203445
.pdf
Так овы харак терны е ч ерты |
дейс твия нек оторы х важ нейш их ок с идоредук тази |
||||||||||||||||||
ок ис литель но-вос с тановитель ны х с ис тем , |
обес п еч ивающ их п ревращ ение ряда |
||||||||||||||||||
вещ ес тв в к летк е. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2. Т рансферазы. |
В |
этот |
к лас с |
входят ф ерм енты , |
ус к оряющ ие |
реак ции |
|||||||||||||
п еренос а ф унк циональ ны х |
груп п |
и |
м олек улярны х |
ос татк ов |
от |
одного |
|||||||||||||
с оединения |
к |
другом у. |
Э то |
один |
из |
наиболее |
обш ирны х |
к лас с ов: |
он |
||||||||||
нас ч иты вает |
ок оло 500 |
индивидуаль ны х |
ф ерм ентов. |
В завис им ос ти |
от |
||||||||||||||
харак тера |
п еренос им ы х |
|
груп п ировок |
|
различ ают |
|
ф ос ф отранс ф еразы , |
||||||||||||
ам инотранс ф еразы , |
глик озилтранс ф еразы , |
ацилтранс ф еразы , |
транс ф еразы , |
||||||||||||||||
п еренос ящ ие |
|
|
одноуглеродны е |
|
|
ос татк и |
|
|
(м етилтранс ф еразы , |
||||||||||
ф орм илтранс ф еразы ) и др. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Ф осфотрансферазы. |
С юда |
относ ятс я |
ф ерм енты , |
ус к оряющ ие |
реак цию |
||||||||||||||
п еренос а ос татк а ф ос ф орной к ис лоты . |
Э та |
реак ция |
им еет |
ис к люч итель но |
|||||||||||||||
важ ное знач ение для ж изнедеятель нос ти организм а, |
обес п еч ивая п ревращ ение |
||||||||||||||||||
ряда органич ес к их с оединенийв ф ос ф орны е эф иры , |
обладающ ие п овы ш енной |
||||||||||||||||||
хим ич ес к ойак тивнос ть ю и более |
легк о вс туп ающ ие |
в п ос ледующ ие |
реак ции. |
||||||||||||||||
Перенос ф ос ф атны х груп п |
идет на с п иртовы е, |
к арбок с иль ны е, азотс одерж ащ ие, |
|||||||||||||||||
ф ос ф орс одерж ащ ие и другие груп п ы |
тех или ины х органич ес к их с оединений. В |
||||||||||||||||||
с оответс твии |
с |
этим |
|
с реди |
ф ос ф ортранс ф ераз |
различ ают |
нес к оль к о |
||||||||||||
п одп одк лас с ов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Донором |
ф ос ф атны х |
|
ос татк ов |
являетс я в |
боль ш инс тве |
с луч аев |
|||||||||||||
аденозинтриф ос ф орная к ис лота (А Т Ф ), новозм ож ны |
и другие их ис точ ник и. К |
||||||||||||||||||
ф ос ф отранс ф еразам |
относ итс я, |
нап рим ер, |
гек с ок иназа - |
ф ерм ент, |
ус к оряющ ий |
||||||||||||||
п еренос ос татк а |
ф ос ф орной к ис лоты |
от |
м олек улы |
А Т Ф |
к глюк озе |
(с этой |
|||||||||||||
реак ции обы ч нонач инаетс я п реобразование глюк озы ):
Ос обое вним ание в п ос леднее врем я уделяют |
изуч ению ф ос ф отранс ф ераз, |
обес п еч ивающ их п еренос ос татк а ф ос ф ата с А Т Ф |
на белк и, - п ротеинк иназам . |
Они п еренос ят ф ос ф ат на радик алы сер, т ре, т и р, л и з и ги с ряда белк ов, |
в |
резуль тате ч егорезк оизм еняетс я биологич ес к ая ак тивнос ть п ос ледних. Э то, |
в |
с вою оч ередь , с к азы ваетс я на интенс ивнос ти п ротек ания хим ич ес к их п роцес с ов в организм е, т. е. на регуляции обм ена вещ ес т в.
