22. Активный центр и механизм действия ферментов, специфичность.

Для осуществления катализа необходим полноценный комплекс апобелка и кофактора, по отдельности катализ они осуществить не могут. Кофактор входит в состав активного центра, участвует в связывании субстрата или в его превращении.

В составе фермента выделяют области, выполняющие различную функцию:

1. Активный центр – комбинация аминокислотных остатков (обычно 12-16), обеспечивающая непосредственное связывание с молекулой субстрата и осуществляющая катализ. Аминокислотные радикалы в активном центре могут находиться в любом сочетании, при этом рядом располагаются аминокислоты, значительно удаленные друг от друга в линейной цепи. В активном центре выделяют два участка:

• якорный (контактный, связывающий) – отвечает за связывание и ориентацию субстрата в активном центре,

• каталитический – непосредственно отвечает за осуществление реакции.

У ферментов, имеющих в своем составе несколько мономеров, может быть несколько активных центров по числу субъединиц. Также две и более субъединицы могут формировать один активный центр. У сложных ферментов в активном центре обязательно расположены функциональные группы кофактора. Например, в реакции превращения пировиноградной кислоты (пируват) в молочную кислоту (лактат) сначала к апоферменту лактатдегидрогеназы присоединяется НАД, формируется активный центр, и только потом входит пирува

2. Аллостерический центр (allos – чужой) – центр регуляции активности фермента, который пространственно отделен от активного центра и имеется не у всех ферментов. Связывание с аллостерическим центром какой-либо молекулы, называемой активатором или ингибитором (или эффектором, модулятором, регулятором), вызывает изменение конфигурации белка-фермента и, как следствие, скорости ферментативной реакции.

Аллостерические ферменты являются полимерными белками, активный и регуляторный центры находятся в разных субъединицах. В качестве такого регулятора может выступать продукт данной или одной из последующих реакций, субстрат реакции или иное вещество.

23. Кофакторы ферментов и их роль в катализе. Витамины - как предшественники коферментов. Гиповитаминозы, их причины и проявления.

Большинство ферментов для проявления ферментативной активности нуждается в низкомолекулярных органических соединениях небелковой природы (коферментах) и/или в ионах металлов (кофакторах).

Кофакторы выполняют функцию стабилизаторов молекулы субстрата, активного центра фермента и конформации белковой молекулы фермента, а именно третичной и четвертичной структур. В некоторых случаях ионы металла служат "мостиком" между ферментом и субстратом. Они выполняют функцию стабилизаторов активного центра, облегчая присоединение к нему субстрата и протекание химической реакции. В ряде случаев ион металла может способствовать присоединению кофермента. Перечисленные выше функции выполняют такие металлы, как Mg2+, Mn2+, Zn2+, Co2+, Мо2+. В отсутствие металла эти ферменты активностью не обладают. Такие ферменты получили название "металлоэнзимы". Схематично данный процесс взаимодействия фермента, субстрата и металла можно представить следующим образом: E-Me-S

Витамин РРвходит в состав кофермента НАД⁺и НАДФ⁺, который принимает участие в ферментативных реакциях по последовательному механизму. Две ферментативные реакции, катализируемые ферментами Е1 и Е2, сопряжены друг с другом посредством кофермента NAD+, служащего в каждом из этих случаев субстратом. Для первого фермента субстратом служит окисленная форма NAD, в качестве второго субстрата выступает донор водорода - пример последовательных реакций, продуктом - восстановленная форма NAD, для фермента Е2 - наоборот.

В итамин В₅ – принимает участие в синтезе кофермента А (Ацетил-КоА). Кофермент А (КоА) —кофермент ацетилирования; один из важнейших коферментов; принимает участие в реакциях переноса ацильных групп. Молекула КоА состоит из остатка адениловой кислоты, связанной пирофосфатной группой с остатком пантотеновой кислоты, соединённой пептидной связью с остаткомβ-меркаптоэтаноламина.

С КоА связан ряд биохимических реакций, лежащих в основе окисления и синтеза жирных кислот, биосинтеза жиров, окислительных превращений продуктов распада углеводов. Во всех случаях КоА действует в качестве промежуточного звена, связывающего и переносящего кислотные остатки на другие вещества. При этом кислотные остатки в составе соединения с КоА подвергаются тем или иным превращениям, либо передаются без изменений на определённые метаболиты.

