Що таке надф н. Приклад біохімічної реакції за участю НАД

Дегідрогеназиє ензими класу оксидоредуктаз, які каталізують реакції відщеплення водню (тобто протонів та електронів) від субстрату, який є окислювачем, і транспортують його на інший субстрат, який відновлюється.

Залежно від хімічної природиакцептора, з яким взаємодіють дегідрогенази, їх ділять на кілька груп:

1. Анаеробні дегідрогенази, що каталізують реакції, в яких акцептором водню є сполука, яка відрізняється від кисню.
2. Аеробні дегідрогенази, які каталізують реакції, де акцептором водню може бути кисень (оксидази) або інший акцептор. Аеробні дегідрогенази відносяться до флавопротеїнів, продукт реакції - перекис водню.
3. Дегідрогенази, які забезпечують транспортування електронів від субстрату до акцептора електронів. До цієї групи дегідрогеназ належать цитохроми дихального ланцюга мітохондрій.
4. Дегідрогенази, які каталізують пряме введення в молекулу субстрату окислюється, 1 або 2 атомів кисню. Такі дегідрогенази отримали назву оксигенази.

Функцію первинних акцепторів атомів водню, що відщеплюються від відповідних субстратів, виконують дегідрогенази 2 типів:

• піридинзалежні дегідрогенази- містять коферменти нікотинамід (НАД+) або нікотинамідаденіндінуклеотидфосфат (НАДФ+).
• флавінзалежні дегідрогенази, простетичною групою яких є флавінаденіндинуклеотид (ФАД) або флавінмононуклеотид (ФМН)

Коферменти НАДФ+ (або НАД+) з апоферментом пов'язані неміцно і тому можуть у клітині перебувати як у пов'язаному з апоферментом стані, так і бути відокремленими від білкової частини.

Піридінзалежні дегідрогенази відносяться до анаеробного типу - водорозчинні ферменти, що окислюють полярні субстрати. Реакції, що каталізується піридинзалежними дегідрогеназами, загальному виглядінаведені у таких рівняннях:

SH2 + НАДФ + → S + НАДФН + Н +

SH2 + НАД + → S + НАДН + Н +

Робочою структурою у молекулі НАД + або НАДФ +є піридинове кільце нікотинамід, який приєднує в ході ферментативної реакції один атом водню та один електрон (гідрид-іон), а другий протон надходить у реакційне середовище. Піридінзалежні дегідрогенази дуже поширені в живих клітинах. Вони відщеплюють протони та електрони від багатьох субстратів, відновлюючи НАД+ або НАДФ+ та передаючи надалі відновлювальні еквіваленти на інші акцептори. НАД-залежні дегідрогенази головним чином каталізують окисно-відновні реакції окисних шляхів метаболізму - гліколізу, циклу Кребса, β-окислення жирних кислот, дихального ланцюга мітохондрій та ін. НАД є головним джерелом електронів для ланцюга перенесення електронів. НАДФ використовується головним чином у процесах відновного синтезу (у синтезі жирних кислот та стероїдів).

Флавінзалежні дегідрогенази- флавопротеїни, простетичними групами в яких ФАД або ФМН - похідні вітаміну В2, які міцно (ковалентно) пов'язані з апоферментом. Дані дегідрогенази - мембранозв'язані ферменти, що окислюють неполярні та малополярні субстрати. Робочою частиною молекули ФАД або ФМН, яка бере участь в окисно-відновних реакціях, є ізоалоксазинове кільце рибофлавіну, який акцептує два атоми водню (2Н++2е-) від субстрату.

