Ферменты, как и белки, делятся на 2 группы: простые исложные . Простые целиком и полностью состоят из аминокислот и при гидролизе образуют исключительно аминокислоты.Их пространственная организация ограничена третичной структурой. Это в основом ферменты ЖКТ: пепсин, трипсин, лизацим, фосфатаза. Сложные ферменты кроме белковой части содержат и небелковые компоненты.Эти небелковые компоненты отличаются по прочности связывания с белковой частью (аллоферментом). Если константа диссоциации сложного фермента настолько мала, что в растворе все полипептидные цепи оказываются связанными со своими небелковыми компонентами и не разделяются при выделении и очистке, то небелковый компонент называется простетической группой и рассматривается как интегральная часть молекулы фермента.
Под коферментом понимают дополнительную группу, легко отделяющуюся от аллофермента при диссоциации. Между аллоферментом и простейшей группой существует ковалентная связь, довольно сложная. Между аллофермнтом и коферментом существует нековалентная связь (водородные или электростатические взаимодействия). Типичными представителями коферментов являются:
В 1 - тиамин; пирофосфат (он содержит В)
В 2 - рибофлавин; ФАД, ФНК
РР - НАД, НАДФ
Н – биотин; биозитин
В 6 - пиридоксин; пиридоксальфосфат
Пантотеновая кислота: коэнзим А
Многие двухвалентные металлы (Cu,Fe,Mn,Mg) тоже выполняют роль кофакторов, хотя и не относятся ни к коферментам, ни к простетическим группам. Металлы входят в состав активного центра или стабилизируют оптимальный вариант сруктуры активного центра.
МЕТАЛЛЫ ФЕРМЕНТЫ
Fe,Feгемоглобин, каталаза, пероксидаза
Cu,Cuцитохромоксидаза
ZnДНК – полимераза, дегидрогеназа
Mgгексокиназа
Mnаргиназа
Seглутатионредуктаза
Кофакторную функцию могут выполнять также АТФ, молочная кислота, т – РНК. Следует отметить одну отличительную особенность двухкомпонентных ферментов, заключающуюся в том, что ни кофактор (кофермент или простетическая группа), ни аллофермент в отдельности каталитической активности не проявляют, и только их объединение в единое целое, протекающее в соответствии с программой их трёхмерной организации, обеспечивает быстрое протекание химических реакций.
Строение НАД и НАДФ.
НАД и НАДФ являются коферментами пиридинзависимых дегидрогеназ.
НИКОТИНАМИДАДЕНИНДИНУКЛЕОТИД.
НИКОТИНАМИДАДЕНИНДИНУКЛЕОАМИДФОСФАТ (НАДФ)
Способность НАД и НАДФ играть роль точного переносчика водорода связана с наличием в их структу –
ре амида никотиновой кислоты.
В клетках НАД – зависимые дегидрогеназы участвуют
в процессах переноса электронов от субстрата к О.
НАДФ – зависимые дегидрогеназы играют роль в процес –
сах биосинтеза. Поэтому коферменты НАД и НАДФ
отличаются по внутриклеточной локализации: НАД
концентрируется в митохондриях, а большая часть НАДФ
находится в цитоплазме.
Строение ФАД и ФМН.
ФАД и ФМН являются простетическими группами флавиновых ферментов. Они очень прочно, в отличие от НАД и НАДФ, присоединяются к аллоферменту.
ФЛАВИНМОНОНУКЛЕОТИД (ФМН).
ФЛАВИНАЦЕТИЛДИНУКЛЕОТИД.
Активной частью молекулы ФАД и ФМН является изоаллоксадиновое кольцо рибофлавин, к атомам азота которого могут присоединятся 2 атома водорода.
Транспорт высокоэнергетических электронов и протонов от окисляемого субстрата на кислород осуществляет система, состоящая из окислительно-восстановительных ферментов, локализованная на внутренней мембране митохондрий. В состав этой системы входят:
Пиридиновые дегидрогеназы, у которых в качестве коферментов выступают НАД (никотинамидадениндинуклеотид) или НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат);
Флавиновые дегидрогеназы (флавиновые ферменты), роль небелковой части у которых выполняют ФАД (флавинадениндинуклеотид) или ФМН (флавинмононуклеотид);
Убихинон (кофермент Q);
Цитохромы.
Пиридиновые дегидрогеназы . Строение НАД и НАДФ представлено на рис. 4.
Никотинамидаденин- Никотинамидаденинди-
динуклеотид (НАД) нуклеотидфосфат (НАДФ)
Рис. 4. Строение НАД и НАДФ
НАД и НАДФ являются динуклеотидами, нуклеотиды которых связаны пирофосфатной связью (через два соединенных между собой остатка фосфорной кислоты). В состав одного нуклеотида входит амид никотиновой кислоты (витамин РР), другой нуклеотид представлен адениловой кислотой. В молекуле НАДФ имеется дополнительный остаток фосфорной кислоты, присоединенный ко второму углеродному атому рибозы, связанной с адениловой кислотой.
