קו-אנזימים בתגובות קטליטיות מבצעים הובלה של קבוצות שונות של אטומים, אלקטרונים או פרוטונים. קו-אנזימים נקשרים לאנזימים:
קשרים קוולנטיים;
קשרים יוניים;
אינטראקציות הידרופוביות וכו'.
קו-אנזים אחד יכול להיות קו-אנזים למספר אנזימים. קו-אנזימים רבים הם רב-פונקציונליים (למשל NAD, PF). הספציפיות של ההולואנזים תלויה באפואנזים.
כל הקואנזימים מחולקים לשתי קבוצות גדולות: ויטמין ולא ויטמין.
קו-אנזימים של טבע ויטמיןנגזרות של ויטמינים או שינויים כימיים של ויטמינים.
קבוצה אחת: תיאמין – נגזרות של ויטמין B1. אלו כוללים:
תיאמין מונופוספט (TMF);
תיאמין דיפוספט (TDF) או תיאמין פירופוספט (TPP) או קוקארבוקסילאז;
תיאמין טריפוספט (TTP).
ל-TPP יש את המשמעות הביולוגית הגדולה ביותר. כלול בדקרבוקסילאז של חומצות קטו: PVC, חומצה א-קטוגלוטרית. אנזים זה מזרז את סילוק ה-CO2.
קוקארבוקסילאז מעורב בתגובת הטרנסקטולז ממחזור הפנטוז הפוספט.
קבוצה 2: קו-אנזימים פלבין, נגזרות של ויטמין B2. אלו כוללים:
- מונונוקלאוטיד פלבין (FMN);
- פלאבין אדנין דינוקלאוטיד (FAD).
רביטול ואיזואלוקסזין יוצרים ויטמין B2. ויטמין B2 ושאר החומצה הזרחתית יוצרים FMN. FMN משתלב עם AMP ליצירת FAD.
[אורז. טבעת האיזואלוקסזין מחוברת ל-rebitol, rebitol לחומצה זרחתית וחומצה זרחתית ל-AMP]
FAD ו-FMN הם קו-אנזימים של דהידרוגנאז. אנזימים אלו מזרזים את סילוק המימן מהמצע, כלומר. להשתתף בתגובות חמצון-צמצום. לדוגמה, SDH - succinate dehydrogenase - מזרז את ההפיכה של succinic אליך לפומארי. זהו אנזים תלוי FAD. [אורז. COOH-CH 2 -CH 2 -COOH® (מעל החץ - LDH, מתחת - FAD ו-FADH 2) COOH-CH \u003d CH-COOH]. אנזימי פלבין (DGs תלויי פלאבין) מכילים FAD, שהוא המקור העיקרי לפרוטונים ולאלקטרונים בהם. במהלך הכימיה. תגובות, FAD מומר ל-FADH 2. החלק הפועל של FAD הוא הטבעת השנייה של isoaloxazine; בתהליך של כימיה. התגובה היא הוספת שני אטומי מימן לחנקנים וסידור מחדש של קשרים כפולים בטבעות.
קבוצה 3: קו-אנזימים פנטותניים, נגזרות של ויטמין B3- חומצה פנטותנית. הם חלק מקו-אנזים A, HS-CoA. קו-אנזים A זה הוא קו-אנזים של אצילטרנספראזות, יחד איתו הוא מעביר קבוצות שונות ממולקולה אחת לאחרת.
קבוצה רביעית: nicotinamide, נגזרות של ויטמין PP - nicotinamide:
נציגים:
Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD);
ניקוטינמיד אדנין דינוקלאוטיד פוספט (NADP).
הקו-אנזימים NAD ו-NADP הם קו-אנזימים של דהידרוגנאז (אנזימים תלויי NADP), כגון malate DG, isocitrate DG, lactate DG. הם משתתפים בתהליכי דהידרוגנציה ובתגובות חיזור. במקרה זה, NAD מוסיף שני פרוטונים ושני אלקטרונים, ונוצר NADH2.
אורז. קבוצת עבודה של NAD ו-NADP: תמונה של ויטמין PP, שאליו מחובר אטום H אחד וכתוצאה מכך מתרחש סידור מחדש של קשרים כפולים. מצוירת תצורה חדשה של ויטמין PP + H +]
קבוצה 5: פירידוקסין, נגזרות של ויטמין B6. [אורז. פירידוקסל. פירידוקסל + חומצה זרחתית = פוספט פירידוקסל]
- פירידוקסין;
- פירידוקסל;
- פירידוקסאמין.
צורות אלו מתמירות זו בזו בתהליך התגובות. כאשר פירידוקסל מגיב עם חומצה זרחתית, מתקבל פירידוקסל פוספט (PP).
PF הוא קואנזים של אמינוטרנספראזות, מבצע את העברה של קבוצת האמינו מ-AA לחומצה קטו - התגובה טרנסאמינציה. כמו כן, נגזרות של ויטמין B6 נכללות כקו-אנזימים בהרכב של AA decarboxylases.
קו-אנזימים בעלי אופי שאינו ויטמין- חומרים הנוצרים בתהליך חילוף החומרים.
1) נוקלאוטידים- UTP, UDP, TTF וכו'. UDP-גלוקוז נכנס לסינתזה של גליקוגן. חומצה היאלורונית UDP משמשת לנטרול חומרים שונים בתגובות רוחביות (גלוקורוניל טרנספראז).
2) נגזרות פורפירין(heme): קטלאז, פרוקסידאז, ציטוכרומים וכו'.
