Koenzýmy v katalytických reakciách vykonávajú transport rôznych skupín atómov, elektrónov alebo protónov. Koenzýmy sa viažu na enzýmy:
Kovalentné väzby;
Iónové väzby;
Hydrofóbne interakcie atď.
Jeden koenzým môže byť koenzýmom pre niekoľko enzýmov. Mnohé koenzýmy sú polyfunkčné (napr. NAD, PF). Špecifickosť holoenzýmu závisí od apoenzýmu.
Všetky koenzýmy sú rozdelené do dvoch veľkých skupín: vitamínové a nevitamínové.
Koenzýmy vitamínovej povahy Deriváty vitamínov alebo chemické modifikácie vitamínov.
1 skupina: tiamín – deriváty vitamínu B1. Tie obsahujú:
tiamínmonofosfát (TMF);
tiamíndifosfát (TDF) alebo tiamínpyrofosfát (TPP) alebo kokarboxyláza;
Tiamíntrifosfát (TTP).
Najväčší biologický význam má TPP. Zahrnuté v dekarboxyláze ketokyselín: PVC, kyselina a-ketoglutarová. Tento enzým katalyzuje elimináciu CO2.
Kokarboxyláza sa zúčastňuje transketolázovej reakcie z pentózofosfátového cyklu.
2 skupina: flavínové koenzýmy, deriváty vitamínu B2. Tie obsahujú:
- flavín mononukleotid (FMN);
- flavín adenín dinukleotid (FAD).
Rebitol a izoaloxazín tvoria vitamín B2. Vitamín B2 a zvyšok kyseliny fosforečnej tvoria FMN. FMN sa kombinuje s AMP a vytvára FAD.
[ryža. izoaloxazínový kruh je napojený na rebitol, rebitol na kyselinu fosforečnú a kyselina fosforečná na AMP]
FAD a FMN sú koenzýmy dehydrogenáz. Tieto enzýmy katalyzujú elimináciu vodíka zo substrátu, t.j. podieľať sa na oxidačno-redukčných reakciách. Napríklad SDH - sukcinátdehydrogenáza - katalyzuje premenu jantárovej kyseliny na fumarovú. Je to enzým závislý od FAD. [ryža. COOH-CH2-CH2-COOH® (nad šípkou - LDH, nižšie - FAD a FADH 2) COOH-CH \u003d CH-COOH]. Flavínové enzýmy (flavín-dependentné DG) obsahujú FAD, ktorý je primárnym zdrojom protónov a elektrónov v nich. Počas chem. reakcií sa FAD premení na FADH2. Pracovnou časťou FAD je 2. kruh izoaloxazínu; v procese chem. reakciou je adícia dvoch atómov vodíka na dusíky a preskupenie dvojitých väzieb v kruhoch.
3. skupina: pantoténové koenzýmy, deriváty vitamínu B3- kyselina pantoténová. Sú súčasťou koenzýmu A, HS-CoA. Tento koenzým A je koenzýmom acyltransferáz, spolu s ktorými prenáša rôzne skupiny z jednej molekuly do druhej.
4. skupina: nikotínamid, deriváty vitamínu PP - nikotínamid:
Zástupcovia:
nikotínamid adenín dinukleotid (NAD);
Nikotínamid adenín dinukleotid fosfát (NADP).
Koenzýmy NAD a NADP sú koenzýmy dehydrogenáz (NADP-dependentné enzýmy), ako je malát DG, izocitrát DG, laktát DG. Zúčastňujú sa dehydrogenačných procesov a redoxných reakcií. V tomto prípade NAD pridá dva protóny a dva elektróny a vznikne NADH2.
Ryža. pracovná skupina NAD a NADP: obrázok vitamínu PP, na ktorý je naviazaný jeden atóm H a v dôsledku toho dochádza k preskupeniu dvojitých väzieb. Je nakreslená nová konfigurácia vitamínu PP + H +]
5. skupina: pyridoxín, deriváty vitamínu B6. [ryža. pyridoxal. Pyridoxal + kyselina fosforečná = pyridoxalfosfát]
- pyridoxín;
- pyridoxal;
- pyridoxamín.
Tieto formy sa v procese reakcií vzájomne premieňajú. Keď pyridoxal reaguje s kyselinou fosforečnou, získa sa pyridoxalfosfát (PP).
PF je koenzým aminotransferáz, uskutočňuje prenos aminoskupiny z AA na ketokyselinu - reakcia transaminácia. Tiež deriváty vitamínu B6 sú zahrnuté ako koenzýmy v zložení AA dekarboxyláz.
Koenzýmy nevitamínovej povahy- látky, ktoré vznikajú v procese látkovej premeny.
1) Nukleotidy– UTP, UDP, TTF atď. UDP-glukóza vstupuje do syntézy glykogénu. Kyselina UDP-hyalurónová sa používa na neutralizáciu rôznych látok v priečnych reakciách (glukouronyltransferáza).