НАД и НАДФ являются коферментами большого числа специфических для разных субстратов окисления дегидрогеназ. Связь между ними и белковой частью непрочная, они объединяются только непосредственно в момент реакции.
Некоторые пиридиновые дегидрогеназы локализованы в матриксе митохондрий. НАД-зависимые дегидрогеназы передают электроны и протоны в дыхательную цепь, НАДФ-зависимые дегидрогеназы служат источником восстановительных эквивалентов для реакций биосинтеза
Активной частью НАД и НАДФ является витамин РР. При взаимодействии с восстановленным субстратом пиридиновое кольцо витамина РР связывает два электрона и протон, второй протон остается в среде (рис. 5).
Рис. 5. Окисление субстрата пиридиновыми дегидрогеназами
Флавиновые ферменты. В отличие от НАД и НАДФ, простетические группы флавиновых ферментов (ФАД и ФМН) прочно связаны с белковой частью. Обе простетические группы содержат метаболически активную форму рибофлавина (витамина В 2), к которой в процессе их восстановления присоединяются атомы водорода (рис.6).
Рис. 6. Окисление субстратов активной частью (витамин В 2) простетической группы флавиновых ферментов
ФМН-зависимая дегидрогеназа выполняет роль промежуточного переносчика электронов и протонов между НАД и убихиноном, т.е. является непосредственным участником дыхательной цепи.
Убихинон (кофермент Q).
Убихинон является производным бензохинона с длинной боковой цепью. Его строение представлено на рис.7. 
Рис. 7. Строение кофермента Q (убихинона)
Кофермент Q играет роль промежуточного переносчика электронов и протонов в дыхательной цепи, непосредственно окисляя флавиновые ферменты. Место присоединения протонов и электронов – атомы кислорода в кольце бензохинона (рис. 8):
Рис. 8. Механизм переноса протонов молекулой кофермента Q (убихина)
Цитохромы. Цитохромы относятся к классу хромопротеинов. В их состав входит железосодержащий гем, по своему строению аналогичный гему гемоглобина. Различные цитохромы отличаются строением боковых цепей в структуре гема, структурой белковых компонентов, способом соединения гема с белковым компонентом. Функция цитохромов связана с переносом электронов от убихинона к кислороду. Они локализованы в дыхательной цепи в определенной последовательности:
Цит.b →цит.с 1 → цит.с → цит.аа 3
Цитохромы b, с 1 и с выполняют функцию промежуточных переносчиков электронов, а комплекс цитохромов а и а 3 , называемый цитохромоксидазой, является терминальным дыхательным ферментом, непосредственно взаимодействующим с кислородом. Этот комплекс состоит из шести субъединиц, каждая из которых содержит геминовую группу и атом меди. Две субъединицы из шести составляют цитохром а, а остальные четыре образуют цитохром а 3.
Перенос цитохромами электронов непосредственно связан с присутствием в их составе ионов железа. Окисленная форма цитохромов содержит Fе 3+ . Принимая электроны от убихинона или другого цитохрома, Fe 3+ переходит в восстановленное состояние (Fе 2+), а передавая электроны другому цитохрому или кислороду, Fe 2+ вновь переходит в окисленное состояние (F 3+).
Кислород, принимая электроны от цитохромоксидазы, переходит в активное (ионизированное) состояние, затем принимает два протона из окружающей среды. В результате образуется молекула воды.
Схематично систему переноса электронов и протонов по дыхательной цепи можно представить следующим образом (рис. 9):
Рис. 9. Последовательность расположения переносчиков электронов и протонов в дыхательной цепи
НАДН – основа энергии и жизни
В обычном смысле биологическую жизнь можно определить как способность генерировать энергию внутри клетки. Эта энергия – макроэргические фосфатные связи химических веществ, синтезируемые в организме. Наиболее важными макроэргическими соединениями являются аденозинтрифосфат (АТФ), гуанозинтрифосфат (ГТФ), креатинфосфорная кислота, никотинамиддинуклеотид фосфат (НАД(Н) и НАДФ(Н)), фосфорилированные углеводы.
Никотинамид-аденин-динуклеотид (НАДН, NADН) – кофермент, присутствующий во всех живых клетках, входит в состав ферментов группы дегидрогеназ, катализирующих окислительно-восстановительные реакции; выполняет функцию переносчика электронов и водорода, которые принимает от окисляемых веществ. Восстановленная форма (NADH) способна переносить их на другие вещества.