3) פפטידים. גלוטתיון הוא טריפפטיד (GLU-CIS-GLI), הוא מעורב ב o-in תגובות, הוא קואנזים של oxidoreductases (גלוטתיון פרוקסידאז, גלוטתיון רדוקטאז). 2GSH "(מעל החץ 2H) G-S-S-G. GSH היא הצורה המופחתת של גלוטתיון, בעוד ש-G-S-S-G היא הצורה המחומצנת.
4) יוני מתכת, למשל, Zn 2+ הוא חלק מהאנזים AlDH (alcohol dehydrogenase), Cu 2+ - עמילאז, Mg 2+ - ATPase (לדוגמה, מיוזין ATPase).
יכול להשתתף ב:
הצמדת קומפלקס המצע של האנזים;
בקטליזה;
ייצוב הקונפורמציה האופטימלית של האתר הפעיל של האנזים;
ייצוב המבנה הרבעוני.
מקורות
כמות מספקת מכילה מוצרי בשר, כבד, כליות, מוצרי חלב, שמרים. הוויטמין מיוצר גם על ידי חיידקי מעיים.
דרישה יומית
מִבְנֶה
ריבופלבין מכיל פלבין- טבעת isoalloxazine עם תחליפים (בסיס חנקני) ואלכוהול ריביטול.
המבנה של ויטמין B 2
צורות קו-אנזימטיות של הוויטמין מכילות בנוסף רק חומצה זרחתית - מונונוקלאוטיד פלבין(FMN), או חומצה זרחתית, הקשורה בנוסף ל-AMP - פלאבין אדנין דינוקלאוטיד.
המבנה של צורות מחומצנות של FAD ו-FMN
חילוף חומרים
במעי, ריבופלבין משתחרר מ-FMN ו-FAD תזונתיים ומתפזר לדם. FMN ו-FAD נוצרים מחדש ברירית המעי וברקמות אחרות.
פונקציות ביוכימיות
קו-אנזים אוקסדורודקטאז - מספק הובלה 2 אטומיםמימן בתגובות חיזור.
מנגנון ההשתתפות של קו-אנזים הפלבין בתגובה הביוכימית
1. מטבוליזם אנרגיה דהידרוגנאז- pyruvate dehydrogenase (חמצון חומצה פירובית), α-ketoglutarate dehydrogenase ו- succinate dehydrogenase (מחזור חומצה טריקרבוקסילית), acyl-SCoA dehydrogenase (חמצון חומצות שומן), מיטוכונדריה α-glycerol phosphate dehydrogenase (מערכת הסעות).
דוגמה לתגובת דהידרוגנאז המערבת FAD
2. אוקסידאזים, מצעים מחמצנים בהשתתפות חמצן מולקולרי. לדוגמה, דמינציה חמצונית ישירה של חומצות אמינו או נטרול אמינים ביוגניים (היסטמין, GABA).
דוגמה לתגובת אוקסידאז המערבת FAD
(נטרול של אמינים ביוגניים)
היפווויטמינוזיס B2
גורם
חסרים תזונתיים, אחסון מזון באור, פוטותרפיה, אלכוהוליזם והפרעות במערכת העיכול.
תמונה קלינית
קודם כל, רקמות אירוביות מאוד סובלות - האפיתל של העור והריריות. מופיע כ יוֹבֶשׁחלל הפה, השפתיים והקרנית; צ'ילוזיס, כלומר סדקים בזוויות הפה ובשפתיים ("שיבוש"), גלוסיטיס(לשון מג'נטה), קילוף של העורבאזור של משולש האף, שק האשכים, האוזניים והצוואר, דַלֶקֶת הַלַחמִיתו בלפריטיס.
יובש של הלחמית והדלקת שלה מביאים לעלייה מפצה בזרימת הדם באזור זה ולשיפור באספקת החמצן שלה, המתבטא כלוסקולריזציה של הקרנית.
אנטי ויטמינים B 2
1. אקריקין(אטברין) - מעכב את תפקוד הריבופלבין בפרוטוזואה. משמש לטיפול במלריה, לישמניאזיס עורית, trichomoniasis, helminthiases (giardiasis, teniidosis).
2. מגפן- מעכב היווצרות FAD ברקמת העצבים, משמש כחומר הרגעה.
3. טוקסופלביןהוא מעכב תחרותי של פלבין דהידרוגנאז.
צורות מינון
ריבופלבין חופשי, FMN ו-FAD (צורות קו-אנזים).
הובלת אלקטרונים ופרוטונים עתירי אנרגיה מהמצע המחומצן לחמצן מתבצעת על ידי מערכת המורכבת מאנזימי חיזור הממוקמים על הממברנה הפנימית של המיטוכונדריה. מערכת זו כוללת:
Pyridine dehydrogenases, שבהם NAD (nicotinamide adenine dinucleotide) או NADP (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate) פועלים כקו-אנזימים;
פלבין דהידרוגנאז (אנזימים פלבין), שתפקיד החלק הלא חלבוני שבהם מבוצע על ידי FAD (flavin adenine dinucleotide) או FMN (flavin mononucleotide);
Ubiquinone (קו-אנזים Q);
ציטוכרומים.
פירידין דהידרוגנאז. המבנה של NAD ו-NADP מוצג באיור. ארבע.