2) Deriváty porfyrínu(hém): kataláza, peroxidáza, cytochrómy atď.
3) Peptidy. Glutatión je tripeptid (GLU-CIS-GLI), na ktorom sa podieľa o-in reakcie, je koenzým oxidoreduktáz (glutatiónperoxidáza, glutatiónreduktáza). 2GSH "(nad šípkou 2H) G-S-S-G. GSH je redukovaná forma glutatiónu, zatiaľ čo G-S-S-G je oxidovaná forma.
4) kovové ióny, napríklad Zn 2+ je súčasťou enzýmu AlDH (alkoholdehydrogenáza), Cu 2+ - amyláza, Mg 2+ - ATPáza (napríklad myozín ATPáza).
Môže sa zúčastniť:
Pripojenie substrátového komplexu enzýmu;
v katalýze;
Stabilizácia optimálnej konformácie aktívneho miesta enzýmu;
Stabilizácia kvartérnej štruktúry.
Zdroje
Dostatočné množstvo obsahujú mäsové výrobky, pečeň, obličky, mliečne výrobky, droždie. Vitamín produkujú aj črevné baktérie.
denná požiadavka
Štruktúra
Riboflavín obsahuje flavín- izoaloxazínový kruh so substituentmi (dusíkatá zásada) a alkohol ribitol.
Štruktúra vitamínu B2
Koenzymatické formy vitamínu navyše obsahujú buď len kyselinu fosforečnú - flavín mononukleotid(FMN), alebo kyselina fosforečná, navyše spojená s AMP - flavín adenín dinukleotid.
Štruktúra oxidovaných foriem FAD a FMN
Metabolizmus
V čreve sa riboflavín uvoľňuje z FMN a FAD z potravy a difunduje do krvi. FMN a FAD sa znovu tvoria v črevnej sliznici a iných tkanivách.
Biochemické funkcie
Koenzým oxidoreduktáza - zabezpečuje transport 2 atómov vodík v redoxných reakciách.
Mechanizmus účasti flavínového koenzýmu v biochemickej reakcii
1. Energetický metabolizmus dehydrogenázy- pyruvátdehydrogenáza (oxidácia kyseliny pyrohroznovej), α-ketoglutarátdehydrogenáza a sukcinátdehydrogenáza (cyklus trikarboxylových kyselín), acyl-SCoA dehydrogenáza (oxidácia mastných kyselín), mitochondriálna α-glycerolfosfátdehydrogenáza (systém kyvadlovej dopravy).
Príklad dehydrogenázovej reakcie zahŕňajúcej FAD
2. oxidázy, oxidujúce substráty za účasti molekulárneho kyslíka. Napríklad priama oxidačná deaminácia aminokyselín alebo neutralizácia biogénnych amínov (histamín, GABA).
Príklad oxidázovej reakcie zahŕňajúcej FAD
(neutralizácia biogénnych amínov)
Hypovitaminóza B2
Príčina
Výživové nedostatky, skladovanie potravín na svetle, fototerapia, alkoholizmus a gastrointestinálne poruchy.
Klinický obraz
V prvom rade trpia vysoko aeróbne tkanivá – epitel kože a slizníc. Zobrazuje sa ako suchosťústna dutina, pery a rohovka; cheilóza, t.j. praskliny v kútikoch úst a na perách ("zaseknutie"), glositída(purpurový jazyk), olupovanie kože v oblasti nasolabiálneho trojuholníka, miešku, uší a krku, zápal spojiviek a blefaritída.
Suchosť spojovky a jej zápal vedie ku kompenzačnému zvýšeniu prietoku krvi v tejto oblasti a zlepšeniu jej zásobovania kyslíkom, čo sa prejaví vaskularizáciou rohovky.
Antivitamíny B2
1. Akrikhin(atebrín) – inhibuje funkciu riboflavínu u prvokov. Používa sa pri liečbe malárie, kožná leishmanióza, trichomoniáza, helmintiázy (giardiáza, teniidóza).
2. Megafen- inhibuje tvorbu FAD v nervovom tkanive, používa sa ako sedatívum.
3. Toxoflavín je kompetitívny inhibítor flavíndehydrogenáz.
Liekové formy
Voľný riboflavín, FMN a FAD (koenzýmové formy).
Transport vysokoenergetických elektrónov a protónov z oxidovaného substrátu ku kyslíku sa uskutočňuje systémom pozostávajúcim z redoxných enzýmov lokalizovaných na vnútornej membráne mitochondrií. Tento systém zahŕňa:
Pyridíndehydrogenázy, v ktorých NAD (nikotínamid adenín dinukleotid) alebo NADP (nikotínamid adenín dinukleotid fosfát) pôsobia ako koenzýmy;
Flavíndehydrogenázy (flavínové enzýmy), ktorých úlohu neproteínovej časti plní FAD (flavínadeníndinukleotid) alebo FMN (flavínmononukleotid);
ubichinón (koenzým Q);
Cytochrómy.