А м инотрансферазы. Э ти ф ерм енты |
ус к оряют реак цию п ереам инирования |
||
ам инок ис лот |
с к еток ис лотам и и |
оч ень |
важ ны для обес п еч ения биос интеза |
ам инок ис лот. |
Ам инотранс ф еразы |
двухк ом п онентны : п рос тетич ес к ойгруп п ой |
|
их вовс ех с луч аях являетс я п иридок с аль ф ос ф ат, к овалентноп рис оединенны й к ап оф ерм ент у ч ерез с вою аль дегидную груп п у и ионной с вязь ю - ч ерез ос таток ф ос ф орнойк ис лот ы :
М еханизм реак ции п ереам инирования с ейч ас |
хорош о вы яс нен, |
а с ам а |
||
реак ция отк ры т а ещ е в 1937 г. А . Е . Браунш тейном |
и М . Г. Крицм ан. |
|
||
На п ервой с т адии ф ерм ентативного к ат ализа |
п рос тетич ес к ая |
груп п а |
||
ф ерм ента (для п рос тоты п ринято, |
ч то она с вободна, а |
не с оединена |
||
аль дим инной с вязь ю с ап оф ерм ентом |
ч ерез ε-ам иногруп п у |
радик ала ли з) |
||
взаим одейс твует с ам инок ис лотой, п одвергающ ейс я п ереам инированию. Реак ция идет п оам иногруп п е ам инок ис лот ы и аль дегиднойгруп п е ос татк а п иридок с аль ф ос ф ата:
На второйс туп ени к атализа идет п реобразование с убс трата, вы раж ающ еес я в данном с луч ае в таутом ернойп ерегруп п ировк е:
В резуль тате п ос ледующ его гидролиза ос вобож даютс я к еток ис лота и ф ерм ент в виде п иридок с ам иноф ерм ент а:
Далее м еж ду п иридок с ам иноф ерм ентом и другой к еток ис лотой вновь возник ает ф ерм ент-с убс тратны йк ом п лек с :
С убс трат в нем с нова п одвергаетс я п реобразованию за с ч ет таутом ерного п ревращ ения:
Получ енное с оединение гидролизируетс я, и возник ает новая ам инок ис лота:
С ледоват ель но, |
в |
резуль тат е |
п оп ерем енное |
образование |
|
ас п арагиновая к ис лота |
п ереходит |
|
кис лота п ереходит в глутам иновую.
Эт овы раж аетс я с ледующ им
с ерии реак ций, вк люч ающ их в с ебя
ф ерм ент-с убс тратны х |
к ом п лек с ов, |
в щ авелевоук с ус ную, а |
α-к етоглутаровая |
с ум м арны м уравнением :
Глю козилтрансферазы. Э ти ф ерм енты ус к оряют реак ции п еренос а глик озиль ны х ос татк ов из м олек ул ф ос ф орны х эф иров или других с оединенийк
м олек улам |
м онос ахаридов, |
п олис ахаридов или |
ины х вещ ес тв, обес п еч ивая, |
главны м |
образом , реак ции |
с интеза и рас п ада |
олиго- и п олис ахаридов в |
ж ивотном |
и рас титель ном м ире. |
|
|
В с луч ае п еренос а глик озиль ны х ос татк ов на Н3РО4 этот п роцес с назы вают
фосфоролизом , |
так |
к ак он ф орм аль но аналогич ен гидролизу, но вм ес то |
||||
элем ентов воды |
п о м ес т у |
разры ва к ис лородного м ос тик а |
п рис оединяютс я |
|||
водород и ф ос ф атная груп п а ф ос ф орнойк ис лоты |
|
|
||||
А цилтрансферазы. Э ти |
ф ерм енты |
ус к оряют |
п еренос |
ацилов (ос татк ов |
||
к арбоновы х к ис лот) |
на ам инок ис лоты , ам ины , с п ирты и другие с оединения. |
|||||
У ниверс аль ны м |
ис точ ник ом |
ациль ны х груп п во вс ех этих реак циях являетс я |
||||
ацил-к оэнзим А , к оторы й с |
п олны м |
ос нованием |
м ож но рас с м атривать к ак |
|||
ак тивную груп п у ацилтранс ф ераз. |
|
|
|
|||
Ч ащ е вс егоп еренос у в биологич ес к их объ ек тах п одвергаетс я ацил
ук с ус нойк ис лоты — ацетил |
|
|
|
Коэнзим |
А , с оединяяс ь с |
ацетиль ны м ос татк ом , к оторы йзаним ает м ес то |
|
водорода в его HS-груп п е, |
образует ацетил-к оэнзим |
А . Пос леднийс луж ит |
|
к оф ак тором |
в с оответс твующ ей реак ции п еренос а. |
Одним из п рим еров |
|
реак ции транс ацилирования являетс я с интезацетилхолина:
Важ ное |
знач ение |
с реди транс ф ераз |
им еют ф ерм енты , ус к оряющ ие |
|
п еренос одноуглеродны х ф рагм ент ов |
(м ет иль ны х, |
ок с им ет иль ны х, |
||
ф орм иль ны х |
и т. п .), |
а так ж е нук леотидилтранс ф еразы , |
к атализирующ ие |
|
перенос нук леотидны х ос татк ов в п роцес с е с интеза нук леиновы х к ис лот.