Nicotinamide adenine- Nicotinamide adenine-
דינוקלאוטיד (NAD) נוקלאוטיד פוספט (NADP)
אורז. 4. מבנה NAD ו-NADP
NAD ו-NADP הם דינוקלאוטידים, שהנוקלאוטידים שלהם מקושרים על ידי קשר פירופוספט (דרך שני שיירי חומצה זרחתית מחוברים זה לזה). נוקלאוטיד אחד מכיל אמיד חומצה ניקוטינית(ויטמין PP), נוקלאוטיד אחר מיוצג על ידי חומצה אדנילית. למולקולת NADP יש שארית חומצה זרחתית נוספת המחוברת לאטום הפחמן השני של הריבוז הקשור לחומצה אדנילית.
NAD ו-NADP הם קו-אנזימים של מספר רב של דהידרוגנאזות ספציפיות למצעי חמצון שונים. הקשר בינם לבין חלק החלבון שביר, הם משולבים רק ישירות ברגע התגובה.
כמה פירידין דהידרוגנאזות ממוקמות במטריקס המיטוכונדריאלי. דהידרוגנאז תלויי NAD מעבירים אלקטרונים ופרוטונים לשרשרת הנשימה, דהידרוגנאז תלויי NADP משמשים מקור להפחתת המקבילות לתגובות ביוסינתזה
החלק הפעיל של NAD ו-NADP הוא ויטמין PP. בעת אינטראקציה עם מצע מופחת, טבעת הפירידין של ויטמין PP קושרת שני אלקטרונים ופרוטון, בעוד שהפרוטון השני נשאר בתווך (איור 5).
אורז. 5. חמצון מצע על ידי פירידין דהידרוגנאז
אנזימי פלבין.בניגוד ל-NAD ו-NADP, הקבוצות התותבות של אנזימי הפלבין (FAD ו-FMN) קשורות מאוד לחלק החלבון. שתי קבוצות התותבות מכילות מבחינה מטבולית צורה פעילהריבופלבין (ויטמין B 2), שאליו מוסיפים אטומי מימן בתהליך ההתאוששות שלהם (איור 6).
אורז. 6. חמצון של מצעים על ידי החלק הפעיל (ויטמין B 2) של הקבוצה התותבת של אנזימי הפלבין
דהידרוגנאז תלוי FMN פועל כנשא אלקטרונים ופרוטונים ביניים בין NAD לבין יוביקינון; הוא משתתף ישיר בשרשרת הנשימה.
Ubiquinone (קו-אנזים Q). Ubiquinone הוא נגזרת בנזוקינון עם שרשרת צדדית ארוכה. המבנה שלו מוצג באיור 7. 
אורז. 7. המבנה של קואנזים Q (יוביקינון)
קו-אנזים Q ממלא את התפקיד של נשא ביניים של אלקטרונים ופרוטונים בשרשרת הנשימה, המחמצן ישירות את אנזימי הפלבין. מקום ההתקשרות של פרוטונים ואלקטרונים הוא אטומי החמצן בטבעת הבנזוקינון (איור 8):
אורז. 8. מנגנון העברת פרוטונים על ידי מולקולת קואנזים Q (יוביקווין).
ציטוכרומים.ציטוכרומים שייכים לקבוצת הכרומופרוטאינים. הם מכילים hem המכיל ברזל, הדומה במבנה להם של המוגלובין. ציטוכרומים שונים נבדלים במבנה שרשראות הצדדיות במבנה ההמה, במבנה מרכיבי החלבון ובאופן החיבור של ההמה לרכיב החלבון. תפקוד הציטוכרומים קשור להעברת אלקטרונים מאוביקינון לחמצן. הם ממוקמים בשרשרת הנשימה ברצף מסוים:
ציטוט ב → ציטוט ג 1 → ציטוט ג → ציטוט aa 3
ציטוכרומים b, c 1 ו-c ממלאים את תפקידם של נושאי אלקטרונים ביניים, והמכלול של ציטוכרומים a ו-3, הנקרא ציטוכרום אוקסידאז, הוא אנזים נשימתי סופני המקיים אינטראקציה ישירה עם חמצן. קומפלקס זה מורכב משש יחידות משנה, שכל אחת מהן מכילה קבוצת heme ואטום נחושת. שתיים מתוך שש יחידות המשנה מרכיבות ציטוכרום a, וארבע האחרות מהוות ציטוכרום a 3.
העברת אלקטרונים על ידי ציטוכרומים קשורה ישירות לנוכחות יוני ברזל בהרכבם. הצורה המחומצנת של ציטוכרומים מכילה Fe 3+. קבלת אלקטרונים מ-ubiquinone או ציטוכרום אחר, Fe 3+ עובר למצב מופחת (Fe 2+), ועל ידי העברת אלקטרונים לציטוכרום אחר או חמצן אחר, Fe 2+ שוב עובר למצב מחומצן (F 3+).
חמצן, המקבל אלקטרונים מציטוכרום אוקסידאז, עובר למצב פעיל (מיונן), ואז מקבל שני פרוטונים מ סביבה. התוצאה היא מולקולת מים.
באופן סכמטי, ניתן לייצג את מערכת העברת האלקטרונים והפרוטונים לאורך שרשרת הנשימה בדרך הבאה(איור 9):
אורז. 9. רצף סידור נשאי אלקטרונים ופרוטונים בשרשרת הנשימה
אנזים חלק חלבון (אפואנזים) חלק לא חלבון (קופקטור) קו-אנזימים יונים אורגניים קבוצות תותבות אפואנזים + קופקטור = הולואנזים
את התפקיד של קופקטורים יכולים למלא חומרים שונים - מיונים אנאורגניים פשוטים ועד מולקולות אורגניות מורכבות; במקרים מסוימים הם נשארים ללא שינוי בסוף התגובה, במקרים אחרים הם מתחדשים כתוצאה מתהליך כזה או אחר שלאחר מכן.
