Коферменты

(от лат. Со- - приставка, означающая совместность, и ферменты) (коэнзимы), орг. Прир. Соед., необходимые для осуществления каталитич. Действия ферментов. Эти в-ва, в отличие от белкового компонента фермента (апофермента), имеют сравнительно небольшую мол. Массу и, как правило, термостабильны. Иногда под К. Подразумевают любые низкомол. В-ва, участие к-рых необходимо для проявления каталитич. Действия фермента, в т. Ч. И ионы, напр. К +, Mg2+ и Мn2+ . Располагаются К. В активном центре фермента и вместе с субстратом и функц. Группами активного центра образуют активир. Комплекс. К. Должны обладать по крайней мере двумя функциональными участками или группировками, ответственными за специфич. Связывание с апоферментом и субстратом. Часто К.

Прочно связаны с апоферментом - образуют с ним трудно диссоциирующие или недиссоциирующие комплексы либо соединены с полипептидной цепью ковалентной связью (такие К. Наз. Простетич. Группой). В этом случае К. Обычно остаются в составе фермента на всех стадиях каталитич. Р-ции. Примеры таких К. - флавиновые коферменты (см. Рибофлавин) и пиридоксаль-5'-фосфат (см. Витамин В 6). Легко диссоциирующие К.-обычно К.-переносчики, действие к-рых связано с переходом от одной молекулы фермента к другой. Нек-рые К., напр. НАД (никотинамидадениндинуклеотид. См. Ниацин), в зависимости от каталитич. Р-ций, в к-рых они участвуют, могут функционировать как простетич. Группа или покидать активный центр фермента. Известны десятки орг. Соед., выполняющих ф-ции К.

Эти в-ва, как правило, содержат системы сопряженных p-связей и (или) гетероатомы. Многие К. Включают в качестве структурного компонента остаток молекулы витамина (т. Наз. Коферментные формы витаминов). Различают две группы К. Относящиеся к первой группе К. Участвуют в р-циях, в к-рых превращ. Субстрата катализируется одним ферментом. При этом К. Может регенерироваться после каждого каталитич. Акта в составе фермента, катализирующего превращ. Субстрата, или как косубстрат. В последнем случае регенерация К. Осуществляется др. Ферментом в сопряженной р-ции (в таких р-циях противопоставление К. И субстрата носит условный характер). К. Второй группы участвуют в активации и переносе молекул субстрата (или их частей) от одного фермента к другому.

В этом случае первоначально субстрат реагирует с К. В активном центре фермента с образованием достаточно устойчивого соед., к-рое может в неизменном виде переноситься в клетке к др. Ферменту, в активном центре к-рого осуществляются каталитич. Превращ. Субстрата и одноврем. Регенерация К. Образование комплекса апофермента с К. - один из способов регуляции активности фермента в организме (см. Регуляторы ферментов). Ниже рассмотрены важнейшие К. Никотинамидные К. - коферментная форма витамина ниацина. К этой группе К., универсальных по распространению (они найдены буквально во всех живых клетках) и биол. Роли, относятся НАД (ф-ла I. R=Н) и никотинамидадениндинуклеотидфосфат, или НАДФ [I. R=РО(ОН)2], а также восстановленные (по пиридиновому кольцу) формы этих соед.

(соотв. НАДН и НАДФН). Наиб. Важная биохим. Ф-ция этих К. - их участие в переносе электронов и водорода от окисляющихся субстратов к кислороду в клеточном дыхании. При участии НАД или НАДФ, связанных прочно или легко диссоциирующих, ферменты дегидрогеназы (напр., алкогольдегидрогеназа, глутаматдегидрогеназа) катализируют обратимое превращ. Спиртов, гидроксикислот и нек-рых аминокислот в соответствующие альдегиды, кетоны или кетокислоты. Флавиновые К.-коферментная форма витамина рибофлавина. Среди оксидоредуктаз дыхательной цепи, участвующих в переносе электронов и водорода, большое значение имеют флавопротеиды-ферменты, содержащие в качестве простетич. Групп флавинмононуклеотид (ФМН. IIа) и флавинадениндинуклеотид (ФАД.

IIб). В нек-рых ферментах (напр., в сукцинатдегидрогеназе) ковалентная связь ФАД с апоферментом образована пирофосфатной группой К. И атомом N имадазольного кольца гистидина. Восстановление флавиновых К. Осуществляется через ряд промежут. Стадий, включающих образование радикалов. Главная ф-ция флавиновых К.-перенос электронов (водорода) в окислит.-восстановит. Цепи от НАДН и янтарной к-ты к цитохромам. Флавопротеиды катализируют также многочисл. Р-ции, механизм к-рых включает стадию одноэлектронного переноса. Окисление восстановл. Формы амида липоевой к-ты, синтез кобамидного кофермента из АТФ и витамина В 12, окисление глюкозы и др. Глутатион (III)-К. Нек-рых ферментов, катализирующих превращение a-диальдегидов в a-гидроксикислоты, изомеризацию производных малеиновой к-ты в производные фумаровой к-ты (малеинат - циc- транс -изомераза) и енолизацию ароматич.

