Коферменты

Для проявления каталитической активности большинству ферментов необходимо наличие кофермента. Гидролитические ферменты (протеазы, липазы) выполняют свою функцию в отсутствие кофермента.

Кофермент, локализуясь в каталитическом участке активного центра, принимает непосредственное участие в химической реакции. Он выступает в качестве акцептора и донора химических группировок, атомов, электронов.

Кофермент связывается с белковой частью молекулы ковалентными, в этом случае он называется простетической группой (ФАД, ФМН, биотин) и

нековалентными связями, в этом случае кофермент может рассматриваться, как второй субстрат (NAD+, NADP+).

К коферментам относят следующие соединения:

• производные витаминов

• глутатион, участвующий в ОВР

• убихинон, участвующий в переносе электронов и Н+ в цитохромной системе

• нуклеотиды, доноры и акцепторы остатка фосфорной кислоты

Коферменты как вторые субстраты

Кофермент можно рассматривать как второй субстрат по двум причинам.

1. В ходе реакции кофермент претерпевает химические изменения, в точности противоположные изменениям, которые происходят в субстрате.

Например, в окислительно-восстановительных дегидрогеназных реакциях молекула субстрата окисляется, а молекула кофермента восстанавливается.

Подобным же образом в реакциях переаминироания пиридоксальфосфат выступает как второй субстрат в двух сочетанных реакциях и как переносчик аминогруппы между различными α-амино- и α-кетокислотами.

Участие фермента в реакции имеет фундаментальное физиологическое значение.

Например, работа мышцы в анаэробных условиях сопровождается превращением пирувата в лактат.

Но в этом случае важны совсем не лактат и не пируват:

предназначением реакции является превращение NADH в NAD+.

В отсутствие NAD+ гликолиз продолжаться не может и анаэробный синтез АТР (а, следовательно, и работа мышцы) прекращается.

Восстановление пирувата до лактата в анаэробных условиях обеспечивает окисление NADH в NAD+, необходимый для синтеза АТР.

У бактерий и дрожжей, растущих в анаэробных условиях, вещества, образующиеся из пирувата, служат окислителями для NADH, при этом сами они восстанавливаются.

Основу жизнедеятельности любого организма составляют химические процессы. Практически все реакции в живом организме протекают с участием ферментов или энзимов.

Ферментами называют катализаторы, которые способны ускорять химические реакции. В ходе реакции они претерпевают физические изменения, но по ее завершении возвращаются в исходное состояние.

Ферменты являются белковыми катализаторами биохимических реакций, большая часть которых в отсутствие ферментов протекала бы крайне медленно. В отличие от небелковых катализаторов (Н+, ОН-, ионы металлов) каждый фермент способен катализировать лишь очень небольшое число реакций, часто только одну. Таким образом, ферменты представляют собой реакционно-специфические

катализаторы.

Практически все биохимические реакции катализируются ферментами.

Механизм действия ферментов может быть рассмотрен с двух позиций.

1. с точки зрения изменения энергетики химических реакций

2. с точки зрения событий в активном центре

Энергетические изменения при химических реакциях

Для понимания энергетики химической реакции необходимо учитывать изменения энергии в процессе данной химической реакции и роль ферментов в этом процессе.

Рассмотрим реакцию разложения угольной кислоты

Н ₂СО₃ Н₂О + СО₂

Угольная кислота слабая, ее разложение пойдет, если ее молекулы имеют энергию, превышающую энергию активации. Энергия активации – это дополнительное количество кинетической энергии, необходимое молекулам вещества, чтобы они вступили в реакцию.

При достижении этого энергетического барьера в молекуле происходят изменения, вызывающие перераспределение химических связей и образование новых соединений. Молекулы, обладающие энергией активации, находятся в переходном состоянии. Разницу энергий между исходным реагентом Н₂СО₃ и конечными Н₂О и СО₂ называют изменением свободной энергии реакции. Н₂О и СО₂ более стабильные вещества, чем Н₂СО₃ т.к. обладают меньшей энергией и при обычных условиях практически не реагируют. Энергия, выделяющиеся в результате этой реакции рассеивается в виде тепла в окружающую среду.

Повысить скорость этой реакции можно нагреванием, однако для живых организмов это губительно и поэтому в клетке используют ферменты. Ферменты снижают энергию активации, в результате возрастает количество реакционных молекул и увеличивается скорость реакции. При участии ферментов образуется фермент-субстратный комплекс, который распадается на свободный фермент и продукт реакции. Ферменты не изменяют свободную энергию субстратов и продуктов и поэтому не меняют равновесие реакции.

Сходство ферментов с небиологическими катализаторами

1. ферменты катализируют энергетически возможные реакции

2. энергия химической системы остается постоянной

3. в ходе катализа направление реакции не изменяется

4. в процессе реакции ферменты не расходуются

Отличие ферментов от небиологических катализаторов

1. скорость ферментативных реакций выше, чем реакций, катализируемых небелковыми катализаторами

2. ферменты обладают высокой специфичностью

3. ферментативная реакция проходит при температуре 37^оС, постоянном давлении и физиологическом значении рН

4. скорость ферментативной реакции может регулироваться