3.Гидролазы. К к лас с у гидролаз относ ят ф ерм енты , ус к оряющ ие реак ции рас щ еп ления (а иногда и с интеза) органич ес к их с оединенийп ри уч ас тии воды . В завис им ос ти от харак тера с убс трата, п одвергающ егос я гидролизу, гидролазы делят на ряд п одк лас с ов, с реди к оторы х наиболее важ ны с ледующ ие:
1) эс теразы , ус к оряющ ие реак ции гидролиза с лож ны х эф иров;
2) глик озидазы , ус к оряющ ие реак ции гидролиза глик озидов, в том ч ис ле углеводов;
3) п еп т ид-гидролазы , ус к оряющ ие реак ции гидролиза (а в ос обы х с луч аях и с интеза) белк ов, п еп тидов и других с оединений, с одерж ащ их
п еп тидны е с вязи;
4)гидролазы , дейс твующ ие на С — N-с вязи, отлич ающ иес яот п еп тидны х (нап рим ер, ам идазы и т. п .).
Вс егов с ос таве гидролазнас ч иты вают п оч ти 500 ф ерм ентов. |
|
|||||||
Э стеразы. Э ти ф ерм енты |
к атализируют реак ции гидролиза с лож ны х эф иров |
|||||||
с п иртов |
с |
органич ес к им и |
и неорганич ес к им и |
к ис лотам и. |
Важ нейш им и |
|||
п одп одк лас с ам и |
эс тераз являютс я гидролазы |
эф иров к арбоновы х к ис лот и |
||||||
ф ос ф атазы . |
В |
к ач ес тве |
п редс тавителя п ервого |
п одп одк лас с а |
рас с м отрим |
|||
лип азу. |
Л ип аза ус к оряет |
гидролиз внеш них, |
т. е. |
α-с лож ноэф ирны х, с вязейв |
||||
м олек улах триацилглицеринов (ж иров):
М еханизм |
дейс твия ряда эс тераз деталь ноизуч ен. |
|
|
Ф ос ф атазы |
к атализируют |
гидролиз ф ос ф орны х эф иров. |
Ос обенно ш ирок о |
рас п рос транены ф ос ф атазы , |
дейс твующ ие на с лож ны е |
эф иры ф ос ф орной |
|
к ис лоты и углеводов, нап рим ер глюк озо-1-ф ос ф атаза: |
|
||
Дейс твие |
ф ос ф атаз |
п роявляетс я |
в ш ирок ом с п ек тре |
рН от 3 |
до 9. |
||
Боль ш инс тво из них |
обладает |
ш ирок ой |
с убс тратной с п ециф ич нос ть ю. |
||||
Ос обенно |
важ ны |
для |
регуляции |
п роцес с ов |
ж изнедеятель нос ти |
||
п ротеинф ос ф атазы , |
обес п еч ивающ ие |
отщ еп ление |
ф ос ф ата |
от |
|||
ф ос ф орилированны х белк ов, вс ледс твие ч егоизм еняетс я их биологич ес к ая, в ч ас тнос ти, ф ерм ентативная ак тивнос ть .
