На перший погляд NAD здається складним і, однак він складається з добре нам відомих компонентів біологічних молекул. Два п’ятивуглецевих цукрів (рибози) з’єднані двома фосфатними групами. Один цукор зв’язаний з аденіном, а другий - з іншою азотистою основою- нікотинамідом. Нікотинамідне кільце - активний кінець NAD - приєднує _ e-ни. Нікотинамід - це вітамін, що називається ніацином. Як вже зазначалось вище, вітаміни є сполуками, які необхідні в невеликих кількостях живим організмам ; люди і тварини не можуть синтезувати вітаміни і тому мусять отримувати їх із їжею. Клітини людини можуть синтезувати NAD, якщо в їжі міститься нікотинамід. Багато вітамінів є коферментами або частиною коферментів.
Нікотинамідаденіндинуклеотид, подібно до багатьох коферментів, піддається циклічним перетворенням. Так NAD+
+ _ регенерує, коли NADH+H передає свої e - ни іншому акцептору. Таким чином, наявне число молекул NAD відносно невелике, хоча він бере участь в багатьох внутрішньоклітинних ферментативних реакціях.
Деякі ферменти використовують кофактори, котрі знаходяться в комплексі з білком. До них відносяться так звані простетичні групи, наприклад, залізо-сірковмісна група фередоксинів (білок, який бере участь у процесі фотосинтезу у рослин шляхом відновлення NADP до NADPH2), піридоксальфосфат (вітамін B2) або трансаміназ.
Також коферменти беруть участь у переносі специфічних хімічних груп. Оскільки кінцевий фосфатний зв’язок АТФ (регулювання, зв’язане з гідролізом АТФ, детально розглядається далі) легко розривається з виділенням вільної енегрії, це з’єднання є ефективним джерелом фосфата для великої кількості різних реакцій фосфорелювання. Багато різноманітних, хімічно лабільних зв’язків поводиться подібним чином. Наприклад, специфічні молекули - переносчики містять ацетильні або метильні групи, з’єднані реактивними зв’язками, що дозволяє цим групам легко переходити на інші молекули. Одна й та сама молекула - переносчик нерідко бере участь у багатьох різних реакціях біосинтезу, для проходження яких необхідна наявність їх специфічних реакційноздатних груп.
Прикладом такого кофермента - переносчика може слугувати ацетилкофермент А (ацетил - СоА), що утворюється під час розщеплення глюкози. Він переносить ацетильну групу, приєднану до нього лабільним тіоефірним зв’язком.
Ця ацетильна група легко переходить на іншу молекулу, таку, наприклад, як молекула жирної кислоти. Інший приклад, що заслуговує на увагу - це біотин, який переносить в багатьох реакціях біосинтезу
_ карбоксильну групу (-- СОО ).
В наведеній послідовності реакцій біотин ковалентно зв’язаний з ферментом піруват-карбоксилазою. Активована карбоксильна група, що
_ утворюється з бікарбонат-іона (HCO3 ), зв’язується з біотином в реакції, що протікає за рахунок енергії, виділеної під час гідролізу АТФ. Потім карбоксильна група переноситься до метильної групи групи пірувату з утворенням оксалоацетата.
Нижче наведені деякі коферменти, що беруть участь в реакціях переносу хімічних груп.
| Кофермент | Група, що переноситься |
| АТФ | фосфатна |
| NADH, NADPH | _ водень + е (гідрид-іон) |
| CoA | ацетильна |
| Біотин | карбоксильна |
| S - Аденозилметионін | метильна |
Деякі коферменти можуть бути настільки міцно зв’язаними з білковою молекулою фермента, що фактично є її частиною. Як приклад можна навести гени, що містять в собі залізо, в молекулі гемоглобіна або цитохромів ; тіамінпірофосфат у ферментів, що беруть участь в переносі карбоксильної групи. В процесі еволюції кожен кофермент був відібраний за певною ознакою хімічної активності, яку він проявляє в комплексі з білком. Досить часто коферментами є дуже складні органічні молекули, хімічні якості яких в комплексі з білком не завжди зрозумілі в деталях. Крім реакційно здатного центру до складу коферментів нерідко входять залишки, що зв’язують їх з відповідними білками.
РОЛЬ АТФ У РОБОТІ ФЕРМЕНТІВ
Жива клітина є далека від рівноваги хімічна система ; адже наближення живої системи до рівноваги означає її розпад і смерть. Продукт кожного фермента звичайно швидко витрачається, оскільки використовується в якості субстрата іншим ферментом даного метаболічного шляху. Ще більш важливо, що велика кількість ферментативних реакцій зв’язана з розщепленням АТФ на АДФ та неорганічний фосфат. Щоб це було можливим, пул АТФ в свою чергу повинен підтримуватись на рівні, далекому від рівноваги, так щоб відношення концентрації АТФ до концентрації продуктів його гідролізу було високим. Таким чином, пул АТФ відіграє роль ‘акумулятора’, що підтримує постійний переніс в клітині енергії та атомів по метаболічним шляхам, що визначаються присутніми ферментами.
Отже, розглянемо процес гідролізу АТФ і його вплив на роботу ферментів. Уявімо собі типовий біосинтетичний процес, при якому два мономери - А та Б - повинні об’єднатись між собою в реакції дегідратації (її також називають конденсацією), що супроводжується виділенням води :
А - Н + Б - ОН — АБ + Н2О
Зворотня реакція, яку називають гідролізом, в якій молекула води руйнує ковалентно зв’язану сполуку А - Б, майже завжди буде енергетично вигідною. Це має місце, наприклад, при гідролітичному розщепленні білків, нуклеїнових кислот і полісахаридів на субодиниці.
Загальна стратегія, за якою відбувається утворення клітини А - Б із А - Н та Б - ОН, включає в себе багатоступінчасту послідовність реакцій, в результаті яких відбувається зв’язування енергетично невигідного синтезу потрібних сполук із збалансованою вигідною реакцією.
Гдролізу АТФ відповідає велика негативна величина ^ G, тому гідроліз АТФ часто відіграє роль енергетично сприятливої реакції,завдяки якій здійснюються внутрішньоклітинні реакції біосинтезу.
На шляху від А - Н та Б - ОН до А - Б, пов’язаному з гідролізом АТФ, енергія гідролізу спочатку переводить Б - ОН в високоенергетичну проміжну сполуку, яка потім безпосередньо реагує з А - Н, утворюючи А - Б. Найпростіший механізм даного процесу включає в себе переніс фосфата від АТФ до Б - ОН з утворенням Б - ОРО3, або Б - О - Р, причому в цьому випадку сумарна реакція відбувається лише у дві стадії:
1) Б - ОН + АТФ — Б - О - Р + АДФ
2) А - Н + Б - О - Р — А - Б + Р
Оскільки проміжна сполука Б - О - Р, що утворюється в процесі реакції, потім знову руйнується, сумарні реакції можна описати за допомогою наступних рівнянь :
Завантажити реферат