Как повысить работоспособность
Что такое NADH? Многие её называют “аббревиатурой жизни”. И это действительно так. NADH (коэнзим никотинамидадениндинуклеотид) содержится во всех живых клетках и является жизненно необходимым элементом, при помощи которого внутри клеток вырабатывается энергия. NADH участвует в выработке АТФ (АТР). НАД(Н), как универсальная молекула энергии, в отличие от АТФ, постоянно может разгружать митохондрии от избыточного накопления лактата в сторону образования из него пирувата, за счёт стимуляции пируватдегидрогеназного комплекса, который чувствительный именно к отношению НАД(Н)/НАД.
Синдром хронической усталости: фокус на митохондрии
Ряд клинических исследований показал эффективность препаратов НАДН при СХУ. Суточная доза составляла обычно 50 мг. Наиболее сильный эффект наступал после 2-4 недель лечения. Утомляемость снижалась на 37-52 %. Кроме того, улучшался такой объективный когнитивный параметр, как концентрация внимания.
НАДН в лечении синдрома хронической усталости
НАДН (кофермент витамина В3), присутствующий во всех живых клетках, входит в состав ферментов группы дегидрогеназ, катализирующих окислительно-восстановительные реакции; выполняет функцию переносчика электронов и водорода, которые принимает от окисляемых веществ. Является резервным источником энергии в клетках. Он принимает участие практически во всех реакциях образования энергии, обеспечивая дыхание клеток. Воздействуя на соответствующие процессы в мозгу ко-фермент витамина В3, может предупреждать гибель нервных клеток при гипоксии или возрастных изменениях. Принимает участие в процессах детоксикации в печени. В последнее время установлено его свойство блокировать лактатдегидрогеназу и, тем самым, ограничивать ишемическое и/или гипоксическое повреждение миокарада. Исследования эффективности орального применения при лечении синдрома хронической усталости подтвердили его активизирующее влияние на состояние людей.
НАДН в спорте и медицине: обзор иностранной литературы
О НАДН (никотинамидадениндинуклеотидфосфате) мы писали в предыдущих статьях. Сейчас мы хотим предоставить информацию с англоязычных источников, о роли и значении этого вещества в обмене энергии в организме, его влиянии на нервную систему, и роли в развитии ряда патологических ситуаций и перспективах применения в медицине и спорте. (Скачать монографию о НАДН).
Herbalife Quickspark CoEnzyme 1 (NADH) ATP Energy
Natural Energy at a Cellular Level
Quickspark is a product of the company Herbalife. It is a stable form of Vitamin B3 CoEnzyme1. CoEnzyme1 was found in 1906 in Austria by a scientist called Professor George Birkmayer. CoEnzyme1 was developed for medical purposes and used in the second world war.
NADH (Enada)
Nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) is a substance that helps the functionality of enzymes in the body. NADH plays a role in the production of energy and helps produce L-dopa, which the body turns into the neurotransmitter dopamine. NADH is being evaluated for many conditions and may be helpful for enhancing mental functionality and memory.
Фермент Белковая часть (апофермент) Небелковая часть (кофактор) неорганический ион коферменты простетические группы апофермент + кофактор = голофермент
Роль кофакторов могут играть различные вещества - от простых неорганических ионов до сложных органических молекул; в одних случаях они остаются неизменными в конце реакции, в других - регенерируют в результате того или иного последующего процесса.
Если кофактор представлен в виде органической молекулы (некоторые из таких молекул близки к витаминам), то последняя может быть прочно связана с ферментом (в этом случае ее называют простетической группой) или слабо с ним связана (и тогда ее называют коферментом).
Неорганические ионы (активаторы ферментов)
Ионы заставляют молекулы фермента или субстрата принять форму, способствующую образованию E-S-комплекса. Тем самым увеличиваются шансы на то, что фермент и субстрат действительно прореагируют друг с другом, а следовательно, возрастает и скорость реакции, катализируемой данным ферментом.
Пример. Активность амилазы слюны повышается в присутствии хлорид-ионов.
Простетические группы (фад, фмн, биотин, гем)
Данная органическая молекула занимает такое положение, в котором она может эффективно содействовать каталитической функции своего фермента.
Пример 1. Флавинадениндинуклеотид (ФАД) содержит рибофлавин (витамин B 2), который является водород акцепторной частью его молекулы. Функция ФАД связана с окислительными путями клетки, в частности с процессом дыхания, в котором ФАД играет роль одного из переносчиков в дыхательной цепи:
Конечный результат: 2H переносятся к A и B. В качестве связующего звена между A и B действует голофермент.
Рис. 8 Витамин как компонент простетической группы (представлена структура ФАД - флавинаденин динуклеотид).