Pyridíndehydrogenázy. Štruktúra NAD a NADP je znázornená na obr. štyri.
Nikotínamid adenín - Nikotínamid adenín -
dinukleotid (NAD) nukleotid fosfát (NADP)
Ryža. 4. Štruktúra NAD a NADP
NAD a NADP sú dinukleotidy, ktorých nukleotidy sú spojené pyrofosfátovou väzbou (cez dva vzájomne prepojené zvyšky kyseliny fosforečnej). Jeden nukleotid obsahuje amid kyselina nikotínová(vitamín PP), ďalší nukleotid predstavuje kyselina adenylová. Molekula NADP má ďalší zvyšok kyseliny fosforečnej pripojený k druhému atómu uhlíka ribózy viazanej na kyselinu adenylovú.
NAD a NADP sú koenzýmy veľkého počtu dehydrogenáz špecifických pre rôzne oxidačné substráty. Spojenie medzi nimi a proteínovou časťou je krehké, spájajú sa až priamo v momente reakcie.
Niektoré pyridíndehydrogenázy sú lokalizované v mitochondriálnej matrici. NAD-dependentné dehydrogenázy prenášajú elektróny a protóny do dýchacieho reťazca, NADP-dependentné dehydrogenázy slúžia ako zdroj redukčných ekvivalentov pre biosyntetické reakcie
Aktívnou súčasťou NAD a NADP je vitamín PP. Pri interakcii s redukovaným substrátom pyridínový kruh vitamínu PP viaže dva elektróny a protón, pričom druhý protón zostáva v médiu (obr. 5).
Ryža. 5. Oxidácia substrátu pyridíndehydrogenázami
flavínové enzýmy. Na rozdiel od NAD a NADP sú protetické skupiny flavínových enzýmov (FAD a FMN) silne spojené s proteínovou časťou. Obe protetické skupiny obsahujú metabolicky aktívna forma riboflavín (vitamín B 2), ku ktorému sa v procese ich obnovy pridávajú atómy vodíka (obr. 6).
Ryža. 6. Oxidácia substrátov aktívnou časťou (vitamín B 2) prostetickej skupiny flavínových enzýmov
FMN-dependentná dehydrogenáza pôsobí ako prechodný elektrónový a protónový nosič medzi NAD a ubichinónom; je priamym účastníkom dýchacieho reťazca.
Ubichinón (koenzým Q). Ubichinón je benzochinónový derivát s dlhým bočným reťazcom. Jeho štruktúra je znázornená na obr.7. 
Ryža. 7. Štruktúra koenzýmu Q (ubichinón)
Koenzým Q hrá úlohu medzinosiča elektrónov a protónov v dýchacom reťazci, priamo oxiduje flavínové enzýmy. Miestom pripojenia protónov a elektrónov sú atómy kyslíka v benzochinónovom kruhu (obr. 8):
Ryža. 8. Mechanizmus prenosu protónov molekulou koenzýmu Q (ubiquin).
Cytochrómy. Cytochrómy patria do triedy chromoproteínov. Obsahujú hém s obsahom železa, ktorý má podobnú štruktúru ako hém hemoglobínu. Rôzne cytochrómy sa líšia štruktúrou bočných reťazcov v štruktúre hemu, štruktúrou proteínových zložiek a spôsobom pripojenia hemu k proteínovej zložke. Funkcia cytochrómov je spojená s prenosom elektrónov z ubichinónu na kyslík. Sú lokalizované v dýchacom reťazci v určitom poradí:
Citácia b → citácia c 1 → citácia c → citácia aa 3
Cytochrómy b, c 1 a c plnia funkciu intermediárnych nosičov elektrónov a komplex cytochrómov a a a 3, nazývaný cytochrómoxidáza, je terminálnym respiračným enzýmom, ktorý priamo interaguje s kyslíkom. Tento komplex pozostáva zo šiestich podjednotiek, z ktorých každá obsahuje hemovú skupinu a atóm medi. Dve zo šiestich podjednotiek tvoria cytochróm a a ďalšie štyri tvoria cytochróm a3.
Prenos elektrónov cytochrómami priamo súvisí s prítomnosťou iónov železa v ich zložení. Oxidovaná forma cytochrómov obsahuje Fe 3+. Prijatím elektrónov z ubichinónu alebo iného cytochrómu prechádza Fe 3+ do redukovaného stavu (Fe 2+) a prenosom elektrónov do iného cytochrómu alebo kyslíka prechádza Fe 2+ opäť do oxidovaného stavu (F 3+).
Kyslík, ktorý prijíma elektróny z cytochrómoxidázy, prechádza do aktívneho (ionizovaného) stavu a potom prijíma dva protóny z životné prostredie. Výsledkom je molekula vody.
