Современные представления о регуляции метаболизма Говорун В.М. 2011

Представление о метаболизме Центральный метаболизм Метаболическая реконструкция (М.pneumoniae) Транспорт низкомолекулярных соединений в клетку и выброс продуктов метаболизма Синтез и деградация белков и нуклеиновых кислот

Центральный метаболизм Комплексное понятие. Как правило, под ним понимают объединение путей транспорта и окисления основных источников углерода в клетке.

Для E.coli : гликолиз, гликонеогенез, пентозо-монофосфатный шунт, Дыхательная цепь (цикл трикарбоновых кислот), фосфотрансферазная система.

Разделение микроорганизмов по метаболизму Фотототрофы используют свет для получения энергии Фотосинтез Хемотрофы, используют химические соединения в качестве источника энергии Хемоорганотрофы Хемолитотрофы

Углерод Четыре валентности 4 различных типа связи вариабельность изомеры Формирует длинные цепочки (полимеры) макромолекулы и кольцевые структуры (гетероциклы) Оптические изомеры

Свойства углерода и органических молекул на его основе Органические молекулы множество соединений от очень простых до очень сложных полимеров. Большинство органических молекул содержат комбинации атомов углерода и водорода Имея четыре валентности углерод ковалентные связи с различными атомами P, S, N, Se, O и т.д. Углерод формирует одинарные, двойные и тройные связи

Молекулы углерода Молекулярная формула Метан Этан Этилен

Length Ethane Propane Butane 2-methylpropane (commonly called isobutane) Branching Double bonds Rings 1-Butene2-Butene CyclohexaneBenzene

Hydrogen (valence = 1) Oxygen (valence = 2) Nitrogen (valence = 3) Carbon (valence = 4)

Функциональные группы Основные шесть функциональных Групп, используемых живыми системами: Гидроксил Карбонил Карбоксил Амино Сульфгидрил Фосфат

Современная классификация ферментов (сог Nomenclature Committee of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB), состояние на 20 января 2011 г.) ласно

Принято выделять 6 классов ферментов Оксидоредуктазы (катализируют окислительно- восстановительные реакции). Трансферазы (катализируют реакции переноса химических групп с молекулы одного вещества на молекулу другого вещества). Гидролазы (катализируют реакции разрушения химических связей с участием воды). Лиазы (катализируют реакции разрушения химических связей без участия воды). Изомеразы (катализируют реакции изомерных превращений). Лигазы (сингазы, синтетазы) (катализируют реакции синтеза).

Оксидоредуктазы (важнейшие представители) Катализируют отнятие водорода от окисляемого вещества. (пример: алкогольдегидрогеназа) Дегидрогеназы 1 Оксигеназы Катализируют включение кислорода в окисляемое вещество. Монооксигеназы (пример: дофамин-бета- гидроксилаза, фермент, превращающий дофамин в норадреналин Диоксигеназы триптофан-2,3- диоксигеназа

Подклассы оксидоредустаз включает ферменты, взаимодействующие с CHOH группой доноров; ферменты, взаимодействующие с альдегидной или оксо-группой доноров; ферменты, взаимодействующие с CHCH группой доноров; ферменты, взаимодействующие с CHNH2 группой доноров; ферменты, взаимодействующие с CHNH группой доноров; ферменты, взаимодействующие с НАД · H или НАДФ · H;НАД · H ферменты, взаимодействующие с другими азотосодержащими соединениями в качестве доноров; ферменты, взаимодействующие с сероусодержащей группой доноров; ферменты, взаимодействующие с гемовой группой доноров;гемовой ферменты, взаимодействующие с дифенолами и родственными соединениями в качестве доноров;дифенолами ферменты, взаимодействующие с пероксидом в качестве акцептора (пероксидазы);пероксидомпероксидазы ферменты, взаимодействующие с водородом в качестве донора; ферменты, взаимодействующие с одиночными донорами со встраиванием молекулярного кислорода (оксигеназы);оксигеназы ферменты, взаимодействующие с парными донорами со встраиванием молекулярного кислорода; ферменты, взаимодействующие с супероксид-радикалами в качестве акцепторов;супероксид ферменты, окисляющие ионы металлов; ферменты, взаимодействующие с CH или CH2 группами; ферменты, взаимодействующие с железосерными белками в качестве доноров;железосерными белками ферменты, взаимодействующие с восстановленным флаводоксином в качестве донора;флаводоксином ферменты, взаимодействующие с фосфором или мышьяком в качестве донора;фосфороммышьяком ферменты, взаимодействующие с молекулами вида XH и YH с образованием связи XY;

