Фермент Белковая часть (апофермент) Небелковая часть (кофактор) неорганический ион коферменты простетические группы апофермент + кофактор = голофермент

Роль кофакторов могут играть различные вещества - от простых неорганических ионов до сложных органических молекул; в одних случаях они остаются неизменными в конце реакции, в других - регенерируют в результате того или иного последующего процесса.

Если кофактор представлен в виде органической молекулы (некоторые из таких молекул близки к витаминам), то последняя может быть прочно связана с ферментом (в этом случае ее называют простетической группой) или слабо с ним связана (и тогда ее называют коферментом).

Неорганические ионы (активаторы ферментов)

Ионы заставляют молекулы фермента или субстрата принять форму, способствующую образованию E-S-комплекса. Тем самым увеличиваются шансы на то, что фермент и субстрат действительно прореагируют друг с другом, а следовательно, возрастает и скорость реакции, катализируемой данным ферментом.

Пример. Активность амилазы слюны повышается в присутствии хлорид-ионов.

Простетические группы (фад, фмн, биотин, гем)

Данная органическая молекула занимает такое положение, в котором она может эффективно содействовать каталитической функции своего фермента.

Пример 1. Флавинадениндинуклеотид (ФАД) содержит рибофлавин (витамин B 2), который является водород акцепторной частью его молекулы. Функция ФАД связана с окислительными путями клетки, в частности с процессом дыхания, в котором ФАД играет роль одного из переносчиков в дыхательной цепи:

Конечный результат: 2H переносятся к A и B. В качестве связующего звена между A и B действует голофермент.

Рис. 8 Витамин как компонент простетической группы (представлена структура ФАД - флавинаденин динуклеотид).

Пример 2. Гем - это железосодержащая простетическая группа. Его молекула имеет форму плоского кольца, в в центре которого находится атом железа (порфириновое кольцо, такое же, как у хлорофилла). Гем выполняет в организме ряд биологически важных функций. Перенос электронов. В качестве простетической группы цитохромов гем выступает как переносчик электронов. Присоединяя электроны, железо восстанавливается до Fe(II), а отдавая их, окисляется до Fe(III). Гем, следовательно, принимает участие в окислительно-восстановительных реакциях за счет обратимых изменений валентности железа. Перенос кислорода. Гемоглобин и миоглобин - два гемсодержащих белка, осуществляющих перенос кислорода. Железо находится в них в восстановленной форме. Каталитическая функция. Гем входит в состав каталаз и пероксидаз, катализирующих расщепление перекиси водорода и воды.

Коферменты (над, надф, кофермент а, атф)

Пример. Никотинамидадениндинуклеотид (НАД), производная никотиновой кислоты, может существовать как в окислительной, так и в восстановительной форме. В окислительной форме НАД при катализе играет роль акцептора водорода:

Здесь E 1 и E 2 - две различные дегидрогеназы. Конечный результат: 2H переносятся от A к B. Здесь в качестве связующего звена между двумя различными ферментными системами E 1 и E 2 действует кофермент.

Рис. 9 Витамин как компонент кофермента (представлены структуры НАД, НАДФ и АТФ).

Источники

Достаточное количество содержат мясные продукты, печень, почки, молочные продукты, дрожжи. Также витамин образуется кишечными бактериями.

Суточная потребность

Строение

В состав рибофлавина входит флавин – изоаллоксазиновое кольцо с заместителями (азотистое основание) и спирт рибитол .

Строение витамина В 2

Коферментные формы витамина дополнительно содержат либо только фосфорную кислоту – флавинмононуклеотид (ФМН), либо фосфорную кислоту, дополнительно связанную с АМФ – флавинадениндинуклеотид .

Строение окисленных форм ФАД и ФМН

Метаболизм

В кишечнике рибофлавин освобождается из состава пищевых ФМН и ФАД, и диффундирует в кровь. В слизистой кишечника и других тканях вновь образуется ФМН и ФАД.

