. Это фермент, ускоряющий реакцию разложения перекиси водорода в воде и кислороде. Таким образом, он предотвращает накопление токсичных соединений..

Таким образом, это помогает защитить органы и ткани от повреждения, вызванного перекисью, соединением, которое постоянно вырабатывается в многочисленных метаболических реакциях. У млекопитающих встречается преимущественно в печени.

ссылки

Агравал А., Ганд М., Гупта Д. и Редди М. (2016). Предварительное исследование сывороточного лактатдегидрогеназы (ЛДГ) -прогностического биомаркера при раке молочной железы. Журнал клинико-диагностических исследований, 6-8.
Athappilly, F.K. & Hendrickson, W.A. (1995). Структура биотинильного домена ацетил-коэнзим А-карбоксилазы, определенная методом MAD-фазирования. структура, 3(12), 1407-1419.
Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). биохимия (8-е изд.). У. Х. Фриман и Компания.
Батт А.А., Майклс С. и Киссинджер П. (2002). Связь уровня сывороточной лактатдегидрогеназы с некоторыми оппортунистическими инфекциями и прогрессированием ВИЧ. Международный журнал инфекционных заболеваний, 6(3), 178-181.
Феглер Дж. (1944). Функция карбоангидразы в крови. природа, 137-38.
Gaweska, H. & Fitzpatrick, P.F. (2011). Структуры и механизм семейства моноаминоксидаз. Биомолекулярные концепции, 2(5), 365-377.
Gupta, V. & Bamezai, R.N.K. (2010). Человеческая пируваткиназа М2: многофункциональный белок. Белковая Наука, 19(11), 2031-2044.
Jitrapakdee, S., St Maurice, M., Rayment, I., Cleland, W.W., Wallace, J.C. & Attwood, P.V. (2008). Структура, механизм и регуляция пируваткарбоксилазы. Биохимический журнал, 413(3), 369-387.
Muirhead, H. (1990). Изоферменты пируваткиназы. Биохимическое общество Сделки, 18, 193-196.
Соломон Э., Берг Л. и Мартин Д. (2004). биология (7-е изд.) Cengage Learning.
Супуран, C. T. (2016). Структура и функции карбоангидраз. Биохимический журнал, 473(14), 2023-2032.
Типтон К.Ф., Бойс С., О’Салливан Дж., Дейви Г.П. и Хили Дж. (2004). Моноаминоксидазы: определенность и неопределенность. Современная лекарственная химия, 11(15), 1965-1982.
Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Основы биохимии: жизнь на Молекулярный уровень (5-е изд.). Wiley.
Xu, H.N., Kadlececk, S., Profka, H., Glickson, J.D., Rizi, R. & Li, L.Z. (2014). Является ли высший лактат показателем метастатического риска опухоли? Пилотное исследование MRS с использованием гиперполяризованного 13C-пирувата. Академическая радиология, 21(2), 223-231.

Источник