A-кетокислот (фенилпируваттаутомераза). К., содержащие порфириновыи макроцикл. Эти К. В составе нек-рых ферментов (напр., цитохромы а, б и с, цитохром-с-оксидазы) участвуют в клеточном дыхании. Аденозинтрифосфорная кислота (см. Аденозинфосфорные кислоты) - К. Ферментов, катализирующих перенос гл. Обр. Фосфатных и пирофосфатных групп (напр., фосфотрансфераз) на разл. Субстраты у всех живых организмов. Известны также случаи переноса 5'-дезоксиаденозильного остатка от АТФ с отщеплением трифосфата. Кофермент А (КоASH, КоА. IV) - коферментная форма витамина пантотеновой кислоты. Ферменты, содержащие этот К., катализируют р-ции, играющие важную роль в цикле трикарбоновых к-т. Этот цикл начинается с биосинтеза ацетилкофермента A [KoASC(O)CH3] в результате переноса ацетильной группы на KoASH с пировиноградной к-ты (фермент - пируватдегидрогеназа), а затем образования лимонной к-ты путем переноса ацетильной группы с KoASC(O)CH3 на ацетилщавелевую к-ту (фермент-цитрат-синтаза).

Кофермент А - также К. Ферментов, участвующих в глиоксилатном цикле, окислении и синтезе жирных к-т, биосинтезе стероидов, каротиноидов, изопреноидов, нейтральных липидов и др. Во всех случаях KoASH действует как промежут. Акцептор и переносчик разл. Кислотных остатков, к-рые подвергаются в составе ацил - КоА тем или иным превращениям или передаются в неизменном виде на определенные метаболиты. Во всех случаях KoASH связан с ацильными остатками тиоэфирной связью. Тетрагидрофолиевая кислота (FH4. V) - коферментная форма витамина фолацина. Является К. Ферментов, катализирующих перенос одноуглеродных групп [СН 3, СН 2, СН, СНО, СН(=NH)] в биосинтезе пуринов, пиримидинов и нек-рых аминокислот. FH4 - K. Ключевых ферментов в биосинтезе гетероцикла тимидина (напр., тимидилатсинтетазы) - структурного фрагмента молекул ДНК.

Пиридоксаль-5'-фосфат (VI) коферментная форма витамина В 6. Входит в состав мн. Ферментов, катализирующих превращения a-аминокислот, в т. Ч. Их рацемизацию, переами-нирование, декарбоксилирование, элиминирование или замещение у b- и g-атомов углерода. Осн. Стадия в механизме этих р-ций образование основания Шиффа в результате взаимод. A-аминогруппы к-ты и карбонильной группы К. (см., напр., Аспартатаминотрансфераза, Изомeразы). Тиаминдифосфат (тиаминпирофосфат, кокарбоксилаза, ТДФ. VII) - коферментная форма витамина тиамина. К. Мн. Ферментов, катализирующих превращения a-кетокислот и кетоз, в т. Ч. Декарбоксилирование (фермент пируватдекарбоксилаза) и окислит. Декарбоксилирование пировиноградной к-ты (в последнем случае с участием липоевой к-ты), при образовании и расщеплении a-гидроксикетонов и дикетонов под влиянием фосфо- и транскетолаз.

Реакц. Центр ТДФ - атом С в положении 2 тиазолиевого кольца (обозначен звездочкой), к-рый легко образует карбанион в результате элиминирования Н +. Механизм каталитич. Р-ции обычно включает образование ковалентной связи в результате взаимод. Субстрата (или его фрагмента) с этим карбанионом. Биотин (VIII) - К. Ферментов, катализирующих перенос группы СО 2 в обратимых р-циях карбоксилирования. Молекула биотина связана с апоферментом пептидной связью, образованной его карбоксильной группой и e-аминогруппой лизина в апоферменте (биотиниллизиновый остаток наз. Биоцитином). Переносимая группа СО 2 обратимо связывается с атомом в положении 1' биотина. Один из важных ферментов, в к-ром биотин выполняет ф-ции К., - пируваткарбоксилаза.

Она катализирует АТФ - зависимую р-цию образования щавелевоуксусной к-ты из пировиноградной и HCO-3. Кобамидные К. (кобаламиновые К., ф-лы см. В ст. Витамин В 12). К этой группе относятся два К. - метилкобаламин и 5' - дезоксиаденозилкобаламин. Первый участвует в составе ферментов, катализирующих перенос групп СН 3, напр. При синтезе метионина из гомоцистеина. Биол. Роль второго К. Состоит в участии в составе ферментов в каталитич. Превращениях диолов в альдегиды (пропандиолдегидратаза), алканоламинов в альдегиды (этаноламин - аммиак-лиаза) и рибонуклеотидов в дезоксирибонуклeотиды (рибонуклеотидредуктаза), метилмалонил-кофермент А в сукцинил-кофермент А (метилмалонил-СоА-мутаза). Важная особенность этих К.-гомолиз связи СоЧС в каталитич.

Р-циях. Нек-рые К., напр. Аденозинтрифосфорная к-та, 5'-дезок-сиаденозилкобаламин (кобамамид), тиаминдифосфат (кокарбоксилаза), флавинадениндинуклеотид (флавинат), применяют как лек. Ср-ва. Многие К.-лиганды в аффинной хроматографии. Лит. Коферменты, под ред. В. А. Яковлева, М., 1973. Диксон М., Уэбб Э., Ферменты, пер. С англ., т. 1-3, М., 1982. Дюга Г., Пенни К., Биоорганическая химия, пер. С англ., М., 1983, с. 398 486. Ленинджер А. Основы биохимии, пер. С англ., т. 1. М., 1985, с. 275-301. Общая органическая химия, пер. С англ., т. 10, М., 1986, с. 580-648. A.M. Юркевич.