Schematicky možno znázorniť systém prenosu elektrónov a protónov pozdĺž dýchacieho reťazca nasledujúcim spôsobom(Obr. 9):
Ryža. 9. Postupnosť usporiadania nosičov elektrónov a protónov v dýchacom reťazci
Enzým Proteínová časť (apoenzým) Nebielkovinová časť (kofaktor) anorganické iónové koenzýmy prostetické skupiny apoenzým + kofaktor = holoenzým
Úlohu kofaktorov môžu zohrávať rôzne látky – od jednoduchých anorganických iónov až po zložité organické molekuly; v niektorých prípadoch zostávajú na konci reakcie nezmenené, v iných sa regenerujú v dôsledku jedného alebo druhého následného procesu.
Ak je kofaktor prezentovaný ako organická molekula (niektoré z týchto molekúl sú blízke vitamínom), potom môžu byť tieto molekuly silne spojené s enzýmom (v tomto prípade sa nazýva protetická skupina) alebo s ním slabo spojené (v takom prípade nazýva sa to koenzým).
Anorganické ióny (aktivátory enzýmov)
Ióny nútia molekuly enzýmu alebo substrátu do tvaru, ktorý podporuje tvorbu E-S komplexu. To zvyšuje šance, že enzým a substrát budú skutočne navzájom reagovať, a následne sa tiež zvýši rýchlosť reakcie katalyzovanej týmto enzýmom.
Príklad. Aktivita slinnej amylázy sa zvyšuje v prítomnosti chloridových iónov.
Protetické skupiny (fad, fmn, biotín, heme)
Táto organická molekula je v pozícii, kedy môže účinne prispievať ku katalytickej funkcii svojho enzýmu.
Príklad 1 Flavínadeníndinukleotid (FAD) obsahuje riboflavín (vitamín B 2 ), ktorý je súčasťou jeho molekuly akceptorom vodíka. Funkcia FAD je spojená s oxidačnými dráhami bunky, najmä s procesom dýchania, v ktorom FAD hrá úlohu jedného z nosičov v dýchacom reťazci:
Konečný výsledok: 2H sa prenesú do A a B. Holoenzým pôsobí ako spojenie medzi A a B.
Ryža. 8 Vitamín ako súčasť prostetickej skupiny (zobrazená je štruktúra FAD - flavinadeníndinukleotid).
Príklad 2 Heme je protetická skupina obsahujúca železo. Jeho molekula má tvar plochého kruhu, v strede ktorého je atóm železa (porfyrínový kruh, rovnaký ako chlorofyl). Hem plní v tele množstvo biologicky dôležitých funkcií. Prenos elektrónov. Ako protetická skupina cytochrómov pôsobí hem ako nosič elektrónov. Pripájaním elektrónov sa železo redukuje na Fe(II) a ich darovaním sa oxiduje na Fe(III). Hém sa preto zúčastňuje redoxných reakcií v dôsledku reverzibilných zmien vo valencii železa. Prenos kyslíka. Hemoglobín a myoglobín sú dva proteíny obsahujúce hém, ktoré prenášajú kyslík. Železo je v nich v redukovanej forme. katalytická funkcia. Hem je zložkou kataláz a peroxidáz, ktoré katalyzujú rozklad peroxidu vodíka a vody.
Koenzýmy (nad, nadp, koenzým a, atp)
Príklad. Nikotínamid adenín dinukleotid (NAD), derivát kyseliny nikotínovej, môže existovať v oxidačnej aj redukčnej forme. V oxidačnej forme hrá NAD úlohu akceptora vodíka počas katalýzy:
Tu E1 a E2 sú dve rôzne dehydrogenázy. Konečný výsledok: 2H sa prenesie z A do B. Tu pôsobí koenzým ako spojenie medzi dvoma rôznymi enzýmovými systémami E1 a E2.
Ryža. 9 Vitamín ako zložka koenzýmu (zobrazené sú štruktúry NAD, NADP a ATP).
Biochemické funkcie
Transport hydridových iónov H– (atóm vodíka a elektrón) v redoxných reakciách
Vďaka prenosu hydridového iónu vitamín zabezpečuje nasledujúce úlohy:
1. Metabolizmus bielkovín, tukov a sacharidov. Pretože NAD a NADP slúžia ako koenzýmy pre väčšinu dehydrogenáz, zúčastňujú sa reakcií
- pri syntéze a oxidácii mastných kyselín,
- pri syntéze cholesterolu
- metabolizmus kyseliny glutámovej a iných aminokyselín,
- metabolizmus uhľohydrátov: pentózofosfátová dráha, glykolýza,
- oxidatívna dekarboxylácia kyseliny pyrohroznovej,
- cyklus trikarboxylovej kyseliny.
2. NADH vykonáva regulačné pretože je inhibítorom niektorých oxidačných reakcií, napríklad v cykle trikarboxylových kyselín.
3. Ochrana dedičných informácií– NAD je substrátom poly-ADP-ribozylácie v procese zosieťovania chromozómových zlomov a opravy DNA, čo spomaľuje nekrobiózu a apoptózu buniek.
