![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
Биохимия растений
.pdf![](/html/2706/286/html_PF_Uu9xU7E.wH7e/htmlconvd-CmWawX251x1.jpg)
Белок—Ser—OH + АТФ → Белок—Ser—O P + ÀÄÔ
Реакции фосфорилирования очень важны в регулировании ка˝- талитических свойств белков, так как присоединение фосфа˝тной
группы может вызвать перестройку пространственной стру˝ктуры ферментного белка, которая очень часто сопровождается ус˝илени-
ем или ослаблением его каталитической активности. Фосфоглицераткиназа (2.7.2.3) осуществляет перенос фосфат-
ной группы вместе с макроэргической связью от АТФ на 3-фос-
фоглицериновую кислоту. В результате образуется новое ма˝кроэр-
гическое соединение — 1,3-дифосфоглицериновая кислота:
Этот же фермент может катализировать реакцию, в ходе кото˝-
рой остаток ортофосфорной кислоты с макроэргической свя˝зью
переносится на АДФ, что приводит к синтезу АТФ. Такая реакц˝ия
происходит в процессе дыхания на стадии превращения 3-фос˝-
фоглицеринового альдегида в 3-фосфоглицериновую кислоту˝Ïè. - руваткиназа (2.7.1.40) катализирует похожую по механизму реак-
цию. Она способна переносить фосфатную группу фосфоенолп˝и-
ровиноградной кислоты на АДФ с образованием АТФ:
Важную функцию выполняют ферменты, катализирующие межмолекулярный перенос остатков кофермента А, их называ˝ют КоА-трансферазами. Они играют ведущую роль в липидном обм˝е-
не организмов.
Пропионат-КоА-трансфераза (2.8.3.1), например, переносит остатки КоА от ацетил-КоА на пропионовую кислоту с образова˝ни-
ем пропионил-КоА:
251
![](/html/2706/286/html_PF_Uu9xU7E.wH7e/htmlconvd-CmWawX252x1.jpg)
Активным донором остатков кофермента А для переноса на ра˝- дикалы карбоновых кислот может также служить сукцинил-Ко˝А,
являющийся продуктом дыхательных реакций в цикле ди- и тр˝и-
карбоновых кислот.
8.8.3. ГИДРОЛАЗЫ
Класс гидролаз включает большую группу ферментов, катали˝-
зирующих гидролитическое расщепление различных субстра˝тов, в котором принимают участие молекулы воды. В зависимости от˝
природы гидролизуемых связей их подразделяют на 11 подкла˝с-
сов, а в каждом подклассе различают подподклассы с учетом˝ хи-
мических особенностей субстратов, подвергающихся гидро˝лизу.
Э с т е р а з ы (3.1). Ферменты подкласса эстераз катализируют реакции гидролитического расщепления сложных эфиров˝ по
схеме
Из эстераз очень широко распространены в растениях и клет˝- ках микроорганизмов липазы, с участием которых происходит гидролитический распад жира.
Триацилглицероллипаза (3.1.1.3) — общее название ферментов,
которые катализируют гидролиз ацилглицеринов. В результ˝ате действия этих ферментов образуются глицерин и свободные˝ жирные кислоты:
252
![](/html/2706/286/html_PF_Uu9xU7E.wH7e/htmlconvd-CmWawX253x1.jpg)
От активности липаз зависит интенсивность мобилизации ж˝и- ров в листьях и семенах растений для включения образующих˝ся продуктов в обмен веществ, а также способность растительн˝ых продуктов к прогорканию, особенно муки, крупы, растительн˝ых
масел, при повышении температуры и влажности во время хра˝нения. У каждого вида растений имеется свой набор липаз, отли˝чаю-
щихся растворимостью, оптимумами рН и ионного состава сре˝ды. Пектаза (3.1.1.11) — фермент, который содержится в клетках
микроорганизмов и растений, также относится к эстеразам. ˝Он
катализирует гидролитическое расщепление сложноэфирны˝х свя-
зей в молекулах пектина с образованием метилового спирта˝ и по-
лигалактуроновой кислоты.
К эстеразам относятся и ã è ä ð î ë à ç û ò è î ë î â û õ ý ô è ð î â,
катализирующие гидролиз тиоэфирных соединений с образо˝вани-
ем свободных тиолов, карбоновых кислот, спиртов, моносаха˝ри-
дов и других веществ.