אם הקופקטור מוצג כמולקולה אורגנית (חלק מהמולקולות הללו קרובות לוויטמינים), אזי האחרון יכול להיות קשור מאוד לאנזים (במקרה זה נקרא קבוצה תותבת) או קשור אליו באופן חלש (במקרה זה זה נקרא קו-אנזים).
יונים אנאורגניים (מפעילי אנזים)
היונים מכריחים את מולקולות האנזים או המצע לצורה המקדמת היווצרות של קומפלקס E-S. זה מגדיל את הסיכוי שהאנזים והמצע אכן יגיבו זה עם זה, וכתוצאה מכך, גם קצב התגובה המזרזת על ידי אנזים זה עולה.
דוגמא.פעילות עמילאז הרוק מוגברת בנוכחות יוני כלוריד.
קבוצות תותבות (אופנה, fmn, ביוטין, heme)
מולקולה אורגנית זו נמצאת במצב שבו היא יכולה לתרום ביעילות לתפקוד הקטליטי של האנזים שלה.
דוגמה 1פלאבין אדנין דינוקלאוטיד (FAD) מכיל ריבופלבין (ויטמין B 2 ), שהוא חלק מקבל המימן של המולקולה שלו. הפונקציה של FAD קשורה למסלולי החמצון של התא, בפרט לתהליך הנשימה, שבו ה-FAD ממלא את תפקיד אחד הנשאים בשרשרת הנשימה:
תוצאה סופית: 2H מועברים ל-A ו-B. הולואנזים משמש כמקשר בין A ל-B.
אורז. 8 ויטמין כמרכיב של קבוצה תותבת (המבנה של FAD - flavinadenine dinucleotide מוצג).
דוגמה 2 Heme היא קבוצת תותבות המכילות ברזל. למולקולה שלו יש צורה של טבעת שטוחה, שבמרכזה יש אטום ברזל (טבעת פורפירין, זהה לזו של כלורופיל). Hem מבצעת מספר פונקציות חשובות מבחינה ביולוגית בגוף. העברת אלקטרונים. כקבוצה תותבת של ציטוכרומים, heme פועל כנשא אלקטרונים. על ידי הצמדת אלקטרונים, ברזל מופחת ל-Fe(II), ובתרומתם הוא מתחמצן ל-Fe(III). Heme, אם כן, לוקח חלק בתגובות חיזור עקב שינויים הפיכים בערכיות הברזל. העברת חמצן. המוגלובין ומיוגלובין הם שני חלבונים המכילים heme הנושאים חמצן. ברזל נמצא בהם בצורה מופחתת. פונקציה קטליטית. Heme הוא מרכיב של קטלאזות ופרוקסידאזות המזרזים את פירוק מי חמצן ומים.
קו-אנזים (nad, nadp, קו-אנזים a, atp)
דוגמא. Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD), נגזרת של חומצה ניקוטינית, יכולה להתקיים הן בצורות מחמצנות והן בצורות מפחיתות. בצורה החמצונית, NAD ממלא את התפקיד של קולט מימן במהלך קטליזה:
כאן E 1 ו-E 2 הם שני דהידרוגנאזים שונים. תוצאה סופית: 2H מועבר מ-A ל-B. כאן, קו-אנזים פועל כמקשר בין שתי מערכות אנזימים שונות E 1 ו-E 2.
אורז. 9 ויטמין כמרכיב של קואנזים (המבנים של NAD, NADP ו-ATP מוצגים).
פונקציות ביוכימיות
הובלת יוני הידריד H- (אטום מימן ואלקטרון) בתגובות חיזור
בשל העברת יון ההידריד, הויטמין מספק את המשימות הבאות:
1. חילוף חומרים של חלבונים, שומנים ופחמימות. מכיוון ש-NAD ו-NADP משמשים כקו-אנזימים עבור רוב הדהידרוגנאזות, הם מעורבים בתגובות
- בסינתזה וחמצון של חומצות שומן,
- בסינתזה של כולסטרול
- מטבוליזם של חומצה גלוטמית וחומצות אמינו אחרות,
- מטבוליזם של פחמימות: מסלול פוספט פנטוז, גליקוליזה,
- דקרבוקסילציה חמצונית של חומצה פירובית,
- מחזור חומצה טריקרבוקסילית.
2. NADH מבצע רגולטוריםתפקוד, מכיוון שהוא מעכב של תגובות חמצון מסוימות, למשל, במחזור החומצה הטרי-קרבוקסילית.
3. הגנה על מידע תורשתי– NAD הוא מצע של פולי-ADP-ribosylation בתהליך הצלבה של הפסקות כרומוזומים ותיקון DNA, מה שמאט את הנקרוביוזה והאפופטוזיס של התא.
4. הגנה על רדיקלים חופשיים- NADPH הוא מרכיב הכרחי במערכת נוגדת החמצון של התא.
5. NADPH מעורב בתגובות של סינתזה מחדש של חומצה טטרה-הידרופולית מחומצה דיהידרופולית, למשל, לאחר סינתזה של thymidyl monophosphate.
היפווויטמינוזיס
גורם
מחסור תזונתי של ניאצין וטריפטופן. תסמונת הארטנופ.
תמונה קלינית
מתבטאת במחלה pellagra (באיטלקית: pelle agra - עור מחוספס). מופיע כ תסמונת שלוש D:
- דמנציה(הפרעות עצביות ונפשיות, דמנציה),
- דַלֶקֶת הָעוֹר(פוטודרמטיטיס),
- שִׁלשׁוּל(חולשה, הפרעות עיכול, אובדן תיאבון).
