Циклический гуанозинмонофосфат и Циклический аденозинмонофосфат – циклические формы нуклеотидов (производные гтф и атф.

цАМФ - производное АТФ, выполняющее в организме роль вторичного посредника, использующегося для внутриклеточного распространения сигналов некоторых гормонов (например, глюкагона или адреналина), которые не могут проходить через клеточную мембрану. Гормон с рецептором, изменение G-белка, его альфа-субъединица теряет ГДФ и увеличивает сродство к ГТФ, полученное активирует аденилатциклазу и синтез цАМФ, которая действует на протеинкиназу А и активирует ее.

цГМФ действует как вторичный посредник и его действие подобно цАМФ, в основном активируя внутриклеточные протеинкиназы G  в ответ на связывание с клеточной мембраной пептидных гормонов (для которых мембрана непроницаема) с внешней стороны клетки. Гуанилатциклаза сама как рецептор. Ее внутриклеточный домен изменяется по конформации и этот фермент активируется. Цитозольная форма этого фермента активируется оксидом азота.

Вопрос № 32

Регуляция каталитической активности ферментов ассоциацией/диссоциацией протомеров.  Протеинкиназы - группа ферментов, катализирующих перенос остатка фосфорной кислоты с АТФ на специфические ОН-группы аминокислотных остатков белков (вызывают фосфорилирование белков). Механизмы активации различных протеинкиназ неодинаковы. В качестве примера регуляции каталитической активности ферментов ассоциацией или диссоциацией протомеров можно привести регуляцию активности фермента Протеинкиназы А.

• Протеинкиназа А (цАМФ-зависимая) состоит из 4 субъединиц 2 типов: 2 регуляторных (R) и 2 каталитических (С). Такой тетрамер не обладает каталитической активностью. Регуляторные субъединицы имеют участки связывания для циклического 3',5'-АМФ (цАМФ), по 2 на каждую субъединицу. Присоединение 4 молекул цАМФ к 2 регуляторным субъединицам приводит к изменению конформации регуляторных протомеров и к диссоциации тетрамерного комплекса, при этом высвобождаются 2 активные каталитические субъединицы. Такой механизм регуляции обратим. Отщепление молекул цАМФ от регуляторных субъединиц приведёт к ассоциации регуляторных и каталитических субъединиц Протеинкиназы А с образованием неактивного комплекса.

Гликогенфосфорилаза катализирует лимитирующую скорость гликогенолиза реакцию: фосфоролитическое расщепление (фосфоролиз) (1->4)-связей гликогена, продуктом является глюкозо-1-фосфат .Активная форма фосфолирирована благодаря кальмодулин-зависимой киназе. Комплекс 4Са²⁺-кальмодулин активирует киназу фосфорилазы, связываясь с ней и таким образом выступая в качестве ее интегральной единицы.

Вопрос № 33

Некоторые ферменты, функционирующие вне клеток (в ЖКТ или в плазме крови), синтезируются в виде неактивных предшественников и активируются только в результате гидролиза одной или нескольких определённых пептидных связей, что приводит к отщеплению части белковой молекулы предшественника. В результате в оставшейся части белковой молекулы происходит конформационная перестройка и формируется активный центр фермента.

Рассмотрим механизм частичного протеолиза на примере активации протеолитического фермента трипсина (рис. 2-34). Трипсиноген, синтезируемый в поджелудочной железе, при пищеварении по протокам поджелудочной железы поступает в двенадцатиперстную кишку, где и активируется путём частичного протеолиза под действием фермента кишечника энтеропептидазы. В результате отщепления гексапептида с N-конца формируется активный центр в оставшейся части молекулы. Следует напомнить, что трипсин относят к семейству "сериновых" протеаз - активный центр фермента содержит функционально важный остаток Сер.

Пепсин в желудке под действием соляной кислоты в небольшом количестве образуется из пепсиногена. Далее образовавшийся пепсин сам осуществляет частичный протеолиз, то есть активирует пепсин из пепсиногена.

Частичный протеолиз - пример регуляции, когда активность фермента изменяется необратимо. Такие ферменты функционируют, как правило, в течение короткого времени, определяемого временем жизни белковой молекулы. Частичный протеолиз лежит в основе активации протеолитических ферментов, белков свёртывающей системы крови и фибринолиза, белков системы комплемента, а также пептидных гормонов.

Профермент → Активная форма Е + пептид

(АкЦ не сформирован)

^{энтеропептидаза}

Трипсиноген трипсин + гексапептид

(зимоген, профермент) (активный

фермент)

Примеры:

• пепсин, трипсин, химотрипсин и др. протеазы;

• белки свертывания крови: тромбин (из протромбина), фибрин (из фибриногена), плазмин (из плазминогена);

• инсулин (из проинсулина);

• коллаген ( из проколлагена).

