|
|
Биологическая химияp>ферменты подкласса 6.4 катализируют в основном присоединение С02 к углеродному скелету. К их числу, в частности, относятся пируваткарбоксилаза, при участии которой происходит превращение пирувата в оксалоацетат: С02 + СНзСОСОО" + РРР - Ado 5=i 00ССН2С0С00- + РР - Ado + HPO^" (IV. 44) ферменты, катализирующие реакции карбоксилирования, содержат в качестве кофактора биотип (80), который связан своей карбоксильной группой с ?-ами-вогруппой остатка лизина апофермента: О X HrTTJH s (снд-сосг 80 Биотин является промежуточным переносчиком С02, присоединяя его по имидно-му атому азота: О ?? NH соа; PPP-Ado_ S (CH2l^-CONH(CH2)-apoE О -ОГК "NH "s' lcH2)4-CONH(CH2)-apoE + PP-Ado + HPO4" Примером фермента подкласса 6.5. может служить РНК-лигаза, °бразующаяся в клетках Е. coli, инфицированных бактериофагом Т4, ДНК которого еоДержит генетическую программу для синтеза этого фермента. Этот фермент Катализирует образование фосфодиэфирнон связи между рнбоолигонуклеотидом-Донором, имеющим иа 5'-конце остаток фосфорной кислоты, и рибоолигонук-леотидом-акцептором, имеющим иа 3 '-конце свободную 3 '-гпдроксигруппу. В сокращенной символике, обозначая произвольный остаток нуклеозида как можно записать общее уравнение реакции, катализируемой РНК-лигазой, в ви ???.,.??,,,??? + р\ш1... pXn + I'PP - Ado ^ pXi...pXmpXIllM... рХ„ + ? -Ado + PPt (IV.4S Фермент довольно широко применяется для синтеза олигорибопуклеотидов. Все лигазы катализируют реакции, идущие с участием трех субстратов! дающие три продукта. Во всех изученных случаях процесс идет через две ил! три стадии, причем первые не требуют участия всех трех субстратов- и поэтому могут изучаться и осуществляться в упрощенной системе. Во всех случаях синтез продукта и гидролиз АТФ проходят сопряженно через некоторый общий промежуточный продукт. Так, аминоацилирование тРНК начинается с реакции образования смешанного ангидрида аминокислоты и адениловой кислоты — аминоациладеиилата: I nh7chr;c00~ + "О—?—О—?—О—?—о -о -о -о ГУ он он Ade О NHtcHRiCO-0-?- Ade он он + РРд Последний образуется в виде очень прочного комплекса с ферментом и в расти ре не накапливается, оставаясь в стехиометрпческом количестве по отношению к ферменту. Его образование может быть легко зарегистрировано, если добавить в систему [32Р] пирофосфат. В результате обратимого характера процесса в системе начнется накопление меченого [32Р] АТФ, т. е. обмен 32Р между АТФ и пирофос-фатом, причем этот обмен наблюдается только в присутствии соответствующей ферменту аминокислоты. Если в системе находится специфичная к ферменту, а тем самым к аминокислоте, транспортная РНК, происходит вторая стадия — перенос аминоацплыюго остатка с аминоациладеиилата па тРНК: nh3 CHRiCO-0-?-? I -О он он Ade + tfW-OH —tRNA^-bCOCHRiNHt + "0-P—От/0 ?7 ОН он Ade рНК-лшаза катализирует трехстадийный процесс. На первой, стадии АТФ реагирует с ферментом, фосфорилируя гидроксигруппу остатка серина в активном центре: Е-СН20Н + PPP-Ado ?=± E-CH20-P-Ado + PPt На этой стадии не участвуют ни донор, ни акцептор. На второй стадии происходит взаимодействие аденилового производного фермента с донором с образованием смешанного ангидрида донора и АМФ: E-?H20-P-Ado + рХ,„+1...РХ„-> -»E-CH20H +рХт+1...рХ„ 81 Наконец, на третьей стадии происходит взаимодействие промежуточного пирофос-фата с акцептором: pXm»i...pX„ ??^,.??,?-?? + I -» рХ,...рХярХжМ...рХ„ + P-Ado LpA Как и в случае аминоацил-тРНК-синтетаз, в отсутствие остальных субстратов фермент осуществляет только один цикл каталитического превращения в адени-лированный фермент. Лишь после добавления донора процесс входит в каталитический режим — начинается каталитическое накопление производного (81). 4.7. КОФАКТОРЫ, КОФЕРМЕНТЫ И ВИТАМИНЫ В предшествующих параграфах этой главы фигурировало значительное число сложных органических соединений — коферментов и кофакторов ферментов. Биосинтез каждого из них из простых исходных веществ проходит через значительное число стадий и требует наличия соответствующей системы специальных ферментов. Растения и большая часть микроорганизмов, получающих из окружающей сРеды ограниченный набор исходных соединений, должны располагать этими системами. Для животных, в особенности высших, которые получают большой набор веществ, необходимых в качестве строительных элементов и энергетических курсов, в виде растительной или животной пищи, наличие многих из систем биосинтеза кофакторов и коферментов является ненужным излишеством. Либо сами кофакторы и коферменты, либо их близкие предшественники могут быть получены вместе с продуктами питания. Это означает, что вместе с основными компонентами — белками, жирами, углеродами — в продуктах питания животного Должны присутствовать в очень небольших количествах, измеряемых миллиграммами или даже долями миллиграммов, все те коферменты и кофакторы, пути синтеза которых у данного вида животных отсутствуют, или вещества, легко их °бразующие. Речь идет именно о крайне малых количествах, поскольку, поступив в организм, эти соединения работают циклически и пополнение их запаса нужно Вещества, являющиеся обязательными компонентами пищи высших животн и человека, но необходимые в очень малых количествах, называют витаминами. Следует подчеркнуть, что витамин — это не химическое и не биохимическое понятие, оно имеет чисто физиологический смысл. Необходимость во многих витаминах обусловлена их участием в формировании циклически работающих сложных органических молекул, в первую очередь кофакторов и коферментов. Ниже приведены краткие сведения о витаминах, необходимых для обеспечения работы основных групп ферментов, рассмотренных ранее. Важнейшими коферментами, участвующими в большом числе окислительно-восстановительных реакций, являются .