Ферменты. Строение и механизм действия. Кинетика ферментативных реакций, страница 4

Гемоглобин- пример белка, в котором гем, связанный со специфическим белком, резко усиливает одну из выполняемых им функций. Образование комплекса гема с белком глобином усиливает координирующую способность гема, в особенности в отношении О₂. Гемоглобин (феррогемоглобин - Fe⁺²) обратимо связывает кислород и таким образом служит переносчиком кислорода в многоклеточных организмах. Гемоглобин - аллостерический белок, присоединение О₂ к белку повышает связывание дополнительных молекул О₂, то есть имеет место кооперативное связывание.

Цитохром С(ЕС 1.9.3.1.) - небольшой белок, ковалентно связанный с гемом – единственный белковый переносчик электронов на кислород в процессе окислительного фосфорилирования, характерного для всех аэробных организмов.

Каталаза (ЕС 1.11.1.6.) осуществляет расщепление перекиси водорода до молекулярного кислорода и воды, защищая живые организмы от повреждения высокореакционноспособным пероксидом водорода:

Н₂О₂ + Н₂О₂ ® 2Н₂О + О₂

Пиридоксальфосфат (PLP) - простетическая группа, активная форма которой образуется как шиффово основание в результате конденсации альдегидной группы со свободной e-аминогруппой остатка Lys фермента и затем реагирует со специфичной аминокислотой с образованием нового шиффова основания, при этом освобождается e-аминогруппа Lys.

Пиридоксальфосфат - кофермент большой группы ферментов (лиаз,   ЕС 4.),   катализирующих   декарбоксилирование

a-аминокислот (с образованием аминов):

H⁺

RCH(NH₃⁺)COO^- ® RCH₂NH₃⁺ +CO₂

Механизм декарбоксилирования:

Пиридоксальфосфат является коферментом еще одной группы ферментов - аминотрансфераз(ЕС 2.6.1.), или трансаминаз, катализирующих реакции переаминирования общего вида:

R₁–CH–COO^-  +  R₂–C–COO^-   →   R₁–C–COO^-  + R₂–CH–COO^-

 

            NH₂                         O                        O                    NH₂

Механизм переаминирования:

Альдимин              Хиноидное    РМР-Кетимин          Пиридоксамин-фосфат

                             соединение                                                         PMP

 Этот ряд превращений представляет собой одну из двух полуреакций, необходимых для ферментативного переаминирования. РМР реагирует со второй специфичной кетокислотой в обратном направлении с образованием исходного шиффова основания PLP с NH₂-группой Lys апофермента и аминокислоты:

R₁–CH–COO^- + PLP   →   R₁–C–COO^- + PMP

   NH₂O

PMP + R₂–C–COO^-   →   R₂–CH–COO^- + PLP

                                                   ONH₂

Таким образом, белок в роли фермента или апофермента участвует в следующих главных процессах:

·  Белок обеспечивает специфическое узнавание субстрата и последующее образование продуктивного фермент-субстратного комплекса.

·  Кислые и основные аминокислотные остатки фермента участвуют в общем кислотно-основном катализе.

·  В ряде случаев фермент ковалентно связывает субстрат с образованием промежуточного продукта и выступает как нуклеофильный катализатор.

·  В качестве апофермента белок обеспечивает ковалентное связывание в активном центре кофактора, простетической группы или обратимое связывание кофермента, а также определяет их функцию.

2.2. Кинетика ферментативных реакций

 

Для описания кинетики, представленной на графике и описывающей действие многих ферментов, в 1913 г. Л. Михаэлис и М. Ментен предложили простую модель, в основе которой лежит необходимый промежуточный этап катализа - образование фермент-субстратного комплекса (ES) (1).

Кроме того, существует еще ряд ограничительных условий (они будут указаны по порядку в скобках), при выполнении которых модель и выведенное ниже уравнение Михаэлиса–Ментен правильно описывают кинетику реакции.

Предложенная модель может быть выражена следующей последовательностью реакций фермента (Е) с субстратом (S), при этом, с каждым активным центром Е связывается только одна молекула S (2):

k₁          k₂

E + S        ES® E + P.                      (I)

                                        k_-1