אם המחלה אינה מטופלת, היא קטלנית. בילדים עם hypovitaminosis, פיגור בגדילה, ירידה במשקל ואנמיה נצפים.
אנטי ויטמינים
Ftivazide, Tubazid, Niazid הן תרופות המשמשות לטיפול בשחפת.
צורות מינון
ניקוטינמיד וחומצה ניקוטינית.
ויטמין B5 (חומצה פנטותנית)
מקורות
כל מזון, במיוחד קטניות, שמרים, מוצרים מן החי.
דרישה יומית
מִבְנֶה
ויטמין קיים רק בצורה של חומצה פנטותנית, הוא מכיל β-alanine וחומצה פנטואית (2,4-dihydroxy-3,3-dimethylbutyric).
> 
המבנה של חומצה פנטותנית
צורות הקואנזים שלו הן קואנזים A(קו-אנזים A, HS-CoA) ו-4-פוספופנטאין.
מבנה צורת הקואנזים של ויטמין B5 - קואנזים A
פונקציות ביוכימיות
צורת קו-אנזים של הוויטמין קואנזים Aאינו קשור חזק לאנזים כלשהו, הוא נע בין אנזימים שונים, מספק העברת אציל(כולל אצטיל) קבוצות:
- בתגובות של חמצון אנרגטי של רדיקלים של גלוקוז וחומצות אמינו, למשל, בעבודה של פירובאט דהידרוגנאז, אנזימי α-ketoglutarate dehydrogenase במחזור החומצה הטרי-קרבוקסילית),
- כנשא של קבוצות אציל בחמצון חומצות שומן ובתגובות סינתזה של חומצות שומן
- בתגובות של סינתזה של אצטילכולין וגליקוזאמינוגליקנים, היווצרות חומצה היפורית וחומצות מרה.
היפווויטמינוזיס
גורם
מחסור תזונתי.
תמונה קלינית
זה מופיע בטופס פדיולגיה(אריתרומאלגיה) - פגיעה בעורקים הקטנים של החלקים הדיסטליים גפיים תחתונות, הסימפטום הוא צריבה בכפות הרגליים. בניסוי, האפירה של שיער, נגעים בעור ובמערכת העיכול, הפרעות בתפקוד מערכת עצבים, ניוון יותרת הכליה, סטאטוזיס בכבד, אדישות, דיכאון, חולשת שרירים, עוויתות.
אבל מכיוון שהוויטמין נמצא בכל המזונות, היפווויטמינוזיס נדירה מאוד.
צורות מינון
סידן פנטותנט, קואנזים A.
ויטמין B6 (פירידוקסין, אנטי דרמטיטיס)
מקורות
הוויטמין עשיר בדגנים, קטניות, שמרים, כבד, כליות, בשר, והוא גם מסונתז על ידי חיידקי מעיים.
דרישה יומית
מִבְנֶה
הויטמין קיים בצורה של פירידוקסין. צורות הקו-אנזים שלו הן פוספט פירידוקסלי ופוספט פירידוקסאמין.
מידע קשור:
חיפוש אתר:
נוסחה מבנית של חומרים
מהי נוסחה מבנית
יש לו שני זנים: מישוריים (2D) ומרחביים (3D) (איור 1).
מבנה הצורות המחומצנות של NAD ו-NADP
קשרים תוך-מולקולריים בייצוג הנוסחה המבנית מסומנים בדרך כלל על ידי מקפים (קוים).
אורז. 1. נוסחה מבנית אלכוהול אתילי: א) מישוריים; ב) מרחבי.
ניתן לייצג נוסחאות מבניות מישוריות בדרכים שונות.
נבדלת נוסחה גרפית קצרה שבה הקשרים של אטומים עם מימן אינם מצוינים:
CH3-CH2-OH(אתנול);
הנוסחה הגרפית של השלד, המשמשת לרוב כאשר מתארים את המבנה של תרכובות אורגניות, היא לא רק שאינה מציינת את הקשרים של פחמן עם מימן, אלא גם אינה מציינת את הקשרים המחברים אטומי פחמן זה לזה ולאטומים אחרים:
עבור תרכובות אורגניות מהסדרה הארומטית, נעשה שימוש בנוסחאות מבניות מיוחדות המתארות את טבעת הבנזן בצורה של משושה:
דוגמאות לפתרון בעיות
חומצה אדנוזין טריפוספורית (ATP) - מקור אוניברסלי ומצטבר אנרגיה עיקרי בתאים חיים. ATP נמצא בכל תאי הצומח והחי. כמות ה-ATP היא בממוצע 0.04% (מהמסה הגולמית של התא), המספר הגדול ביותר ATP (0.2-0.5%) נמצא בשרירי השלד.
בתא, מולקולת ה-ATP נצרכת תוך דקה לאחר היווצרותה. בבני אדם נוצרת כמות ATP השווה למשקל הגוף ונהרסת כל 24 שעות..
ATP הוא מונונוקלאוטיד המורכב מבסיס חנקני (אדנין), ריבוז ושלוש שאריות חומצה זרחתית. מאז ATP מכיל לא אחד, אלא שלושה שאריות חומצה זרחתית, הוא שייך ריבונוקלאוזיד טריפוספט.
עבור רוב סוגי העבודה המתרחשים בתאים, נעשה שימוש באנרגיה של הידרוליזה של ATP.