Загальне рівнянняреакції за участю флавінзалежних дегідрогеназ виглядає так:

SH2 + ФМН → S + ФМН-Н2

SH2 + ФАД+ → S + ФАДН2

У процесах біологічного окислення дані ферменти грають роль як анаеробних, і аеробних дегидрогеназ. До, анаеробних дегідрогеназ належить НАДН-дегідрогеназу, ФМН-залежний фермент, який передає електрони від НАДН на більш електропозитивні компоненти дихального ланцюга мітохондрій. Інші дегідрогенази (ФАД-залежні) переносять електрони безпосередньо від субстрату на дихальний ланцюг (наприклад, сукцинатдегідрогеназу, ацил-КоА-дегідрогеназу). Транспортування електронів від флавопротеїнів до цитохромоксидази в дихальному ланцюгу забезпечують цитохроми, які, крім цитохромоксидази, за класифікацією як анаеробні дегідрогенази. Цитохроми - являють собою залізовмісні протеїни мітохондрій - гемпротеїни, які за рахунок зворотної зміни валентності гемінового заліза виконують функцію транспортування електронів в аеробних клітинах безпосередньо в ланцюгах біологічного окислення: цитохром (Fe3 +) + е → цитохром (Fe2 +).

До складу дихального ланцюга мітохондрій входять цитохроми b, с1, с, а і а3 (цитохромоксидаза). Крім дихального ланцюга, цитохроми містяться в ендоплазматичному ретикулумі (450 та b5). До аеробних флавінзалежних дегідрогеназ належать оксидази L-амінокислот, ксантиноксидаза та ін.

Дегідрогенази, що каталізують включення одного або двох атомів кисню в молекулу субстрату, отримали назву оксигенази. Залежно кількості атомів кисню, які взаємодіють із субстратом, оксигенази ділять на 2 групи:

• Діоксигенази
• Монооксигенази

Діоксигеназикаталізують приєднує в молекулу субстрату 2 атомів кисню: S + O2 → SO2. Це, зокрема, негемові залізовмісні ферменти, що каталізують реакції синтезу гомогентизинової кислоти та її окислення на шляху катаболізму тирозину. Залізовмісна ліпооксигеназа каталізує включення О2 в арахідонову кислоту, Першу реакцію в процесі синтезу лейкотрієнів Пролін- та лізіндіоксигенази каталізують реакції гідроксилювання залишків лізину та проліну в проколагені. Монооксигенази каталізують приєднання до субстрату лише один із атомів молекули кисню. При цьому другий атом кисню відновлюється до води:

SH + О2 + НАДФН + Н +

SОН + Н2О + НАДФ +

До монооксигеназналежать ферменти, які беруть участь в обміні речовин багатьох лікарських субстанцій шляхом їх гідроксилювання. Ці ферменти мають локалізацію переважно у мікросомальній фракції печінки, надниркових залоз, статевих залоз та інших тканин. Оскільки найчастіше субстрат у монооксигеназних реакціях гідроксилюється, цю групуЕнзим також називають гідроксилази.

Монооксигенази каталізують реакції гідроксилювання холестерину (стероїдів) та перетворення їх на біологічно активні субстанції, у тому числі – статеві гормони, гормони надниркових залоз, активні метаболіти вітаміну D – кальцитріол, а також реакції детоксикації шляхом гідроксилювання ряду токсичних речовин, лікарських засобівта продуктів їх перетворення для організму. Монооксигеназна мембранна система ендоплазматичного ретикулуму гепатоцитів містить НАДФН + Н+, флавопротеїни з кофактором ФАД, протеїн (адренотоксин), що містить негемове залізо, та гемпротеїн - цитохром Р450. В результаті гідроксилювання неполярних гідрофобних субстанцій підвищується їхня гідрофільність, що сприяє інактивації біологічно активних речовинабо знешкодження токсичних субстанцій та екскреції їх з організму. Деякі лікарські субстанції, такі як фенобарбітал, мають здатність індукувати синтез мікросомальних ферментів і цитохрому Р450.

Існують монооксигенази, які містять цитохрому Р450. До них відносяться ферменти печінки, які каталізують реакції гідроксилювання фенілаланіну, тирозину, триптофану.

Корисно знати

• D-димер – маркер фібринолізу (при вагітності – норма, підвищення – при тромбозах, ХСН, окологічних процесах)

Назва вітаміну PP дано від італійського виразу preventive pellagra- Запобігає пелагру.

