Što je nadf n. Primjer biokemijske reakcije koja uključuje NAD
Dehidrogenaze su enzimi iz klase oksidoreduktaza koji kataliziraju reakcije koje uklanjaju vodik (tj. protone i elektrone) iz supstrata, koji je oksidacijsko sredstvo, i transportiraju ga do drugog supstrata, koji se reducira.
Ovisno o kemijske prirode akceptor s kojim dehidrogenaze stupaju u interakciju, dijele se u nekoliko skupina:
- Anaerobne dehidrogenaze, koji kataliziraju reakcije u kojima je akceptor vodika spoj koji nije kisik.
- Aerobne dehidrogenaze, koji kataliziraju reakcije u kojima akceptor vodika može biti kisik (oksidaze) ili drugi akceptor. Aerobne dehidrogenaze pripadaju flavoproteinima, produkt reakcije je vodikov peroksid.
- Dehidrogenaze, koje prenose elektrone od supstrata do akceptora elektrona. Ovoj skupini dehidrogenaza pripadaju citokromi dišnog lanca mitohondrija.
- Dehidrogenaze, koje kataliziraju izravno uvođenje 1 ili 2 atoma kisika u molekulu supstrata. Takve dehidrogenaze nazivaju se oksigenaze.
Funkciju primarnih akceptora vodikovih atoma odcijepljenih od odgovarajućih supstrata obavljaju dvije vrste dehidrogenaza:
- piridin-ovisne dehidrogenaze- sadrže koenzime nikotinamid (NAD +) ili nikotinamid adenin dinukleotid fosfat (NADP +).
- flavin-ovisne dehidrogenaze, čija je prostetička skupina flavin adenin dinukleotid (FAD) ili flavin mononukleotid (FMN).
Koenzimi NADP+ (ili NAD+) labavo su vezani za apoenzim i stoga mogu biti prisutni u stanici ili u stanju povezanom s apoenzimom ili biti odvojeni od proteinskog dijela.
Dehidrogenaze ovisne o piridinu su anaerobnog tipa - enzimi topljivi u vodi koji oksidiraju polarne supstrate. Reakcija katalizirana dehidrogenazama ovisnim o piridinu opći pogled dati su u sljedećim jednadžbama:
SH2 + NADP+ → S + NADPH + H+
SH2 + NAD+ → S + NADH + H+
Radna struktura u molekuli NAD+ ili NADP+ je piridinski prsten, nikotinamid, koji dodaje jedan atom vodika i jedan elektron (hidridni ion) tijekom enzimske reakcije, a drugi proton ulazi u reakcijski medij. Dehidrogenaze ovisne o piridinu vrlo su česte u živim stanicama. Oni apstrahiraju protone i elektrone iz mnogih supstrata, reducirajući NAD + ili NADP + i naknadno prenoseći redukcijske ekvivalente na druge akceptore. NAD-ovisne dehidrogenaze uglavnom kataliziraju redoks reakcije oksidativnih metaboličkih putova - glikoliza, Krebsov ciklus, β-oksidacija masne kiseline, dišni lanac mitohondrija itd. NAD je glavni izvor elektrona za transportni lanac elektrona. NADP se uglavnom koristi u procesima reduktivne sinteze (u sintezi masnih kiselina i steroida).
Flavin-ovisne dehidrogenaze- flavoproteini, prostetičke skupine u kojima su FAD ili FMN derivati vitamina B2, koji su čvrsto (kovalentno) povezani s apoenzimom. Ove dehidrogenaze su membranski vezani enzimi koji oksidiraju nepolarne i niskopolarne supstrate. Radni dio molekule FAD ili FMN, koji sudjeluje u redoks reakcijama, je izoaloksazinski prsten riboflavina, koji prihvaća dva atoma vodika (2H+ + 2e-) sa supstrata.
