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 . В отсутствие 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 необходимый для синтеза АТР. Функцию образования 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

Роль коферментов как переносчиков групп на промежуточных стадиях метаболизма

Биохимические реакции переноса можно представить в виде

Здесь функциональная группа G переносится от молекулы донора, 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 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

Тиаминпирофосфат Пиридоксальфосфат Фолиатные коферменты Биотин

Кобамидные коферменты Липоевая кислота

Коферменты, участвующие в переносе атомов водорода:

Липоевая кислота Кофермент

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 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 -рибозой и неорганическим фосфатом. Эти коферменты можно рассматривать, следовательно, как производные аденозинмонофосфата (АМР) (см. табл. 34.1). Структурные формулы приведены на рис. 7.2.