Джерела

Хорошим джерелом є печінка, м'ясо, риба, бобові, гречка, чорний хліб. У молоці та яйцях вітаміну мало. Також синтезується в організмі з триптофану – одна з 60 молекул триптофану перетворюється на одну молекулу вітаміну.

Добова потреба

Будова

Вітамін існує у вигляді нікотинової кислотиабо нікотинаміду.

Дві форми вітаміну РР

Його коферментними формами є нікотинамідаденіндінуклеотид(НАД) та фосфорильована по рибозі форма – нікотинамідаденіндінуклеотидфосфат(Надф).

Будова окислених форм НАД та НАДФ

Біохімічні функції

Перенесення гідрид-іонів Н – (атом водню та електрон) в окислювально-відновних реакціях.

Механізм участі НАД та НАДФ у біохімічної реакції

Завдяки перенесенню гідрид-іону вітамін забезпечує наступні завдання:

1. Метаболізм білків, жирів та вуглеводів. Оскільки НАД і НАДФ є коферментами більшості дегідрогеназ, то вони беруть участь у реакціях

• при синтезі та окисленні карбонових кислот,
• при синтезі холестеролу,
• обміну глутамінової кислоти та інших амінокислот,
• обміну вуглеводів: пентозофосфатний шлях, гліколіз,
• окисного декарбоксилювання піровиноградної кислоти,

Приклад біохімічної реакції за участю НАД

2. НАДН виконує регулюючуфункцію, оскільки є інгібітором деяких реакцій окиснення, наприклад, циклі трикарбонових кислот.

3. Захист спадкової інформації– НАД є субстратом полі-АДФ-рибозилювання у процесі зшивання хромосомних розривів та репарації ДНК.

4. Захист від вільних радикалів НАДФН є необхідним компонентом антиоксидантної системи клітини.

5. НАДФН бере участь у реакціях

• ресинтеза тетрагідрофолієвоїкислоти (кофермент вітаміну B9) з дигідрофолієвої після синтезу тимідилмонофосфату
• відновлення білка тіоредоксинупри синтезі дезоксирибонуклеотидів,
• для активації "харчового" вітаміну К або відновлення тіоредоксинупісля реактивації вітаміну До.

Гіповітаміноз B3

Причина

Харчова недостатність ніацину та триптофану. Синдром Хартнупа.

клінічна картина

Виявляється захворюванням пелагра (італ.: pelle agra – шорстка шкіра) як синдром трьох Д:

• деменція(нервові та психічні розлади, недоумство),
• дерматити(фотодерматити),
• діарея(Слабкість, розлад травлення, втрата апетиту).

За відсутності лікування захворювання закінчується летально. У дітей при гіповітамінозі спостерігається уповільнення росту, схуднення, анемія.

У 1912-1216 рр. США. кількість хворих на пелагру становила 100 тисяч чоловік на рік, з них близько 10 тисяч помирало. Причиною була відсутність тваринних продуктів харчування, в основному люди харчувалися кукурудзою і сорго, які бідні на триптофан і містять незасвоюваний зв'язаний ніацин.
Цікаво, що в індіанців Південної АмерикиУ яких з давніх часів основу харчування складає кукурудза, пелагра не зустрічається. Причиною такого феномену є те, що вони відварюють кукурудзу вапняної води, при цьому ніацин вивільняється з нерозчинного комплексу. Європейці, взявши індіанців кукурудзу, не потрудилися також запозичити і рецепти.

