Информация

C. Кофакторы и электронное выталкивание: источники и приемники - биология

C. Кофакторы и электронное выталкивание: источники и приемники - биология


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Цели обучения

  • объяснить общую роль кофакторов в ферментативно-катализируемых реакциях;
  • определить по их структуре кофакторы тиамина, никотинамида и пиридоксаля;
  • нарисуйте механизмы, чтобы показать, как пирофосфат тиамина способствует декарбоксилированию α-кетокислот в качестве кофактора в реакциях, катализируемых ферментами;
  • нарисуйте механизмы, чтобы показать, как никотинамидадениндинуклеотид способствует реакциям окисления, окислительного декарбоксилации и окислительного дезаминирования в качестве кофактора в реакциях, катализируемых ферментами;
  • нарисуйте механизмы, чтобы показать, как пиридоксальфосфат способствует расщеплению всех связей с α-углеродом в аминокислотах в качестве кофактора в реакциях, катализируемых ферментами;

Чтобы создавать и разрывать связи, необходимо перемещать электроны. Рисуя механизмы реакции, мы показали, как электроны переходят от «источников» к «стокам». Во многих реакциях, катализируемых ферментами, производные витаминов используются в качестве субстратов, «кофакторов» или «коферментов» для облегчения потока электронов при образовании и разрыве связей. Для каждой из приведенных ниже реакций, используя аналогию источника / стока, напишите разумный механизм, который показывает поток электронов во время реакции. За исключением первой реакции, всем требуется производное витамина для облегчения потока электронов. Представьте себе реакцию, спонтанно протекающую в растворе в отсутствие фермента (хотя ферменты существуют, чтобы катализировать эту реакцию). В остальных реакциях участвуют производные витаминов как часть реакции, катализируемой ферментами.

Изобразите вероятные механизмы для каждой из приведенных ниже реакций, показывая поток электронов от источника к стоку. Источником часто может быть пара электронов на анионе, который был образован предварительным удалением протона из атома общим основанием. Поглотителем может быть карбонил O, который получает пару электронов от одной из двойных связей C-O карбонила. Когда образуется связь с карбонилом, одна из двойных связей должна разорваться с переходом электронов (временно, если реакция представляет собой реакцию нуклеофильного замещения) к карбонилу O, отличному поглотителю, поскольку он настолько электроотрицателен. Еще лучший сток - это положительный N иона иминиума, примеры которого показаны ниже.

Кофакторы, встречающиеся в реакциях, катализируемых ферментами, часто являются производными витаминов. Мы изучим некоторые из них позже. Ниже показаны «бизнес-части» кофакторов.

1. ТИП RX - СПОНТАННОЕ ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ β-КЕТОКИСЛОТ (кофактор не требуется, хотя нуклеофильный катализ амином через образование основания Шиффа ускоряет реакцию).

2. ТИП RX - ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ α-КЕТОКИСЛОТ - требует тиаминпирофосфата - TPP, производного тиамина - витамина B1, дефицит которого вызывает авитаминоз. TPP ковалентно присоединен к ферменту, например, в пируватдегидрогеназе и альфа-кетоглутаратдегидрогеназе. Первая часть реакции. Количество стрелок, ведущих к продукту, не отражает фактическое количество шагов.

Jmol: ТИАМИН-ДИФОСФАТ-ЗАВИСИМЫЙ ФЕРМЕНТ ПИРУВАТ ДЕКАРБОКСИЛАЗА (1pyd)
(перейдите к левой стороне Display Molecule, выберите Jmol viewer).

3. ТИП ПРИЕМА - РЕДОКС С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ NAD +. Требуется витамин никотиновая кислота, также называемая ниацином (витамин никотиновой кислоты. Дефицит вызывает пеллагру. Он химически модифицирован с образованием NAD +.

4. ТИП RX - ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ.

5. ТИП RX - ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ДЕАМИНАЦИЯ (подсказка: используйте НАД перед водой в механизме).