יחד עם זאת, כאשר מפורקים את השארית הסופית של החומצה הזרחתית, ATP עובר ל-ADP (חומצה דיפוספורית אדנוזין), כאשר מפורקים את שארית החומצה הזרחתית השנייה, ל-AMP (חומצה מונו-פוספורית אדנוזין).
תפוקת האנרגיה החופשית מסילוק שאריות חומצה זרחתית סופנית ושנייה כ-30.6 קילו-ג'יי/מול. ביקוע של קבוצת הפוספט השלישית מלווה בשחרור של 13.8 קילו ג'ל/מול בלבד.
הקשרים בין הטרמינל לשאריות השניות, השניות והראשונות של חומצה זרחתית נקראים מאקרו-אירגי(אנרגיה גבוהה).
עתודות ATP מתמלאות כל הזמן.
פונקציות ביולוגיות.
בתאים של כל האורגניזמים, סינתזת ATP מתרחשת בתהליך זרחון, כלומר. תוספת של חומצה זרחתיתל-ADP. זרחון מתרחש בעוצמה שונה במהלך הנשימה (מיטוכונדריה), גליקוליזה (ציטופלזמה), פוטוסינתזה (כלורופלסטים).
ATP הוא החוליה המרכזית בין תהליכים המלווים בשחרור והצטברות אנרגיה, לבין תהליכים הדורשים אנרגיה.
בנוסף, ATP, יחד עם טריפוספטים אחרים של ריבונוקלאוזיד (GTP, CTP, UTP), הוא מצע לסינתזת RNA.
בנוסף ל-ATP, ישנן מולקולות נוספות בעלות קשרים מאקרו-אירגיים - UTP (חומצה טרי-פוספורית אורידין), GTP (חומצה טריפוספורית גואנוזין), CTP (חומצה טרי-פוספורית ציטידין), שהאנרגיה שלה משמשת לביוסינתזה של חלבון (GTP), פוליסכרידים (UTP). ), פוספוליפידים (CTP). אבל כולם נוצרים בגלל האנרגיה של ATP.
בנוסף למונונוקלאוטידים, תפקיד חשוב בתגובות מטבוליות ממלאים דינוקלאוטידים (NAD+, NADP+, FAD), השייכים לקבוצת הקו-אנזימים (מולקולות אורגניות שנשארות במגע עם האנזים רק במהלך התגובה).
NAD + (nicotinamide adenine dinucleotide), NADP + (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate) הם דינוקלאוטידים המכילים שני בסיסים חנקניים - אדנין ו- nicotinic acid amide - נגזרת של ויטמין PP), שני שאריות ריבוז ושתי שאריות חומצה זרחתית (Figig.). אם ATP הוא מקור אוניברסלי של אנרגיה, אז NAD+ ו-NADP+ הם מקבלים אוניברסליים,והצורות המשוחזרות שלהם - NADHו NADPH – תורמים אוניברסלייםשוות הפחתה (שני אלקטרונים ופרוטון אחד).
אטום החנקן, שהוא חלק משארית האמיד של חומצה ניקוטינית, הוא ארבע ערכי ונושא מטען חיובי ( OVER+). בסיס חנקני זה מקבל בקלות שני אלקטרונים ופרוטון אחד (כלומר.
משוחזר) בתגובות שבהן, בהשתתפות אנזימי דהידרוגנז, שני אטומי מימן מנותקים מהמצע (הפרוטון השני נכנס לתמיסה):
מצע-H2 + NAD+ מצע + NADH + H+
בתגובות הפוכות, אנזימים, חמצון NADHאוֹ NADPH, לשחזר מצעים על ידי הצמדת אטומי מימן אליהם (הפרוטון השני מגיע מתמיסה).
FAD - flavin adenine dinucleotide- נגזרת של ויטמין B2 (ריבופלבין) היא גם קו-פקטור לדהידרוגנאז, אבל תַחבִּיבמחבר שני פרוטונים ושני אלקטרונים, מתאושש ל FADH2.
⇐ הקודם1234567
Nucleoside cyclophosphates (cAMP ו-cGMP) כמתווכים משניים בוויסות חילוף החומרים של התא.
נוקלאוזיד ציקלופוספטים הם נוקלאוטידים שבהם מולקולת חומצה זרחתית אחת מאסטרית בו זמנית שתי קבוצות הידרוקסיל של שארית הפחמימה.
כמעט כל התאים מכילים שני נוקלאוזידים ציקלופוספטים, אדנוזין-3',5'-ציקלופוספט (cAMP) וגואנוזין-3',5'-ציקלופוספט (cGMP). הם מתווכים משניים(שליחים) בהעברת אות הורמונלי לתא.
6. מבנה הדינוקלאוטידים: FAD, NAD+, הפוספט שלו NADP+.
השתתפותם בתגובות חיזור.
הנציגים החשובים ביותר של קבוצת תרכובות זו הם nicotinamide adenine dinucleotide (NAD, או NAD בספרות הרוסית) והפוספט שלו (NADP, או NADP). תרכובות אלו ממלאות תפקיד חשוב כקו-אנזימים בתגובות חיזור רבות.
בהתאם לכך, הם יכולים להתקיים הן בצורות מחומצנות (NAD+, NADP+) והן בצורות מופחתות (NADH, NADPH).
השבר המבני של NAD+ ו-NADP+ הוא שייר ניקוטינמיד בצורה של קטיון פירידיניום. בהרכב של NADH ו-NADPH, קטע זה הופך לשארית 1,4-דיהידרופירידין.
