Čo je nadf n. Príklad biochemickej reakcie zahŕňajúcej NAD

dehydrogenázy sú enzýmy triedy oxidoreduktáz, ktoré katalyzujú reakcie, ktoré odstraňujú vodík (t.j. protóny a elektróny) zo substrátu, ktorý je oxidačným činidlom, a transportujú ho do iného substrátu, ktorý je redukovaný.

Záležiac ​​na chemickej povahy akceptor, s ktorým dehydrogenázy interagujú, sa delia do niekoľkých skupín:

1. Anaeróbne dehydrogenázy, ktoré katalyzujú reakcie, v ktorých je akceptorom vodíka iná zlúčenina ako kyslík.
2. Aeróbne dehydrogenázy, ktoré katalyzujú reakcie, kde akceptorom vodíka môže byť kyslík (oxidázy) alebo iný akceptor. Aeróbne dehydrogenázy patria medzi flavoproteíny, produktom reakcie je peroxid vodíka.
3. Dehydrogenázy, ktoré transportujú elektróny zo substrátu na akceptor elektrónov. Do tejto skupiny dehydrogenáz patria cytochrómy mitochondriálneho dýchacieho reťazca.
4. Dehydrogenázy, ktoré katalyzujú priame zavedenie 1 alebo 2 atómov kyslíka do molekuly substrátu. Takéto dehydrogenázy sa nazývajú oxygenázy.

Funkciu primárnych akceptorov atómov vodíka odštiepených z príslušných substrátov vykonávajú dva typy dehydrogenáz:

• pyridín-dependentné dehydrogenázy- obsahujú koenzýmy nikotínamid (NAD +) alebo nikotínamid adenín dinukleotid fosfát (NADP +).
• flavín-dependentné dehydrogenázy, ktorej prostetickou skupinou je flavínadeníndinukleotid (FAD) alebo flavínmononukleotid (FMN).

Koenzýmy NADP+ (alebo NAD+) sú voľne viazané na apoenzým, a preto môžu byť prítomné v bunke buď v stave spojenom s apoenzýmom, alebo môžu byť oddelené od proteínovej časti.

Pyridín-dependentné dehydrogenázy sú anaeróbneho typu – vo vode rozpustné enzýmy, ktoré oxidujú polárne substráty. Reakcia je katalyzovaná pyridín-dependentnými dehydrogenázami všeobecný pohľad sú uvedené v nasledujúcich rovniciach:

SH2 + NADP+ → S + NADPH + H+

SH2 + NAD+ → S + NADH + H+

Pracovná štruktúra v molekule NAD+ alebo NADP+ je pyridínový kruh, nikotínamid, ktorý počas enzymatickej reakcie pridáva jeden atóm vodíka a jeden elektrón (hydridový ión) a druhý protón vstupuje do reakčného prostredia. Pyridín-dependentné dehydrogenázy sú v živých bunkách veľmi časté. Abstrahujú protóny a elektróny z mnohých substrátov, redukujú NAD + alebo NADP + a následne prenášajú redukčné ekvivalenty na iné akceptory. NAD-dependentné dehydrogenázy katalyzujú hlavne redoxné reakcie oxidačných metabolických dráh - glykolýza, Krebsov cyklus, β-oxidácia mastné kyseliny, mitochondriálny dýchací reťazec atď. NAD je hlavným zdrojom elektrónov pre reťazec transportu elektrónov. NADP sa využíva najmä v procesoch redukčnej syntézy (pri syntéze mastných kyselín a steroidov).

Flavín-dependentné dehydrogenázy- flavoproteíny, prostetické skupiny, v ktorých sú FAD alebo FMN deriváty vitamínu B2, ktoré sú tesne (kovalentne) spojené s apoenzýmom. Tieto dehydrogenázy sú membránovo viazané enzýmy, ktoré oxidujú nepolárne a nízkopolárne substráty. Pracovnou časťou molekuly FAD alebo FMN, ktorá sa zúčastňuje redoxných reakcií, je izoaloxazínový kruh riboflavínu, ktorý prijíma dva atómy vodíka (2H+ + 2e-) zo substrátu.

