Классификация и номенклатура ферментов

Строение и свойства нуклеопротеинов.

Нуклеопротеины это сложные белки, в состав которых входят нуклеиновые кислоты - ДНК или РНК. Примером рибонуклеопротеинов может служить рибосома, примером дезоксирибонуклеопротеина – хроматин.

Строение и функции нуклеиновых кислот.

Нуклеиновые кислоты это полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. В свою очередь, нуклеотиды это сложные органические молекулы, состоящие из азотистого основания, углевода (пентозы) и остатка фосфорной кислоты.

В составе нуклеиновых кислот встречаются 2 типа азотистых оснований – производные гетероциклов – пурина и пиримидина.

Азотистое основание соединяется с пентозой N-гликозидной связью между С1 атомом углевода и N1 пиримидина или N9 пурина. Такие молекулы называются нуклеозиды (аденозин, гуанозин, уридин, цитидин, тимидин).

Фосфорная кислота присоединяется к нуклеозиду по с5 атому пентозы. В зависимости от числа остатков фосфорной кислоты различают нуклеозидмонофосфаты, нуклеозиддифосфаты и трифосфаты.

Мономерами нуклеиновых кислот служат нуклеозид-5-монофосфаты. Нуклеотиды, в которых пентоза представлена рибозой называются рибонуклеотидами, а нуклеиновые кислоты, в состав которых они входят – рибонуклеиновые кислоты или РНК. Нуклеотиды, содержащие дезоксирибозу называются дезоксирибонуклеотидами, а нуклеиновые кислоты – ДНК.

РНК

Первичная структура РНК – порядок чередования рибонуклеотидов в полинуклеотидной цепи. Нуклеотиды связаны в линейный полимер за счет 3,5-фосфодиэфирных связей. Остов нуклеиновой кислоты имеет одинаковое строение по всей длине молекулы и состоит из чередующихся групп – пентоза-фосфат-пентоза- .Вариабельной частью служат азотистые основания. В состав РНК входят аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и урацил (У). Началом цепи считается конец со свободной фосфатной группой – 5-конец, а завершается нуклеиновая кислота свободной ОН группой рибозы на 3-конце. Записывается нуклеиновая кислота в виде буквенной последовательности 5-А-Ц-Ц-Г-А-У-А-А-У-Г-3.

Вторичная структура РНК – частично спирализованная полинуклеотидная цепь, стабилизированная за счет водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями А=У, Г=Ц. Спирализованные участки характерны для всех видов РНК.

Третичная структура РНК – компактная пространственная структура, образованная за счет взаимодействия спирализованных участков и стабилизированная ионами Mg.

Виды РНК.

В цитоплазме клеток присутствуют 3 типа РНК.

Т-РНК – транспортные РНК. К особенностям их строения относится присутствие в них минорных (редко встречающихся) нуклеотидов – 10-12 на 1 молекулу. Они представлены метилированными , изомерами и аналогами пиримидинов. Например дигидроурацил, 5-метилцитозин, 7-метилгуанилат. Минорные основания выполняют 2 функции: 1. защищают т-РНК от действия нуклеаз, 2. поддерживают уникальную структуру, препятствуя спирализации определенных участков.

Функция т-РНК не сводится просто к транспорту определенной аминокислоты к месту синтеза белка. Т-РНК это тадапторные молекулы, т.к. благодаря антикодону они способны узнавать специфический кодон на м-РНК.

Матричные РНК м-РНК содержат последовательность нуклеотидов, кодирующую последовательность расположения аминокислот в полипептидной цепи.

Р-РНК – рибосомальная РНК. Существует несколько видов. Также содержат модифицированные азотистые основания. Р-РНК входят в состав рибосом, образуя 2 субъединицы 60S и 40S . 60S содержит 3 р-РНК и 50 белков, 40S – 1 р-РНК и 33 белка.

ДНК

Первичная структура ДНК – порядок чередования дезоксирибонуклеотидов в полинуклеотидной цепи. В состав ДНК входят А. Г. Ц и Т.

Вторичная структура ДНК – двойная спираль, образованная антипараллельными цепями. Структура удерживается за счет водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями. Дополнительно спираль стабилизируется гидрофобными взаимодействиями между азотистыми основаниями уложенными в стопку.

Третичная структура ДНК. Суперспирализация ДНК при участии белков. Два типа белков – гистоновые и негистоновые. Гистоны – небольшие белки 11-21кД, содержат много лизина и аргинина. 5 типов по 60 млн молекул в каждом ядре.. 4 типа образуют октамеры вокруг которых оборачивается ДНК – 1,75 оборота – 146 пар нуклеотидов – нуклеосомы, затем – линкерная ДНК – 60 пар, защищенных гистоном . Комплекс стабилизирован за счет ионных взаимодействий.

Дальнейшая спирализация – хроматин. Негистоновые белки – комплекс нескольких сотен белков комплементарно связанных с ДНК. Это структурные и регуляторные белки, стабилизирующие структуру ДНК и участвующие в процессах репликации, транскрипции и репарации.

Функция ДНК – хранение генетической информации. Локализация – ядро, митохондрии (кольцевая ДНК).

Часть 2

ФЕРМЕНТЫ

Ферменты – это катализаторы белковой природы, высокоспециализированные молекулы, способные ускорять протекание биохимических реакций. Так как это катализаторы белковой природы, то им соответственно присущи свойства: а) катализаторов; б) белков; в) собственно ферментов, как уникального сочетания каталитических и белковых свойств.