Антивітаміни

Похідне ізонікотинової кислоти ізоніазид, що використовується для лікування туберкульозу Механізм дії точно не з'ясований, але за однією з гіпотез – заміна нікотинової кислоти в реакціях синтезу нікотинамідаденін-динуклеотиду ( ізо-НАД замість НАД). В результаті порушується перебіг окисно-відновних реакцій і пригнічується синтез міколевої кислоти, структурного елементаклітинної стінки мікобактерій туберкульозу

Ферменти, як і білки, поділяються на 2 групи: простіі складні. Прості цілком і повністю складаються з амінокислот і при гідролізі утворюють виключно амінокислоти. Їхня просторова організація обмежена третинною структурою. Це в основному ферменти ШКТ: пепсин, трипсин, лізацим, фосфатаза. Складні ферменти, крім білкової частини, містять і небілкові компоненти. Ці небілкові компоненти відрізняються за міцністю зв'язування з білковою частиною (алоферментом). Якщо константа дисоціації складного ферменту настільки мала, що в розчині всі поліпептидні ланцюги виявляються пов'язаними зі своїми небілковими компонентами і не поділяються при виділенні та очищенні, то небілковий компонент називається простетичною групою і сприймається як інтегральна частина молекули ферменту.

Під коферментом розуміють додаткову групу, що легко відокремлюється від алоферменту при дисоціації. Між алоферментом та найпростішою групоюіснує ковалентний зв'язок, досить складний. Між алофермнтом та коферментом існує нековалентний зв'язок (водневі або електростатичні взаємодії). Типовими представникамикоферментів є:

В 1 - тіамін; пірофосфат (він містить)

2 - рибофлавін; ФАД, ФНК

РР - НАД, НАДФ

Н – біотин; біозитин

6 - піридоксин; піридоксальфосфат

Пантотенова кислота: коензим А

Багато двовалентних металів (Cu, Fe, Mn, Mg) теж виконують роль кофакторів, хоча і не відносяться ні до коферментів, ні до простетичних груп. Метали входять до складу активного центру чи стабілізують оптимальний варіантструктури активного центру.

МЕТАЛИФЕРМЕНТИ

Fe, Feгемоглобін, каталаза, пероксидаза

Cu, Cuцитохромоксидаза

ZnДНК – полімераза, дегідрогеназа

Mgгексокіназа

Mnаргіназа

Seглутатіонредуктаза

Кофакторну функцію можуть виконувати АТФ, молочна кислота, т - РНК. Слід зазначити одну відмінну особливістьдвокомпонентних ферментів, що полягає в тому, що ні кофактор (кофермент або простетична група), ні алофермент окремо каталітичної активності не виявляють, і тільки їх об'єднання в єдине ціле, що протікає відповідно до програми їх тривимірної організації, забезпечує швидке протікання хімічних реакцій.

Будова НАД та НАДФ.

НАД та НАДФ є коферментами піридинзалежних дегідрогеназ.

НІКОТИНАМІДАДЕНІНДИНУКЛЕОТИД.

НІКОТИНАМІДАДЕНІНДИНУКЛЕОАМІДФОСФАТ (НАДФ)

Здатність НАД і НАДФ відігравати роль точного переносника водню пов'язана з наявністю в їхньому структу –

ре аміду нікотинової кислоти.

У клітинах НАД – залежні дегідрогенази беруть участь

у процесах перенесення електронів від субстрату до Про.

НАДФ – залежні дегідрогенази відіграють роль у процесі –

сах біосинтезу. Тому коферменти НАД та НАДФ

відрізняються за внутрішньоклітинною локалізації: НАД

концентрується в мітохондріях, а більшість НАДФ

знаходиться у цитоплазмі.

Будова ФАД та ФМН.

ФАД та ФМН є простетичними групами флавінових ферментів. Вони дуже міцно, на відміну НАД і НАДФ, приєднуються до алоферменту.

ФЛАВІНМОНОНУКЛЕОТІД (ФМН).

ФЛАВІНАЦЕТИЛДИНУКЛЕОТІД.

Активною частиною молекули ФАД та ФМН є ізоаллоксадинове кільце рибофлавін, до атомів азоту якого можуть приєднатися 2 атоми водню.