Všeobecná rovnica reakcie zahŕňajúce flavín-dependentné dehydrogenázy vyzerajú takto:

SH2 + FMN → S + FMN-H2

SH2 + FAD+ → S + FADH2

V biologických oxidačných procesoch zohrávajú tieto enzýmy úlohu anaeróbnych aj aeróbnych dehydrogenáz. Anaeróbne dehydrogenázy zahŕňajú NADH dehydrogenázu, enzým závislý od FMN, ktorý prenáša elektróny z NADH do elektropozitívnejších zložiek mitochondriálneho dýchacieho reťazca. Iné dehydrogenázy (závislé na FAD) prenášajú elektróny priamo zo substrátu do dýchacieho reťazca (napr. sukcinátdehydrogenáza, acyl-CoA dehydrogenáza). Transport elektrónov z flavoproteínov do cytochrómoxidáz v dýchacom reťazci zabezpečujú cytochrómy, ktoré sa okrem cytochrómoxidázy zaraďujú medzi anaeróbne dehydrogenázy. Cytochrómy sú železo obsahujúce proteíny mitochondrií - hemproteíny, ktoré v dôsledku spätnej zmeny valencie hemového železa plnia funkciu transportu elektrónov v aeróbnych bunkách priamo v reťazcoch biologickej oxidácie: cytochróm (Fe3 +) + e → cytochróm (Fe2+).

Mitochondriálny dýchací reťazec zahŕňa cytochrómy b, c1, c, a a a3 (cytochróm oxidáza). Okrem dýchacieho reťazca sú cytochrómy obsiahnuté v endoplazmatickom retikule (450 a b5). Aeróbne flavín-dependentné dehydrogenázy zahŕňajú oxidázy L-aminokyselín, xantín oxidázu atď.

Dehydrogenázy, ktoré katalyzujú začlenenie jedného alebo dvoch atómov kyslíka do molekuly substrátu, sa nazývajú oxygenázy. V závislosti od počtu atómov kyslíka, ktoré interagujú so substrátom, sú oxygenázy rozdelené do 2 skupín:

• Dioxygenázy
• Monooxygenázy

Dioxygenázy katalyzovať pridáva 2 atómy kyslíka k molekule substrátu: S + O2 → SO2. Ide najmä o enzýmy neobsahujúce hemové železo, ktoré katalyzujú reakcie syntézy kyseliny homogentisovej a jej oxidáciu na dráhe katabolizmu tyrozínu. Lipoxygenáza obsahujúca železo katalyzuje inkorporáciu O2 do kyselina arachidónová, prvá reakcia v procese syntézy leukotriénov. Prolín a lyzíndioxygenázy katalyzujú hydroxylačné reakcie lyzínových a prolínových zvyškov v prokolagéne. Monooxygenázy katalyzujú pridanie iba 1 atómu molekuly kyslíka k substrátu. V tomto prípade sa druhý atóm kyslíka redukuje na vodu:

SH + O2 + NADPH + H+

SOH + H2O + NADP+

TO monooxygenázy patria k enzýmom, ktoré sa svojou hydroxyláciou podieľajú na metabolizme mnohých liečivých látok. Tieto enzýmy sú lokalizované prevažne v mikrozomálnej frakcii pečene, nadobličiek, pohlavných žliaz a iných tkanív. Pretože substrát je najčastejšie hydroxylovaný v monooxygenázových reakciách, túto skupinu Enzýmy sa tiež nazývajú hydroxylázy.

Monooxygenázy katalyzujú hydroxylačné reakcie cholesterolu (steroidy) a ich premenu na biologicky aktívne látky, vrátane pohlavných hormónov, hormónov nadobličiek, aktívnych metabolitov vitamínu D - kalcitriolu, ako aj detoxikačné reakcie hydroxyláciou radu toxické látky, lieky a produkty ich premeny pre telo. Monooxygenázový membránový systém endoplazmatického retikula hepatocytov obsahuje NADPH + H+, flavoproteíny s kofaktorom FAD, proteín (adrenotoxín) obsahujúci nehémové železo a hemový proteín – cytochróm P450. V dôsledku hydroxylácie nepolárnych hydrofóbnych látok sa zvyšuje ich hydrofilita, čo prispieva k biologickej inaktivácii účinných látok alebo neutralizáciu toxických látok a ich vylučovanie z tela. Niektoré liečivé látky, ako napríklad fenobarbital, majú schopnosť indukovať syntézu mikrozomálnych enzýmov a cytochrómu P450.

Existujú monooxygenázy, ktoré neobsahujú cytochróm P450. Patria sem pečeňové enzýmy, ktoré katalyzujú hydroxylačné reakcie fenylalanínu, tyrozínu a tryptofánu.

