СТРУКТУРА ФЕРМЕНТОВ Ферменты делятся на простые и

СТРУКТУРА ФЕРМЕНТОВ

Ферменты делятся на простые и сложные. Простые ферменты – однокомпонентные, состоят только из полипептидной (аминокислотной) части.

Сложные ферменты – двухкомпонентные, кроме полипептида (апофермента) содержат дополнительный компонент небелковой природы (кофактор). Апофермент + Кофактор = Холофермент

Кофакторы: ØКоферменты – растворимые кофакторы, связаны с апоферментом нековалентными взаимодействиям; имеют высокую Кд с апобелком. ØПростетические группы – нерастворимые кофакторы, связаны с апоферментом ковалентными связями; имеют низкую Кд с апобелком.

Функции кофакторов: Ø Кофакторы - промежуточные переносчики атомов или функциональных групп. Ø Кофакторы принимают участие в формировании активных центров сложных ферментов.

Кофакторы каталитически неактивны (без апофермента). Кофакторы не проявляют специфичность (ни в отношении апофермента, ни в отношении субстратов).

Классификация кофакторов Кофакторы – производные органических соединений: Ø Кофакторы алифатического ряда (например, глутатион); Ø Кофакторы ароматического ряда (например, убихинон); Ø Кофакторы гетроциклического ряда (например, пиридоксальфосфат).

В зависимости от выполняемых функций (типа катализируемой реакции): Ø Кофакторы, участвующие в катализе окислительно-восстановительных реакций (например, ФАД, ФМН, липоевая кислота, гем, глутатион, убихинон).

Ø Кофакторы, участвующие в катализе реакций переноса атомов и функциональных групп (например, нуклеозидди- и нуклеозидтрифосфаты, кофермент А, тетрагидрофолиевая кислота, пиридоксальфосфат).

Ø Кофакторы, участвующие в катализе реакций синтеза и изомеризации (например, тиаминпирофосфат, биотин, глутатион, пиридоксальфосфат).

Большинство органических кофакторов являются производными водорастворимых витаминов.

Кофактор Тиаминпирофосфат (ТПФ) Флавинмононуклеотид (ФМН) Флавинадениндинуклеотид (ФАД) Никотинамиддинуклеотид (НАД+) Никотинамиддинуклеотидфосфат (НАДФ+) Пиридоксальфосфат Коэнзим А Биоцитин Витамин Тиамин (В 1) Тип катализируемой реакции Декарбоксилирование -кетокислот Рибофлавин Окислительно(В 2) восстановительные реакции Никотинамид Окислительно(В 5, или РР) восстановительные реакции Пиридоксин (В 6) Пантотеновая кислота (В 3) Биотин (Н) Перенос аминогрупп Перенос групп ацильных Карбоксилирование/ декарбоксилирование

МЕТАЛЛОЗАВИСИМЫЕ ФЕРМЕНТЫ Функции металлов в сложных ферментах: участие в катализе. Металл находится в зоне активного центра (в каталитическом участке). Например: тирозиназа (2 Cu 2+), моноаминооксидаза (4 Cu 2+), церулоплазмин (8 Cu 2+). стабилизация структуры апофермента. Металл находится вне зоны активного центра (вне каталитической зоны). Например: транскетолаза (Cа 2+).

связывание субстрата. Металл располагается в зоне активного центра (в субстратсвязывающем участке). Например: гексокиназа (Mg 2+). связывание субстрата и катализ. Металл находится в зоне активного центра. Например: пируваткиназа (Мg 2+, K+), аргиназа (Мn 2+), щелочная фосфатаза (2 Zn 2+).

Многие сложные ферменты могут содержать и органические, и неорганические (металлы) кофакторы. Например, Zn 2+-содержащая НАД+зависимая алкогольдегидрогеназа.

СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ АПОФЕРМЕНТА Апофермент (полипептидная часть) имеет как минимум третичный уровень организации, т. е. имеет пространственную структуру, или конформацию.

В пределах одной полипептидной цепи – апофермента – могут быть сформированы участки с различной вторичной структурой: α-спирали и β-структуры. .

Цитохром с – только α-спирализованные структуры; химотрипсин – два домена, сформированные только β-структурами; карбангидраза человека – β-складчатая структура, образованная 10 антипараллельных участками. ; лактатдегидрогеназа – упорядоченные βструктуры располагаются в центре молекулы, а α-спиральные участки различной длины на поверхности.

Конформация – третичная структура белка – пространственная организация полипептидной цепи.

Обособленные участки полипептидной цепи, имеющие конформацию, называются домены: структурные и функциональные. Лейциновая «застежкамолния» (в ДНК-связывающих факторах транскрипции) «Цинковый палец» (включает α-спираль и антипараллельную β-структуру, Zn 2+ связан с 2 His и 2 Cys)

Неполярные аминокислотные остатки в белковой глобуле формируют одно или несколько гидрофобных ядер, которое окружено оболочкой из полярных аминокислот.

На гидрофильной поверхности молекулы белка, часто имеются гидрофобные участки ( «пятна» ), которые играют важную роль при связывании лигандов (кофакторов, субстратов, активаторов и ингибиторов) и во взаимодействии с другими белковыми молекулами.

Четвертичная структура – пространственная организация нескольких полипептидных цепей. Это не обязательный уровень организации белковой молекулы.

Функции четвертичной структуры: объединение нескольких взаимосвязанных функций в одной структуре (каталитическая и регуляторная); участие субъединиц в формировании функциональных зон (активного центра); обеспечение взаимодействия с протяженными структурами (наличие нескольких зон связывания); регуляторная функция (ассоциация/диссоциация субъединиц)

СТРУКТУРА АКТИВНОГО ЦЕНТРА Область фермента, в которой происходит связывание и превращение субстрата, называется активным центром.

Активный центр формируется при сворачивании полипептида в глобулярную структуру. Активный центр фермента (по Малеру и Кордесу). Темные полосы - участки полипептидной цепи фермента; R - аминокислотные остатки и их порядковые номера.

Происходит сближение функциональных групп аминокислотных остатков: имидазольная группа гистидина, ОН-группа серина или тирозина, SH-группа цистеина, ε-аминогруппа лизина, COOH-группы аспарагиновой и глутаминовой кислот и др.

В формировании активного центра могут также принимать участие: молекулы воды; ионы металлов, связанные с апоферментом; органические кофакторы. Активный центр РНК-полимеразы

Активный центр помещается в углублениях на поверхности белка. Микросреда активного центра отличается: более низкой диэлектрической проницаемостью (присущей органическим растворителям) по сравнению с водой; пониженной полярностью по сравнению с водой; повышенной микровязкостью.

Структурные особенности активного центра позволяют эффективно сорбировать субстрат (многоточечно связывать) и связывать взаимодействовать с ним функциональным группам фермента.

В активном центре различают две зоны: центр связывания субстрата, каталитический центр.

У многих ферментов имеется дополнительный регуляторный центр (аллостерический, «аллос» - другой). другой С аллостерическим центром фермента взаимодействуют вещества, влияющие на его каталитическую активность.