Пиридинзависимые дегидрогеназы
1. Пиридинзависимые дегидрогеназы – сложные ферменты, у которых в качестве кофактора выступает НАД+ или НАДФ+.
2. НАД+ или НАДФ+ являются водорастворимыми коферментами, которые свободно диссоциируют от апофермента. Их специфичность определяется апоферментом.
3. Ферменты локализованы в матриксе митохондрий и цитозоле. Для некоторых их них имеются митохондриальные и цитозольные изоферменты.
4. Уравнение реакции, катализируемой пиридинзависимыми дегидрогеназами, можно изобразить следующим образом:
SН2 + НАД+ ↔ S + НАДН + Н+
SН2 + НАДФ+ ↔ S + НАДФН + Н+
5. Активной частью НАД+ (НАДФ+) является никотинамидное кольцо (витамин РР, ниацин), которое в окисленном состоянии является ароматическим и имеет положительный заряд (поэтому окисленная форма кофермента обозначается НАД+ (НАДФ+), хотя суммарный заряд отрицательный).
6. Под действием пиридинзависимых дегидрогеназ от субстрата отщепляется 2 атома водорода. В пара-положение (по отношению к атому азота) никотинамидного кольца переносится протон и 2 электрона (гидрид-ион, Н-). Второй протон остается в среде. Восстановленную форму НАД+ обозначают НАДН+Н+.
7. НАД+ может получать восстановительные эквиваленты от субстратов, которые окисляются НАДФ-зависимыми дегидрогеназами в реакции, катализируемой никотинамиднуклеотид-трансгидрогеназой:
НАДФН + НАД+ ↔ НАДФ+ + НАДН
8. Суммарная концентрация НАД++НАДН в тканях составляет около 10-5 моль, НАДФ++НАДФН в 10 раз меньше. В большинстве клеток и тканей отношение НАД+/НАДН является высоким, что способствует окислению субстратов и переносу гидрид-иона к НАД+. В то же время, количество НАДФН превышает количество окисленной формы, что обеспечивает перенос гидрид-иона от НАДФН к субстрату.
Метаболическая роль коферментов: НАД+ используется в окислении, которое является частью катаболических процессов, НАДФН используется как восстановитель в анаболических реакциях (биосинтезы, обезвреживание).
Некоторые ферменты могут использовать оба кофермента, но большинство ферментов имеют один из пиридинзависимых коферментов.
9. НАДН и НАДФН не проходят через внутреннюю мембрану митохондрий, но могут передавать электроны в митохондрию через специальные механизмы.
Флавиновые ферменты (флавопротеины)
1. Флавопротеины содержат очень прочно, связанный нуклеотид – флавинмононуклеотид (ФМН) или флавинадениндинуклеотид (ФАД). ФМН – нуклеотид, который состоит из 6,7-диметилизоаллоксазина, спирта рибитола и остатка фосфорной кислоты. ФАД – ФМН + аденозинмонофосфат.
2. Окисленный флавиновый нуклеотид принимает один электрон (атом водорода) с образованием семихинона (полухинона), или два электрона (атома водорода) с образованием ФМНН2 или ФАДН2.
3. Присоединение электронов (атомов водорода) происходит к 1 и 10 атомам азота 6,7-диметилизоаллоксазина.
4. Поскольку флавопротеины участвуют в одно- или двуэлектронном транспорте, они являются посредниками между реакциями, в которых передаются два электрона (дегидрирование), и реакциями, в которых принимается только один электрон (например, восстановление хинона в гидрохинон).
5. ФАД-зависимые дегидрогензы являются первичными акцепторами электронов и окисляют сукцинат или ацил-КоА; ФМН-зависимая дегидрогеназа входит в состав НАДН-дегидрогеназы и окисляет НАДН.
Убихинон (кофермент Q). Название убихинон произошло из-за его повсеместного распространения в биологических системах.
1. Кофермент Q – хиноновое производное с длинным изопреноидным хвостом. Число изопреновых единиц в коферменте Q зависит от вида живых организмов. У млекопитающих его наиболее распространенная форма содержит 10 изопреновых единиц и обозначается как Q10. Изопреновый хвост обусловливает высокую степень неполярности кофермента Q, которая способствует его быстрой диффузии в липидном бислое внутренней мембраны митохондрий. Поэтому убихинон выполняет роль посредника в переносе восстановительных эквивалентов между другими менее подвижными переносчиками электронов в мембране.
2. Убихинон может присоединять один или два электрона и превращаться в семихинон радикал (QH·) или убихинол (QH2), соответственно.
3. Поскольку убихинон переносит электроны и протоны, он выполняет важную роль в сопряжении потока электронов и протонов.
4. После кофермента Q следует одноэлектронный перенос, в котором участвует система цитохромов.
Цитохромы
1. Различают 5 типов цитохромов: b, с, с1, а и а3. Указанные цитохромы отличаются по структуре и свойствам. Все цитохромы - белки, у которых простетической группой является гем. Гем – комплекс тетрапиррольного порфирина и железа.
2. Простетической группой цитохромов b, с1 и с является железосодержащий протопорфирин IX, который также служит простетической группой в миоглобине, гемоглобине и каталазе.
Гем b
3. Гем цитохромов с и с1, в отличие от цитохрома в, ковалентно связан с белковой частью за счет образования тиоэфирных связей между сульфгидрильными группами остатков цистеина и винильных радикалов гема.
4. Цитохромы а и в являются интегральными белками внутренней мембраны митохондрий, цитохром с является растворимым протеином который связан силами электростатического взаимодействия с наружной стороной внутренней мембраны митохондрий.
5. Перенос электронов цитохромами осуществляется за счет изменения валентности атома Fe (Fe3+ ↔ Fe2+).
Железо-серные (FeS) белки.FeS-белки содержат атомы Fe, которые не входят в состав гема (негемовое железо).Внутри железо-серных белков находятся FeS кластеры (центры). Известно несколько типов FeS кластеров. FeS кластеры содержат один или несколько атомов железа, связанных с SH-группами остатков цистеина или неорганическим кислотолабильным сульфидным ионом.
Перенос электронов в FeS кластерах осуществляется за счет изменения валентности железа Fe2+ ↔ Fe3+.