Dobre vedieť

• D-dimér je markerom fibrinolýzy (v tehotenstve - normálna, zvýšená - s trombózou, CHF, onkologickými procesmi)

Názov vitamínu PP pochádza z talianskeho výrazu preventívna pellagra- prevencia pelagry.

Zdroje

Dobrými zdrojmi sú pečeň, mäso, ryby, strukoviny, pohánka a čierny chlieb. Mlieko a vajcia obsahujú málo vitamínov. V tele sa tiež syntetizuje z tryptofánu – jedna zo 60 molekúl tryptofánu sa premení na jednu molekulu vitamínu.

Denná požiadavka

Štruktúra

Vitamín existuje vo forme kyselina nikotínová alebo nikotínamid.

Dve formy vitamínu PP

Jeho koenzýmové formy sú nikotínamid adenín dinukleotid(NAD) a ribóza fosforylovaná forma - nikotínamid adenín dinukleotid fosfát(NADP).

Štruktúra oxidovaných foriem NAD a NADP

Biochemické funkcie

Prenos hydridových iónov H – (atóm vodíka a elektrón) pri redoxných reakciách.

Mechanizmus účasti NAD a NADP v biochemická reakcia

Vďaka prenosu hydridových iónov vitamín zabezpečuje nasledujúce úlohy:

1. Metabolizmus bielkovín, tukov a sacharidov. Keďže NAD a NADP slúžia ako koenzýmy väčšiny dehydrogenáz, zúčastňujú sa reakcií

• pri syntéze a oxidácii karboxylových kyselín,
• pri syntéze cholesterolu,
• metabolizmus kyseliny glutámovej a iných aminokyselín,
• metabolizmus uhľohydrátov: pentózofosfátová dráha, glykolýza,
• oxidačná dekarboxylácia kyseliny pyrohroznovej,

Príklad biochemickej reakcie zahŕňajúcej NAD

2. NADH robí regulácia pretože je inhibítorom určitých oxidačných reakcií, napríklad v cykle trikarboxylových kyselín.

3. Ochrana dedičných informácií– NAD je substrátom poly-ADP-ribozylácie počas procesu zošívania chromozomálnych zlomov a opravy DNA.

4. Obrana z voľné radikály - NADPH je základnou súčasťou bunkového antioxidačného systému.

5. NADPH sa zúčastňuje reakcií

• resyntéza tetrahydrofolová kyseliny (koenzým vitamínu B9) z kyseliny dihydrolistovej po syntéze tymidylmonofosfátu,
• regenerácia bielkovín tioredoxín pri syntéze deoxyribonukleotidov,
• aktivovať „potravinový“ vitamín K alebo obnoviť tioredoxín po reaktivácii vitamínu K.

Hypovitaminóza B3

Príčina

Nutričný nedostatok niacínu a tryptofánu. Hartnupov syndróm.

Klinický obraz

Prejavuje sa chorobou pellagra (tal. pelle agra – drsná koža) Ako syndróm troch D:

• demenciou(nervózne a mentálne poruchy, demencia),
• dermatitída(fotodermatitída),
• hnačka(slabosť, poruchy trávenia, strata chuti do jedla).

Ak sa nelieči, choroba je smrteľná. Deti s hypovitaminózou majú pomalý rast, chudnutie a anémiu.

V USA v rokoch 1912-1216. počet prípadov pelagry bol 100 tisíc ľudí ročne, z toho asi 10 tisíc zomrelo. Dôvodom bol nedostatok živočíšnej potravy, ľudia jedli najmä kukuricu a cirok, ktoré sú chudobné na tryptofán a obsahujú nestráviteľný viazaný niacín.
Je zaujímavé, že Indiáni Južná Amerika, ktorých stravou je od pradávna kukurica, sa pelagra nevyskytuje. Dôvodom tohto javu je, že kukuricu uvaria vo vápennej vode, čím sa z nerozpustného komplexu uvoľní niacín. Európania, ktorí prevzali kukuricu od Indiánov, sa tiež neobťažovali požičať si recepty.

Antivitamíny

Derivát kyseliny izonikotínovej izoniazid, ktorý sa používa na liečbu tuberkulózy. Mechanizmus účinku nie je presne jasný, ale jednou z hypotéz je nahradenie kyseliny nikotínovej v reakciách syntézy nikotínamid adenín dinukleotidu ( iso-NAD namiesto NAD). V dôsledku toho je narušený priebeh redoxných reakcií a je potlačená syntéza kyseliny mykolovej, konštrukčný prvok bunkovej steny Mycobacterium tuberculosis.