Биохимические функции

Кофермент оксидоредуктаз – обеспечивает перенос 2 атомов водорода в окислительно-восстановительных реакциях.

Механизм участия флавинового кофермента в биохимической реакции

1. Дегидрогеназы энергетического обмена – пируватдегидрогеназа (окисление пировиноградной кислоты), α-кетоглутаратдегидрогеназа и сукцинатдегидрогеназа (цикл трикарбоновых кислот), ацил-SКоА-дегидрогеназа (окисление жирных кислот), митохондриальная α-глицеролфосфатдегидрогеназа (челночная система).

Пример дегидрогеназной реакции с участием ФАД

2. Оксидазы , окисляющие субстраты с участием молекулярного кислорода. Например, прямое окислительное дезаминирование аминокислот или обезвреживание биогенных аминов (гистамин, ГАМК).

Пример оксидазной реакции с участием ФАД
(обезвреживание биогенных аминов)

Гиповитаминоз B2

Причина

Пищевая недостаточность, хранение пищевых продуктов на свету, фототерапия, алкоголизм и нарушения ЖКТ.

Клиническая картина

В первую очередь страдают высокоаэробные ткани – эпителий кожи и слизистых. Проявляется как сухость ротовой полости, губ и роговицы; хейлоз , т.е. трещины в уголках рта и на губах ("заеды"), глоссит (фуксиновый язык), шелушение кожи в районе носогубного треугольника, мошонки, ушей и шеи, конъюнктивит и блефарит .

Сухость конъюнктивы и ее воспаление ведут к компенсаторному увеличению кровотока в этой зоне и улучшению снабжения ее кислородом, что проявляется как васкуляризация роговицы.

Антивитамины В 2

1. Акрихин (атебрин) – ингибирует функцию рибофлавина у простейших. Используется при лечении малярии, кожного лейшманиоза, трихомониаза, гельминтозов (лямблиоз, тениидоз).

2. Мегафен – тормозит образование ФАД в нервной ткани, используется как седативное средство.

3. Токсофлавин – конкурентный ингибитор флавиновых дегидрогеназ.

Лекарственные формы

Свободный рибофлавин, ФМН и ФАД (коферментные формы).

Коферменты ФМН (РММ) и ФАД (РАО)

Биологическая роль флавиновых ферментов заключается в том, что они катализируют аэробные окислительно-восстановительные реакции в живых системах, например, окисляют восстановительные коферменты – НАД Н 2 , НАДФ Н 2 , несущие Н 2 в дыхательной цепи.

Тиоловые коферменты

К тиоловым коферментам относится кофермент ацилирования (КоА, СоА, НSСоА), биологическая роль которого заключается в переносе ацильных группировок. Если КоА переносит ацетил (СН 3 СО–), то он называется коферментом ацетилирования. В состав КоА входит витамин В 3 (пантотеновая кислота):

Ацильные группы переносятся КоА за счет сложноэфирной связи кофермента А с тиоловой группой –SН.

Биологическая роль кофермента ацетилирования заключается в том, что он является:

1) ключевым веществом промежуточного метаболизма, переносчиком групп СН 3 СО–, которые вступают в цикл Кребса для окисления до Н 2 О и СО 2 и генерации энергии;

2) коферментом, участвующим в биосинтезе и распаде жирных кислот до аминокислот.

РАЗДЕЛ 4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФЕРМЕНТОВ

Ферменты – это высокомолекулярные соединения, амфотерные электролиты, характерными свойствами которых являются:

Гидрофильность;

Высаливание;

Денатурация;

Свойства коллоидных систем;

Оптимум рН;

Температурный оптимум;

Высокая специфичность действия;

Активация и ингибирование ферментов.

Влияние температуры на активность ферментов

Ддя ферментативных реакций справедливо правило Вант-Гоффа: с повышением температуры на 10 °С скорость реакции возрастает в 2–4 раза:

где V t2 – скорость при температуре t2; V t1 – скорость при температуре t1; Δt= t2 – t1; γ = 2–4 – температурный коэффициент.