Гликозидазы. Э т и ф ерм ент ы ус к оряют реак цию гидролиза глик озидов. В завис им ос ти от того, на к ак ойп рос транс твенны йизом ер (α или β ) дейс твует
ф ерм ент, |
его относ ят к α- или β -глик озидазам . Так им образом , глик озидазы |
обладают |
ярк о вы раж енной п рос транс твенной с п ециф ич нос ть ю. Кром е |
глик озидов, с одерж ащ их в к ач ес тве аглик онов ос татк и одноатом ны х с п иртов, с убс тратам и, на к оторы е рас п рос траняетс я дейс твие тех или ины х глик озидаз, являютс я олиго- и п олис ахариды . И з дейс твующ их на олигос ахариды глик о-
зидаз уп ом янем м аль тазу (α-глик озидаза) и |
с ахаразу (β -глик озидаза). Они |
ус к оряют с оответс т венногидролиз м аль тозы |
и с ахарозы : |
И з |
глик озидаз, дейс твующ их |
на п олис ахариды , |
наиболее |
извес тны |
|||||
ам илазы . В |
п рироде |
с ущ ес твует |
нес к оль к о видов |
ам илаз, |
ус к оряющ их |
||||
реак ции гидролиза глик озидны х с вязейв м олек уле к рахм ала с |
образованием |
||||||||
глюк озы , м аль тозы |
или олигос ахаридов. |
|
|
|
|
||||
Гидролиз |
других |
п риродны х |
п олиглик озидов |
так ж е |
|
ус к оряетс я |
|||
с оответс твующ им и |
глик озидазам и. |
Нек оторы е |
глик озидазы |
к атализируют |
|||||
так ж е |
реак ции |
п еренос а глик озиль ны х |
ос тат к ов, т.е. |
являютс я |
|||||
транс глик озидазам и. |
|
|
|
|
|
|
|||
Пеп тид-гидролазы. |
Ф ерм енты |
этого п одк лас с а |
ус к оряют |
гидролиз |
|||||
п еп тидны х с вязейв белк ах и п еп тидах, а п ри оп ределенны х ус ловиях так ж е и образование п еп тидны х с вязей, хотя этот п уть с интеза белк а не являетс я ф изиологич ес к им . Х им изм п роцес с а гидролиза белк ов и п еп тидов п ри уч ас тии п еп тидгидролазм ож новы разит ь с ледующ ейс хем ой:
С реди п еп тид-гидролаз различ ают п ротеиназы или п еп тидил- п еп тидогидролазы , к атализирующ ие гидролиз неболь ш ого ч ис ла внутренних п еп тидны х с вязей в белк овой м олек уле, в резуль тат е ч его п ос ледняя рас п адаетс я до п еп тидов. Они являютс я, с ледователь но, эндоп еп тидазам и. В отлич ие от этого п еп тид-гидролазы , назы ваем ы е п еп тидазам и, обес п еч ивают
отщ еп ление |
от |
п еп тидной |
цеп и с вободны х |
ам инок ис лот, будуч и |
эк зоп еп тидазам и. |
|
|
|
|
Протеиназы |
в |
завис им ос ти |
от м еханизм а их |
дейс твия на внутренние |
п еп тидны е с вязи в белк овойм олек уле делят на 4 п одп одк лас с а: 1) с ериновы е п ротеиназы , нес ущ ие в ак тивном центре радик алы сери ги с, обес п еч ивающ ие
ос ущ ес твление |
к аталитич ес к ого |
ак та; |
п редс тавителям и их |
являютс я |
|
хим отрип с ин и |
трип с ин, вы деляем ы е |
п одж елудоч ной ж елезой, |
с убтилизин, |
||
п родуцируем ы йбак териям и, и др.; |
2) |
т иоловы е (цис т еиновы е) п рот еиназы , |
|||
им еющ ие в ак тивном центре ос таток ц и с; к |
их ч ис лу п ринадлеж ат п ап аиниз |
||||
латек с а ды нногодерева Carica papaya, ф ициниз латек с а ф ик ус а, бром елаиниз с ок а с твола ананас а, к атеп с инВ - внут рик леточ ны йф ерм ент п озвоноч ны х и
др.; 3) к ис лы е (к арбок с иль ны е) п ротеиназы , им еющ ие оп тим ум |
рН ниж е 5 |
и |
|||
с одерж ащ ие |
радик алы |
дик арбоновы х ам инок ис лот |
в ак тивном |
центре; с юда |
|
относ ятс я |
п еп с ин, |
вы деляем ы й с лизис той |
ж елудк а, |
к атеп с ин |
D, |
харак теризующ ийс я внутрик леточ нойлок ализацией, и ряд к ис лы х п ротеиназ, п родуцируем ы х разнообразны м и м ик роорганизм ам и; 4) м еталлоп ротеиназы , к аталитич ес к ое дейс твие к оторы х завис ит от п рис утс твия ионов м еталлов (С а2+, Zn2+) в ак тивном центре; п рим ерам и их м огут с луж ит ь к оллагеназа и ряд п ротеиназ м ик робногоп роис хож дения (терм олизин, к ом п онент п роназы и др.).
