Вопрос 17 Кофакторы ферментов: ионы металлов их роль в ферментативном катализе. Коферменты как производные витаминов. Коферментные функции витаминов в6, рр и в2 на примере трансаминаз и дегидрогеназ.

Холофермент – фермент, обладающий каталитической активностью, состоящий из

из белковой части – «апофермента» и небелковой – иона металла «кофактора»

Более 25% всех ферментов для проявления полной каталит. активности нуждается в ионах металлов (коферментах)

1. Роль металлов в присоединении субстрата в активном центре фермента

Ионы металла выполняют функцию стабилизаторов молекулы субстрата, активного центра фермента и конформации белковой молекулы фермента, а именно третичной и четвертичной структур.

• Ионы металлов - стабилизаторы молекулы субстрата: для некот. ферментов

субстратом служит комплекс превращаемого вещества с ионом металла.

Например: для большинства киназ в качестве одного из субстратов выступает не молекула АТФ, а комплекс Mg²⁺-ATФ. Сам ион Mg²⁺ не взаимодействует именно с ферментом, а участвует в стабилизации молекулы АТФ и нейтрализации отрицательного заряда субстрата, что облегчает его присоединение к АЦ фермента (гексокиназа)

Схематично роль иона Ме можно представить как комплекс: E-S-Me

где: Е – фемрент, S – субстрат, Ме – ион металла

• Ионы металла - стабилизаторы АЦ фермента: в некот. случаях ионы Ме

служат "мостиком" между ферментом и субстратом – они стабилизируют АЦ, облегчая присоединение к нему субстрата и протекание хим. реакции.

Ион металла может способствовать присоединению кофермента (это ионы Mg²⁺,

Mn²⁺, Zn²⁺, Co²⁺). В отсутствие металла эти ферменты активностью не обладают – такие ф. называют "металлоэнзимы".

Напимер: фермент пируваткиназа, катализирующий реакцию:

Мg²⁺ участвует в стабилизации активного центра, что облегчает присоединение фосфоеноппирувата

2. Роль металлов в стабилизации третичной и четвертичной стр-ры фермента

Некоторые ферменты в отсутствие ионов Ме способны к хим. катализу, ноони нестабильны, т.к. их активность снижается и даже полностью исчезает при небольших изменениях рН, t° и др. незначит. изменениях окр. среды.

Например: для поддержания третичной конформации пируваткиназы необходимы ионы К⁺. А для стабилизации четвертичной структуры алкогольдегидроггеназы, катализирующей реакцию окисления этанола, необходимы ионы Zn²⁺

3. Роль металлов в ферментативном катализе.

• Участие в электрофильном катализе: эту функцию выполняют ионы Ме с

переменной валентностью, имеющие свободную d-орбиталь и выступающие в качестве электрофилов (Zn²⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Cu²⁺). В ходе электрофильного катализа ионы металлов часто участвуют в стабилизации промежуточных соединений.

Например: функционирование карбоангидразы – цинкосодержащего фермента, катализир. реакцию обр. угольной кислоты

Ион Zn²⁺ в результате электрофильной атаки участвует в образовании Н⁺ и ОН^-

ионов из молекулы воды:

Н⁺ и ОН^- последовательно присоединяются к диоксиду углерода с обр. угольной кислоты:

• Участие в ОВР: ионы Ме с переменной валентностью могут также участвовать в

переносе электронов. Например, в цитохромах (гемсодержащих белках) ион железа способен присоединять и отдавать один электрон:

4. Роль металлов в регуляции активности ферментов: например, ионы Са²⁺ служат активаторами фермента протеинкиназы С, катализир. реакции фосфорилирования белков. Ионы Са²⁺ также изменяют активность ряда кальций кальмодулинзависимых ферментов.

Коферменты локализуются в каталитическом участке АЦ и принимают

непосредственное участие в хим. реакции, выступая в качестве акцептора и донора хим. группировок, атомов, электронов.

Кофермент может быть связан с белковой частью молекулы по-разному:

• Ковалентными связями – тогда называется простетической гр.

(FAD, FMN, биотин, липоевая кислота).

• Нековалентными связями – кофермент взаимодействует с ф. только на

время хим. реакции и может рассматриваться как второй субстрата (NAD⁺, NADP⁺)

Но, например, тиаминдифосфат (кофермент) присоединяется к ферменту

нековалентными связями настолько прочно, что не диссоциирует от белковой молекулы

Роль апофермента и кофермента:

• Апофермент обеспечивает специфичность действия и отвечает за выбор типа

хим. превращения субстрата.

• Один и тот же кофермент, взаимодействуя с различными апоферментами, может

участвовать в разных хим. превращениях субстрата. (Пиридоксальфосфат в зависимости от того, с каким апоферментом взаимодействует, участвует в реакциях трансаминирования или декарбоксилирования АК)

К коферментам относят следующие соединения:

• Производные витаминов

• Гемы, входящие в состав цитохромов, каталазы, пероксидазы,

гуанилатциклазы, NO-синтазы и являющиеся простетической гр. ферментов

• Нуклеотиды – доноры и акцепторы остатка фосфорной кислоты

• Убихинон (кофермент Q), участвующий в переносе электронов

и протонов в ЦПЭ

• Фосфоаденозилфосфосульфат, участвующий в переносе сульфата

• S-аденозилметионин (SAM) – донор метильной группы

• Глутатион, участвующий в ОВР