Биохимия. Полный набор лекций. Нейромедиаторов
 Скачать 18.11 Mb.
|
|
Аллопуринол – ингибитор ксантиноксидазы, фермента катаболизма пуринов. Используется для снижения образования мочевой кислоты и подавления развития гиперурикемии и подагры. Ингибиторы гидроксиметилглутарил-SКоА-редуктазы (ловастатин, флувастатин, аторвастатин) применяются для снижения синтеза холестерола при атеросклерозе, заболеваниях сердечно-сосудистой системы, дислипопротеинемиях. Ингибитор карбоангидразы (ацетазоламид) используется как мочегонное средство при лечении глаукомы, отеков, эпилепсии, алкалозах игорной болезни. КЛАССИФИКАЦИЯ ФЕРМЕНТОВ В 1961 г в Москве V Международный биохимический союз принял современную классификацию ферментов. В соответствии с этой классификацией все ферменты делятся на классы – по типу катализируемой реакции, каждый класс подразделяется на подклассы – по природе атакуемой химической группы, подклассы делятся на подподклассы – по характеру атакуемой связи или по природе акцептора. Выделяют 6 классов ферментов I II III класс класс класс Оксидоредуктазы Трансферазы Гидролазы www.biokhimija.ru Тимин О.А. Лекции по биологической химии 65 IV V VI класс класс класс Лиазы Изомеразы Лигазы Каждому ферменту присвоен четырехзначный классификационный номер, включающий класс, подкласс, подподкласс и порядковый номер в подподклассе. Например, алкогольдегидрогеназа имеет номер КФ 1.1.1.1. – это оксидоредуктаза, действует на ОН- группу донора с НАД в качестве акцептора с первым порядковым номером в своем подподклассе; лактатдегид- рогеназа – КФ 1.1.1.27, действует на ОН-группу донора с НАД в качестве акцептора с порядковым номером 27 в своем подподклассе НОМЕНКЛАТУРА ФЕРМЕНТОВ. Тривиальное название – название, сложившееся исторически. Например, пепсин, трипсин. Для некоторых ферментов к названию субстрата добавляется окончание "аза" – уреаза, амилаза, липаза. 2. Систематическое название – согласно современной классификации. Как производное систематического названия у многих ферментов имеется одно или несколько рабочих названий. I КЛ АС СОК СИДОР ЕДУ К ТАЗЫ bФерменты катализируют окислительно-восстановительные реакции, лежащие в основе биологического окисления. Класс насчитывает 22 подкласса. Коферментами этого класса являются НАД, НАДФ, ФАД, ФМН, убихинон, глутатион, липоевая кислота. Примером подклассов могут служить ферменты, действующие на СН-ОН-группу доноров, на СН-СН-группу доноров, на СН-NН 2 -группу доноров, на гемсодержащие доноры Наиболее распространены следующие рабочие названия оксидоредуктаз: 1. Дегидрогеназы – оксидоредуктазы, катализирующие дегидрирование субстрата с использованием в качестве акцептора водорода любых молекул, кроме кислорода. 2. Если перенос водорода от молекулы донора трудно доказуем, то такие оксидоредуктазы называют редуктазами. 3. Оксидазы – оксидоредуктазы, катализирующие окисление субстратов с молекулярным кислородом в качестве акцептора электронов без включения кислорода в молекулу субстрата. Монооксигеназы – оксидоредуктазы, катализирующие внедрение одного атома кислорода в молекулу субстрата с молекулярным кислородом в качестве донора кислорода. 5. Диоксигеназы – оксидоредуктазы, катализирующие внедрение 2 атомов кислорода в молекулу субстрата с молекулярным кислородом в качестве донора кислорода. 