Пеп с ин, трип с ини хим отрип с инвы деляютс я ж елезис ты м и к летк ам и в виде
неак тивны х |
п роф ерм ентов |
- |
зим огенов: |
п еп с иногена, трип с иногена |
и |
|
хим отрип с иногена, так к ак |
их |
ак тивны е центры блок ированы |
ф рагм ентам и |
|||
п олип еп тиднойцеп и, п ос ле |
гидролитич ес к ого отщ еп ления к оторы х ф ерм ент |
|||||
п риобрет ает |
ак т ивнос т ь . |
Э т о явление |
вп ервы е бы ло |
от к ры т о |
в |
|
лаборат ории И. П. Павлова.
Оч ень важ нойос обеннос ть ю п ротеиназ являетс я вы бороч ны й(с елек тивны й) харак тер их дейс твия на п еп тидны е с вязи в белк овойм олек уле. Так , п еп с ин избиратель но ус к оряет гидролиз п еп тидны х с вязей, образованны х фен и лей; трип с ин- арг и ли з; хим отрип с инаром атич ес к им и ам инок ис лотам и; п ап аин - арг, ли з и фен и т. д. В резуль тате индивидуаль ны йбелок п од дейс твием
оп ределенной п еп тидил-п еп тидогидролазы |
рас щ еп ляетс я вс егда на с трого |
||
огранич енное ч ис ло п еп тидов. Э то находит |
п рак тич ес к ое ис п оль зование п ри |
||
оп ределении п ервич ной с трук т уры |
белк ов |
и им еет |
огром ное знач ение для |
регуляции обм ена вещ ес тв, так к ак |
м ногие п родук ты |
с елек тивногогидролиза |
|
белк ов обладают вы с оч айш ей биологич ес к ой ак тивнос т ь ю: им енно этим п утем изп роф ерм ентов возник ают ф ерм енты , из п редш ес твенник ов горм онов
— горм оны |
и т. п . Прич ина избиратель ногодейс твия п еп тидп еп тидогидролаз |
зак люч аетс я |
в том , ч то радик ал ам инок ис лоты , п о с ос едс тву с к оторой |
гидролизуетс я п еп тидная с вязь , с луж ит для образования ф ерм ент-с убс тратного
к ом п лек с а. |
|
|
|
|
|
|
Пеп тид-гидролазы , |
к атализирующ ие |
гидролиз п еп тидов |
до с вободны х |
|||
ам инок ис лот, |
м огут |
отщ еп лять п ос ледние |
от п еп тида, нач иная либо с |
|||
ам инок ис лоты , |
обладающ ей с вободной NH2-rpyп п у, |
либо с |
ам инок ис лоты , |
|||
им еющ ей с вободную |
С ООН-груп п у. |
В |
п ервом |
с луч ае |
их назы вают |
|
ам иноп еп тидазам и, вовтором - к арбок с ип еп тидазам и.