Ацетил-КоА-гидролаза (3.1.2.1) является одним из таких ферментов, под действием которого осуществляется гидролити˝ческое
расщепление ацетилкофермента А:
Тиогликозидаза (3.2.3.1) способна подвергать гидролизу S-гли-
козидную связь в молекулах синигрина, содержащегося в сем˝енах
горчицы и корнях хрена:
253
![](/html/2706/286/html_PF_Uu9xU7E.wH7e/htmlconvd-CmWawX254x1.jpg)
Ô î ñ ô à ò à ç û — это гидролазы фосфомоноэфиров, которые катализируют гидролитическое расщепление сложноэфирны˝х связей в молекулах фосфорнокислых эфиров, образовавшихс˝я в результате взаимодействия ортофосфорной кислоты с гидр˝о- ксильными группами моносахаридов, спиртов и других соеди˝не-
íèé. Глюкозо-6-фосфатаза (3.1.3.9), например, гидролизует глюкозо-6-фосфат, глюкозо-1-фосфатаза (3.1.3.10) — глюкозо-1- фосфат, гексозодифосфатаза (3.1.3.11) — фруктозо-1,6-дифосфат, фитаза (3.1.3.8) — инозитфосфорную кислоту, нуклеотидазы —
нуклеотиды.
В зависимости от оптимума рН различают фосфатазы кислые (рН 3—4), нейтральные (рН 5—6) и щелочные (рН 8—9).
à è ä ð î ë à ç û ô î ñ ô î ä è ý ô è ð î â (3.1.4) катализируют гидролитическое расщепление фосфодиэфирных связей в мо˝лекулах ДНК (десоксирибонуклеаза) и РНК (рибонуклеаза), а также˝ в
динуклеотидах и некоторых фосфолипидах.
Рибонуклеаза (3.1.27.5) — один из ферментов этой группы,
строение и механизм действия которого очень хорошо изуче˝ны.
Он выделен из поджелудочной железы животных. Полипептидн˝ая
цепь этого фермента состоит из 124 аминокислотных остатков˝, а
структуру каталитического центра образуют остатки гист˝идина в
положениях 12 и 119 и лизина в положении 41, которые сближа-
ются при формировании пространственной структуры молек˝улы.
à è ä ð î ë à ç û |
ã ë è ê î ç è ë ü í û õ ñ î å ä è í å í è é, èëè |
ê à ð á î ã è ä ð à ç û |
(3.2), расщепляют гликозидные связи в мо- |
лекулах углеводов и гликозидов по схеме |
R—ΗR1 + Í2Î → R—ÎÍ + R1—ÎÍ
К этой группе ферментов относятся α-глюкозидаза, β-фрукто-
фуранозидаза, β-глюкозидаза, α-амилаза, β-амилаза, глюкоамила-
за, инулиназа и др. (см. гл. 9).
254
![](/html/2706/286/html_PF_Uu9xU7E.wH7e/htmlconvd-CmWawX255x1.jpg)
α-Глюкозидаза (3.2.1.20) расщепляет О-гликозидную связь меж-
ду остатком α-D-глюкозы и гликозидным кислородом в молекулах мальтозы и сахарозы:
В представленной формуле мальтозы стрелкой показано мес˝то действия фермента. Особенно высокой α-глюкозидазной активностью обладают прорастающие зерна проса и ячменя.
β-Фруктофуранозидаза (3.2.1.26) — фермент, под действием которого сахароза гидролизуется с образованием глюкозы и ф˝руктозы. При этом фермент расщепляет О-гликозидную связь со сто˝роны фруктозного остатка в молекуле сахарозы:
255
![](/html/2706/286/html_PF_Uu9xU7E.wH7e/htmlconvd-CmWawX256x1.jpg)
β-Фруктофуранозидаза отщепляет также фруктозу от молекул˝ы рафинозы.
β-Глюкозидаза (3.2.1.21) катализирует гидролиз гликозидов, в ходе которого от молекулы гликозида отщепляется β-D-глюкоза и,
кроме того, образуется свободный агликон.
