Нуклеиновые кислоты выполняют функцию хранения и передачи наследственной информации, а их структурные компоненты (нуклеотиды) входят в состав коферментов (НАД
+
Гетероциклы, лежащие в основе структуры азотистых оснований:
К пуриновым азотистым основаниям относят аденин (6-аминопурин) и гуанин (2-амино-6-гидроксипурин).
К пиримидиновым азотистым основаниям относят урацил (2,4-дигидроксипиримидин), тимин (5-метилурацил; 2,4-дигидрокси-5-метилпиримидин), цитозин (4-амино-2-гидроксипиримидин).
Различают также минорные азотистые основания, которые представляют собой видоизмененные азотистые основания, отличающиеся по строению от аденина, гуанина, урацила и тимина; к ним относятся 5-оксиметилцитозин, дигидроурацил, псевдоурацил, 1-метилурацил, оротовая кислота, N
6
Основные термины раздела:
Азотистые основания общее название азотсодержащих гетероциклических органических соединений, входящих в состав нуклеозидов и нуклеотидов.
Нуклеозиды органические природные соединения, состоящие из пиримидинового или пуринового основания, связанного N-гликозидной связью с остатком 2-дезоксирибозы или D-рибозы.
Нуклеотиды природные или синтетические соединения, у которых гидроксильный остаток пентозы в составе нуклеозида этерифицирован одной или несколькими фосфатными группами
Нуклеиновые кислоты природные высокомолекулярные биополимеры, мономерами которых являются мононуклеотиды, связанные 3,5 -фосфодиэфирной связью; в зависимости от структуры нуклеотидов различают рибо- (РНК) и дезоксирибонуклеиновую (ДНК) кислоту; нуклеиновые кислоты участвуют в хранении, передаче и реализации генетической информации.
Ферменты
Ферменты (от лат. fermentum «закваска»), или энзиимы обычно сложные белковые соединения, РНК (рибозимы) или их комплексы, ускоряющие химические реакции в биологических системах. Ферменты являются биокатализаторами, т. е. ускоряют химические реакции в клетке.
Проферментами зимогенами называют неактивные предшественники ферментов, которые могут активироваться через избирательное расщепление белковой молекулы, реакции фосфорилирования или дефосфорилирования, диссоциации, а также агрегации протомеров и др.
Поскольку все ферменты являются белками, то обладают всеми физико-химическими свойствами белков. По структуре ферменты делятся на простые и сложные.
Простые ферменты состоят только из аминокислот например, пепсин, трипсин, лизоцим. Сложные ферменты (холоферменты) имеют в своем составе белковую часть, состоящую из аминокислот апофермент, и небелковую часть кофактор (коэнзим, кофермент).
С химической точки зрения, кофермент это низкомолекулярное органическое соединение, являющееся составной частью сложного белка, обладающего каталитической активностью; большинство коферментов являются производными водорастворимых витаминов, а также нуклеозидов, пептидов и др.
Рис. 3. Структура важнейших коферментов (НАД и ФАД)
Все ферменты, изученные к настоящему времени, включены в особый каталог (классификация ферментов КФ) и имеют свой классификационный номер, в котором первая цифра указывает на принадлежность к одному из 7 классов ферментов:
1) оксидоредуктазы
2) трансферазы
3) гидролазы
4) лиазы
5) изомеразы
6) лигазы (синтетазы)
7) транслоказы
Таблица 7. Взаимосвязь витаминов и коферментов
Принципиальная структура фермента включает:
а) активный центр фермента это уникальная комбинация аминокислотных остатков белковой молекулы, участвующих в присоединении и превращении субстрата, формируется на уровне третичной структуры. В активном центре выделяют субстратсвязывающий (якорный) участок и каталитический участок.
б) аллостерический центр участок фермента, расположенный вне активного центра и присоединяющий низкомолекулярный аллостерический эффектор.
Примерами аллостерических эффекторов являются низкомолекулярные лиганды, вызывающие изменение активности фермента вследствие их связывания в аллостерическом центре (НАД
+
Изучение ферментов (энзимов) выделено в отдельную науку энзимологию. Все ферменты имеют белковую природу, чем объясняются их свойства (термолабильность, зависимость активности от рН среды, высокоспецифичное действие по отношению к реагирущим веществам субстратам ферментативной реакции).
Рис. 4. Пример ферментативной реакции с участием оксидоредуктазы
Важнейшей характеристикой ферментативной реакции является константа Михаэлиса (К
M
max
Рис. 5. Графическое изображение ферментативной реакции в обратных координатах
На активность фермента могут повлиять различные факторы. Существуют разные типы ингибирования ферментов.
Таблица 8. Типы ингибирования ферментов
Конкурентное ингибирование подавление скорости ферментативной реакции веществами, структурно сходными с субстратом. В этом случае, ингибитор связывается с активным центром фермента и вытесняется из него при повышении количества вступающего в реакцию субстрата; ингибирование характеризуется увеличением константы Михаэлиса (К
M
max
Другой вариант неконкурентное ингибирование подавление скорости ферментативной реакции веществами, не имеющими структурного сходства с субстратом и связывающимися не с активным центром, а в аллостерическом центре. В данном случае, блокируется каталитическое превращение субстрата, поэтому снижается максимальная скорость реакции, а величина константы Михаэлиса (К
М
Активность ферментов выражается в каталах (количество фермента, которое превращает 1 моль субстрата за 1 с), а также в международных единицах (Е) (количество фермента, превращающего 1 мкмоль субстрата за 1 мин).
Помимо отдельных ферментов известны и мультиферментные комплексы: пируватдегидрогеназный комплекс (пируватдегидрогеназа, ПДК), превращающий пируват в ацетил-SКоА, α-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс (в цикле трикарбоновых кислот) превращающий α-кетоглутарат в сукцинил-SКоА, комплекс под названием "синтаза жирных кислот" (или пальмитатсинтаза), синтезирующий пальмитиновую кислоту.
Основные термины раздела:
Ферменты (энзимы) биологические катализаторы белковой природы с регулируемой активностью; молекула фермента может быть простым или сложным белком. В сложном белке (холофермент) присутствует небелковый компонент кофермент.
Энзимодиагностика диагностика заболеваний, основанная на определении изменения активности ферментов (изоферментов) в биологических жидкостях и тканях; например, для панкреатита характерно повышение в плазме крови активности альфа-амилазы, для инфаркта миокарда активности креатинкиназы, трансаминаз и др.
Энзимология раздел биохимии, изучающий строение, свойства и механизм действия ферментов.
Энзимопатия общее название патологических состояний, развивающихся вследствие отсутствия или изменения активности каких-либо ферментов. Наследственные энзимопатии связаны с генетически обусловленной недостаточностью одного или нескольких ферментов (фенилкетонурия, гистидинемия, гликогенозы, галактоземия, липидозы, мукополисахаридозы).
Энзимотерапия применение ферментов с лечебной целью. Например, при гнойно-некротических процессах, а также в качестве отхаркивающих средств используют протеолитические ферменты трипсин, химотрипсин. Для улучшения процессов пищеварения используют препараты, содержащие ферменты желудочно-кишечного тракта (пепсин). Фибринолитические ферменты (стрептокиназа) используются для растворения тромбов. Гиалуронидазу применяют при контрактурах, для рассасывания гематом и рубцов (после травм, ожогов, операций).