Свойства ферментов, общие с неорганическими катализаторами:

1. катализируют только энергетически возможные реакции

2. не расходуются и не изменяются в ходе реакции

3. не изменяют направления реакции

4. не сдвигают равновесия, а лишь ускоряют его наступление

Свойства ферментов:

1. специфичность – способность ферментов избирательно катализировать реакции. Это свойство объясняется наличием у ферментов активного центра, обладающего сродством только к определенному субстрату.

Активный центр фермента – это участок молекулы фермента, ответственный за взаимодействие с субстратом. Он формируется на уровне третичной структуры и представляет собой совокупность стерически сближенных функциональных групп аминокислотных остатков. Эти функциональные группы комплементарны функциональным группам в составе субстрата, что обеспечивает точность узнавания и присоединения. В активном центре условно выделяют два участка – контактный или якорный, ответственный за узнавание, присоединение и удержание субстрата и каталитический, ответственный за превращение субстрата в продукт. Эти два участка часто перекрываются. У ферментов с четвертичной структурой активных центров несколько (по числу субъединиц).

Виды специфичности:

абсолютная – способность фермента катализировать превращение только одного субстрата. Например ферменты аргиназа и уреаза.

относительная или групповая – способность ферментов катализировать превращение группы веществ имеющих сходное строение. Это сродство к типу связи. Например, относительной специфичностью обладают протеолитические ферменты желудочно-кишечного тракта пепсин и трипсин, участвующие в переваривании белков и гидролизующие пептидные связи, липаза, гидролизующая сложноэфирные связи.

Стереохимическая – способность ферментов катализировать превращение только одного из стереоизомеров: D или L, цис или транс, или .

Например, фермент фумараза катализирует реакцию присоединения Н₂О к фумаровой кислоте, имеющей транс-конформацию, но не может взаимодействовать с малеиновой кислотой – цис-изомером:

НООС–СН НООС –СН–ОН НС–СООН

| + Н₂О | | + Н₂О

НС–СООН Н₂С–СООН НС–СООН

2. Термолабильность – способность ферментов изменять свою активность при изменении температуры. Причём, в отличие от неорганических катализаторов, ферменты активны только в узком интервале температур. Для большинства тканевых ферментов это 20-40^оС. При низких температурах скорость реакции снижается из-за уменьшения внутренней энергии реагирующих молекул. При температурах, больших 50^о происходит денатурация ферментов. Скорость реакции максимальна при 37-40^о (температурный оптимум фермента).

3. Зависимость активности фермента от рН среды. Так как ферменты это белки, то их функционирование возможно только при сохранении третичной структуры, стабилизированной за счет ионных связей. При изменении рН среды происходит изменение степени ионизации функциональных групп на поверхности молекулы фермента, изменение её пространственной структуры и, как следствие, изменение сродства активного центра к субстрату. Для большинства тканевых ферментов оптимум рН лежит в интервале 6-8. Исключения – пепсин, оптимум -1.5; аргиназа –9.

4. Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата. При низких концентрациях субстрата зависимость прямо пропорциональная. Однако, при достижении определенной скорости, дальнейшее увеличение концентрации субстрата не приводит к её изменению. Это связано с эффектом насыщения активных центров молекулами субстрата. Величиной, характеризующей кинетические свойства фермента является константа Михаэлиса (Кm) численно равная концентрации субстрата, прикоторой скорость реакции равна 1\2 Vmax. У быстрых ферментов Км маленькая, у медленных – большая.

5. зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации фермента. Зависимость прямая.

6. Олигодинамичность – способность фермента в малых концентрациях превращать большое количество субстрата. Молярное соотношение фермент: субстрат – 1:10⁶. 1 г амилазы способен расщепить килограммы крахмала.

Количество молей субстрата, превращаемого в продукт одной молекулой фермента за 1 с, называется числом оборотов фермента или молярной активностью.

7. Активность ферментов можно регулировать.

Классификация и номенклатура ферментов

По типу катализируемой реакции ферменты делятся на 6 классов:

1. Оксидоредуктазы – катализируют окислительно-восстановительные реакции. Это реакции связанные с переносом водородов или непосредственно электронов.

АН₂ + В А + ВН₂

В зависимости от акцептора электронов (водородов) делятся на оксидазы и оксигеназы (гидроксилазы), если акцептором служит кислород и дегидрогеназы, если водород переносится на любое др. вещество.

2. Трансферазы – катализируют реакции переноса функциональных групп:

А-х + В ––––––– А + В-х

В зависимости от типа переносимой группировки делятся на подклассы:

- аминотрансферазы

- фосфотрансферазы

- метилтрансферазы

- ацилтрансферазы

3. Гидролазы - реакции разрыва связей с присоединением воды:

А–В + Н₂О ––––––– А–Н + В–ОН

Делятся на подклассы в зависимости от типа разрушаемой связи

пептидазы

гликозидазы

эстеразы (фосфоэстеразы – фосфатазы)

4. Лиазы – разрыв связей без участия воды

АВ––А + В

Деление на подклассы по типу разрываемой связи: –С–С–, –С–О–, –C–N–лиазы

5. Изомеразы – катализируют реакции изомеризации – изменение взаиморасположения группы атомов внутри молекулы:

А–––А’

Подклассы: цис-транс-изомеразы; рацемазы, эпимеразы

6. Лигазы (синтетазы) – реакции образования новых связей с использованием энергии АТФ:

А + В + АТФ ––––––––А–В + АДФ + Н₃РО₄

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: