Биохимия человека Том 1 - Марри Р. 1993

Структура и функции белков и ферментов
Ферменты: общие свойства
Коферменты

Многие ферменты оказывают каталитическое действие на субстраты только в присутствии специфического термостабильного низкомолекулярного органического соединения — кофермента. В таких случаях холофермент (каталитически активный комплекс) состоит из апофермента (белковая часть) и связанного с ним кофермента. Кофермент может быть связан с апоферментом ковалентными или нековалентными связями. Термин «простетическая группа» относится к ковалентно связанному коферменту. К числу реакций, требующих присутствия коферментов, относятся окислительно-восстановительные реакции, реакции переноса групп и изомеризации, а также реакции конденсации (по системе IUB это классы 1, 2, 5 и 6). Реакции расщепления, например гидролитические реакции, катализируемые пищеварительными ферментами, протекают в отсутствие кофермента (по системе IUB это классы 3 и 4).

Коферменты как вторые субстраты

Кофермент можно рассматривать как второй субстрат, или косубстрат, по двум причинам. Во-первых, 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 (рис. 7.1).

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

Рис. 7.1. Пример окислительно-восстановительной реакции, в которой NAD⁺ выступает в роли косубстрата.

Вторая причина, по которой кофермент можно считать равноправным участником реакции, заключается в том, что именно его участие может иметь 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. Функцию образования NAD⁺ могут выполнять и другие реакции. Значение этого процесса становится очевидным, если перейти от животных к другим формам жизни. У бактерий и дрожжей, растущих в анаэробных условиях, вещества, образующиеся из пирувата, служат окислителями для NADH, при этом сами они восстанавливаются (табл. 7.1).

Таблица 7.1. Системы анаэробной регенерации NAD⁺

Роль коферментов как переносчиков групп на промежуточных стадиях метаболизма

Биохимические реакции переноса можно представить в виде

D—G + А ⇄ A—G + D.

Здесь функциональная группа G переносится от молекулы донора, D—G, на молекулу акцептора А. Кофермент в этом случае может выступать либо как конечный акцептор (в реакциях отщепления водорода), либо как промежуточный переносчик (в реакциях переаминирования). Эту вторую функцию можно проиллюстрировать следующим образом:

На этой схеме показан только один комплекс (СоЕ—G), но может участвовать и несколько таких промежуточных комплексов.

Если переносимой группой является атом водорода, то обычно указывают лишь левую полуреакцию:

Реакции переноса водорода, протекающие в живых клетках (табл. 7.1), идут по схеме

Можно предложить следующую классификацию коферментов:

Коферменты, участвующие в переносе любых групп, кроме атомов водорода:

Сахарофосфаты

CoASH

Тиаминпирофосфат

Пиридоксальфосфат

Фолиатные коферменты

Биотин

Кобамидные (В₁₂) коферменты

Липоевая кислота

Коферменты, участвующие в переносе атомов водорода:

NAD/NADP⁺

FMN, FAD

Липоевая кислота

Кофермент Q

Коферменты — производные витаминов группы В и АМР

Витамины группы В входят как составная часть во многие коферменты. Например, ферменты, участвующие в метаболизме аминокислот, нуждаются в коферментах — производных витамина В₆. Витамины группы В — никотинамид, тиамин, рибофлавин и пантотеновая кислота — являются компонентами коферментов, участвующих в процессах биологического окисления и восстановления, а коферментные формы фолиевой кислоты и кобамида участвуют в переносе одноуглеродных фрагментов.

Структурным компонентом многих коферментов является адениновое кольцо, соединенное с D-рибозой и неорганическим фосфатом. Эти коферменты можно рассматривать, следовательно, как производные аденозинмонофосфата (АМР) (см. табл. 34.1). Структурные формулы NAD⁺ и NADP⁺ приведены на рис. 7.2.