Enzýmy, podobne ako bielkoviny, sú rozdelené do 2 skupín: jednoduché A komplexné. Jednoduché pozostávajú výlučne z aminokyselín a po hydrolýze tvoria výlučne aminokyseliny. Ich priestorové usporiadanie je obmedzené terciárnou štruktúrou. Ide najmä o gastrointestinálne enzýmy: pepsín, trypsín, lyzacym, fosfatáza. Komplexné enzýmy okrem bielkovinovej časti obsahujú aj nebielkovinové zložky Tieto nebielkovinové zložky sa líšia silou väzby na bielkovinovú časť (alloenzým). Ak je disociačná konštanta komplexného enzýmu taká malá, že v roztoku sú všetky polypeptidové reťazce spojené s ich neproteínovými zložkami a nie sú oddelené počas izolácie a čistenia, potom sa neproteínová zložka nazýva protetická skupina a považuje sa za integrálnu súčasť molekuly enzýmu.

Pod koenzým rozumie ďalšej skupine, ktorá sa ľahko oddelí od aloenzýmu po disociácii. Medzi aloenzýmom a najjednoduchšia skupina Existuje kovalentná väzba, pomerne zložitá. Medzi aloenzýmom a koenzýmom existuje nekovalentná väzba (vodík alebo elektrostatické interakcie). Typickí predstavitelia koenzýmy sú:

B1 - tiamín; pyrofosfát (obsahuje B)

B2 - riboflavín; FAD, FNK

PP - NAD, NADP

H – biotín; biositínu

B6 - pyridoxín; pyridoxalfosfát

Kyselina pantoténová: koenzým A

Mnohé dvojmocné kovy (Cu, Fe, Mn, Mg) tiež pôsobia ako kofaktory, hoci nejde ani o koenzýmy, ani o prostetické skupiny. Kovy sú súčasťou aktívneho centra alebo stabilizujú najlepšia možnosťštruktúra aktívneho centra.

KOVYENZÝMY

Fe, Fehemoglobín, kataláza, peroxidáza

Cu,Cu cytochrómoxidáza

ZnDNA – polymeráza, dehydrogenáza

mghexokináza

Mnargináza

Seglutatión reduktáza

ATP, kyselina mliečna a tRNA môžu tiež vykonávať funkciu kofaktora. Treba poznamenať jednu vec charakteristický znak dvojzložkové enzýmy, ktoré spočívajú v tom, že ani kofaktor (koenzým alebo prostetická skupina) ani aloenzým jednotlivo nevykazujú katalytickú aktivitu, ale iba ich spojenie do jedného celku, pričom prebieha v súlade s programom ich trojrozmernej organizácie, zabezpečuje rýchly priebeh chemických reakcií.

Štruktúra NAD a NADP.

NAD a NADP sú koenzýmy dehydrogenáz závislých od pyridínu.

NIKOTINAMID ADNINE DINE NUCLEOTID.

NIKOTÍNAMID ADNÍN DINE NUKLEOAMID FOSFÁT (NADP)

Schopnosť NAD a NADP hrať úlohu presného nosiča vodíka je spojená s prítomnosťou v ich štruktúre -

reamid kyseliny nikotínovej.

V bunkách sú zahrnuté dehydrogenázy závislé od NAD

v procesoch prenosu elektrónov zo substrátu na O.

V tomto procese zohrávajú úlohu dehydrogenázy závislé od NADP -

biosyntéza sah. Preto koenzýmy NAD a NADP

líšia sa intracelulárnou lokalizáciou: NAD

sústredené v mitochondriách a väčšine NADP

sa nachádza v cytoplazme.

Štruktúra FAD a FMN.

FAD a FMN sú prostetické skupiny flavínových enzýmov. Sú veľmi pevne spojené s aloenzýmom, na rozdiel od NAD a NADP.

FLAVÍN MONOUKLEOTID (FMN).

FLAVINACETYLDINUKLEOTID.

Aktívnou časťou molekuly FAD a FMN je izoaloxadínový kruh riboflavín, na ktorého atómy dusíka môžu byť pripojené 2 atómy vodíka.

Kyselina adenozíntrifosforečná (ATP) je univerzálnym zdrojom a hlavným akumulátorom energie v živých bunkách. ATP sa nachádza vo všetkých rastlinných a živočíšnych bunkách. Množstvo ATP je v priemere 0,04 % (vlhkej hmotnosti bunky), najväčší počet ATP (0,2-0,5%) je obsiahnutý v kostrové svaly. V bunke sa molekula ATP spotrebuje do jednej minúty od jej vzniku. U ľudí sa každých 24 hodín produkuje a ničí množstvo ATP rovnajúce sa telesnej hmotnosti.

ATP je mononukleotid pozostávajúci z dusíkatých zvyškov báz (adenínu), ribózy a troch zvyškov kyselina fosforečná. Keďže ATP neobsahuje jeden, ale tri zvyšky kyseliny fosforečnej, patrí medzi ribonukleozidtrifosfáty.

Väčšina práce, ktorá sa deje v bunkách, využíva energiu hydrolýzy ATP. V tomto prípade, keď je eliminovaný koncový zvyšok kyseliny fosforečnej, ATP sa transformuje na ADP (kyselina adenozíndifosforečná) a keď je eliminovaný druhý zvyšok kyseliny fosforečnej, mení sa na AMP (kyselina adenozínmonofosforečná). Výťažok voľnej energie po eliminácii koncových aj druhých zvyškov kyseliny fosforečnej je asi 30,6 kJ/mol. Eliminácia tretej fosfátovej skupiny je sprevádzaná uvoľnením len 13,8 kJ/mol. Väzby medzi koncovým a druhým, druhým a prvým zvyškom kyseliny fosforečnej sa nazývajú makroergický(vysokoenergetický).

Zásoby ATP sa neustále dopĺňajú. V bunkách všetkých organizmov dochádza k syntéze ATP fosforylácia, t.j. pridanie kyseliny fosforečnej do ADF. Fosforylácia prebieha s rôznou intenzitou počas dýchania (mitochondrie), glykolýzy (cytoplazma) a fotosyntézy (chloroplasty).

ATP je hlavným spojením medzi procesmi sprevádzanými uvoľňovaním a akumuláciou energie a procesmi prebiehajúcimi s výdajom energie. Okrem toho je ATP spolu s ďalšími ribonukleozidtrifosfátmi (GTP, CTP, UTP) substrátom pre syntézu RNA.

Okrem ATP existujú aj ďalšie molekuly s makroergickými väzbami - UTP (kyselina uridíntrifosforečná), GTP (kyselina guanozíntrifosforečná), CTP (kyselina cytidíntrifosforečná), ktorých energia sa využíva na biosyntézu bielkovín (GTP), polysacharidy (UTP), fosfolipidy (CTP). Všetky sa však tvoria vďaka energii ATP.

Okrem mononukleotidov, dôležitá úloha V metabolických reakciách hrajú dinukleotidy (NAD +, NADP +, FAD) patriace do skupiny koenzýmov (organické molekuly, ktoré udržujú kontakt s enzýmom len počas reakcie). NAD + (nikotínamid adenín dinukleotid), NADP + (nikotínamid adenín dinukleotid fosfát) sú dinukleotidy obsahujúce dve dusíkaté zásady - adenín a amid kyseliny nikotínovej - derivát vitamínu PP), dva zvyšky ribózy a dva zvyšky kyseliny fosforečnej (obr. .). Ak je ATP univerzálnym zdrojom energie, potom NAD + a NADP + sú univerzálne akceptory, a ich obnovené podoby sú NADH A NADPH – univerzálnych darcov redukčné ekvivalenty (dva elektróny a jeden protón). Atóm dusíka obsiahnutý vo zvyšku amidu kyseliny nikotínovej je štvormocný a nesie kladný náboj ( NAD +). Táto dusíkatá báza ľahko pripojí dva elektróny a jeden protón (t. j. redukuje sa) v tých reakciách, v ktorých sa za účasti enzýmov dehydrogenázy zo substrátu odstránia dva atómy vodíka (druhý protón prechádza do roztoku):

Substrát-H2 + NAD + substrát + NADH + H+

IN reverzné reakcie enzýmy, oxidačné NADH alebo NADPH, redukovať substráty pridaním atómov vodíka k nim (druhý protón pochádza z roztoku).

FAD – flavín adenín dinukleotid– derivát vitamínu B 2 (riboflavín) je tiež kofaktorom dehydrogenáz, ale FAD pridáva dva protóny a dva elektróny a redukuje na FADN 2.