Трифонов Е.В.
Антропология:   дух - душа - тело - среда человека,

или  Пневмапсихосоматология человека

Русско-англо-русская энциклопедия, 18-е изд., 2015

π

ψ

σ

Общий предметный алфавитный указатель

Психология Соматология Математика Физика Химия Наука            Общая   лексика
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z


КОФЕРМЕНТ
coenzyme ]

     (Лат.: co- приставка = cum - с, вместе, совместно  +  fermentum - бродильное начало, закваска, дрожжи, 14 в).
     Кофермент, или коэнзим (греч.: έν - предлог - с;  +  ζΰμη - закваска) - это часть сложного (двухкомпонентного) фермента. Основой двухкомпонентного фермента является белок. С ним взаимодействует добавочная химическая группа небелковой природы, которая может называться коферментом.
     
Термин «кофермент» в научную лексику ввел в 1897 г., французский биохимик и бактериолог Габриель Бертран (Gabriel Bertrand, 1867-1962). Он обнаружил, что действие фермента лактаза, в значительной степени усиливается в присутствии ионов марганца. Этот активатор Г. Бертран назвал коферментом.
     Химическая структура и функции важнейших коферментов была выяснена в 30-е годы 20-го столетия трудами О. Варбурга, Р. Куна, П. Каррера, Н. Хоорта и многих других ученых.
     Warburg, Otto Heinrich, 1883 ÷ 1970, германский биохимик, лауреат Нобелевской премии 1931 г. по физиологии и медицине за научные исследования клеточного дыхания.
     Kuhn, Richard, 1900 ÷ 1967, германский биохимик, лауреат Нобелевской премии 1938 г. по химии за научные исследования каротеноидов и витаминов.
     Karrer, Paul, 1889 ÷ 1971, швейцарский химик, лауреат Нобелевской премии 1937 г. по химии за научные исследования каротеноидов, флавинов, витаминов A и B2.
     Haworth, Sir (Walter) Norman 1883 ÷ 1950, британский химик, лауреат Нобелевской премии 1937 г. по химии (вместе с П. Каррером) за научные исследования углеводов, витамина С.
     Ферменты, или энзимы - это белковые катализаторы, ускоряющие биохимические реакции.
     Ферменты впервые выделены из живых клеток в 1897 г. германским биохимиком Эдуардом Бухнером (Eduard Buchner 1860  ÷ 1917). Ферменты представляют собой молекулы белка со специфичными для каждого фермента составом аминокислот и их структурной последовательностью. Ферменты являются первичными продуктами генов, которые регулируют синтез и его результат - концентрацию ферментов в соответствии с потребностями организма. Катализ, осуществляемый ферментами, уменьшает энергию, которую требуется затратить на активацию реагентов. Поэтому в присутствии ферментов реакции значительно ускоряются.
     В организме человека синтезируется несколько десятков тысяч ферментов.
     Ферменты участвуют во всех химических процессах, осуществляемых в организме. В частности, они участвуют в пищеварении и катализируют расщепление крупных молекул пищевых веществ на более простые, способные к прохождению через клеточные мембраны и к использованию в метаболизме. С участием ферментов осуществляются цепи реакций расщепления и синтеза, окисления и восстановления, переноса химических групп (метильные радикалы, остатки фосфорной кислоты и т. д.), гидролиза, фосфоролиза, изомеризации и многих других процессов. Ферменты являются средством управления и координации всех взаимодействующих химических реакций метаболизма, являющихся материальной основой жизни. Биохимики оценили, что живая клетка может содержать до 1000 различных ферментов. Несколько сотен ферментов из тысяч хорошо изучены.
     Ферменты могут быть простыми (однокомпонентными) и сложными (двухкомпонентными). Однокомпонентные ферменты представляют собой простые белки. Двухкомпонентные ферменты являются сложными белками, имеющими в своем составе добавочную химическую группу небелковой природы. В научной литературе используются следующие названия компонентов сложных ферментов.

Таблица.  Названия компонентов сложных ферментов

Фермент в целом

Белковая часть

Добавочная группа

Симплекс Ферон (носитель) Агон (активная группа)
Холофермент Апофермент Кофермент

