Изомеразы

5. Изомеразы катализируют превращения одного изомера в дру­гой. При этом могут быть внутримолекулярные перемещения какой-ни­будь функциональной группы с одного положения на другое. Например фермент фосфоглюкомутаза превращает Гл-1-Ф в Гл-6-Ф. Другой фер­мент превращает Гл-6-Ф во Фр-6-Ф.

Есть изомеразы, которые превращают транс-формы вещества в цис-форму, т.е. производят пространственные перемещения.

Различают также стереоизомеразы и т.д.

Лигазы (синтетазы)

6. Лигазы (синтетазы) - ферменты, соединяющие две молекулы субстрата в присутствии аденозинтрифосфата или других нуклеозидтри­фосфатов. В этой реакции происходит затрата энергии за счет распада ТФ, или каких-либо других соединений, содержащих высокоэнергети­ескую связь (УТФ, ГТФ, СН3-СО~КоА).

АТФ + Н₂О -----АДФ + Н₃РО₄ + Q

ОКСИДОРЕДУКТАЗЫ

Рассмотрим подробнее I класс - оксидоредуктазы.

Эти ферменты катализируют окислительно-восстановительные реак­ции с участием двух субстратов - S и S':

Sвосст + S'окисл == Sокисл + S'восст.

Вспомним, что в химии окисление определяется как удаление электронов (или протонов), а восстановление - как присоединение элект­ронов (или протонов). Отсюда ясно, что специальностью окислитель­но-восстановительных ферментов является удаление или присоединение электронов.

Окислительно-восстановительные реакции играют очень важную роль в организме:

1. Прежде всего, надо назвать их энергетическую функцию. В ходе окислительно-восстановительных реакций образуется энергия.

2. Анаболическая функция, т.е. оксидоредуктазы могут участво­вать и в процессах синтеза.

3. Обезвреживание вредных веществ, перекисей, продуктов пере­кисного окисления липидов, токсинов.

Различают несколько групп окислительно-восстановительных фер­ментов:

I. ДЕГИДРОГЕНАЗЫ. Это ферменты, которые катализируют отщепление или присоединение водорода. Дегидрогеназы бывают разные, различают несколько подклассов ДГ.

Прежде всего ДГ различают в зависимости от того, переносятся ли Н+ и е- на кислород или реакция идет без кислорода. ДГ разделяются на анаэробные дегидрогеназы и аэробные. Анаэробные дегидрогеназы удаляют водород из субстрата, без использования кислорода. Например,

алькогольДГ является анаэробной, т. к. эта реакция протекает без

участия О₂. Другой пример:

СН₃-С-СООН ======ЛДГ=====СН₃-СН-СООН

!! !

О ОН

ПВК Мол. к-та

Анаэробные ДГ являются НАД и НАДФ-зависимыми дегидрогеназами, т.е., их коферментом является НАД (никотинамидадениндинуклеотид) или НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат). Эти коферменты могут свободно диссоциировать из комплекса с апоферментом.

Водород, который отнимается этими ДГ, может использоваться в двух разных путях:

Пути использования водорода: а) используется в процессе тканево­го дыхания; б) использование в восстановительном синтезе.

Следует запомнить, что НАД-зависимые дегидрогеназы катализируют окислительно-восстановительные реакции окислительных путей метабо­лизма и участвуют в производстве энергии в клетке. НАДФ-зависимые дегидрогеназы участвуют в процессах восстановительного синтеза, нап­ример, в синтезе высших жирных кислот, холестерина.

Кроме НАД и НАДФ, коферментами анаэробных дегидрогеназ могут быть также ФМН и ФАД. Эти дегидрогеназы либо переносят электроны в дыхательной цепи, либо поставляют электроны для нее.

Аэробные дегидрогеназы - катализируют отнятие (отщепление) водо­рода из субстрата с использованием кислорода. Продуктом реакции яв­ляется перекись водорода, а не вода. Коферментом этих ферментов яв­ляется ФАД (флавинадениндинуклеотид) или ФМН (флавинмононуклеотид):

S-Н₂ + ФАД + О₂ ---- S + ФАДН₂ + О₂ ---S + ФАД + Н₂О₂

Эти реакции имеют большое значение для белых клеток крови - лей­коцитов. Благодаря образованию в них Н2О2 они обладают большой бак­терицидной силой, т.е. могут убивать бактерии. В этом случае Н2О2 играет защитную роль, если только не будет его излишка. В противном случае Н2О2 сама повреждает клетки, и тогда ее нужно удалять или обезвреживать. Для этого существуют специальные ферментные системы.

Еще раз запомним, что коферментами анаэробных ДГ могут быть как НАД и НАДФ, так и ФАД и ФМН. коферментами аэробных ДГ бывают только ФАД и ФМН.

2) Отсюда по химическому составу их коферментов различают флави­новые дегидрогеназы (содержат ФАД или ФМН в качестве кофермента) и пиридиновые (коферментом являются НАД⁺ или НАДФ).