6. Пероксидазы – оксидоредуктазы, катализирующие реакции с пероксидом водорода в качестве акцептора электронов. Систематическое название образуется Донор электронов : акцептор электронов – оксидоредуктаза. Ферменты, свойства, классификация, регуляция активности 66 Пример 1 Характеристика фермента Систематическое название Алкоголь:НАД-оксидоредуктаза Рабочее название Алкогольдегидрогеназа Класс 1. Оксидоредуктазы Подкласс 1.1. Действующие на СН-ОН-группу доноров Подподкласс 1.1.1. с НАД или НАДФ + в качестве акцептора Классификационный номер КФ 1.1.1.1. Кофакторы Никотинамидадениндинуклеотид. Железо или цинк. Пример 2 Характеристика фермента Систематическое название Сукцинат:ФАД-оксидоредуктаза Рабочее название Сукцинатдегидрогеназа Класс 1. Оксидоредуктазы Подкласс 1.3. Действующие на СН-СН-группу доноров Подподкласс 1.3.99. с ФАД + в качестве акцептора Классификационный номер КФ 1.3.99.1. Кофактор Флавинадениндинуклеотид www.biokhimija.ru Тимин О.А. Лекции по биологической химии Пример 3 Характеристика фермента Систематическое название Фенилаланин.Тетрагидробиоптерин:кислород- оксидоредуктаза Рабочее название Фенилаланин-4-монооксигеназа Класс 1. Оксидоредуктазы Подкласс 1.14. Два донора с включением молекулярного кислорода Подподкласс 1.14.16. С восстановленным птеридином в качестве донора и включением одного атома кислорода Классификационный номер КФ 1.14.16.1 Кофакторы Тетрагидробиоптерин. Железо. I I КЛ АС СТРАН СФЕРА З Ы Катализируют реакции переноса различных групп от одного субстрата (донор) к другому (акцептор, участвуют в реакциях взаимопревращения различных веществ, обезвреживания природных и чужеродных соединений. Коферментами являются пиридоксальфосфат, коэнзим А, тетрагидрофолиевая кислота, метилкобаламин. Класс подразделяется на 9 подклассов в зависимости от строения переносимых ими групп. Примером подклассов являются ферменты, переносящие одноуглеродные фрагменты, альдегидные или кетоостатки, ацильные остатки, азотсодержащие группы, фосфорсодержащие группы. Систематическое название образуется Донор группы : акцептор группы – переносимая группа трансфераза. Пример 1 Характеристика фермента Систематическое название АТФ:D-гексоза-6-фосфотрансфераза Рабочее название Гексокиназа Класс 2. Трансферазы Подкласс 2.7. Переносящие фосфорсодержащие группы Подподкласс 2.7.1. Со спиртовой группой в качестве акцептора Классификационный номер КФ 2.7.1.1. Кофактор Магний Ферменты, свойства, классификация, регуляция активности 68 Пример 2 Характеристика фермента Систематическое название АТФ:фруктозо-6-фосфат-фосфотрансфераза Рабочее название Фосфофруктокиназа Класс 2. Трансферазы Подкласс 2.7. Переносящие фосфорсодержащие группы Подподкласс 2.7.1. Со спиртовой группой в качестве акцептора Классификационный номер КФ 2.7.1.11. Пример 3 Характеристика фермента Систематическое название L-Аспартат:2-оксоглутарат-аминотрансфераза Рабочее название Аспартатаминотрансфераза Класс 2. Трансферазы Подкласс 2.6. Переносящие азотсодержащие группы Подподкласс 2.6.1. Аминотрансферазы Классификационный номер КФ 2.6.1.1. Кофактор Пиридоксальфосфат Пример 4 Характеристика фермента Систематическое название 5-метилтетрагидрофолат:L-гомоцистеин S-метилтрансфераза Рабочее название Метионинсинтаза Класс 2. Трансферазы Подкласс 2.1. Переносящие одноуглеродные фрагменты Подподкласс 2.1.1. Метилтрансферазы Классификационный номер КФ 2.1.1.13. Кофактор Кобаламин. Цинк. www.biokhimija.ru Тимин О.