α-Амилаза (3.2.1.1) катализирует гидролиз О-гликозидных свя-
зей в молекулах крахмала, расщепляя молекулу полимера на ˝отдельные фрагменты, называемые декстринами. В результате д˝ей-
ствия на крахмал β-амилазы (3.2.1.2) происходит отщепление от
концов полисахаридной молекулы дисахарида мальтозы, при˝ этом
действие фермента прекращается при достижении точек вет˝вле-
ния, в которых глюкозные остатки соединены α(1 → 6)-связями. Глюкоамилаза (3.2.1.3) — фермент, механизм действия которого
примерно такой же, как и β-амилазы, однако под его действием от
свободных концов молекул крахмала и его ответвлений отще˝п-
ляется глюкоза. Действие фермента на молекулы амилопектина
прекращается при достижении точек ветвления. В результат˝е совместного действия амилаз молекулы крахмала почти пол˝нос-
тью (на 95 %) гидролизуются с образованием мальтозы и глюкоз˝ы.
Инулиназа (3.2.1.7) обнаружена у растений, накапливающих в
запасающих тканях полифруктозид инулин. Этот гидролитич˝ес-
кий фермент способен гидролизовать инулин до фруктозы.
Ï ð î ò å î ë è ò è ÷ å ñ ê è å ô å ð ì å í ò û (3.4), èëè ï ð î-
т е а з ы, гидролизуют пептидные связи в молекулах белков и пеп-
тидах по схеме
Протеазы разделяют на протеиназы и пептидазы. Ï ð î ò å è - í à ç û катализируют гидролитическое расщепление пептидных связей в молекулах белков, а ï å ï ò è ä à ç û действуют только на пептиды.
Из протеиназ наиболее хорошо изучены строение и свойства˝ пепсина, трипсина, химотрипсина и папаина.
Пепсин (3.4.23.1) выделяется слизистой оболочкой желудка в виде неактивного белка пепсиногена, который активируетс˝я в кислой среде в результате частичного гидролиза определе˝нных пептидных связей. Этот фермент преимущественно расщепля˝ет
пептидные связи, соединяющие какой-либо аминокислотный о˝с- таток с остатком ароматических аминокислот. В каталитиче˝ском действии пепсина важную роль играют карбоксильные групп˝ы дикарбоновых аминокислот.
256
Âсоке поджелудочной железы содержатся неактивные формы˝
гидролитических ферментов трипсиногена и химотрипсиног˝ена,
которые, попадая в тонкий кишечник, превращаются там в кат˝а-
литически активную форму под действием трипсина (3.4.21.4), îá-
разовавшегося с участием другого фермента энтерокиназы˝. Активирование трипсиногена и химотрипсиногена происходит в˝ результате расщепления в их полипептидных цепях определен˝ных
пептидных связей. В каталитическом действии трипсина и химотрипсина (3.4.21.1) участвуют аминокислотные остатки серина, гистидина, аспарагиновой и глутаминовой кислот. Выяснено˝, что трипсин направленно катализирует гидролиз пептидных св˝язей, которые образованы с участием аминокислотных остатков а˝ргинина и лизина.
Âрезультате действия пепсина, трипсина и химотрипсина бе˝л- ки гидролизуются с образованием пептидов и свободных ами˝нокислот. Эти ферменты получены в кристаллическом виде и оп˝ределены их аминокислотные последовательности.
Папаин (3.4.22.2) — растительный фермент, также относящийся
êпротеиназам, выделенный из млечного сока дынного дерева˝. В молекуле папаина содержится 212 аминокислотных остатков, к˝о- торые при формировании третичной структуры образуют три˝ дисульфидные связи. В гидролитической реакции, которую ката˝ли-
зирует папаин, участвуют сульфгидрильные группы (—SH) цист˝е- ина и амидазольная группировка гистидина. Гидролитическ˝ой активностью обладает восстановленная форма фермента, кото˝рая образуется из окисленной формы под действием тиоловых со˝единений (цистеин, восстановленный глютатион).
Ï å ï ò è ä à ç û включают три группы ферментов: аминопептидазы, катализирующие гидролитическое отщепление аминокислотных остатков от N-концов пептидов; карбоксипептидазы, катализирующие гидролитическое отщепление аминокислот˝ных
остатков от С-концов пептидов; дипептидазы, катализирующие
гидролиз пептидных связей в дипептидах с образованием св˝ободных аминокислот. Все они представляют собой металлоферме˝нты, содержащие цинк.
