Биомембраны

COOH                                                                               COOH

                                                                                      Фумаровая кислота

Первой  реакцией в каждом цикле распада  ацил-КоА (при окислении жирных кислот) является его окисление ацил-КоА-дегидрогеназой, приводящее к образованию еноил-КоА  с двойной связью между С-2иС-3:

                 β     α

СН₃ -(СН₂)₁₄ - СН₂ - СН₂ - СО - S - КоА + ФАД = СН₃ -(CH₂)₁₄ - СН = СН - СО -S - КоА + ФАДН₂ Существует несколько ФАД-содержащих ацил-КоА-дегидрогеназ, каждая из которых обладает специфичностью по отношению к ацил-КоА с определенной длиной углеродной цепи. Оксидазы аминокислот (L- и D-изомеров) являются сложными флавопротеинами, содержащими в качестве кофермента ФМН или ФАД, которые выполняют в этой реакции роль акцепторов двух электронов и протонов, отщепляющихся от аминокислоты. Оксидазы L-аминокислот могут содержать как ФМН, так и ФАД, а оксидазы D-аминокислот- только ФАД в качестве простетической группы.

Восстановленные флавиннуклеотиды оксидаз L- и D-аминокислот могут непосредственно окисляться молекулярным кислородом. При этом образуется перекись водорода, которая подвергается расщеплению под действием каталазы на воду и кислород:

     Е-ФАДН₂   + О₂   → Е-ФАД +   Н₂О₂; Н₂О₂ → Н₂О + ½О₂            

Витамин РР является составной частью никотинамидадениндинуклеотида (НАД) и никотинамидадениндинуклеотидфосфата (НАДФ) - являющихся простетическими группами большого числа дегидрогеназа. Недостаток  витаминов  РР  в  пище  приводит  к  нарушению  синтеза коферментов  дегидрогеназ  и соответственно к нарушению окисления основных субстратов биологического окисления.

В живых организмах:

Известно  более 20 пиридоксалевых ферментов, катализирующих ключевые реакции азотистого метаболизма  во всех живых организмах. В частности, доказано, что пиридоксальфосфат  является простетической группой трансаминаз, катализирующих обратимый перенос аминогруппы (NH₂-группы) от аминонокислоты на α-кетокислоту. и декарбоксилаз аминокислот, осуществляющих необратимое отщепление СО₂ от карбоксильной группы аминокислот с образованием биогенных аминов.

Примеры реакций:

Декарбоксилирование аминокислот осуществляется сравнительно легко в тканях животных и растений, но особенно широко оно представлено у микроорганизмов. Во всех случаях  процесс идет по одной и той  же схеме:

                  Декарбоксилаза 
  R-CH-COOH   →    R-CH₂-NH₂  + СО₂

         NH₂

Декарбоксилазы  аминокислот составляют одну из групп  лиаз. Простетической группой в их молекулах служит пиридоксальфосфат, комплекс которого с различными специфическими белками даёт начало всем многообразным и высокоспецифичным декарбоксилазам L-аминокислот.

Большую роль в обмене веществ играет реакция  переаминирования. Она заключается  в межмолекулярном переносе аминогруппы  с аминокислоты на кетокислоту и  катализируется ферментами, получившими  название аминотрансфераз. Наиболее интенсивно протекают следующие реакции  переаминирования:

                                                                                                                                                аминотрансфераза

1)        HOOC-CH₂-CH₂-CHNH₂-COOH    +   НООС-СО-СН₂-СООН =        

                    Глютаминовая кислота                                             Щавелевоуксусная кислота 

          =  HOOC-CH₂-CH₂-CО-COOH    +   НООС-С HNH₂-СН₂-СООН

                      α-Кетоглютаровая кислота          Аспарагиновая кислота

                                                                                                                                      аминотрансфераза

2)        HOOC-CH₂-CH₂-CHNH₂-COOH    +    СН₃ -CO-СООН =

                  Глютаминовая кислота                 Пировиноградная кислота

         =   CH₃-CHNH₂-COOH     +      НООС-СН₂ -СН₂-СО-СООН

                         Алании                  а-Кетоглютаровая кислота

                                                                                                                                      аминотрансфераза

3)        НООС-С HNH₂-СН₂-СООН       +    СН₃-СО-СООН =

                        Аспарагиновая кислота                      Пировиноградная кислота

         =       CH₃-CHNH₂-COOH     +    НООС-СО-СН₂-СООН

                               Алании            Щавелевоуксусная кислота

Обе реакции (переаминирования и декарбоксилирования) катализируются ферментами, коферментом  которых является производное витамина В₆ - фосфопиридоксаль:

Установлена, кроме того, коферментная роль пиридоксальфосфата в энзиматических реакциях неокислителыюго  дезаминирования серина и треонина, окисления триптофана, кинуренина, превращения   серосодержащих   аминокислот,   взаимопревращения   серина   и   глицина,   синтеза   δ- аминолевулиновой кислоты, являющейся предшественником молекулы гема гемоглобина и др.

Например: Из аминокислоты серина под действием пиридоксалевого фермента сериноксиметилтрансферазы образуется аминокислота глицин: 

                                                     +СО₂ +  NH₃  +  NADH  +  H⁺.

Реакция протекает под влиянием ферментной системы, состоящей из 4 белков: Р-белка, содержащего пиридоксальфосфат;  Н-белка, содержащего липоевую кислоту;  Т-белка, требующего присутствия ТГФК, и L-белка, названного липамиддегидрогеназой. 

Известные к настоящему времени биотиновые ферменты (т.е. содержащие в качестве кофермента биотин, витамин Н)  катализируют два типа реакций.

                RH + НСО^-₃  + АТФ   =  R-COOH + АДФ + Н₃РO₄

                          R₁-COOH+R₂H = R₁H  + R₂-COOH

Получены   доказательства   двухстадийного   механизма   в   обоих   типах   реакций   с   образованием промежуточного комплекса (карбоксибиотинил-фермента).

Реакции карбоксилирования и транскарбоксилироваиия имеют важное значение в организме при синтезе высших жирных кислот, белков, пуриновых нуклеотидов (соответственно нуклеиновых кислот) и др.

Пантотеновая кислота (витамин Вз) входит в состав исключительно важного органического соединения - коэнзима А. который занимает ключевые позиции в синтезе и расщеплении жирных кислот и обеспечивает осуществление реакций, необходимых для взаимопревращения углеводов и жиров:

Ацил-коэнзим  А с полным основанием можно рассматривать как активную группу ацилтрансфераз. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Задача №3. Напишите уравнения реакции следующих биохимических превращений. Укажите фермент и строение кофактора:

а) изоцитрат  →  α-кетоглуторат + СО₂;

б) аспарагиновая кислота → β-аланин + СО₂;

в) глюкоза + АТФ → глюкозо-6-фосфат + АМФ + Ф.

Решение: а) Изолимонная кислота дегидрируется в присутствии НАД-зависимой  изоцитратдегидрогеназы:

б)                                               декарбоксилаза

HCOOH – CH₂ – CH – COOH         →         H₂N – CH₂ – CH₂ –COOH +CO₂

                              |                                                 β-аланин

                             NH₂

                 аспарагиновая кислота

Декарбоксилазы  аминокислот состоят из белковой части, обеспечивающей специфичность  действия, и простетической группы, представленной пиридоксальфосфатом (ПФ):

Задача  №4. Напишите реакции превращения  аланина в глюкозу, укажите ферменты, строение кофакторов. 

Решение:                     СООН                                                                      СООН

                                                 |                                                                                                         |                                                                                                                                                                                     

                                     CH₂                                                                           CH₂

                                    |                                                                                |

CH₃-CH-COOH    +    CH₂          =         CH₃ - C - COOH              +          CH₂

          |                          |                                      ||                                          |

        NH₂                      C=O                              O                                        CH – NH₂

     аланин                     |                                   пируват                                   |

                                     COOH                                                                      COOH

                                  α-кетоглуторат                                                                                              глутамат

Реакции трансаминирования являются обратимыми, и как выяснилось позже, универсальными для всех живых организмов. Эти реакции протекают при участии специфических ферментов, названных аминоферазами. В переносе аминогруппы активное участие принимает кофермент трансаминаз - пиридоксальфосфат (производное витамина В₆), который в процессе реакции обратимо превращается в пиридоксаминфосфат.