3) В живой клетке ферменты работают, как правило не в отрыве один от другого, а в определенной взаимосвязи. При этом первый фермент может взаимодействовать с каким-то субстратом, а второй – с первым ферментом или с его коферментом. Создается цепочка реакций, в который каждый фермент имеет свое место. Поэтому выделяют первичные ферменты и вторичные. Что касается ДГ, то они также могут быть пер­вичными или вторичными. Это зависит от от того, с чего они забирают Н+ и е-. От того, что они окисляют, различают первичные дегидрогена­зы и вторичные. Первичные ДГ отнимают Н⁺ непосредственно от субстра­та, от химического соединения, которое в результате окисляется. Нап­ример,

СН₃СН₂ОН -------алкогольДГ---- СН₃-С-Н + НАДН₂

_{(этанол) НАД}⁺ _{!! (ацетальдегид - яд!!)}

О

В плохих винах много альдегида, с чем связано их токсическое действие. АлкогольДГ - первичная дегидрогеназа, она отнимает Н+ не­посредственно от сусбстрата. При этот НАД-ДГ сама восстановилась, и теперь ее тоже нужно окислить, т.е. отнять у нее Н+. Для этого су­ществуют вторичные дегидрогеназы. Вторичные ДГ, как правило, флави­новые, т.е. у них коферментом будет флавиновое производное - ФАД или ФМН. Реакция будет протекать так:

НАДН₂ + ФАД ------НАД⁺ + ФАДН₂

Итак, еще раз повторим: ДГ бывают: 1) анаэробные (работают без кислорода) и аэробные(работают в присутствии кислорода, продуктом является Н2О22; 2) флавиновые дегидрогеназы (содержат ФАД или ФМН в качестве кофермента) и пиридиновые (коферментом являются НАД+ или НАДФ). 3)первичные и вторичные ДГ.

II. Следующий подкласс окислительно-восстановительных ферментов

- ОКСИДАЗЫ. Они удаляют водород из субстрата. Они также используют кислород, но в отличие от аэробных дегидрогеназ, их продуктом явля­ется молекула воды. Эти ферменты обязательно содержат медь или же­лезо, т.е. металлы с переменными валентностями. Благодаря этому они легко связывают е^- и переносят их субстрата или какой-либо из ДГ на кислород.

Главными представителями этого подкласса являются ферменты, ло­кализованные в митохондриях и катализирующие реакцию, в результате которой е^- переносится на О₂. Это цитохромы и цитохромоксидазы. Они содержат две молекулы гема, в каждой из которых атом железа может переходить из Fe²⁺ в состояние Fe³⁺. Эти ферменты являются важнейшей составной частью так называемой дыхательной цепи. Т.е. мультифер­ментного комплекса, расположенного во внутренней мембране митохонд­рий. С помощью этих ферментов и происходит образование энергии, ко­торая потом переходит в энергию макроэргических связей АТФ. Подроб­нее о строении и функции цитохромов мы поговорим попозже, когда бу­дем разбирать энергетический обмен и тканевое дыхание.

III. Следующий подкласс окислительно-восстановительных ферментов - это ГИДРОКСИПЕРОКСИДАЗЫ. Эти ферменты используют в качестве субстрата перекись водорода или органические перекиси, например перекиси липидов. Т.е. это как раз те ферментные системы, которые обезвреживают Н₂О₂ и другие перекиси_. Рассмотрим подробнее, как эти системы работают.

Перекисному окислению в организме подвергаются прежде всего фос­фолипиды клеточных мембран. Продукты перекисного окисления липидов: образующиеся гидроперекиси, и, особенно, супероксидный радикал О₂^-. обладают сильной разрушительной силой на клеточные мембраны. В клет­ках-фагоцитах этот процесс имеет положительное значение, т.к. опре­деляет микробицидную способность фагоцитирующих клеток: макрофагов и лейкоцитов. Их пероксидазы, играющие огромную роль в защитной функ­ции фагоцитирующих клеток, в их микробицидной функции.

Но с другой стороны, очень часто именно ПОЛ является тем про­цессом, который запускает воспалительные, деструктивные явления в тканях.

Поэтому в организме существуют системы защиты от ПОЛ. Частичная детоксикация Н₂О₂ и О₂^-. происходит при участии природных антиокси­дантов, например, аскорбиновой кислоты, витамина Е, глутатиона.

Детоксикация О₂^-. представляет собой ферментативную реакцию, ко­торую катализирует фермент супероксиддисмутаза. При этом образуется Н₂О₂:

О₂^-. + О₂^-. + 2Н⁺ ---супероксиддисмутаза -- Н₂О₂ + О₂

Далее Н2О2 обезвреживается также под действием ферментов - ката­лаз и пероксидаз. Так, в эритроцитах имеется глутатионпероксидаза, катализирующая разложение перекиси водорода и защищающая липиды мембран и гемоглобин от окисления перекисями.

Н₂О₂ + ГТ-Н₂ --пероксидаза---2Н₂О + ГТ

В эритроцитах имеется также фермент каталаза. Каталаза способс­твует разрушению перекисей и, таким образом, защищает клетки от пов­реждающего действия перекисных радикалов:

2Н₂О₂---каталаза---2Н₂О + О₂