4. Ochrana pred voľnými radikálmi– NADPH je nevyhnutnou súčasťou antioxidačného systému bunky.
5. NADPH sa podieľa na reakciách resyntézy kyseliny tetrahydrolistovej z kyseliny dihydrolistovej, napríklad po syntéze tymidylmonofosfátu.
Hypovitaminóza
Príčina
Nutričný nedostatok niacínu a tryptofánu. Hartnupov syndróm.
Klinický obraz
Prejavuje sa chorobou pellagra (tal. pelle agra – drsná koža). Zobrazuje sa ako syndróm troch D:
- demenciou(nervové a duševné poruchy, demencia),
- dermatitída(fotodermatitída),
- hnačka(slabosť, poruchy trávenia, strata chuti do jedla).
Ak sa nelieči, choroba je smrteľná. U detí s hypovitaminózou sa pozoruje spomalenie rastu, strata hmotnosti a anémia.
Antivitamíny
Ftivazid, Tubazid, Niazid sú lieky používané na liečbu tuberkulózy.
Liekové formy
Nikotínamid a kyselina nikotínová.
Vitamín B5 (kyselina pantoténová)
Zdroje
Akékoľvek potraviny, najmä strukoviny, kvasnice, živočíšne produkty.
denná požiadavka
Štruktúra
Vitamín existuje len vo forme kyseliny pantoténovej, obsahuje β-alanín a kyselinu pantoovú (2,4-dihydroxy-3,3-dimetylmaslovú).
> 
Štruktúra kyseliny pantoténovej
Jeho koenzýmové formy sú koenzým A(koenzým A, HS-CoA) a 4-fosfopanteteín.
Štruktúra koenzýmovej formy vitamínu B5 - koenzýmu A
Biochemické funkcie
Koenzýmová forma vitamínu koenzým A nie je silne spojená so žiadnym enzýmom, pohybuje sa medzi rôznymi enzýmami, poskytujúc prenos acylu(vrátane acetylu) skupiny:
- v reakciách energetickej oxidácie glukózových a aminokyselinových radikálov, napríklad pri práci enzýmov pyruvátdehydrogenázy, α-ketoglutarátdehydrogenázy v cykle trikarboxylových kyselín),
- ako nosič acylových skupín pri oxidácii mastných kyselín a pri reakciách syntézy mastných kyselín
- v reakciách syntézy acetylcholínu a glykozaminoglykánov, tvorba kyseliny hippurovej a žlčových kyselín.
Hypovitaminóza
Príčina
Nedostatok výživy.
Klinický obraz
Zobrazí sa vo formulári pediolalgia(erytromelalgia) - poškodenie malých tepien distálnych častí dolných končatín, príznakom je pálenie v nohách. V experimente šedivenie vlasov, lézie kože a gastrointestinálneho traktu, dysfunkcie nervový systém, dystrofia nadobličiek, steatóza pečene, apatia, depresia, svalová slabosť, kŕče.
Ale keďže sa vitamín nachádza vo všetkých potravinách, hypovitaminóza je veľmi zriedkavá.
Liekové formy
Pantotenát vápenatý, koenzým A.
Vitamín B6 (pyridoxín, antidermatitída)
Zdroje
Vitamín je bohatý na obilniny, strukoviny, kvasnice, pečeň, obličky, mäso a je syntetizovaný aj črevnými baktériami.
denná požiadavka
Štruktúra
Vitamín existuje vo forme pyridoxínu. Jeho koenzýmové formy sú pyridoxalfosfát a pyridoxamínfosfát.
Súvisiace informácie:
Vyhľadávanie na stránke:
Štruktúrny vzorec látok
Čo je štruktúrny vzorec
Má dve odrody: rovinnú (2D) a priestorovú (3D) (obr. 1).
Štruktúra oxidovaných foriem NAD a NADP
Intramolekulárne väzby v znázornení štruktúrneho vzorca sa zvyčajne označujú pomlčkami (ťahmi).
Ryža. 1. Štrukturálny vzorec etylalkohol: a) rovinný; b) priestorové.
Rovinné štruktúrne vzorce môžu byť reprezentované rôznymi spôsobmi.
Rozlišuje sa krátky grafický vzorec, v ktorom nie sú uvedené väzby atómov s vodíkom:
CH3-CH2-OH(etanol);
kostrový grafický vzorec, ktorý sa najčastejšie používa pri znázorňovaní štruktúry organických zlúčenín, nielenže neoznačuje väzby uhlíka s vodíkom, ale neoznačuje ani väzby spájajúce atómy uhlíka medzi sebou a inými atómami:
pre organické zlúčeniny aromatického radu sa používajú špeciálne štruktúrne vzorce, ktoré zobrazujú benzénový kruh vo forme šesťuholníka:
Príklady riešenia problémov
Kyselina adenozíntrifosforečná (ATP) - univerzálny zdroj a hlavný akumulátor energie v živých bunkách. ATP sa nachádza vo všetkých rastlinných a živočíšnych bunkách. Množstvo ATP je v priemere 0,04% (surovej hmoty bunky), najväčší počet ATP (0,2-0,5%) sa nachádza v kostrových svaloch.
