Биохимия и молекулярная биология - Белясова Н.А. 2002

Структура и функции клеточных компонентов
Кофакторы
Переносчики карбоксильных групп

Реакции карбоксилирования — декарбоксилирования и транскарбоксилирования осуществляются с участием ферментов, многие из которых нуждают­ся в посредстве биотина. Биотин (витамин Н) служит простетической груп­пой ферментов и связывается с их белковой частью ковалентно через ε-аминогруппу лизина (рис. 7.7). Гетероциклическая часть молекулы биотина состоит из имидазольного (И) и тиофенового (Т) циклов, а боковая цепь представлена остатком валериановой кислоты. Активной формой биотина-кофактора служит N5-карбоксибиотин («активный карбоксил»).

Биотинсодержащие ферменты принимают участие в процессах фиксации углекислоты, биосинтеза липидов, аминокислот, углеводов, нуклеиновых ки­слот и других веществ. При этом роль биотина состоит в осуществлении со­пряжения расщепления АТР с карбоксилированием: на первой стадии проис­ходит присоединение бикарбоната (НСО₃^-) или СО₂ к биотину с образованием карбоксибиотина, для чего и необходим гидролиз АТР. На второй стадии карбоксибиотин передает карбоксильную группу субстрату, выполняя роль своеобразной «подвижной руки» в составе ферментного комплекса.

Известен только один биотинсодержащий фермент, который для катализа не требует участия АТР — карбокситрансфераза пропионовокислых бакте­рий. Но и в этом случае роль переносчика карбоксильной группы играет био­тин.

Рис. 7.7. Структура биотина и «активного карбоксила»

7.3. Переносчики ацильных групп

Незаменимым кофактором переноса ацильных остатков в клетках являет­ся коэнзим А (СоА), который еще называют коферментом А. Это соедине­ние служит коферментом не менее 80 известных ацилпереносящих фермен­тов, принимающих участие в цикле трикарбоновых кислот, ß-окислении жирных кислот, брожении некоторых типов, обмене углеводов и во множест­ве других жизненно важных процессов.

В составе молекулы коэнзима А присутствует витамин В₃ (пантотеновая кислота) (рис. 7.8), составными частями которого являются пантоевая кисло­та и ß-аланин. Реакционноспособной группой коэнзима А служит сульфгидрильная (SH-) группа, расположенная на конце длинной, относительно гибкой цепи. По этой группе с помощью тиоэфирной связи и осуществляется присое­динение ацильных остатков. Образующиеся в результате производные носят название ацил-СоА.

Простейшим ацильным производным является ацетил-СоА (рис. 7.8). Это соединение характеризуется высоким потенциалом переноса ацетильной группы, что подтверждается большой отрицательной величиной изменения свободной энергии (∆G^o) для реакции гидролиза ацетил-СоА:

Рис. 7.8. Структура коэнзима А и его производных. В пунктирном контуре за­ключена активная сульфгидрильная группа

Ацетил-СоА + Н₂О ↔ Ацетат + СоА + Н⁺     ∆G° = -31,4 кДж/моль

Коэнзим А является подвижным кофактором и в процессе переноса ацильных остатков взаимодействует с разными ферментами. Кроме него, в клетках присутствует другой распространенный кофактор, переносящий ацильные остатки — фосфопантетеин (рис. 7.9). Фосфопантетеин ковалентно (через остаток серина) связан с ацилпереносящим белком, принимающим участие в биосинтезе жирных кислот. Таким образом, данный кофактор явля­ется простетической группой белков. Его функции аналогичны функциям СоА.

Связанный фосфопантетеин обнаружен также в цитрат-расщепляющем ферменте и в ферментах, участвующих в синтезе пептидных антибиотиков.

Рис. 7.9. Структура фосфопантетеина