никотинамидные кофермеиты. Они могут образовываться исходя из триптофана (см.§ 9.5), однако сам триптофан является редкой аминокислотой и при его недостатке необходимо поступление в организм никотиновой кислоты в качестве витамина (витамин FP или В5). Суточная потребность в ней составляет 10 —20 мг. Первая стадия ее утилизации -. взаимодействие с 5-фосфорибозил-1-пирофосфатом — предшественником всех нуклеотидов: 82 Процесс катализируется никотииат фосфорибозилтрансфераэой с образованием 5-фосфорибозил-1-никотнната (82). Затем следует реакция с АТФ, катализируемая никотинатлюнопуклеотидадепилил траисферазой ША7) ОН ОН 83 и приводящая к образованию соединения (83), называемого дезамидо-НАД-Третья стадия, в которой в качестве донора М12-группы может использоваться либо ??*, либо ттамцдная группа глутамипа, приводит к пикотпнамндаденнпдн- нуклеотиду. Ферменты, катализирующие это превращение, называют НАД-сиите-тазами: 83 + РРР - Ado + N11*-> NAD* + 1> - ????(???) + РР, (IV.48) 83 4 РРР - Ado + Glu-> NAD* + ? - А(1о(АМФ) + Pl\+-Glu (IV.49) Протопорфирин — органический компонент важного кофактора оксидоредук-таз, гема — необходим животным в значительных количествах, в первую очередь для получения гемоглобина, поэтому у всех животных, включая человека, функционирует система биосинтеза протопорфирина из недефицитных предшественников (см. рис. 111, § 9.5). флавиновые нуклеотиды — кофакторы"*целого ряда оксидоредуктаз — могут легко образоваться из рибофлавина (84): ОН ОН ОН сн,-с-с-с-сн,он Фосфорилирование 5-гидроксигруппы с помощью фермента рибофлавин кинаэы приводит к флавинмононуклеотиду, реакция последнего с АТФ, катализируемая ферментом ФМН-аденилилтрапсферазой и совершенно аналогичная реакции (IV.47), приводит к флавинадениндинуклеотиду. Рибофлавин должен содержаться в продуктах питания и известен как витамин Вг. Суточная потребность человека в рибофлавине 1 — 3 мг. Кофактор окислительного декарбоксилирования ?-кетокислот тиаминпиро-фосфат легко образуется у животных и человека из тиамина (85) NH2 СН3 ,сн2 I „>сн2сн2он Н3С ^N' : 85 который является витамином (витамин ??) и для человека необходим в количестве 1 — 3 мг в сутки. Тиамин превращается в тиаминпиросфосфат с помощью фермента тиаминпи-рофосфат кинаэы, катализирующей перенос пирофосфатного фрагмента АТФ на ОН-группу тиамина. Для завершающей стадии окислительного декарбоксилирования а-кетокислот необходима липоевая кислота, которую иногда называют витамином N. Синтез кофермента А в сравнительно небольшое число стадий может осуществляться у животных и человека исходя из пантотеновой кислоты (86) — витамина В3: СН3 1 но с н2--д-с НО Н-СО-? н сн2 С Н2 с о о - с"н. '3 86 Так как ее поставляют находящиеся в кишечнике бактерии (E.coli), то острая Суточная потребность человека в пантотеновой кислоте 5 — 10 мг. Кофермент А образуется из нее в следующей цепочке превращений: С11а . I 86 + PPP-Ado —> 2-03Р0СН2-С—СИОН—СО—NIICIIoCH,С00" + PP-Ado (IV 50) I СНа 87 (катализируется ферментом пантотенат киназой), 87 + NH*CH(CH2SH)C00- + PPP-Ctd —» CII3 I —» 203Р0СН2-С—СНОП—СО—NrrCH2Cli2C0—N1IC1I(CII2SII)C00- (IV.51) си, 88 (катализируется ферментом фосфопантотеиоилцистеин синтетазой), СНа I 88 —»2-о3росн2-С—СЛОН—C0-N]ICH2C1I2C04WC]I2C]I2SH + С02 (VI .52) СН3 89 (катализируется фосфопаптотеноилцистеип декарбоксилазой). Далее реакция с АТФ, аналогичная реакции (IV.47), катализируемая панто-теинфосфатп. аденилилтрансферазой, приводит к переносу остатка аденилата на 4 -фосфат (89) с образованием дефосфокофермента А, который после фосфорилирования дефосфокофермент А киназой по 3 '-гидроксигруппе аденилового фрагмента дает кофермент А. Вторым важным коферментоМ класса трансфераз является тетрагидрофолат — переносчик одноуглеродных фрагментов (см. § 4.2). Он поступает в организм животных в виде фолиевой кислоты (90): H'NyN^N* Н N Y^N^CHrNH-cf^CO-NH-/H-0CHj-CH,-COO- 0 х=/ 90 которая также является одним из витаминов и необходима человеку в количестве 0,05 — 0,4 мг в сутки. Большая группа аминотрансфераз и декарбоксилаз аминокислот содержит в качестве кофактора пи |
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 |
Скачать книгу "Биологическая химия" (8.81Mb) |
[каталог] [статьи] [доска объявлений] [обратная связь] |