Информация

C. Кофактори и натискане на електрони: Източници и поглътители - Биология

C. Кофактори и натискане на електрони: Източници и поглътители - 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 на обучението

  • да обяснят общата роля на кофакторите в ензимно-катализирани реакции;
  • идентифицират от техните структури тиамин, никотинамид и пиридоксални кофактори;
  • начертават механизми, за да покажат как тиамин пирофосфатът улеснява декарбоксилирането на α-кетокиселини като кофактор в ензимно-катализирани реакции;
  • начертават механизми, за да покажат как никотинамид аденин динуклеотид улеснява окисляването, окислителната декарбоксилаита и реакциите на окислително дезаминиране като кофактор в ензимно-катализирани реакции;
  • начертават механизми, за да покажат как пиридоксалният фосфат улеснява разцепването на всички връзки към α-въглерода в аминокиселините като кофактор в ензимно-катализирани реакции;

За да се направят и разкъсат връзки, електроните трябва да бъдат преместени. При рисуването на реакционните механизми показахме как електроните се движат от „източници“ към „поглътители“. В много ензимно-катализирани реакции, витаминни производни се използват като субстрати или "кофактори" или "коензими" за улесняване на потока от електрони при образуването и разрушаването на връзките. За всяка от реакциите по-долу, използвайки аналогията на източник/потребител, напишете разумен механизъм, който показва потока на електрони по време на реакцията. С изключение на първата реакция, всички изискват производно на витамин за улесняване на потока на електрони. Представете си една реакция, която се случва спонтанно в разтвор в отсъствието на ензим (въпреки че съществуват ензими, за да катализират тази реакция). Останалите реакции включват витаминни производни като част от ензимно-катализирана реакция.

Начертайте правдоподобни механизми за всяка от реакциите по-долу, показващи потока на електрони от източник към поглъщане. Източникът често може да бъде двойка електрони върху анион, който е образуван чрез предварително отстраняване на протон от атома от обща основа. Поглътник може да бъде карбонил О, който получава двойка електрони от една от двойните С-О връзки на карбонила. Тъй като се прави връзка с карбонила, една от двойните връзки трябва да се скъса с електроните, които отиват (временно, ако реакцията е реакция на нуклеофилно заместване) към карбонил О, отличен поглъщател, тъй като е толкова електроотрицателен. Още по-добър мив е положителен N на иминиев йон, примери за което са показани по-долу.

Кофакторите, които се срещат при катализирани с ензим реакции, често са витаминни производни. Ще проучим повече за някои от тях по-късно. Само "бизнес частите" на кофакторите са показани по-долу.

1. ТИП RX – СПОНТАННО ДЕКАРБОКСИЛИРАНЕ НА β-КЕТО КИСЕЛИНИ (Не се изисква кофактор, въпреки че нуклеофилната катализа от амин чрез образуване на базата на Шиф ще ускори реакцията.)

2. ТИП RX - ДЕКАРБОКСИЛИРАНЕ НА α-КЕТО КИСЕЛИНИ- изисква тиамин пирофосфат - TPP, производно на тиамина - витамин B1, чийто дефицит причинява бери-бери. TPP е ковалентно прикрепен към ензима, като например в пируват дехидрогеназа и алфа-кетоглутарат дехидрогеназа. Първата част от реакцията. Броят на стрелките, водещи към продукта, не отразява действителния брой стъпки.

Jmol: ТИАМИН ДИФОСФАТ ЗАВИСИМ ЕНЗИМ ПИРУВАТ ДЕКАРБОКСИЛАЗА (1pyd)
(Отидете до лявата страна Display Molecule, изберете Jmol viewer).

3. ТИП RX - REDOX ИЗПОЛЗВАНЕ НА NAD+. Изисква витамина никотинова киселина, наричана още ниацин (витамин на никотинова киселина. Дефицитът причинява пелагра. Той е химически модифициран, за да образува NAD+.

4. ТИП RX - ОКСИДАТИВНО ДЕКАРБОКСИЛИРАНЕ.

5. ТИП RX - ОКСИДАТИВНО ДЕЗАМИНИРАНЕ (съвет: използвайте NAD преди вода в механизма).