Аденозинтрифосфорна кислота (АТФ) - універсальне джерело та основний акумулятор енергії в живих клітинах. АТФ міститься у всіх клітинах рослин та тварин. Кількість АТФ у середньому становить 0,04% (від сирої маси клітини), найбільша кількістьАТФ (0,2-0,5%) міститься в скелетних м'язах. У клітині молекула АТФ витрачається протягом однієї хвилини після її утворення. У людини кількість АТФ, що дорівнює масі тіла, утворюється та руйнується кожні 24 години.

АТФ – мононуклеотид, що складається із залишків азотистої основи (аденіну), рибози та трьох залишків фосфорної кислоти. Оскільки АТФ містить не один, а три залишки фосфорної кислоти, вона відноситься до рибонуклеозидтрифосфатам.

Більшість видів робіт, які у клітинах, використовується енергія гідролізу АТФ. При цьому при відщепленні кінцевого залишку фосфорної кислоти АТФ перетворюється на АДФ (аденозиндифосфорну кислоту), при відщепленні другого залишку фосфорної кислоти – в АМФ (аденозинмонофосфорну кислоту). Вихід вільної енергії при відщепленні як кінцевого, і другого залишків фосфорної кислоти становить близько 30,6 кДж/моль. Відщеплення третьої фосфатної групи супроводжується виділенням лише 13,8 кДж/моль. Зв'язки між кінцевим та другим, другим та першим залишками фосфорної кислоти називаються макроергічні(високоенергетичними).

Запаси АТФ постійно поповнюються. У клітинах всіх організмів синтез АТФ відбувається у процесі фосфорилювання, тобто. приєднання фосфорної кислотидо АДФ. Фосфорилювання відбувається з різною інтенсивністю при диханні (мітохондрії), гліколізі (цитоплазма), фотосинтезі (хлоропласти).

АТФ є основною сполучною ланкою між процесами, що супроводжуються виділенням і накопиченням енергії, і процесами, що протікають із витратами енергії. Крім цього, АТФ поряд з іншими рибонуклеозидтрифосфатами (ГТФ, ЦТФ, УТФ) є субстратом для синтезу РНК.

Крім АТФ, є й інші молекули з макроергічними зв'язками – УТФ (урідінтрифосфорна кислота), ГТФ (гуанозинтрифосфорна кислота), ЦТФ (цитидинтрифосфорна кислота), енергія яких використовується для біосинтезу білка (ГТФ), полісахаридів (ТФ). Але вони утворюються з допомогою енергії АТФ.

Крім мононуклеотидів, важливу рольу реакціях обміну речовин відіграють динуклеотиди (НАД + , НАДФ + , ФАД), що належать до групи коферментів (органічні молекули, що зберігають зв'язок із ферментом лише в ході реакції). НАД + (нікотинамідаденіндінуклеотид), НАДФ + (нікотинамідаденіндінуклеотидфосфат) – динуклеотиди, що мають у своєму складі дві азотисті основи – аденін та амід нікотинової кислоти – похідне вітаміну РР), два залишки рибози і два залишки фос. Якщо АТФ - універсальне джерело енергії, то НАД + та НАДФ + – універсальні акцептори,а їх відновлені форми – НАДНі НАДФН – універсальні донори відновлювальних еквівалентів (двох електронів та одного протона). Атом азоту, що входить до складу залишку аміду нікотинової кислоти, чотиривалентний і несе позитивний заряд ( НАД +). Ця азотна підстава легко приєднує два електрони і один протон (тобто відновлюється) у тих реакціях, в яких за участю ферментів дегідрогеназ від субстрату відриваються два атоми водню (другий протон йде в розчин):

Субстрат-Н 2 + НАД + субстрат + НАДН + Н +

У зворотних реакціяхферменти, окислюючи НАДНабо НАДФН, відновлюють субстрати, приєднуючи до них атоми водню (другий протон надходить із розчину).

ФАД – флавінаденіндинуклеотид- похідне вітаміну В 2 (рибофлавіну) також є кофактором дегідрогеназ, але ФАДприєднує два протони і два електрони, відновлюючись до ФАДН 2.