Коферменты

Подобно другим функциональным белкам, ферменты делятся на простые (однокомпонентные) и сложные (двухкомпонентные). Простые ферменты – это белки, построенные из аминокислот, и при гидролизе распадаются только на аминокислоты. К их числу относятся, например, гидролитические ферменты (пепсин, трипсин, уреаза). Сложные ферменты – это по сути сложные белки, содержащие, кроме, полипептидной цепи, небелковый компонент. При их гидролизе образуются не только свободные аминокислоты, но и небелковый фрагмент или продукты его распада.

Белковая часть сложного фермента получила название апофермента, небелковая часть – кофактора. Кофакторы могут иметь разную химическую природу и отличаться по прочности связи с апоферментом. Если кофактор прочно связан с апоферментом ковалентной связью, он называется простетической группой (FAD, FMN, биотин, пиридоксаль-5'-фосфат липоевая кислота). Простетическая группа обычно остаётся в составе фермента на всех стадиях каталитической реакции. Кофактор, который легко отделяется от апофермента и способен к самостоятельному существованию, называется коферментом. Апофермент удерживает кофермент нековалентными связями – водородными, электростатическими и др. Обычно кофермент связывается с апоферментом только во время катализа, после окончания реакции он покидает активный центр. Такими легко диссоциирующими коферментами являются коферменты-переносчики, действие которых связано с переходом от одной молекулы фермента к другой. Некоторые коферменты, например NAD, в зависимости от каталитических реакций, в которых они участвуют, могут функционировать как простетическая группа или покидать активный центр фермента.

Кофермент вместе с апоферментом образуют холофермент:

Кофермент + Апофермент ↔ Холофермент

Следует отметить одну отличительную особенность сложных ферментов, заключающуюся в том, что ни кофактор (в том числе кофермент), ни сам по себе апофермент каталитической активностью не обладают и только их объединение в единое целое обеспечивает быстрое протекание химической реакции.

Свойства и функции коферментов

Коферменты относятся к сложным органическим веществам, их молекулы значительно меньше по размеру, чем молекулы ферментов. Коферменты могут проникать через биологические мембраны, нагревание обычно не вызывает изменения их структуры.

Кофермент, локализуясь в каталитическом участке активного центра фермента, принимает непосредственное участие в химической реакции, выступая в качестве акцептора и донора химических группировок, атомов, электронов. В ходе реакции кофермент претерпевает химические превращения, в точности противоположные тем, которые происходят в субстрате. Например, в окислительно-восстановительных реакциях молекула субстрата окисляется, а молекула кофермента восстанавливается. При последующих сопряжённых реакциях изменения в коферменте протекают в обратном направлении и он воспроизводится в первоначальной форме.

Таким образом, кофермент является одним из субстратов ферментативной реакции, т.е. выступает как косубстрат. По происхождению и химическому строению коферменты можно подразделить на следующие группы:

• Производные витаминов (Е, К, Q, С, Н, В₁, В₂, В₆, В₁₂ и др);

• Соединения нуклеотидной природы (NAD, NADP, АТP, CоА, FAD,FMN);

• Гемы (простетические группы цитохромов, пероксидаз);

• Убихинон, или коэнзим Q (перенос электронов и протонов в дыхательной цепи электронов);

• Липоевая кислота;

• Фосфоаденозилфосфосульфат (участвует в переносе сульфата);

• S-аденозилметионин (SАМ) – донор метильной группы);

• Глутатион (трипептид γ–глутамил-цистеинил-глицин участвует в окислительно-восстановительных реакциях).

Небелковая часть сложного фермента может быть представлена также ионами металлов (Mg²⁺, K⁺, Mn²⁺, Ca²⁺, Zn²⁺, Cu²⁺ и др.). Ферменты, содержащие в своём составе ионы металлов, называются металлоферментами. Например, α-амилаза включает ионы Са²⁺, которые участвуют в стабилизации пространственной структуры фермента. Удаление этих ионов приводит к потере активности фермента. Для некоторых ферментов субстратом служит комплекс превращаемого вещества с ионом металла. Например, для большинства киназ в качестве одного из субстратов выступает не молекула АТP, а комплекс Mg²⁺, АТP. В этом случае ион Mg²⁺, не взаимодействует непосредственно с ферментом, а участвует в стабилизации молекулы АТP и нейтрализации отрицательного заряда субстрата, что облегчает его присоединение к активному центру фермента.