А. Лекции по биологической химии 69 I I I КЛАСС bb.bbГbbИ ДР ОЛА З Ы Гидролазы – ферменты, осуществляющие разрыв внутримолекулярных связей в субстрате (за исключением С-С связей) путем присоединения элементов НО, подразделяются на 13 подклассов. Ввиду сложности многих субстратов у ряда ферментов сохранены тривиальные названия, например, пепсин, трипсин. Коферменты отсутствуют. Примером подклассов служат группы ферментов, действующие на сложные эфиры, на простые эфиры, на пептиды, на углерод-углеродные связи. Гидролазы представлены ферментами желудочно-кишечного тракта (пепсин, трипсин, липаза, амилаза и другие) и лизосомальными ферментами. Осуществляют распад макромолекул, образуя легко адсорбируемые мономеры. Исторически названия гидролаз складывались из названия субстрата с окончанием "аза" – коллагеназа, амилаза, липаза, ДНК-аза. Наиболее часто встречаются следующие рабочие названия гидролаз 1. Эстеразы – гидролиз сложноэфирных связей. 2. Липазы – гидролиз нейтральных жиров. 3. Фосфатазы – гидролиз моноэфиров фосфорной кислоты. 4. Гликозидазы – гидролизуют О- и S-гликозидные связи. 5. Протеазы, пептидазы – гидролиз белков и пептидов. 6. Нуклеазы – гидролиз нуклеиновых кислот. Систематическое название образуется Гидролизуемый субстрат : отделяемая группа гидролаза. Пример 1 Характеристика фермента Систематическое название Триацилглицерол:ацилгидролаза Рабочее название ТАГ-липаза Класс 3. Гидролазы Подкласс 3.1. Действующие на сложные эфиры Подподкласс 3.1.1. Гидролазы карбоновых кислот Классификационный номер КФ 3.1.1.3. Ферменты, свойства, классификация, регуляция активности 70 Пример 2 Характеристика фермента Систематическое название L-глутамин:амидгидролаза Рабочее название Глутаминаза Класс 3. Гидролазы Подкласс 3.5. Действующие на связи углерод-азот (не пептидные) Подподкласс 3.5.1. Действующие в линейных амидах Классификационный номер КФ 3.5.1.2. Пример 3 Характеристика фермента Систематическое название α-D-глюкозид:глюкогидролаза Рабочее название Мальтаза Класс 3. Гидролазы Подкласс 3.2. Гликозидазы Подподкласс 3.2.1. Гидролизующие О-гликозидные связи Классификационный номер КФ 3.2.1.20. Пример 4 Характеристика фермента Систематическое название Ацетилхолин:ацетил-гидролаза Рабочее название Холинэстераза Класс 3. Гидролазы Подкласс 3.1. Действующие на сложные эфиры Подподкласс 3.1.1. Гидролазы карбоновых кислот Классификационный номер КФ 3.1.1.7. www.biokhimija.ru Тимин О.А. Лекции по биологической химии 71 I V КЛАСС bb.bbЛbbИ АЗЫ bЛиазы – ферменты, катализирующие разрыв СО, С-С, C-N и других связей, а также обратимые реакции отщепления различных групп негидролитическим путем. Выделяют 7 подклассов. Эти реакции сопровождаются образованием двойной связи или присоединением групп к месту двойной связи. Лиазы являются сложными ферментами. Коферментами служат пиридоксальфосфат, тиаминдифосфат, участвует магний, кобальт. Примером подклассов являются ферменты, действующие на углерод-углеродные связи, углерод-кислородные связи, углерод-азотные связи. Систематическое название образуется Расщепляемый субстрат : отделяемая группа – лиаза Пример 1 Характеристика фермента Систематическое название 2-оксокислота:карбокси-лиаза Рабочее название Пируватдекарбоксилаза Класс 4. Лиазы Подкласс 4.1. Углерод-углерод-лиазы Подподкласс 4.1.1.