Точ к и п рилож ения дейс твия п ротеолитич ес к их ф ерм ентов на п еп тидны е
с вязи в белк овойм олек уле |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Нек оторы е |
ам ино- |
и |
к арбок с ип еп тидазы |
обладают |
с п ециф ич нос ть ю |
|||||||
дейс твия, |
т.е. |
отщ еп ляют |
с трого оп ределенны е N- или |
С -к онцевы е |
||||||||
ам инок ис лоты . |
|
Третий |
п одп одк лас с |
п еп тидаз |
|
п редс тавлен |
||||||
ди п еп т и дги дролазам и , |
ди п еп т и дазам и . |
И х |
извес тно ок оло |
дес яти. Они |
||||||||
заверш ают |
гидролиз белк а. |
Недавно из с ос тава п еп тидаз вы ч ленено ещ е два |
||||||||||
п одп одк лас с а: дип еп тидил-п еп тидгидролазы , |
отщ еп ляющ ие |
от |
N-к онца |
|||||||||
п олип еп тида |
дип еп тид, |
и |
п еп тидилдип еп тид-гидролазы , отщ еп ляющ ие |
|||||||||
дип еп тид с С -к онца. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
А м идазы. Э ти |
ф ерм енты |
ус к оряют |
гидролиз ам идов |
к ис лот . |
И з |
них |
||||||
важ ную роль |
в |
биохим ич ес к их п роцес с ах |
в организм е |
играют |
уреаза, |
|||||||
ас п арагиназа и глутам иназа. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
У реаза |
бы ла |
одним |
из |
п ервы х |
белк ов-ф ерм ентов, |
п олуч енны м |
в |
|||||
к рис таллич ес к ом |
с ос т оянии |
(Д. С ам нер, 1926). У реаза ус к оряет гидролиз |
||||||||||
м оч евины |
доNH3 и С О2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Асп араги н аза и глут ами н аза ус к оряют гидролиз ам идов дик арбоновы х ам ино- к ис лот - ас п арагиновойи глутам иновой, нап рим ер:
Кгидролазам , дейс твующ им на С — N-с вязи, отлич ающ иес я от п еп тидны х,
к ром е ам идаз относ ятс я ф ерм ент ы , к ат ализирующ ие гидролиз С — |
N-с вязейв |
линейны х ам идинах. К их ч ис лу п ринадлеж ит аргиназа. При |
п ос редс тве |
аргиназы ам инок ис лота аргинингидролизуетс я на орнитини м оч евину:
Э та |
реак ция |
ш ирок о п редс тавлена |
в п рироде, |
являяс ь зак люч итель ной |
||
с тадией биос интеза |
м оч евины |
- одного из к онеч ны х п родук тов рас п ада |
||||
азотс одерж ащ их вещ ес тв. |
|
|
|
|||
4. |
Лиазы. |
К |
к лас с у |
лиаз |
относ ятс я |
ф ерм енты , ус к оряющ ие |
негидролитич ес к ие реак ции рас п ада органич ес к их с оединенийп ос вязям С —
С ; С — N; С — О и т. д. При этом |
зам ы к аютс я двойны е с вязи и вы деляютс я |
||||||||
так ие п рос тейш ие п родук т ы , к ак |
С О2, Н2О, NH3 |
и т . п . Нек от оры е из этих |
|||||||
реак ций обратим ы , и |
с оответс твующ ие ф ерм енты в п одходящ их |
ус ловиях |
|||||||
к атализируют реак ции |
не толь к о рас п ада, |
но и |
с интеза. |
Так им |
образом , |
||||
название этого к лас с а |
ф ерм ентов |
не вс егда с оответс твует |
с одерж анию |
тех |
|||||
п роцес с ов, к оторы е им и ус к оряютс я. |
|
|
являютс я углерод- |
||||||
Одной из важ нейш их груп п ф ерм ентов |
этого к лас с а |
||||||||
углерод-лиазы |
(С — |
С -лиазы ). |
С реди |
них |
ос обое |
знач ение |
им еют |
||
к арбок с илиазы (дек арбок с илазы ) и аль дегид-лиазы . |
|
|
|
|
|
||||
В п рироде |
ш ирок о рас п рос т ранены |
дек арбок с илазы |
к еток ис лот |
и |
|||||
ам инок ис лот, к атализирующ ие реак ции п ос ледующ им с хем ам : |
|
|
|||||||