Витамин В₂ – принимает участие в формировании кофактора ФАД и ФМН. Флавинадениндинуклеотид —кофактор, принимающий участие во многих окислительно-восстановительных биохимических процессах. FAD существует в двух формах — окисленной и восстановленной, его биохимическая функция, как правило, заключается в переходе между этими формами. FAD может быть восстановлен до FADH2, при этом он принимает два атома водорода. Молекула FADH2 является переносчиком энергии и восстановленный кофермент может быть использован как субстрат в реакции окислительного фосфорилирования вмитохондрии. Молекула FADH2 окисляется в FAD, при этом выделяется энергия, эквивалентная (запасаемая в форме) двум молям ATФ.

Гиповитаминозы- болезненные состояния, обусловленные недостаточностью витаминов в организме.

Причиной гиповитаминозов чаще всего являются заболевания пищеварительного тракта, при которых нарушена всасываемость витаминов. Картина гиповитаминоза зависит от того, какого именно витамина не хватает в организме.

По происхождению выделяют экзогенные (первичные) и эндогенные (вторичные) гиповитаминозы. Непосредственная причина экзогенных (первичных) гиповитаминозов — недостаточное поступление в организм одного или, чаще, нескольких витаминов с пищей. Для экзогенных гиповитаминозов характерны сезонный характер и латентное течение. Эндогенные гиповитаминозы подразделяют на приобретённые, наследуемые и врождённые. Причины приобретённых гиповитаминозов: нарушения пищеварения и высвобождения витаминов из продуктов питания; повышенная потребность в витаминах ;нарушение всасывания витаминов в желудке и кишечнике ;расстройство доставки витаминов.

Гиповитаминоз А- проявляется нарушениями зрения (снижением его остроты, «куриной слепотой», т. е. утратой способности видеть в сумерках), поражением тонкого слоя эпителиальных клеток, выстилающих изнутри век» (конъюнктива), трахею, волосяные луковицы и почечные лоханки, и снижением со­противляемости пораженного эпителия гнойной инфекции, а у детей и подростков, кроме того, отставанием в физическом развитии.

В1-дефицит-характеризуется повышенной раздражительностью, плохим сном, рассеянностью, забывчивостью, зябкостью, болями в животе, склонностью к рвоте, дискинезии желудка и кишечника, секреторным расстройствам. К числу ранних симптомов недостатка В1 относят изменения языка. Он становится суховатым, тёмно-красного цвета с маловыраженными сосочками.

Недостаточность витамина В2 (рибофлавина) вызывает структурные и функциональные изменения в коре надпочечников, нарушает процессы гемопоэза, обмена железа, глюконеогенеза, превращения фенилаланина в катехоламины. Дефицит рибофлавина неблагоприятно отражается на состоянии естественного иммунитета. Его недостаток может привести к невынашиванию беременности. Заболевание проявляется поражениями губ (трещины, «заеды»), приобретающих сероватый оттенок, языка, который становится гладким, блестящим и пурпурно-красным. Слизистая оболочка полости рта покрывается сероватыми пятнами; возникают воспаление слизистой оболочки век (конъюнктивит), поражение роговой оболочки и внутренних структур глаза. Все это сопровождается светобоязнью и снижением остроты зрения.

Цинга́— болезнь, вызываемая острым недостатком витамина C (аскорбиновая кислота), который приводит к нарушению синтеза коллагена, и соединительная ткань теряет свою прочность. В первую очередь цинга характеризуется ломкостью сосудов с появлением на теле характерной геморрагической сыпи, кровоточивости дёсен. Это обусловлено тем, что коллаген, в синтезе которого участвует витамин С, является важной составляющей сосудистой стенки. Ослабевает прикрепление надкостницы к костям и фиксации зубов в лунках, что приводит к их выпадению. Появление поднадкостничных кровоизлияний вызывает боли в конечностях.

Гиповитаминоз D наблюдается преимущественно у детей и известен под названием рахита. Недостаток этого витамина ведет к нарушению затвердевания костей и проявляется искривлением ног, своеобразной формой черепа (высокий выпуклый лоб, западающая переносица) и грудной клетки. Легкие формы рахита распространены очень широко. У взрослых дефицит витамина D ведет к вымыванию из костей кальция и их размягчению, следствием чего может быть, например, искривление и укорочение позвоночника, искривление костей ног.

Гиповитаминоз Е вызывает бесплодие.

Недостаточность витамина РР сопровождается четко очерченной клинической картиной, известной под названием пеллагры (шершавая кожа). Типичная клиническая картина заболевания включает триаду: дерматит, диарея, деменция.