К пептидазам, отщепляющим аминокислотные остатки от С-конца полипептидных цепей, относится карбоксипептидаза А (3.4.17.1), которая синтезируется в поджелудочной железе животных. Этот фермент содержит в активном центре ион Zn2+, образующий хелатные связи с двумя имидазольными группами гисти˝ди-
на и карбоксильной группой глутаминовой кислоты. В катали˝ти-
ческом действии карбоксипептидазы А также участвуют ами˝но-
кислотные остатки аргинина и тирозина.
257
![](/html/2706/286/html_PF_Uu9xU7E.wH7e/htmlconvd-CmWawX258x1.jpg)
Лейцинаминопептидаза (3.4.11.1) — типичный представитель аминопептидаз. Она катализирует гидролитическое отщепл˝ение
остатков лейцина от N-концов полипептидов:
Глицилглицинпептидаза (3.4.13.11) — дипептидаза, катализирующая гидролиз дипептида глицилглицина:
А м и д а з ы (3.5) — подкласс, важнейшими группами фер-
ментов в котором являются ä å ç à ì è ä à ç û, катализирующие
гидролиз C—N-связей в амидных группировках, и ä å ç à ì è í à - ç û, которые ускоряют гидролитическое дезаминирование нукл˝еотидов, нуклеозидов и азотистых оснований.
К дезамидазам относятся уреаза, аспарагиназа, глутаминаз˝а,
аргиназа.
Уреаза (3.5.1.5) содержится в клетках растений, бактерий, плесневых грибов. Особенно ее много содержится в зерне сои и кл˝етках уробактерий. Этот фермент впервые был выделен в крист˝алли-
ческой форме и характеризуется очень высокой специфично˝стью
действия. Он катализирует гидролитическое расщепление м˝очеви-
ны на аммиак и диоксид углерода:
258
![](/html/2706/286/html_PF_Uu9xU7E.wH7e/htmlconvd-CmWawX259x1.jpg)
CO(NH2)2 + H2O → CO2 + 2NH3
Аспарагиназа (3.5.1.1) катализирует гидролиз аспарагина, глутаминаза (3.5.1.2) — глутамина:
Аргиназа (3.5.3.1) катализирует гидролитическое превращение
аминокислоты аргинина в мочевину и орнитин:
Указанные биохимические реакции играют важную роль в об-
мене азотистых веществ организмов.
Аденозиндезаминаза (3.5.4.4) из группы ä å ç à ì è í à ç катализирует реакции гидролитического превращения аденозин˝а в
инозин:
259
![](/html/2706/286/html_PF_Uu9xU7E.wH7e/htmlconvd-CmWawX260x1.jpg)
Ï î ë è ô î ñ ô à ò à ç û (3.6) катализируют гидролиз кислотноангидридных связей. Под действием этих ферментов происхо˝дит
гидролитическое отщепление фосфатных групп от полифосф˝атов.
По такому механизму действует фермент пирофосфатаза (3.6.1.1),
катализирующая гидролиз пирофосфата (дифосфорной кисло˝ты)
с образованием двух молекул ортофосфорной кислоты:
Í4Ð2Î7 + Í2Î → 2Í3ÐÎ4
Гидролиз АТФ катализирует фермент аденозинтрифосфатаза
(3.6.1.3):
ÀÒÔ + Í2Î → ÀÄÔ + Í3ÐÎ4
Указанные ферменты выполняют важные функции в ходе био-
энергетических превращений в организмах.
8.8.4. ЛИАЗЫ
Ферменты класса лиаз отщепляют от субстратов группировк˝и атомов с образованием двойной связи или присоединяют опр˝еде-
ленные группы в результате разрыва двойных связей. Раздел˝ение
лиаз на подклассы зависит от типов связей, которые подвер˝гаются разрыву в ходе ферментативных реакций. Рассмотрим некото˝рые реакции, катализируемые лиазами.
У г л е р о д - у г л е р о д - л и а з ы (4.1) — подкласс, к важней-
шим представителям которого относятся д е к а р б о к с и л а з ы, катализирующие отщепление или присоединение к субстрат˝ам
ÑÎ2; à ë ü ä î ë à ç à, участвующая в расщеплении фруктозо-1,6- дифосфата с образованием двух триоз или в синтезе фруктоз˝оди-
фосфата из триоз; ë è à ç û ê å ò î ê è ñ ë î ò, осуществляющие
расщепление и образование кетокислот.
260