Данная зависимость сохраняется до определенного температурного уровня – температурного оптимума. Для большинства ферментов температурный оптимум находится в диапазоне 35...45 °С. Повышение температуры выше оптимума приводит к снижению активности фермента, при t > 70 °С фермент инактивируется, т. е. теряет биологическую активность. Так как фермент является белком, то при повышении температуры происходит его денатурация, меняется структура активного центра, в результате фермент не может реагировать с субстратом. Исключением являются миокиназа, которая проявляет активность при 100 °С, и каталаза, активная при 0 °С.

Оптимум рН

Ферменты проявляют максимальную активность при оптимальном физиологическом диапазоне рН (см. приложение). Например, оптимум рН для сахаразы – 6,2, для пепсина – 1,5–2,5.

Обратимость действия

Некоторые ферменты могут катализировать прямую и обратную реакции.

Специфичность (избирательность) действия

Фермент может катализировать одну или несколько близких по природе химических реакций. В основе специфичности лежит гипотеза Э. Фишера: строгое соответствие структуры субстрата и активного центра, как ключ к замку.

Специфичность может быть относительной и абсолютной. Относительная специфичность характерна для ферментов, действующих на определенный тип связи. К ферментам с относительной специфичностью относятся эстеразы (гидролиз по местоположению эфирных связей) и протеиназы (гидролиз пептидной связи).

Абсолютная специфичность (абсолютная избирательность) заключается в том, что фермент катализирует превращение только одного субстрата конкретной структуры.

Например:

Сахараза Сахароза

Аргиназа Аргинин

К абсолютной специфичности относится и стереохимическая специфичность, т. е. воздействие фермента на определенный стереоизомер.

Активация фермента. Активаторы. Ингибирование. Ингибиторы

Активацией называется увеличение активности ферментов, активаторами – вещества, повышающие активность ферментов.

Активаторами могут быть ионы металлов (Na + , К + , Мg 2+).

Одним из видов процесса активации является процесс самоактивации ферментов. Ферменты имеют проферменты (зимогены) –неактивные формы ферментов, когда активный центр замаскирован дополнительным участком пептидной цепи, в результате чего субстрат не может подойти к активному центру. Превращение зимогена в активный фермент в результате удаления участка пептидной цепи и освобождения активного центра называется самоактивацией.

Понижение скорости ферментативной реакции под воздействием ингибиторов называется ингибированием, соответственно ингибиторы –это вещества, которые угнетают действие ферментов. Ингибиторами являются ионы тяжелых металлов, кислоты, щелочи, спирты и др.

Ингибирование может быть как обратимым, так и необратимым.

При необратимом ингибировании фермент теряет свою активность полностью в связи с разрушением структуры (денатурацией). К ингибиторам относятся денатурирующие физические и химические факторы.

Обратимое ингибирование – это обратимое взаимодействие фермента с субстратом. Обратимое ингибирование может быть конкурентным и неконкурентным.

При конкурентном обратимом ингибировании происходит "конкуренция" между субстратом и ингибитором за взаимодействие с активным центром фермента.

Субстрат и ингибиторы – структурные аналоги. Ингибитор (У), конкурируя с субстратом (S), образует с ферментом (Е) ингибиторно-ферментный комплекс (ЕУ):

Е + S + У ↔ ЕУ + S

ннгибнторно-

ферментный

комплекс

Неконкурентное, или аллостерическое (от греч. allos – другой), Ингибирование основано на том, что ингибитор не является структурным аналогом субстрата и соединяется не с активным, а с аллостерическим центром, в результате чего происходит изменение структуры фермента, и активный центр не может присоединить субстрат.

Важную роль в регуляции действия ферментов играет их компартментация, т. е. локализация в субклеточных структурах.