2 Трансферазы ферменты, переносящие одноуглеродные группы; ферменты, переносящие альдегидные и кетонные группы;альдегидныекетонные переносящие ацильные остатки (ацилтрансферазы);ацильныеацилтрансферазы переносящие остатки сахаров (гликозилтрансферазы);сахаровгликозилтрансферазы переносящие алкильные и арильные группы за исключеним метильного остатка;алкильныеарильныеметильного переносящие группы атомов, содержащие азот;азот переносящие фосфор-содержащие остатки;фосфор переносящие группы, содержащие серу;серу переносящие группы, содержащие селен.селен Пример: Глутатион – s – трансфераза (катализирует коньюгацию SH2 группы с электрофильными атомами C, N, S, O).

3 Гидролазы Гидролизуемая связь Важнейшие представители Сложноэфирная связь Эстеразы: нуклеаза, липаза Сахара Гликозидазы: амидаза, лизоцим Простая эфирная связь Пептидная связь Протеазы: трипсин Непептидная углерод-азотная связь Углерод-углеродная связь Галогенная связь Азотно-фосфорная связь Азотно-серная связь Углеродно-фосфорная связь Дисульфидная связь Серо-углеродная связь

4 Лиазы включает ферменты, которые расщепляют углерод- углеродные связи, например, декарбоксилазы (карбокси-лиазы);декарбоксилазы ферменты, расщепляющие углерод-кислородные связи, например, дегидратазы;дегидратазы ферменты, расщепляющие углерод-азотные связи (амидин-лиазы); ферменты, расщепляющие углерод-серные связи; включает ферменты, расщепляющие связи углерод галоген, например, ДДТ-дегидрохлориназа;ДДТ-дегидрохлориназа ферменты, расщепляющие фосфор-кислородные связи, например, аденилатциклаза.аденилатциклаза

5 Изомеразы включает ферменты, катализирующие рацемизацию (рацемазы) и эпимеризацию (эпимеразы) рацемизациюрацемазыэпимеризациюэпимеразы ферменты, катализирущие геометрическую изомеризацию (цис-транс изомеразы)цис-транс изомеразы внутримолекулярные оксидоредуктазыоксидоредуктазы трансферазы (мутазы) трансферазымутазы внутримолекулярные лиазылиазы топоизомеразы

6 Лигазы Формирование С-О связей Формирование C-S Формирование C-N Формирование C-C Формирование фосфодиэфирных связей Формирование связей азот-Ме Пример: убиквитин-лигаза ковалентно присоединящая убиквитин к белку-мишени изопептидной связью.убиквитин

ЛДГ (LDH), КФ КФ 1 ОксидоредуктазыОксидоредуктазы КФ 1.1 АлкогольоксидоредуктазыАлкогольоксидоредуктазы КФ L-лактат оксидоредуктаза

Коферменты….. Нуклеотидтрифосфаты (АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ)- запасают энергию в межфосфатных связях Коферменты окислительно- фосстановительных реакций: НАД+,ФАД, НАДФ+, липоевая кислота, глутатион, аскорбиновая кислота

Коферменты….. Коферменты, служащие для переноса функциональных групп и радикалов: Восстановленная форма фолиевой кислоты и S-метиладенозин Другие коферменты:коэнзим А, тиаминпирофосфат, фосфопиродоксаль. Простетические группы

НАД, НАДН

НАДФ, НАДФН

FAD, FADH 2 ФМН R – углеводородный радикал

Глутатион S-метиладенозин

Аскорбиновая кислота 1a – L-аскорбиновая кислота 1b – D-изоаскорбиновая кислота 2a – L-изоаскорбиновая кислота 2b – D-аскорбиновая кислота

Липоевая кислота

Фолиевая кислота Тетрагидрофолат

Ацетил-коэнзим А

Тиаминпирофосфат Пиридоксальфосфат Пиридоксаль Пиридоксамин Пиридоксин

Биотин