Ферменты и кофакторы

8 заданий

Как работают ферменты

Фермент — не «волшебство», а набор знакомых органических приёмов, собранных в одном активном центре.

Как отнести фермент к классу и понять механизм

Класс по реакции: окисление или восстановление — оксидоредуктаза; перенос группы — трансфераза; гидролиз — гидролаза; отщепление с образованием кратной связи (или присоединение к ней) — лиаза; изомеризация — изомераза; образование связи за счёт АТФ — лигаза.
Механизм — те же приёмы, что в органической химии: кислота и основание в активном центре (His), нуклеофил (Ser, Cys), ион металла как кислота Льюиса, водородные связи со стабилизацией переходного состояния.
Сериновые протеазы (химотрипсин, трипсин): His снимает протон с Ser, Ser атакует карбонил пептида → тетраэдрический интермедиат в оксианионной дырке → ацилфермент → гидролиз.
Специфичность задаёт карман связывания: у трипсина в нём Asp (притягивает Lys и Arg), у химотрипсина — гидрофобный карман (Phe, Tyr, Trp).

Примеры

1. Алкогольдегидрогеназа (этанол → ацетальдегид, NAD⁺) — оксидоредуктаза; фумараза (фумарат + вода → малат) — лиаза.

2. Карбоангидраза: ион \(\ce{Zn^2+}\) снижает pKa связанной воды, гидроксид атакует \(\ce{CO2}\).

errorФермент ускоряет, но не сдвигает равновесие

Катализатор одинаково снижает энергию активации прямой и обратной реакций; константа равновесия и ΔG реакции не меняются.

edit_noteПопробуйте сами

К какому классу относится гексокиназа (глюкоза + АТФ → глюкозо-6-фосфат + АДФ)?

expand_moreПоказать решение

Трансфераза: переносит фосфатную группу.

Коферменты

Боковых цепей двадцати аминокислот мало для окислительно-восстановительных и «углеродных» реакций — их берут на себя коферменты.

Как понять, что делает кофермент

NAD⁺ принимает гидрид H⁻ в положение 4 никотинамидного кольца; NADH отдаёт его обратно (реакция стереоспецифична).
FAD принимает два атома H (к N1 и N5 флавина) — окисляет \(\ce{CH2-CH2}\) в \(\ce{CH=CH}\).
Кофермент A (КоА–SH) образует тиоэфиры R–CO–SКоА — активированные ацилы.
Тиаминпирофосфат: C2 тиазолиевого кольца депротонируется в илид, который присоединяется к α-кетокислоте и облегчает её декарбоксилирование.
Пиридоксальфосфат: альдегид образует основание Шиффа с аминокислотой; пиридиниевое кольцо — «электронный сток» — облегчает разрыв связей у α-атома (переаминирование, декарбоксилирование, рацемизация).

Примеры

1. Лактатдегидрогеназа: пируват + NADH + H⁺ → лактат + NAD⁺ — гидрид от NADH к карбонилу пирувата.

2. Переаминирование: аланин + α-кетоглутарат → пируват + глутамат (пиридоксальфосфат).

errorNADH — донор гидрида

NADH переносит H⁻ (два электрона и протон); второй протон приходит из среды, поэтому в уравнениях пишут NADH + H⁺.

edit_noteПопробуйте сами

Какой кофермент нужен для декарбоксилирования пирувата в ацетальдегид?

expand_moreПоказать решение

Тиаминпирофосфат.

push_pinГлавное

Ферменты — белковые катализаторы; шесть классов: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы, лигазы. Приёмы катализа: сближение и ориентация субстратов, кислотно-основной катализ (His), ковалентный катализ (Ser сериновых протеаз: каталитическая триада Ser–His–Asp, ацилфермент), ионы металлов (\(\ce{Zn^2+}\) карбоангидразы), стабилизация переходного состояния (оксианионная дырка). Коферменты: NAD⁺/NADH переносит гидрид (C4 никотинамида), FAD/FADH₂ — два атома H, кофермент A образует тиоэфиры (ацетил-КоА), тиаминпирофосфат (илид тиазолия) декарбоксилирует α-кетокислоты, пиридоксальфосфат образует основание Шиффа с аминокислотами (переаминирование, декарбоксилирование, рацемизация), биотин переносит \(\ce{CO2}\). Многие коферменты — производные витаминов группы B.

Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.