V bunke sa molekula ATP spotrebuje do jednej minúty po jej vytvorení. U ľudí sa každých 24 hodín vytvorí a zničí množstvo ATP rovnajúce sa telesnej hmotnosti..
ATP je mononukleotid pozostávajúci z dusíkatej bázy (adenínu), ribózy a troch zvyškov kyseliny fosforečnej. Keďže ATP neobsahuje jeden, ale tri zvyšky kyseliny fosforečnej, patrí medzi ribonukleozidtrifosfát.
Pre väčšinu typov práce vyskytujúcej sa v bunkách sa využíva energia hydrolýzy ATP.
Súčasne, keď sa odštiepi koncový zvyšok kyseliny fosforečnej, ATP prechádza na ADP (kyselina adenozíndifosforečná), keď sa odštiepi druhý zvyšok kyseliny fosforečnej, na AMP (kyselina adenozínmonofosforečná).
Výťažok voľnej energie z eliminácie koncových aj druhých zvyškov kyseliny fosforečnej je asi 30,6 kJ/mol. Odštiepenie tretej fosfátovej skupiny je sprevádzané uvoľnením len 13,8 kJ/mol.
Väzby medzi koncovým a druhým, druhým a prvým zvyškom kyseliny fosforečnej sa nazývajú makroergické(vysokoenergetický).
Zásoby ATP sa neustále dopĺňajú.
biologické funkcie.
V bunkách všetkých organizmov dochádza k syntéze ATP fosforylácia, t.j. pridanie kyseliny fosforečnej do ADP. Fosforylácia prebieha s rôznou intenzitou pri dýchaní (mitochondrie), glykolýze (cytoplazma), fotosyntéze (chloroplasty).
ATP je hlavným spojivom medzi procesmi sprevádzanými uvoľňovaním a akumuláciou energie a procesmi, ktoré si energiu vyžadujú.
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 zohrávajú dôležitú úlohu v metabolických reakciách dinukleotidy (NAD+, NADP+, FAD), ktoré patria do skupiny koenzýmov (organické molekuly, ktoré zostávajú v kontakte 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 - NADH a NADPH – univerzálnych darcov redukčné ekvivalenty (dva elektróny a jeden protón).
Atóm dusíka, ktorý je súčasťou zvyšku amidu kyseliny nikotínovej, je štvormocný a nesie kladný náboj ( NAD+). Táto dusíkatá báza ľahko prijíma dva elektróny a jeden protón (t.j.
sa obnoví) v tých reakciách, pri ktorých sa za účasti enzýmov dehydrogenázy od substrátu oddelia dva atómy vodíka (druhý protón prechádza do roztoku):
Substrát-H2 + NAD+ Substrát + NADH + H+
V reverzných reakciách enzýmy, oxidačné NADH alebo NADPH, obnovujú substráty pripojením atómov vodíka k nim (druhý protón pochádza z roztoku).
FAD - flavín adenín dinukleotid- derivát vitamínu B2 (riboflavín) je tiež kofaktorom dehydrogenáz, ale FAD pripája dva protóny a dva elektróny a obnovuje sa FADH2.
⇐ Predchádzajúci1234567
Nukleozidové cyklofosfáty (cAMP a cGMP) ako sekundárne mediátory v regulácii bunkového metabolizmu.
Nukleozidové cyklofosfáty sú nukleotidy, v ktorých jedna molekula kyseliny fosforečnej súčasne esterifikuje dve hydroxylové skupiny sacharidového zvyšku.
Takmer všetky bunky obsahujú dva nukleozidové cyklofosfáty, adenozín-3',5'-cyklofosfát (cAMP) a guanozín-3',5'-cyklofosfát (cGMP). Oni sú sekundárnych sprostredkovateľov(poslíčkovia) pri prenose hormonálneho signálu do bunky.
6. Štruktúra dinukleotidov: FAD, NAD+, jeho fosfát NADP+.
Ich účasť na redoxných reakciách.
Najvýznamnejšími predstaviteľmi tejto skupiny zlúčenín sú nikotínamid adenín dinukleotid (NAD, alebo NAD v ruskej literatúre) a jeho fosfát (NADP, alebo NADP). Tieto zlúčeniny hrajú dôležitú úlohu ako koenzýmy v mnohých redoxných reakciách.
V súlade s tým môžu existovať v oxidovanej (NAD+, NADP+) aj redukovanej (NADH, NADPH) forme.
Štrukturálny fragment NAD+ a NADP+ je nikotínamidový zvyšok vo forme pyridínového katiónu. V zložení NADH a NADPH sa tento fragment premení na 1,4-dihydropyridínový zvyšok.
