1.3.2.Коэнзимы и другие кофакторы

Из предыдущих лекций мы с вами уже выяснили, что активность ферментов во многом определяется структурой белка. Однако, помимо структуры белка активность многих ферментов зависит от присутствия определенных групп небелковой природы, так называемых кофакторов, ионов металлов или сложных органических соединений – коферментов /коэнзимов/.

Термин коэнзим был введен франц. ученым Бертраном для обозначения той части фермента, которая легко удаляется через п/п перепонку при диализе. Сейчас уже ясно, что почти все ферменты являются 2 компонентами, состоят из белка и связанного с ним кофермента – термостабильного органического соединения небелковой природы.

Природный комплекс фермента с кофактором называют - холоферментом, а неактивный белок, остающийся после удаления кофактора – апоферментом. Коферменты, более прочно связаны с апоферментом называют простетической группой. В отличие от субстрата коферменты в результате ферментативной реакций не подвергаются изменениям. Но в случае ряда последовательных ферментативных реакций кофермент на каком- то этапе может выступать в качестве субстрата, хотя, в конечном счете, он и регенерирует. Большинство коферментов являются витаминами или их производными.

Согласно химическому строению коферменты можно разделить на следующие группы:

1. Коферменты алифатического ряда / глютаион – трипептид, выступает как коэнзим ферментов катализирующих реакции изомеризации, внутримолекулярного переноса водорода / : / липеевая кислота – ростовой фактор для микробов/.

2. Коферменты ароматического ряда / убихиноны / коэнзим / - содержат хиноидные группы, участвуют в процессе дыхания.

3. Коферменты – гетероциклического соединения / производные пиридоксина / витамин В6 /, реакции превращения аминокислот, / ферменты декарбоксилазы и рацемазы аминокислот /. Б) Производные витамина В1, пищевой фактор болезнь полиневрит /бери/. В) Биотин – необходим для нормального роста и развития дрожжей. В качестве кофермента входит в состав ферментов. Г) катализирующих реакции активирования и переноса СО2, т.е. реакции карбоксилирования и деарбоксилирования, катализирующих реакции синтеза малотил – СоА из ацетил соА и угольной кислоты в дальнейшем синтез жирных кислот. Производные фолиевой кислоты присутствуют в ферментах катализирующих реакции активации и переноса одноуглеродных остатков.

4. Коферменты – нуклеотиды и нуклеозиды. Нуклеотиды – соединения азотистого основания с сахаром и остатком фосфорной кислоты. Азотистые основания принадлежат к пуриновому или пиримидиновому ряду. Азотистые основания соединены с остатком пентезы – рибозы или дезоксирибозы. Общая структура нуклеотидов: азотистое основание – пентоза – фосфорная кислота. Нуклеотид без остатка фосфорной кислоты – азотистый остаток с пентозой – нуклеозид. В состав коферментов – нуклеотидов и нуклеозидов – входят пуриновые основания – аденин /А/ и гуанин /Г/ и пиримидиновые основания – цитозин /С/, урацил - /У/ и тимин /Т/.

Важнейшие нуклеозиды – аденозин, гуанезин, цитидин, уридин. Важнейшие нуклеотиды - АМР, АТР, ГДР, ГТР.

Помимо того, что АДФ и АТФ источники энергии они являются коферментами ферментов участвующих в переносе фосфатного остатка, и аденозильного остатка /уридиндифосфатглюкоза/.

Наряду с коферментами в создании каталической активности ферментов важную роль играют различные металлы Ca, Fe, Cu, Mn, Mg, K, Zu, Mb.

Ферменты для действия, которых необходимы металлы, называют металлоэнзимами. Более четверти из известных ферментов можно отнести к металлоэнзимам.

Металлоэнзимы условно можно разделить на металлоферментные комплексы (гр. 1) и истинные металлоэнзимы (гр. 2).

Для первых характерна относительно небольшая связь металлом и апоферментами. О возникновении такой связи судят обычно по появлению или значительному возрастанию ферментативной активности при добавлении ионов метвллов к апоферменту. Металлоферментными комплексами являются некоторые пептидазы, дегидрогеназы, фосфатазы и т.д.

Для вторичных истинных металлоэнзимов характерна прочная связь металла с тем или иными химическими группами апофермента, в строго определенных стехиометрических соотношениях. В отличии от металлоферментных комплексов, диализ раствора металлоэнзима или обработка ионообменными смолами не приводит к отделению металла от специфичного белка и не обнаруживается смещения удельной активности фермента.

Включение ионов металлов в каталитические центры истинных металлоэнзимов происходит в процессе биосинтеза ферментов, при добавлении металлов in vitro к препаратам апоферментов оно не всегда возможно.

В активные центры истинных металлоэнзимов чаще входят строго определенные катионы, которые трудно заменить другими, даже близкими по ф/х свойствам ионами.

Примерами истинных металлоэнзимов являются карбоксипептидаза А (Zn), диаминооксидаза (Cu²⁺), аминооксидаза (Cu²⁺) и т.д.

По современным представлениям, в биохимическиз системах возможны следующие основные механизмы участия катионов металлов в ферментативных реакциях:

- металл является составной частью каталитически активного центра фермента;

- металл создает или стабилизирует определенную конформацию белковой молекулы, необходимую для обеспечения каталитического действия фермента;

- металл воздействует на субстрат, изменяя его электронную структуру таким образом, что он легче вступает в ферментативную реакцию;

- металл обеспечивает присоединение кофермента к апоферменту или активацию кофермента;

- металл выполняет функцию «мостика» связывающего фермент и субстрат при образовании из него промежуточного соединения и стабилизирует это промежуточное соединение;

- роль металла в ферментативной реакции обусловлена сочетанием тех и других перечисленных выше механизмов.