Jmol: Актуализирана глицералдехид-3-фосфат дехидрогеназа (NAD) Jmol14 (Java) | JSMol (HTML5)

ПИРИДОКСАЛ ФОСФАТ ЕНЗИМИ

Пиридоксал фосфатът (PLP) е производно на витамин В6 или пиридоксал. Недостигът причинява конвулсии, хронична анемия и невропатия. Той подпомага много реакции (катализирани от PLP-зависими ензими). PLP е свързан ковалентно с лизинови остатъци в шифова базова връзка (алдимин). В тази форма той реагира с много свободни аминокиселини (като субстрати), за да замести базата на Шиф до Lys на ензима с база на Шиф към аминокиселинния субстрат. Първо преглед на формирането на базата Шиф.

PLP: Структура и ковалентно прикрепване към ензим

За реакции 6-8 приемете, че аминокиселинният субстрат е в база на Шиф с PLP.

Уилям Дженкс, в своя класически текст, Катализа в химията, пише:

„Каза се, че Бог е създал организъм, специално приспособен да помогне на биолога да намери отговор на всеки въпрос относно физиологията на живите системи; ако това е така, трябва да се заключи, че пиридоксалният фосфат е създаден, за да осигури удовлетворение и просветление на тези ензимолози и химици, които обичат да натискат електрони, тъй като никой друг коензим не участва в толкова голямо разнообразие от реакции, както в ензимни, така и в моделни системи, които могат да бъдат разумно интерпретирани от гледна точка на химичните свойства на коензима. Повечето от тези реакции се осъществяват възможно чрез обща структурна характеристика.Тоест изтеглянето на електрони към катионния азотен атом на имина и в поглъщането на електрони на пиридоксалния пръстен от алфа въглеродния атом на прикрепената аминокиселина активира и трите заместители на този въглерод за реакции които изискват изтегляне на електрони от този атом."

Молекулно моделиране: PLP: тирозин аминотрансфераза Jmol (от PDB)

6. ТИП RX - α-ДЕКАРБОКСИЛИРАНЕ НА АМИНОКИСЕЛИНИ.

7. ТИП RX - БЕТА-ЕЛИМИНАЦИЯ ОТ СЕРИНА. Пример: серин дехидратаза. (съвет: първо премахнете H от α-C), след това OH)

8. ТИП RX - РАЦЕМИЗАЦИЯ НА АМИНОКИСЕЛИНИ. (съвет: първо премахнете H от α-C)

PLP ензимите също катализират реакции на трансаминиране, пример за които е показан по-долу:

Аминокиселина 1 + α-кето киселина 1 <==> α-кето киселина 2 + Аминокиселина 2 Например:

Първо Asp, свързан с PLP чрез шифова базова връзка, губи α-H, образува кетимин чрез реакции на тавтомеризация, който в крайна сметка хидролизира, за да образува освободения оксалацетат и пиридоксамин. Приидоксаминът реагира с α-кетоглутарат в обратната посока на първите три реакции към от Glu.

9. ТИП RX - АЦЕТИЛИРАНЕ: "Оцетният анхидрид" на реакциите на биологично ацетилиране е ацетил-КоА, производно на витамина пантатенова киселина, което съдържа свободен тиол. Той се ацетилира в тиола в много метаболитни реакции за производство на ацетилКоА, съдържащ тиоестерна връзка, биологичен ацетилиращ реагент. Тази молекула може да бъде разцепена по екзергоничен начин, отчасти поради слабата връзка между ацетил С и Sk, водеща до прехвърляне на ацетилната група. По-рано обсъдихме значението на ацетилирането на хистон Lys от хистон ацетилази за контрола на генната експресия.

10. ТИП RX - МЕТИЛ ТРАНСФЕРАЗИ:

Допълнителна пост-транслационна модификация на хистонните протеини, метилирането, е още един метод, при който се контролира генната транскрипция. Метилиращият агент на природата е S-аденозин метионин, производно на метион, което се метилира от още едно витаминно производно, тетрахидрофолат (от фолиева киселина). SAM е субстрат за метилиращи ензими, които пренасят метилова група към протеини и ДНК. Реакцията по-долу предвижда метилиране на протеин в странична верига Lys.

11. ТИП RX - КАРБОКСИЛАЦИИ (ДА СЕ ДОБАВЯ)