Opća jednadžba reakcije koje uključuju dehidrogenaze ovisne o flavinu izgledaju ovako:
SH2 + FMN → S + FMN-H2
SH2 + FAD+ → S + FADH2
U procesima biološke oksidacije ovi enzimi igraju ulogu i anaerobnih i aerobnih dehidrogenaza. Anaerobne dehidrogenaze uključuju NADH dehidrogenazu, enzim ovisan o FMN-u koji prenosi elektrone od NADH do elektropozitivnijih komponenti dišnog lanca mitohondrija. Druge dehidrogenaze (ovisne o FAD-u) prenose elektrone izravno iz supstrata u dišni lanac (npr. sukcinat dehidrogenaza, acil-CoA dehidrogenaza). Prijenos elektrona od flavoproteina do citokromoksidaza u respiratornom lancu osiguravaju citokromi, koji se uz citokromoksidazu svrstavaju u anaerobne dehidrogenaze. Citokromi su proteini mitohondrija koji sadrže željezo - hemproteini, koji zbog obrnute promjene valencije hem željeza obavljaju funkciju prijenosa elektrona u aerobnim stanicama izravno u lancima biološke oksidacije: citokrom (Fe3+) + e → citokrom (Fe2 +).
Dišni lanac mitohondrija uključuje citokrome b, c1, c, a i a3 (citokrom oksidaza). Osim u respiratornom lancu, citokromi su sadržani u endoplazmatskom retikulumu (450 i b5). Aerobne dehidrogenaze ovisne o flavinu uključuju oksidaze L-aminokiselina, ksantin oksidazu itd.
Dehidrogenaze koje kataliziraju ugradnju jednog ili dva atoma kisika u molekulu supstrata nazivaju se oksigenaze. Ovisno o broju atoma kisika koji stupaju u interakciju sa supstratom, oksigenaze se dijele u 2 skupine:
- Dioksigenaze
- Monooksigenaze
Dioksigenaze katalizirati dodaje 2 atoma kisika u molekulu supstrata: S + O2 → SO2. To su, posebice, nehem enzimi koji sadrže željezo koji kataliziraju reakcije sinteze homogentizinske kiseline i njezine oksidacije na putu katabolizma tirozina. Lipoksigenaza koja sadrži željezo katalizira ugradnju O2 u arahidonske kiseline, prva reakcija u sintezi leukotriena. Prolin i lizin dioksigenaze kataliziraju reakcije hidroksilacije lizina i prolina u prokolagenu. Monooksigenaze kataliziraju dodavanje samo 1 atoma molekule kisika na supstrat. U ovom slučaju, drugi atom kisika se reducira u vodu:
SH + O2 + NADPH + H+
SOH + H2O + NADP+
DO monooksigenaze pripadaju enzimima koji svojom hidroksilacijom sudjeluju u metabolizmu mnogih ljekovitih tvari. Ovi enzimi su pretežno lokalizirani u mikrosomalnoj frakciji jetre, nadbubrežnih žlijezda, spolnih žlijezda i drugih tkiva. Budući da je supstrat u reakcijama monooksigenaze najčešće hidroksiliran, ovu grupu Enzimi se također nazivaju hidroksilaze.
Monooksigenaze kataliziraju reakcije hidroksilacije kolesterola (steroida) i njihovu pretvorbu u biološki aktivne tvari, uključujući spolne hormone, hormone nadbubrežne žlijezde, aktivne metabolite vitamina D - kalcitriol, kao i reakcije detoksikacije hidroksilacijom niza otrovne tvari, lijekovi i proizvodi njihove transformacije za tijelo. Membranski sustav monooksigenaze endoplazmatskog retikuluma hepatocita sadrži NADPH + H+, flavoproteine s kofaktorom FAD, protein (adrenotoksin) koji sadrži nehem željezo i hem protein - citokrom P450. Kao rezultat hidroksilacije nepolarnih hidrofobnih tvari, povećava se njihova hidrofilnost, što pridonosi biološkoj inaktivaciji djelatne tvari ili neutraliziranje otrovnih tvari i njihovo izlučivanje iz tijela. Neke ljekovite tvari, poput fenobarbitala, imaju sposobnost induciranja sinteze mikrosomalnih enzima i citokroma P450.
Postoje monooksigenaze koje ne sadrže citokrom P450. To uključuje jetrene enzime koji kataliziraju reakcije hidroksilacije fenilalanina, tirozina i triptofana.
Dobro je znati
- D-dimer je marker fibrinolize (tijekom trudnoće - normalan, povećan - s trombozom, CHF, onkološkim procesima)
Naziv vitamina PP dolazi od talijanskog izraza preventivna pelagra– sprječavanje pelagre.
Izvori
Dobri izvori su jetra, meso, riba, mahunarke, heljda i crni kruh. Mlijeko i jaja sadrže malo vitamina. Također se sintetizira u tijelu iz triptofana - jedna od 60 molekula triptofana pretvara se u jednu molekulu vitamina.
Dnevna potreba
Struktura
Vitamin postoji u obliku nikotinska kiselina ili nikotinamid.
Dva oblika vitamina PP
Njegovi koenzimski oblici su nikotinamid adenin dinukleotid(NAD) i riboza fosforilirani oblik – nikotinamid adenin dinukleotid fosfat(NADP).
Struktura oksidiranih oblika NAD i NADP
Biokemijske funkcije
Prijenos hidridnih iona H – (vodikov atom i elektron) u redoks reakcijama.
Mehanizam sudjelovanja NAD i NADP u biokemijska reakcija
Zahvaljujući prijenosu hidridnih iona, vitamin osigurava sljedeće zadatke:
1. Metabolizam bjelančevina, masti i ugljikohidrata. Budući da NAD i NADP služe kao koenzimi većine dehidrogenaza, oni sudjeluju u reakcijama
- tijekom sinteze i oksidacije karboksilnih kiselina,
- tijekom sinteze kolesterola,
- metabolizam glutaminske kiseline i drugih aminokiselina,
- metabolizam ugljikohidrata: pentozofosfatni put, glikoliza,
- oksidativna dekarboksilacija pirogrožđane kiseline,
Primjer biokemijske reakcije koja uključuje NAD
2. NADH čini reguliranje jer je inhibitor određenih oksidacijskih reakcija, na primjer, u ciklusu trikarboksilne kiseline.
3. Zaštita nasljednih informacija– NAD je supstrat poli-ADP-ribozilacije tijekom procesa spajanja kromosomskih lomova i popravka DNA.
4. Obrana od slobodni radikali – NADPH je bitna komponenta antioksidativnog sustava stanice.
5. NADPH je uključen u reakcije
- resinteza tetrahidrofolni kiseline (vitamin B9 koenzim) iz dihidrofolne kiseline nakon sinteze timidil monofosfata,
- oporavak proteina tioredoksin tijekom sinteze deoksiribonukleotida,
- za aktiviranje “hrane” vitamina K ili vraćanje tioredoksin nakon reaktivacije vitamina K.
Hipovitaminoza B3
Uzrok
Nutritivni nedostatak niacina i triptofana. Hartnupov sindrom.
Klinička slika
Očituje se bolešću pelagra (tal. pelle agra – gruba koža) Kako tri D sindrom:
- demencija(nervozan i mentalni poremećaji, demencija),
- dermatitis(fotodermatitis),
- proljev(slabost, probavne smetnje, gubitak apetita).
Ako se ne liječi, bolest je smrtonosna. Djeca s hipovitaminozom imaju usporen rast, gubitak težine i anemiju.
U SAD-u 1912.-1216. broj slučajeva pelagre bio je 100 tisuća ljudi godišnje, od čega je oko 10 tisuća umrlo. Razlog je bio nedostatak životinjske hrane, ljudi su uglavnom jeli kukuruz i sirak koji su siromašni triptofanom i sadrže neprobavljivi vezani niacin.
Zanimljivo je da Indijanci Južna Amerika, čija je prehrana od davnina kukuruz, pelagra se ne javlja. Razlog za ovu pojavu je što kukuruz kuhaju u vapnenoj vodi, čime se oslobađa niacin iz netopivog kompleksa. Ni Europljani, koji su preuzeli kukuruz od Indijanaca, nisu se potrudili posuditi recepte.
Antivitamini
Derivat izonikotinske kiseline izoniazid, koristi se za liječenje tuberkuloze. Mehanizam djelovanja nije točno jasan, ali jedna hipoteza je zamjena nikotinske kiseline u reakcijama sinteze nikotinamid adenin dinukleotida ( iso-NAD umjesto NAD). Kao rezultat toga, tijek redoks reakcija je poremećen i sinteza mikolne kiseline je potisnuta, strukturni element stanična stijenka Mycobacterium tuberculosis.
Enzimi se, kao i proteini, dijele u 2 skupine: jednostavan I kompleks. Jednostavni se sastoje isključivo od aminokiselina i hidrolizom tvore isključivo aminokiseline, a prostorna im je organizacija ograničena tercijarnom strukturom. To su uglavnom gastrointestinalni enzimi: pepsin, tripsin, lizacim, fosfataza. Složeni enzimi osim proteinskog dijela sadrže i neproteinske komponente.Te se neproteinske komponente razlikuju po snazi vezanja na proteinski dio (aloenzim). Ako je konstanta disocijacije složenog enzima toliko mala da su u otopini svi polipeptidni lanci povezani sa svojim neproteinskim komponentama i nisu odvojeni tijekom izolacije i pročišćavanja, tada se neproteinska komponenta naziva protetička grupa a smatra se sastavnim dijelom molekule enzima.
Pod, ispod koenzim razumjeti dodatnu skupinu koja se lako odvaja od aloenzima nakon disocijacije. Između aloenzima i najjednostavnija grupa Postoji kovalentna veza, prilično složena. Između aloenzima i koenzima postoji nekovalentna veza (vodikove ili elektrostatske interakcije). Tipični predstavnici koenzimi su:
B 1 - tiamin; pirofosfat (sadrži B)
B 2 - riboflavin; FAD, FNK
PP - NAD, NADP
H – biotin; biositin
B 6 - piridoksin; piridoksal fosfat
Pantotenska kiselina: koenzim A
Mnogi dvovalentni metali (Cu, Fe, Mn, Mg) također djeluju kao kofaktori, iako nisu ni koenzimi ni prostetičke skupine. Metali su dio aktivnog centra ili stabiliziraju najbolja opcija struktura aktivnog centra.
METALIENZIMI
Fe, fehemoglobin, katalaza, peroksidaza
Cu,Cu citokrom oksidaza
ZnDNA – polimeraza, dehidrogenaza
Mgheksokinaza
Mnarginaza
Seglutation reduktaza
ATP, mliječna kiselina i tRNA također mogu obavljati funkciju kofaktora. Treba napomenuti jednu stvar razlikovna značajka dvokomponentni enzimi, koji se sastoji u tome da ni kofaktor (koenzim ili prostetička skupina) ni aloenzim pojedinačno ne pokazuju katalitičku aktivnost, već samo njihovo spajanje u jedinstvenu cjelinu, odvijajući se u skladu s programom njihove trodimenzionalne organizacije, osigurava brzo odvijanje kemijskih reakcija.
Struktura NAD i NADP.
NAD i NADP su koenzimi dehidrogenaza ovisnih o piridinu.
NIKOTINAMID ADNIN DIN NUKLEOTID.
NIKOTINAMID ADNIN DINE NUKLEOAMID FOSFAT (NADP)
Sposobnost NAD i NADP da igraju ulogu točnog nosača vodika povezana je s prisutnošću u njihovoj strukturi -
reamid nikotinske kiseline.
U stanicama su uključene NAD-ovisne dehidrogenaze
u procesima prijenosa elektrona sa supstrata na O.
NADP-ovisne dehidrogenaze igraju ulogu u procesu -
sah biosinteza. Prema tome, koenzimi NAD i NADP
razlikuju se po intracelularnoj lokalizaciji: NAD
koncentriran u mitohondrijima, a najveći dio NADP
nalazi se u citoplazmi.
Struktura FAD i FMN.
FAD i FMN su prostetske skupine enzima flavina. Oni su vrlo čvrsto vezani za aloenzim, za razliku od NAD i NADP.
FLAVIN MONONUKLEOTID (FMN).
FLAVINACETILDINUKLEOTID.
Aktivni dio molekule FAD i FMN je izoaloksadinski prsten riboflavina, na čije atome dušika mogu biti vezana 2 atoma vodika.
