Тема 3. Ферменты. Лекция 2.

Аллостерические ферменты.

Не все ферменты подчиняются кинетике Михаэлиса-Ментен.

Например, большая группа аллостерических ферментов имеет сигмоидную зависимость скорости реакции от концентрации субстрата. (Рис. 1)

Рис. 1.

Сигмоидная форма зависимости скорости реакции аллостерического фермента от [S] может быть объяснена моделью согласованного механизма кооперативного связывания субстрата.

Рассмотрим эту модель на примере аллостерического фермента, состоящего из 2 идентичных субъединиц. Модель базируется на предположении, что для субъединиц фермента существует 2 возможные конформации – с высоким сродством к субстрату (R-форма) и с низким сродством к субстрату (T-форма). Также постулируется, что для сохранения симметричности димера обе субъединицы должны находиться в одном и том же конформационном состоянии. (Рис . 2)

Рис. 2

Существуют и другие модели, объясняющие кинетику аллостерических ферментов. Модель согласованного механизма кооперативного связывания субстрата хорошо объясняет кинетику многих аллостерических ферментов.

Кофакторы

Многие ферменты кроме белковой части включают в свой состав небелковый компонент - кофактор. Кофакторы могут иметь различную природу. Это могут быть неорганические ионы и органические молекулы. Если кофактором является органическая молекула, то она называется коферментом.

Кофермент может быть связан с белковой частью фермента ковалентно или нековалентно.

Если кофермент связан с белком ковалентно, то он называется простетической группой.

Белковая часть таких ферментов называется апоферментом.

Апофермент + кофермент = холофермент (каталитически активный)

Кофермент можно рассматривать как второй субстрат или косубстрат.

Коферменты участвуют в метаболизме как переносчики различных химических групп (в том числе и водорода).

Например в реакциях переаминирования пиридоскальфосфат выступает как переносчик аминогруппы от одной аминокислоты к другой. NAD+ и NADP+ выступают как переносчики водорода.

Многие витамины выступают в организме в роли коферментов.

Механизм действия ферментов

Снижение свободной энергии реакции.

Теория переходного состояния. Переходное состояние – структура с наиболее высоким уровнем свободной энергии. Фермент снижает энергию переходного состояния за счет сродства к нему.

Рис. 3

Факторы, обеспечивающие высокую каталитическую активность ферментов:

• Фактор сближения;

• Фактор фиксации;

• Фактор ориентации;

Классификация ферментов

Номенклатура введенная Международным биохимическим союзом.

Ферменты классифицируют в соответствии с типом реакции, который они катализируют.

Реакции и ферменты, которые их катализируют, подразделяются на 6 классов, в каждом из которых имеется несколько подклассов.

Каждый фермент имеет кодовый номер по классификации ферментов (КФ); первая цифра характеризует класс реакции, вторая — подкласс и третья — подподкласс. Четвертая цифра указывает порядковый номер фермента в его подподклассе. Таким образом, КФ 2.7.1.1 означает, что фермент относится к классу 2 (трансфераза), подклассу 7 (перенос фосфата) и подподклассу 1 (акцептором фосфата является спирт). Последняя цифра обозначает фермент гексокиназу, или АТР: D-гексозо-6-фосфотрансферазу, -т.е. фермент, катализирующий перенос фосфата с АТР на гидроксильную груп­пу атома углерода в шестом положении глюкозы.

Ниже представлены все шесть классов ферментов и некоторые конкретные примеры. В скобках указа­но рекомендуемое название.

1. Оксидоредуктазы. Ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции с уча­стием двух субстратов, S и S':

S_восст + S’_окисл = S_окисл + S’_восст

Катализируют реакции, в которых участвуют такие группы, как СН—ОН, СН—СН, С = О, СН— NH₂, и —СН—NH—. Некоторые подклассы:

1.1. Ферменты, действующие на группу СН— ОН (донор электронов). Например:

1.1.1.1. Алкоголь: NAD⁺ оксидоредуктаза [алкогольдегидрогеназа]

Спирт + NAD+ = Альдегид или кетон + NADH + H+.

1.4. Ферменты, действующие на группу СН—NH₂ (донор электронов). Например:

1.4.1.3. L-Глутамат: NAD(P)⁺ оксидоредуктаза (дезаминирующая) [глутаматдегидрогеназа из печени животных]. Запись NAD(P)⁺ означает, что акцептором электронов может служить либо NAD+, либо NADP⁺.

L-Глутамат + Н,О + NAD(P)⁺ = а-Кетоглутарат + NH⁺₄ + NAD(P)H + Н⁺.

2. Трансферазы. Ферменты, катализирующие перенос группы G (отличной от атома водорода) с субстрата S на субстрат S':

S—G + S' = S'—G + S.

Катализируют перенос одноуглеродных групп, альдегидных или

кетонных остатков, а также ацильных,

алкильных, гликозильных групп и групп, содержащих фосфор и серу.

Некоторые подклассы:

2.3. Ацилтрансферазы. Например:

2.3.1.6. Ацетил-СоА:холин О-ацетилтрансфераза [холин-ацетилтрансфераза]

Ацетил-СоА + Холин = СоА + О-Ацетилхолин.

2.7. Ферменты, катализирующие перенос группы, содержащей фосфор. Например:

2.7.1.1. АТР: D-гексоза 6-фосфотрансфераза [гексокиназа]

АТР + D-Гексоза = ADP + D-Гексозо-б-фосфат.

3. Гидролазы. Ферменты, катализирующие гид­ролиз эфирных, сложноэфирных, пептидных и глико­зильных связей, кислотных ангидридов, связей С— С, С-галоида и Р—N. Например:

3.1. Ферменты, действующие на сложноэфирные связи. Например:

3.1.1.8. Ацилхолин — ацилгидролаза [псевдохолинэстераза]

Ацилхолин + Н₂О = Холин + Кислота.

3.2. Ферменты, действующие на гликозилъные со­единения. Например:

3.2.1.23. -D-Галактозид — галактогидролаза [(-галактозидаза]

-D-Галактозид + Н₂О = Спирт + D-Галактоза.