Jmol: обновленная глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа (NAD) Jmol14 (Java) | JSMol (HTML5)

ПИРИДОКСАЛЬНЫЕ ФОСФАТНЫЕ ФЕРМЕНТЫ

Пиридоксальфосфат (PLP) является производным витамина B6 или пиридоксаля. Недостатки вызывают судороги, хроническую анемию и невропатию. Он помогает во многих реакциях (катализируемых PLP-зависимыми ферментами). PLP ковалентно связывается с остатками лизина в связи основания Шиффа (альдимина). В этой форме он реагирует со многими свободными аминокислотами (в качестве субстратов) для замены основания Шиффа на Lys фермента на основание Шиффа на аминокислотный субстрат. Сначала обзор формирования базы Шиффа.

PLP: структура и ковалентное прикрепление к ферменту

Для реакций 6-8 предположим, что аминокислотный субстрат находится в основании Шиффа с PLP.

Уильям Дженкс в своем классическом тексте «Катализ в химии» писал:

"Было сказано, что Бог создал организм, специально приспособленный для того, чтобы помочь биологу найти ответ на каждый вопрос о физиологии живых систем; если это так, следует сделать вывод, что пиридоксальфосфат был создан, чтобы доставить удовлетворение и просвещение тем, кто энзимологи и химики, которым нравится толкать электроны, поскольку ни один другой кофермент не участвует в таком большом количестве реакций, как в ферментных, так и в модельных системах, которые можно разумно интерпретировать с точки зрения химических свойств кофермента. возможна по общей структурной особенности. То есть, отвод электронов к катионному атому азота имина и в сток электронов пиридоксального кольца от альфа-атома углерода присоединенной аминокислоты активирует все три заместителя этого углерода для реакций которые требуют отвода электронов от этого атома ".

Молекулярное моделирование: PLP: тирозин аминотрансфераза Jmol (из PDB)

6. ТИП RX - α-ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ.

7. ТИП ПРИЕМА - БЕТА-УДАЛЕНИЕ ИЗ СЕРИИ. Пример: сериндегидратаза. (подсказка: сначала удалите H на α-C), затем OH)

8. ТИП RX - РАСЕМИЗАЦИЯ АМИНОКИСЛОТ. (подсказка: сначала удалите H на α-C)

Ферменты PLP также катализируют реакции трансаминирования, пример которых показан ниже:

Аминокислота 1 + α-кетокислота 1 <==> α-кетокислота 2 + аминокислота 2 Например:

Первый Asp, связанный с PLP через связь основания Шиффа, теряет α-H, образует кетимин в результате реакций таутомеризации, который в конечном итоге гидролизуется с образованием высвобожденных оксалацетата и пиридоксамина. Приидоксамин реагирует с α-кетоглутаратом в порядке, обратном первым трем реакциям с Glu.

9. ТИП RX - АЦЕТИЛИРОВАНИЕ: «Уксусным ангидридом» биологических реакций ацетилирования является ацетил-КоА, производное витамина пантатеновой кислоты, которое содержит свободный тиол. Он ацетилируется по тиолу во многих метаболических реакциях с образованием ацетилСоА, содержащего тиоэфирную связь, биологического ацетилирующего реагента. Эта молекула может быть расщеплена экзергоническим образом из-за слабой связи между ацетилом C и Sk, ведущей к переносу ацетильной группы. Ранее мы обсуждали важность ацетилирования гистона Lys ацетилазами гистона в контроле экспрессии генов.

10. ТИП ПРИЕМА - МЕТИЛОВЫЕ ПЕРЕДАЧИ:

Дополнительная посттрансляционная модификация гистоновых белков, метилирование, является еще одним методом контроля транскрипции генов. Природным метилирующим агентом является S-аденозинметионин, производное метиона, которое метилировано еще одним производным витамина, тетрагидрофолатом (из фолиевой кислоты). SAM является субстратом для метилирования ферментов, которые переносят метильную группу на белки и ДНК. Приведенная ниже реакция предполагает метилирование белка в боковой цепи Lys.

11. ТИП RX - КАРБОКСИЛИРОВАНИЕ (ДОБАВИТЬ)


Смотреть видео: Асеев В. В. - Общая биология - Определение жизни. Микро- и макроэлементы (February 2023).