ВОПРОС № 34

Большинство ферментов для проявления ферментативной активности нуждается в низкомолекулярных органических соединениях небелковой природы (коферментах) и/или в неорганических частицах – обычно ионах металлов (кофакторах).

Более 25% всех ферментов для проявления полной каталитической активности нуждается в ионах металлов. Рассмотрим роль кофакторов в ферментативном катализе.

Ионы металла выполняют функцию стабилизаторов молекулы субстрата, активного центра фермента и конформации белковой молекулы фермента, а именно третичной и четвертичной структур.

Ионы металлов - стабилизаторы молекулы субстрата

Для некоторых ферментов субстратом служит комплекс превращаемого вещества с ионом металла. Например, для большинства киназ в качестве одного из субстратов выступает не молекула АТФ, а комплекс Mg²⁺-ATФ. В этом случае ион Mg²⁺ не взаимодействует непосредственно с ферментом, а участвует в стабилизации молекулы АТФ и нейтрализации отрицательного заряда субстрата, что облегчает его присоединение к активному центру фермента.

Ионы металла - стабилизаторы активного центра фермента

В некоторых случаях ионы металла служат "мостиком" между ферментом и субстратом. Они выполняют функцию стабилизаторов активного центра, облегчая присоединение к нему субстрата и протекание химической реакции. Перечисленные выше функции выполняют такие металлы, как Mg²⁺, Mn²⁺, Zn²⁺, Co²⁺, Мо²⁺. В отсутствие металла эти ферменты активностью не обладают. Такие ферменты получили название "металлоэнзимы

К металлоэнзимам относят, например, фермент пируваткиназу (нужен магний).

Ионы металлов обеспечивают сохранение вторичной, третичной, четвертичной структуры молекулы фермента. Такие ферменты в отсутствие ионов металлов способны к химическому катализу, однако они нестабильны. Их активность снижается и даже полностью исчезает при небольших изменениях рН, температуры и других незначительных изменениях внешнего окружения. Таким образом, ионы металлов выполняют функцию стабилизаторов оптимальной конформации белковой молекулы.

Для стабилизации четвертичной структуры алкогольдегидрогеназы, катализирующей реакцию окисления этанола, необходимы ионы цинка.

Не менее важную роль отводят ионам металлов в осуществлении ферментативного катализа.

Участие в электрофильном катализе

Наиболее часто эту функцию выполняют ионы металлов с переменной валентностью, имеющие свободную d-орбиталь и выступающие в качестве электрофилов. Это, в первую очередь, такие металлы, как Zn²⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Cu²⁺

Карбоангидраза - цинксодержащий фермент, катализирующий реакцию образования угольной кислоты. Ион Zn²⁺ в результате электрофильной атаки участвует в образовании Н⁺ и ОН^- ионов из молекулы воды.

Участие в окислительно-восстановительных реакциях

Ионы металлов с переменной валентностью могут также участвовать в переносе электронов. Например, в цитохромах (гемсодержащих белках) ион железа способен присоединять и отдавать один электрон

Иногда ионы металлов выступают в роли регуляторных молекул. Например, ионы Са²⁺ служат активаторами фермента протеинкиназы С, катализирующего реакции фосфорилирования белков.

Как уже было сказано, для проявления каталитической активности большинству ферментов необходимо наличие кофермента. 

Кофермент, локализуясь в каталитическом участке активного центра, принимает непосредственное участие в химической реакции, выступая в качестве акцептора и донора химических группировок, атомов, электронов. Кофермент может быть связан с белковой частью молекулы ковалентными и нековалентными связями. В первом случае он называется простетической группой (например, FAD, FMN, биотин, липоевая кислота). Вместе с тем известны примеры, когда кофермент присоединяется к ферменту нековалентными связями настолько прочно, что не диссоциирует от белковой молекулы, например тиаминдифосфат.

Во втором случае кофермент взаимодействует с ферментом только на время химической реакции и может рассматриваться в качестве второго субстрата. Примеры - NAD⁺, NADP⁺.

Апофермент обеспечивает специфичность действия и отвечает за выбор типа химического превращения субстрата. Один и тот же кофермент, взаимодействуя с различными апоферментами, может участвовать в разных химических превращениях субстрата. 

К коферментам относят:

• производные витаминов;

• нуклеотиды АТФ, УТФ, ЦТФ;

• Фосфоаденозинфосфосульфат (ФАФС);

• НS-глутатион;

• S-аденозилметионин (SAM);

• гем;

• липоевая кислота и т.д.