Карбокси-лиазы Классификационный номер КФ 4.1.1.1. Кофермент Тиаминдифосфат Пример 2 Характеристика фермента Систематическое название Гистидин:карбокси-лиаза Рабочее название Гистидин-декарбоксилаза Класс 4. Лиазы Подкласс 4.1. Углерод-кислород-лиазы Подподкласс 4.1.1. Карбокси-лиазы Классификационный номер КФ 4.1.1.22. Кофермент Пиридоксальфосфат Ферменты, свойства, классификация, регуляция активности 72 Пример 3 Характеристика фермента Систематическое название (S) -Малат:гидро-лиаза Рабочее название Фумараза Класс 4. Лиазы Подкласс 4.2. Углерод-кислород-лиазы Подподкласс 4.2.1. Гидро-лиазы Классификационный номер КФ 4.2.1.2. Пример 4 Характеристика фермента Систематическое название АТФ:дифосфат-лиаза (циклизующая) Рабочее название Аденилатциклаза Класс 4. Лиазы Подкласс 4.6. Фосфор-кислород-лиазы Подподкласс 4.6.1. Фосфор-кислород-лиазы Классификационный номер КФ 4.6.1.1. V КЛ АС СИЗОМ ЕРА З Ы Изомеразы – ферменты, катализирующие изомерные превращения в пределах одной молекулы. Изомеразы – сложные ферменты. К их коферментам относятся пиридоксальфос- фат , дезоксиаденозилкобаламин, глутатион, фосфаты моносахаридов (глюкозо-1,6- дифосфат) и др. Выделяют 6 подклассов изомераз в зависимости от типа реакции. Например, в первый подкласс выделяют рацемазы (обратимое превращение L- и стереоизомеров) и эпимера- зы (превращения изомеров, имеющих более одного центра асимметрии, например, α-D- глюкозу в глюкозу, в другие подклассы – цис-транс-изомеразы, внутримолекулярные трансферазы (мутазы), далее внутримолекулярные оксидоредуктазы. www.biokhimija.ru Тимин О.А. Лекции по биологической химии Систематическое название образуется Субстрат – [ ] – реакция, где [ ] – обозначение, отражающее суть реакции, например, "номер изменяемого атома углерода, изменение "цис-транс", изменение "кето-енол", изменение "альдозо-кетозо". Пример 1 Характеристика фермента Систематическое название D-рибулозо-5-фосфат-3-эпимераза Рабочее название Рибулозофосфат-3-эпимераза Класс 5. Изомеразы Подкласс 5.1. Рацемазы и эпимеразы Подподкласс 5.1.3. Действующие на углеводы и их производные Классификационный номер КФ 5.1.3.1. Пример 2 Характеристика фермента Систематическое название D-глицеральдегид-3-фосфат-альдозо-кетозо-изомераза Рабочее название Триозофосфат-изомераза Класс 5. Изомеразы Подкласс 5.3. Внутримолекулярные оксидоредуктазы Подподкласс 5.3.1. Катализирующие взаимопревращения альдоз и кетоз Классификационный номер КФ 5.3.1.1. Ферменты, свойства, классификация, регуляция активности 74 Пример 3 Характеристика фермента Систематическое название α-D-глюкозо-1,6-фосфомутаза Рабочее название Фосфоглюкомутаза Класс 5. Изомеразы Подкласс 5.4. Внутримолекулярные трансферазы Подподкласс 5.4.2. Фосфотрансферазы Классификационный номер КФ 5.4.2.2. Кофермент Глюкозо-1,6-дифосфат V I КЛАСС bb.bbЛbbИ ГАЗЫ bЛигазы (синтетазы) – ферменты, катализирующие присоединение друг к другу двух молекул с использованием энергии высокоэнергетических связей АТФ (или других макро- эргов. Лигазы – сложные ферменты. Они содержат нуклеотидные (УТФ), биотиновые (витамин Н, фолиевые коферменты. Выделяют 6 подклассов. Примером подклассов служат группы ферментов по виду образуемой связи углерод- кислород, углерод-сера, углерод-азот, углерод-углерод. а. Систематическое название образуется Субстрат 1 : субстрат 2 – лигаза Пример 1 Характеристика фермента Систематическое название L-глутамат:аммиак-лигаза Рабочее название Глутаминсинтетаза Класс 6. Лигазы Подкласс 6.3. Образующие связи углерод-азот Подподкласс 6.3.1. Амид-синтетазы Классификационный номер КФ 6.3.1.2. www.biokhimija.ru Тимин О.