Pri biologickej dehydrogenácii substrát stráca dva atómy vodíka, t.j.
dva protóny a dva elektróny (2H+, 2e) alebo protónový a hydridový ión (H+ a H-). Koenzým NAD+ sa zvyčajne považuje za akceptor hydridového iónu H- (hoci nie je definitívne stanovené, či k prenosu atómu vodíka na tento koenzým dochádza súčasne s prenosom elektrónu alebo tieto procesy prebiehajú oddelene).
V dôsledku redukcie pridaním hydridového iónu k NAD+ sa pyridíniový kruh premení na 1,4-dihydropyridínový fragment.
Tento proces je reverzibilný.
Pri oxidačnej reakcii sa aromatický pyridínový kruh premení na nearomatický 1,4-dihydropyridínový kruh. V dôsledku straty aromaticity sa zvyšuje energia NADH v porovnaní s NAD+. Týmto spôsobom NADH ukladá energiu, ktorá sa potom spotrebuje v iných biochemických procesoch, ktoré si vyžadujú náklady na energiu.
Typickými príkladmi biochemických reakcií zahŕňajúcich NAD+ sú oxidácia alkoholových skupín na aldehydové skupiny (napríklad premena etanolu na etanal) a za účasti NADH redukcia karbonylových skupín na alkoholové skupiny (premena kyseliny pyrohroznovej na kyselina mliečna).
Oxidačná reakcia etanolu za účasti koenzýmu NAD +:
Pri oxidácii substrát stráca dva atómy vodíka, t.j.
dva protóny a dva elektróny. Koenzým NAD +, ktorý dostal dva elektróny a protón, sa redukuje na NADH, pričom je narušená aromaticita. Táto reakcia je reverzibilná.
Keď oxidovaná forma koenzýmu prechádza do redukovanej formy, dochádza k akumulácii energie uvoľnenej pri oxidácii substrátu. Energia nahromadená redukovanou formou sa potom míňa v iných endergonických procesoch zahŕňajúcich tieto koenzýmy.
FAD - flavín adenín dinukleotid- koenzým, ktorý sa zúčastňuje mnohých redoxných biochemických procesov.
FAD existuje v dvoch formách - oxidovaná a redukovaná, jeho biochemickou funkciou je spravidla prechod medzi týmito formami.
FAD možno redukovať na FADH2 prijatím dvoch atómov vodíka. 
Molekula FADH2 je nosičom energie a redukovaný koenzým môže byť použitý ako substrát v reakcii oxidatívnej fosforylácie v mitochondriách.
Molekula FADH2 sa oxiduje na FAD, pričom sa uvoľňuje energia ekvivalentná (uložená vo forme) dvom mólom ATP.
Hlavným zdrojom redukovaného FAD v eukaryotoch je Krebsov cyklus a β-oxidácia lipidov. V Krebsovom cykle je FAD prostetická skupina enzýmu sukcinátdehydrogenázy, ktorá oxiduje sukcinát na fumarát; pri oxidácii β-lipidov je FAD koenzýmom acyl-CoA dehydrogenázy.
FAD sa tvorí z riboflavínu, mnohé oxidoreduktázy nazývané flavoproteíny používajú FAD ako prostetickú skupinu v reakciách prenosu elektrónov, aby plnili svoju úlohu.
Primárna štruktúra nukleových kyselín: nukleotidové zloženie RNA a DNA, fosfodiesterová väzba. Hydrolýza nukleových kyselín.
V polynukleotidových reťazcoch sú nukleotidové jednotky spojené cez fosfátovú skupinu. Fosfátová skupina tvorí dve esterové väzby: s C-3' predchádzajúcej a C-5' nasledujúcich nukleotidových jednotiek (obr. 1). Kostra reťazca pozostáva zo striedajúcich sa pentózových a fosfátových zvyškov a heterocyklické bázy sú "pendantné" skupiny pripojené k pentózovým zvyškom.
Nukleotid s voľnou 5'-OH skupinou sa nazýva 5'-koncový a nukleotid s voľnou 3'-OH skupinou sa nazýva 3'-koncový.
Ryža. jeden. Všeobecný princípštruktúry polynukleotidového reťazca
Obrázok 2 ukazuje štruktúru ľubovoľného úseku reťazca DNA, ktorý obsahuje štyri nukleové bázy. Je ľahké si predstaviť, koľko kombinácií možno získať zmenou sekvencie štyroch nukleotidových zvyškov.
Princíp budovania reťazca RNA je rovnaký ako pri DNA, s dvoma výnimkami: D-ribóza slúži ako pentózový zvyšok v RNA a nie tymín, ale uracil sa používa v súbore heterocyklických báz.
Primárna štruktúra nukleových kyselín je určená sekvenciou nukleotidových jednotiek spojených kovalentnými väzbami do súvislého polynukleotidového reťazca.
Pre pohodlie pri písaní primárnej štruktúry existuje niekoľko spôsobov skratiek.
Jedným z nich je použitie predtým uvedených skrátených názvov pre nukleozidy. Napríklad znázornené na obr. 2-vláknový fragment DNA možno zapísať ako d(ApCpGpTp…) alebo d(A-C-G-T…). Často sa písmeno d vynecháva, ak je zrejmé, že hovoríme o DNA.