במהלך דה-hydrogenation ביולוגי, המצע מאבד שני אטומי מימן, כלומר.
שני פרוטונים ושני אלקטרונים (2H+, 2e) או פרוטון ויון הידריד (H+ ו-H-). הקואנזים NAD+ נחשב בדרך כלל כמקבל של יון ההידריד H- (אם כי לא נקבע באופן סופי אם העברה של אטום מימן לקואנזים זה מתרחשת במקביל להעברת אלקטרון או שתהליכים אלו מתרחשים בנפרד).
כתוצאה מהפחתה על ידי הוספת יון הידריד ל-NAD+, טבעת הפירידיניום הופכת לשבר 1,4-דיהידרופירידין.
תהליך זה הוא הפיך.
בתגובת החמצון, טבעת הפירידין הארומטית הופכת לטבעת 1,4-דיהידרופירידין הלא ארומטית. עקב אובדן הארומטיות, האנרגיה של NADH עולה בהשוואה ל-NAD+. בדרך זו, NADH אוגר אנרגיה, הנצרכת לאחר מכן בתהליכים ביוכימיים אחרים הדורשים עלויות אנרגיה.
דוגמאות אופייניות לתגובות ביוכימיות המערבות NAD+ הן חמצון של קבוצות אלכוהול לקבוצות אלדהיד (לדוגמה, הפיכת אתנול לאתנול), ובשיתוף NADH, הפחתת קבוצות קרבוניל לקבוצות אלכוהול (המרה של חומצה פירובית לאתנל). חומצה לקטית).
תגובת החמצון של אתנול בהשתתפות הקואנזים NAD +:
במהלך החמצון, המצע מאבד שני אטומי מימן, כלומר.
שני פרוטונים ושני אלקטרונים. הקואנזים NAD +, לאחר שקיבל שני אלקטרונים ופרוטון, מופחת ל-NADH, בעוד הארומטיות מופרת. תגובה זו היא הפיכה.
כאשר הצורה המחומצנת של הקואנזים עוברת לצורה המופחתת, מתרחשת הצטברות האנרגיה המשתחררת במהלך החמצון של המצע. האנרגיה שנצברת על ידי הצורה המופחתת מושקעת לאחר מכן בתהליכים אנדרגוניים אחרים הכוללים קו-אנזימים אלה.
FAD - flavin adenine dinucleotide- קואנזים שלוקח חלק בתהליכים ביוכימיים חיזור רבים.
FAD קיים בשתי צורות - מחומצן ומופחת, תפקידו הביוכימי, ככלל, הוא לעבור בין צורות אלו.
ניתן להפחית FAD ל-FADH2 על ידי קבלת שני אטומי מימן. 
מולקולת FADH2 היא נושאת אנרגיה, והקואנזים המופחת יכול לשמש כמצע בתגובה של זרחון חמצוני במיטוכונדריה.
מולקולת FADH2 מתחמצנת ל-FAD, עם שחרור אנרגיה שווה ערך (מאוחסן בצורה) לשתי מולים של ATP.
המקור העיקרי להפחתת FAD באאוקריוטים הוא מחזור קרבס וחמצון β של שומנים. במחזור קרבס, FAD היא הקבוצה התותבת של האנזים succinate dehydrogenase, שמחמצן את succinate ל- fumarate; בחמצון β-lipid, FAD הוא הקו-אנזים של acyl-CoA dehydrogenase.
FAD נוצר מריבופלבין, oxidoreductases רבים הנקראים flavoproteins משתמשים ב-FAD כקבוצה תותבת בתגובות העברת אלקטרונים כדי לבצע את עבודתם.
מבנה ראשוני של חומצות גרעין: הרכב נוקלאוטידים של RNA ו-DNA, קשר פוספודיסטר. הידרוליזה של חומצות גרעין.
בשרשראות פולינוקלאוטידים, יחידות נוקלאוטידים מקושרות באמצעות קבוצת פוספט. קבוצת הפוספט יוצרת שני קשרי אסטר: עם C-3' של הקודמת ו-C-5' של יחידות הנוקלאוטידים הבאות (איור 1). עמוד השדרה של השרשרת מורכב משאריות פנטוז ופוספט מתחלפות, והבסיסים ההטרוציקליים הם קבוצות "תלויות" המחוברות לשאריות הפנטוז.
נוקלאוטיד עם קבוצת 5'-OH חופשית נקרא 5'-טרמינלי, ונוקלאוטיד עם קבוצת 3'-OH חופשית נקרא 3'-טרמינלי.
אורז. אחד. עיקרון כללימבנים של שרשרת פולינוקלאוטידים
איור 2 מציג את המבנה של קטע שרירותי של שרשרת ה-DNA, הכולל ארבעה בסיסים גרעיניים. קל לדמיין כמה שילובים ניתן להשיג על ידי שינוי הרצף של ארבעה שיירי נוקלאוטידים.
העיקרון של בניית שרשרת של RNA זהה לזה של DNA, עם שני יוצאים מן הכלל: D-ribose משמש כשריד הפנטוז ב-RNA, ולא תימין, אבל אורציל משמש בקבוצת הבסיסים ההטרוציקליים.
המבנה הראשוני של חומצות גרעין נקבע על ידי רצף של יחידות נוקלאוטידים המקושרות בקשרים קוולנטיים לשרשרת פולינוקלאוטידים רציפה.
לנוחות כתיבת המבנה הראשוני, קיימות מספר דרכים לקיצורים.