А. Лекции по биологической химии Пример 2 Характеристика фермента Систематическое название Пируват:карбокси-лигаза (АДФ-образующая) Рабочее название Пируваткарбоксилаза Класс 6. Лигазы Подкласс 6.4. Образующие связи углерод-углерод Подподкласс 6.4.1. Образующие связи углерод-углерод Классификационный номер КФ 6.4.1.1. Кофакторы Биотин. Магний. Цинк. Пример 3 Характеристика фермента Систематическое название Сукцинат:КоА-лигаза Рабочее название Сукцинил-КоА-синтетаза Сукцинат-тиокиназа Класс 6. Лигазы Подкласс 6.2. Образующие связи углерод-сера Подподкласс 6.2.1. Лигазы кислота-тиол Классификационный номер КФ 6.2.1.4. ОБЩИЕ ПУТИ БИОЛОГИЧЕСКОГО ОКИСЛЕНИЯ Метаболизм представляет собой высоко координированную и целенаправленную клеточную активность, обеспеченную участием многих взаимосвязанных ферментативных систем. Он выполняет три специализированные функции 1. Энергетическая – снабжение клетки химической энергией, 2. Пластическая – синтез макромолекул как строительных блоков, 3. Специфическая – синтез и распад биомолекул, необходимых для выполнения специфических клеточных функций. АНАБОЛИЗМ Анаболизм – это биосинтез белков, полисахаридов, липидов, нуклеиновых кислот и других макромолекул из малых молекул- предшественников. Поскольку он сопровождается усложнением структуры, то требует затрат энергии. Источником такой энергии является энергия АТФ. Также для биосинтеза некоторых веществ (жирные кислоты, холестерол) требуются богатые энергией атомы водорода – их источником является НАДФН. Молекулы НАДФН образуются в реакциях окисления глюкозо-6-фосфата (см "Пентозофосфатный путь окисления глюкозы) и ок- салоацетата (см "Биосинтез жирных кислот. В реакциях анаболизма НАДФН передает свои атомы водорода на синтетические реакции и окисляется до НАДФ. Так формируется НАДФ- НАДФН-цикл. КАТАБОЛИЗМ bbКатаболизм – расщепление и окисление сложных органических молекул до более простых конечных продуктов. Оно сопровождается высвобождением энергии, заключенной в сложной структуре веществ. Большая часть высвобожденной энергии рассеивается в виде тепла. Меньшая часть этой энергии "перехватывается" коферментами окислительных реакций НАД и ФАД, некоторая часть сразу используется для синтеза АТФ. Следует заметить, что атомы водорода, высвобождаемые в реакциях окисления веществ, могут использоваться клеткой только по двум направлениям 1) на анаболические реакции в составе НАДФН. 2) на образование АТФ в составе НАДН и ФАДН 2 вдыхательной цепи митохондрий см ниже. Весь катаболизм подразделяется натри этапа I этап Происходит в кишечнике переваривание пищи) или в лизосомах при расщеплении уже ненужных молекул. При этом освобождается около 1% энергии, заключенной в молекуле. Она рассеивается в виде тепла. www.biokhimija.ru Тимин О.А. Лекции по биологической химии 77 II этап Вещества, образованные при внутриклеточном гидролизе или проникающие в клетку из крови, обычно превращаются в пировиноградную кислоту, ацетильную группу в составе ацетил-SКоА), ив некоторые другие мелкие органические молекулы. Локализация второго этапа – цитозоль и митохонд- рии Часть энергии рассеивается в виде тепла и примерно 13% энергии вещества усваивается, те. запасается в виде макроэргических связей АТФ. III этап Все реакции этого этапа идут в митохондриях Ацетил-SКоА включается в реакции цикла трикарбоновых кислот и окисляется до углекислого газа. Выделенные атомы водорода соединяются с НАД и ФАД и восстанавливают их. После этого НАДН и ФАДН 2 переносят водород в цепь дыхательных ферментов, расположенную на внутренней мембране митохондрий. Здесь в результате процесса под названием "окислительное фосфорилирование" образуется вода и главный продукт биологического окисления – АТФ. Часть выделенной на этом этапе энергии молекулы рассеивается в виде тепла и около 46% энергии исходного вещества усваивается, те. запасается в связях АТФ и ГТФ. |