7. Štruktúra enzýmu.
Primárna štruktúra segmentu reťazca DNA
Dôležitou charakteristikou nukleových kyselín je zloženie nukleotidov, t.j. súbor a kvantitatívny pomer zložiek nukleotidov. Nukleotidové zloženie sa spravidla stanovuje štúdiom produktov hydrolytického štiepenia nukleových kyselín.
DNA a RNA sa líšia svojim správaním v podmienkach alkalickej a kyslej hydrolýzy.
DNA je odolná voči hydrolýze alkalické prostredie. RNA sa ľahko hydrolyzujú za miernych podmienok v alkalickom médiu na nukleotidy, ktoré sú zase schopné odštiepiť zvyšok kyseliny fosforečnej v alkalickom médiu za vzniku nukleozidov. Nukleozidy sa v kyslom prostredí hydrolyzujú na heterocyklické zásady a sacharidy.
Pojem sekundárnej štruktúry DNA. Komplementarita nukleových báz. Vodíkové väzby v komplementárnych pároch nukleových báz.
Pod sekundárnou štruktúrou rozumieme priestorovú organizáciu polynukleotidového reťazca.
Podľa Watson-Crickovho modelu sa molekula DNA skladá z dvoch polynukleotidových reťazcov, ktoré sú pravotočivé okolo spoločnej osi a tvoria dvojitú špirálu. Purínové a pyrimidínové bázy sú nasmerované do špirály. Vodíkové väzby sa tvoria medzi purínovou bázou jedného reťazca a pyrimidínovou bázou druhého reťazca. Tieto bázy tvoria komplementárne páry.
Vodíkové väzby sa tvoria medzi aminoskupinou jednej bázy a karbonylovou skupinou inej -NH...O=C-, ako aj medzi amidovými a imínovými atómami dusíka -NH...N.
Napríklad, ako je uvedené nižšie, medzi adenínom a tymínom sa tvoria dve vodíkové väzby a tieto bázy tvoria komplementárny pár, t.j.
adenín v jednom reťazci bude zodpovedať tymínu v druhom reťazci. Ďalším párom komplementárnych báz je guanín a cytozín, medzi ktorými sa vyskytujú tri vodíkové väzby.
Vodíkové väzby medzi komplementárnymi bázami sú jedným z typov interakcií, ktoré stabilizujú dvojitú špirálu. Dve vlákna DNA, ktoré tvoria dvojitú špirálu, nie sú identické, ale navzájom sa dopĺňajú.
To znamená, že primárna štruktúra, t.j. nukleotidová sekvencia jedného vlákna určuje primárnu štruktúru druhého vlákna (obr. 3).
Ryža. 3. Komplementarita polynukleotidových reťazcov v dvojzávitnici DNA
Chemický základ tvorí komplementárnosť reťazcov a postupnosť väzieb podstatnú funkciu DNA – uchovávanie a prenos dedičných informácií.
Pri stabilizácii molekuly DNA spolu s vodíkovými väzbami pôsobiacimi cez špirálu zohrávajú dôležitú úlohu medzimolekulové interakcie smerované pozdĺž špirály medzi susednými priestorovo blízkymi dusíkatými bázami.
Keďže tieto interakcie sú nasmerované pozdĺž hromady dusíkatých báz molekuly DNA, nazývajú sa vrstvové interakcie. Vzájomné interakcie dusíkatých báz teda upevňujú dvojitú špirálu molekuly DNA pozdĺž aj naprieč jej osi.
Silná stohovacia interakcia vždy posilňuje vodíkové väzby medzi základňami, čo prispieva k zhutneniu špirály.
V dôsledku toho sa molekuly vody z okolitého roztoku viažu najmä na pentózofosfátový hlavný reťazec DNA, ktorého polárne skupiny sa nachádzajú na povrchu špirály. Keď je interakcia stohovania oslabená, molekuly vody, prenikajúce do špirály, interagujú konkurenčne s polárnymi skupinami báz, iniciujú destabilizáciu a prispievajú k ďalšiemu rozpadu dvojitej špirály. To všetko svedčí o dynamike sekundárnej štruktúry DNA pod vplyvom zložiek okolitého roztoku.
4. Sekundárna štruktúra molekuly RNA
9. Lieky na báze modifikovaných nukleových báz (fluorouracil, merkaptopurín): štruktúra a mechanizmus účinku.
Ako lieky v onkológii sa používajú syntetické deriváty pyrimidínového a purínového radu, ktoré sú štruktúrou podobné prírodným metabolitom (v tomto prípade nukleovým bázam), ale nie sú s nimi úplne totožné, t.j.
sú antimetabolity. Napríklad 5-fluóruracil pôsobí ako antagonista uracilu a tymínu, 6-merkaptopurín - adenín.
Konkurujú metabolitom a narúšajú syntézu nukleových kyselín v tele v rôznych štádiách.