Пример 2. Гем - это железосодержащая простетическая группа. Его молекула имеет форму плоского кольца, в в центре которого находится атом железа (порфириновое кольцо, такое же, как у хлорофилла). Гем выполняет в организме ряд биологически важных функций. Перенос электронов. В качестве простетической группы цитохромов гем выступает как переносчик электронов. Присоединяя электроны, железо восстанавливается до Fe(II), а отдавая их, окисляется до Fe(III). Гем, следовательно, принимает участие в окислительно-восстановительных реакциях за счет обратимых изменений валентности железа. Перенос кислорода. Гемоглобин и миоглобин - два гемсодержащих белка, осуществляющих перенос кислорода. Железо находится в них в восстановленной форме. Каталитическая функция. Гем входит в состав каталаз и пероксидаз, катализирующих расщепление перекиси водорода и воды.
Коферменты (над, надф, кофермент а, атф)
Пример. Никотинамидадениндинуклеотид (НАД), производная никотиновой кислоты, может существовать как в окислительной, так и в восстановительной форме. В окислительной форме НАД при катализе играет роль акцептора водорода:
Здесь E 1 и E 2 - две различные дегидрогеназы. Конечный результат: 2H переносятся от A к B. Здесь в качестве связующего звена между двумя различными ферментными системами E 1 и E 2 действует кофермент.
Рис. 9 Витамин как компонент кофермента (представлены структуры НАД, НАДФ и АТФ).
Название витамина PP дано от итальянского выражения preventive pellagra – предотвращающий пеллагру.
Источники
Хорошим источником являются печень, мясо, рыба, бобовые, гречка, черный хлеб. В молоке и яйцах витамина мало. Также синтезируется в организме из триптофана – одна из 60 молекул триптофана превращается в одну молекулу витамина.
Суточная потребность
Строение
Витамин существует в виде никотиновой кислоты или никотинамида.
Две формы витамина РР
Его коферментными формами являются никотинамидадениндинуклеотид (НАД) и фосфорилированная по рибозе форма – никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ).
Строение окисленных форм НАД и НАДФ
Биохимические функции
Перенос гидрид-ионов Н – (атом водорода и электрон) в окислительно-восстановительных реакциях.
Механизм участия НАД и НАДФ в биохимической реакции
Благодаря переносу гидрид-иона витамин обеспечивает следующие задачи:
1. Метаболизм белков, жиров и углеводов . Так как НАД и НАДФ служат коферментами большинства дегидрогеназ, то они участвуют в реакциях
- при синтезе и окислении карбоновых кислот,
- при синтезе холестерола ,
- обмена глутаминовой кислоты и других аминокислот,
- обмена углеводов: пентозофосфатный путь , гликолиз ,
- окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты,
Пример биохимической реакции с участием НАД
2. НАДН выполняет регулирующую функцию, поскольку является ингибитором некоторых реакций окисления, например, в цикле трикарбоновых кислот.
3. Защита наследственной информации – НАД является субстратом поли-АДФ-рибозилирования в процессе сшивки хромосомных разрывов и репарации ДНК.
4. Защита от свободных радикалов – НАДФН является необходимым компонентом антиоксидантной системы клетки.
5. НАДФН участвует в реакциях
- ресинтеза тетрагидрофолиевой кислоты (кофермент витамина B9) из дигидрофолиевой после синтеза тимидилмонофосфата ,
- восстановления белка тиоредоксина при синтезе дезоксирибонуклеотидов ,
- для активации "пищевого" витамина К или восстановления тиоредоксина после реактивации витамина К .
Гиповитаминоз B3
Причина
Пищевая недостаточность ниацина и триптофана. Синдром Хартнупа .
Клиническая картина
Проявляется заболеванием пеллагра (итал.: pelle agra – шершавая кожа) как синдром трех Д :
- дерматиты (фотодерматиты),
- диарея (слабость, расстройство пищеварения, потеря аппетита).
- деменция (нервные и психические расстройства, слабоумие),
При отсутствии лечения заболевание кончается летально. У детей при гиповитаминозе наблюдается замедление роста, похудание, анемия.
В США в 1912-1216 гг. число заболевших пеллагрой составляло 100 тысяч человек в год, из них около 10 тысяч умирало. Причиной являлось отсутствие животных продуктов питания, в основном люди питались кукурузой и сорго, которые бедны триптофаном и содержат неусвояемый связанный ниацин.
Интересно, что у индейцев Южной Америки, у которых с древних времен основу питания
составляет кукуруза, пеллагра не встречается. Причиной такого феномена является то, что они отваривают кукурузу в известковой воде, при этом ниацин высвобождается из нерастворимого комплекса. Европейцы, взяв у индейцев кукурузу, не потрудились также позаимствовать и рецепты.