האחד הוא להשתמש בשמות המקוצרים שניתנו קודם לנוקלאוזידים. לדוגמה, מוצג באיור. ניתן לכתוב 2 קטע של גדיל DNA כ-d(ApCpGpTp...) או d(A-C-G-T...). לעתים קרובות האות d נשמטת אם ברור שאנחנו מדברים על DNA.
7. מבנה האנזים.
מבנה ראשוני של קטע של שרשרת DNA
מאפיין חשוב של חומצות גרעין הוא הרכב הנוקלאוטידים, כלומר הסט והיחס הכמותי של רכיבי נוקלאוטידים. הרכב הנוקלאוטידים נקבע, ככלל, על ידי לימוד התוצרים של ביקוע הידרוליטי של חומצות גרעין.
DNA ו-RNA שונים בהתנהגותם בתנאים של הידרוליזה אלקלית וחומצית.
ה-DNA עמיד להידרוליזה סביבה אלקלית. RNAs עוברים הידרוליזה בקלות בתנאים מתונים בתווך אלקליני ל נוקלאוטידים, אשר, בתורם, מסוגלים לנתק שאריות חומצה זרחתית במדיום אלקליין ליצירת נוקלאוזידים. נוקלאוזידים בסביבה חומצית עוברים הידרוליזה לבסיסים הטרוציקליים ופחמימות.
מושג המבנה המשני של ה-DNA. השלמה של בסיסי גרעין. קשרי מימן בזוגות משלימים של בסיסי גרעין.
תחת המבנה המשני להבין את הארגון המרחבי של שרשרת הפולינוקלאוטידים.
על פי המודל של ווטסון-קריק, מולקולת ה-DNA מורכבת משתי שרשראות פולינוקלאוטידים, הממוקמות ביד ימין סביב ציר משותף ליצירת סליל כפול. בסיסים של פורין ופירימידין מכוונים בתוך הסליל. קשרי מימן נוצרים בין בסיס הפורין של שרשרת אחת לבסיס הפירימידין של השרשרת השנייה. בסיסים אלו יוצרים זוגות משלימים.
קשרי מימן נוצרים בין קבוצת האמינו של בסיס אחד לקבוצת הקרבוניל של אחר -NH…O=C-, וכן בין אטומי החנקן האמיד והאימין -NH…N.
לדוגמה, כפי שמוצג להלן, נוצרים שני קשרי מימן בין אדנין לתימין, והבסיסים הללו יוצרים זוג משלים, כלומר.
ה.אדנין בשרשרת אחת יתאים לטימין בשרשרת השנייה. זוג נוסף של בסיסים משלימים הוא גואנין וציטוזין, שביניהם נוצרים שלושה קשרי מימן.
קשרי מימן בין בסיסים משלימים הם אחד מסוגי האינטראקציות המייצבות את הסליל הכפול. שני גדילי ה-DNA היוצרים סליל כפול אינם זהים, אלא משלימים זה את זה.
המשמעות היא שהמבנה הראשוני, כלומר. רצף הנוקלאוטידים של גדיל אחד קובע את המבנה הראשוני של הגדיל השני (איור 3).
אורז. 3. השלמה של שרשראות פולינוקלאוטידים בסליל הכפול של ה-DNA
השלמה של שרשראות ורצף של קישורים מהווים את הבסיס הכימי פונקציה חיונית DNA - אחסון והעברה של מידע תורשתי.
בייצוב מולקולת ה-DNA, יחד עם קשרי מימן הפועלים על פני הסליל, תפקיד חשוב ממלא אינטראקציות בין-מולקולריות המכוונות לאורך הסליל בין בסיסים חנקניים קרובים מרחבית.
מכיוון שאינטראקציות אלו מכוונות לאורך ערימת הבסיסים החנקניים של מולקולת ה-DNA, הם נקראים אינטראקציות ערימה. לפיכך, האינטראקציות של בסיסים חנקניים זה עם זה מהדקים את הסליל הכפול של מולקולת ה-DNA הן לאורך והן לרוחב הציר שלה.
אינטראקציית ערימה חזקה תמיד מחזקת את קשרי המימן בין הבסיסים, ותורמת לדחיסת הסליל.
כתוצאה מכך, מולקולות מים מהתמיסה שמסביב נקשרות בעיקר לעמוד השדרה של פנטוז פוספט של ה-DNA, שהקבוצות הקוטביות שלו ממוקמות על פני הסליל. כאשר אינטראקציית הערימה נחלשת, מולקולות מים, החודרות לתוך הסליל, מקיימות אינטראקציה תחרותית עם קבוצות קוטביות של בסיסים, יוזמות ערעור יציבות ותורמות להתפוררות נוספת של הסליל הכפול. כל זה מעיד על הדינמיקה של המבנה המשני של ה-DNA בהשפעת מרכיבי הפתרון שמסביב.
4. מבנה משני של מולקולת ה-RNA
9. תרופות המבוססות על בסיסי גרעין שונה (פלואורואורציל, מרקפטופורין): מבנה ומנגנון פעולה.
כפי ש תרופותבאונקולוגיה משתמשים בנגזרות סינתטיות מסדרת הפירימידין והפורין, הדומות במבנהן למטבוליטים טבעיים (במקרה זה, לבסיסי גרעין), אך אינן זהות לחלוטין להם, כלומר.
הם אנטי-מטבוליטים. לדוגמה, 5-fluorouracil פועל כאנטגוניסט של uracil ו-thymine, 6-mercaptopurine - adenine.
בתחרות עם מטבוליטים, הם משבשים את הסינתזה של חומצות גרעין בגוף בשלבים שונים.