Adenozin trifosforna kiselina (ATP) je univerzalni izvor i glavni akumulator energije u živim stanicama. ATP se nalazi u svim biljnim i životinjskim stanicama. Količina ATP-a je prosječno 0,04% (od mokre težine stanice), najveći broj ATP (0,2-0,5%) je sadržan u skeletni mišići. U stanici se molekula ATP-a potroši unutar jedne minute od nastanka. Kod ljudi se svaka 24 sata proizvodi i uništava količina ATP-a jednaka tjelesnoj težini.
ATP je mononukleotid koji se sastoji od ostataka dušične baze (adenin), riboze i tri ostatka fosforna kiselina. Budući da ATP ne sadrži jedan, već tri ostatka fosforne kiseline, on pripada ribonukleozid trifosfati.
Većina rada koji se događa u stanicama koristi energiju hidrolize ATP-a. U tom slučaju, kada se terminalni ostatak fosforne kiseline eliminira, ATP se transformira u ADP (adenozin difosforna kiselina), a kada se drugi ostatak fosforne kiseline eliminira, pretvara se u AMP (adenozin monofosforna kiselina). Prinos slobodne energije nakon eliminacije krajnjeg i drugog ostatka fosforne kiseline je oko 30,6 kJ/mol. Eliminacija treće fosfatne skupine praćena je otpuštanjem samo 13,8 kJ/mol. Veze između krajnjeg i drugog, drugog i prvog ostatka fosforne kiseline nazivaju se makroergički(visoka energija).
Rezerve ATP-a se stalno obnavljaju. U stanicama svih organizama dolazi do sinteze ATP-a fosforilacije, tj. dodatak fosforne kiseline na ADF. Fosforilacija se događa različitim intenzitetom tijekom disanja (mitohondriji), glikolize (citoplazma) i fotosinteze (kloroplasti).
ATP je glavna poveznica između procesa praćenih oslobađanjem i akumulacijom energije i procesa koji se odvijaju uz potrošnju energije. Osim toga, ATP je, zajedno s ostalim ribonukleozid trifosfatima (GTP, CTP, UTP), supstrat za sintezu RNK.
Osim ATP-a postoje i druge molekule s makroergičkim vezama - UTP (uridintrifosforna kiselina), GTP (gvanozintrifosforna kiselina), CTP (citidintrifosforna kiselina), čija se energija koristi za biosintezu proteina (GTP), polisaharida (UTP), fosfolipidi (CTP). Ali svi oni nastaju zahvaljujući energiji ATP-a.
Osim mononukleotida, važna uloga U metaboličkim reakcijama sudjeluju dinukleotidi (NAD+, NADP+, FAD) koji pripadaju skupini koenzima (organske molekule koje zadržavaju kontakt s enzimom samo tijekom reakcije). NAD + (nikotinamid adenin dinukleotid), NADP + (nikotinamid adenin dinukleotid fosfat) su dinukleotidi koji sadrže dvije dušične baze - adenin i amid nikotinske kiseline - derivat vitamina PP), dva ostatka riboze i dva ostatka fosforne kiseline (slika .). Ako je ATP univerzalni izvor energije, onda NAD + i NADP + su univerzalni akceptori, a njihovi obnovljeni oblici su NADH I NADPH – univerzalni donatori redukcijski ekvivalenti (dva elektrona i jedan proton). Atom dušika uključen u amidni ostatak nikotinske kiseline je četverovalentan i nosi pozitivan naboj ( NAD +). Ova dušična baza lako veže dva elektrona i jedan proton (tj. reducira se) u onim reakcijama u kojima se, uz sudjelovanje enzima dehidrogenaze, dva atoma vodika uklanjaju iz supstrata (drugi proton odlazi u otopinu):
Supstrat-H 2 + NAD + supstrat + NADH + H +
U obrnute reakcije enzimi, oksidirajući NADH ili NADPH, reduciraju supstrate dodavanjem atoma vodika na njih (drugi proton dolazi iz otopine).
FAD – flavin adenin dinukleotid– derivat vitamina B 2 (riboflavin) također je kofaktor dehidrogenaza, ali FAD dodaje dva protona i dva elektrona, reducirajući na FADN 2.