Добавочную группу сложного фермента, которая прочно связана с белковой частью и в естественных условиях не отделяется от нее, называют простетической группой. Если добавочная группа, может легко отделяться от апофермента и в естественных условиях способна к самостоятельному существованию, то ее обычно называют коферментом.
     Коферментами в двухкомпонентных ферментах являются большинство витаминов (например, E, K, B1, B2, B6, B12, C, H и др.) и витаминоподобных веществ, а также соединения, построенные с участием витаминов (коэнзим А, НАД+ и др.). Кроме того, коферментами могут быть: HS-глутатион, представители многочисленной группы нуклеотидов и их производных, фосфорные эфиры некоторых моносахаридов и ряд других веществ.
     Характерной особенностью двухкомпонентных ферментов является то, что в отдельности компоненты сложных ферментов (белковая часть + добавочная группа) не обладают выраженной каталитической активностью. Во взаимодействии компонентов белок резко повышает каталитическую активность добавочной группы, присущую ей в свободном состоянии в очень малой степени. Добавочная же группа стабилизирует белковую часть и делает её устойчивой к денатурирующим воздействиям. Таким образом, хотя простетическая группа является каталитическим центром, непосредственным исполнителем каталитической функции, действие простетической группы возможно только при участии полипептидных цепей белковой части фермента. Белковая часть фермента (апофермент) имеет специфичную добавочной группе структуру, избирательно связывающую кофермент. Эта структура называется кофермент связывающий домен.
     В однокомпонентных ферментах (не имеют добавочной группы) каталитическим центром, непосредственно действующим на преобразуемое соединение, является особая часть белковой молекулы. Она представляет собой уникальное вероятностное распределение нескольких аминокислотных остатков. Чаще всего каталитические центры однокомпонентных ферментов образованы остатками аминокислот: серин, гистидин, триптофан, аргинин, цистеин, аспарогиновая кислота, глутаминовая кислота и тирозин. Они выполняют здесь ту же функцию, что и добавочные группы двухкомпонентных ферментов. Изменение характеристик распределения остатков аминокислот каталитического центра приводит к изменению ферментативной активности.
     Кроме каталитического центра, образованного сочетанием аминокислотных радикалов или присоединением кофермента, у ферментов различают еще две особых структуры: субстратный центр и аллостерический центр.
     Субстратный центр - это участок молекулы фермента, ответственный за присоединение вещества (субстрата), подвергающегося ферментативному превращению. Соединение фермента и субстрата происходит за счет сил гидрофобных взаимодействий и за счет водородных связей, возникающих между аминокислотными остатками субстратного центра фермента и соответствующими группировками в молекуле субстрата. Субстратные центр и каталитический центр в совокупности являются активным центром фермента.
     Аллостерический центр - это участок молекулы фермента, осуществляющий регулирование каталитической активности ферментов. При взаимодействии аллостерического центра с определенным веществом изменяется конфигурация активного центра белковой части фермента. Результатом этого является изменение каталитической активности фермента.
     Пространственно-временная организация вероятностной структуры фермента обусловливает возможность ускорять одновременно и/или последовательно цепь химических реакций и осуществлять сложные превращения субстрата. Благодаря изменению характеристик пространственно-временного распределения структуры фермента, существует многоферментный комплекс, который катализирует цепь биохимических превращений. Такой многоферментный комплекс называют метаболоном (от слова метаболизм). Этот механизм обусловливает существование метаболонов гликолиза, синтеза ряда аминокислот, цикла дикарбо-новых и трикарбоновых кислот и ряда других метаболических цепей.
     Пространственно-временная организация может быть направлена на образование в одном ферменте нескольких специфических глобулярных участков - доменов. Каждый из этих доменов обладает собственной каталитической активностью. В результате этого фермент с одной полипептидной цепью приобретает свойство полифункциональности. Существование мультиэнзимных комплексов и полифункциональных ферментов обеспечивает важную особенность ферментативного катализа: непрерывное осуществление цепи реакций без высвобождения промежуточных продуктов метаболизма.
     Поскольку вероятностная пространственно-временная организация активных центров однокомпонентных и двухкомпонентных ферментов аналогична, они имеют единый механизм действия. Первым этапом ферментативного катализа является образование комплекса между субстратом (или субстратами) и ферментом. Это соединение, в котором реагенты связаны друг с другом ионной, ковалентной или иного типа связью. На втором этапе субстрат под действием взаимодействующего с ним фермента становится более доступным для соответствующей химической реакции. На третьем этапе осуществляется сама химическая реакция. На четвертом этапе образовавшиеся продукты реакции освобождаются из комплекса фермент-субстрат.
     Ферменты обладают следующими свойствами: термолабильность, зависимость их действия от значения рН среды, специфичность, чувствительность к влиянию активаторов и ингибиторов.
     Каталитическая активность ферментов - это способность ферментов увеличивать вероятность реакции, которую они обеспечивают. Она зависит от концентрации фермента и субстрата реакции, от температуры, pH, концентрации активаторов и ингибиторов ферментов. Наивысшая каталитическая активность ферментов достигается при оптимальном распределении вероятностей температур реакций (в пространстве-времени). При выходе параметров распределения за оптимальные пределы, вероятность реакции фермент-субстрат уменьшается. Температурная чувствительность ферментов и других белковых молекул является одной из причин летального действия высоких температур.
     Каждый фермент имеет вероятностный оптимум рН среды (распределение вероятностей значений рН в пространстве-времени) при котором проявляется его наивысшая активность. Регуляция активности ряда ферментов, катаболизирующих ключевые реакции метаболизма, осуществляется посредством регуляторных молекул (эффекторов), увеличивающих или уменьшающих сродство между ферментом и субстратом реакции.
     Каждый фермент в большей или меньшей степени специфичен определенной молекуле субстрата реакции, типу катализируемой химической реакции и её механизму. Специфичность ферментов объясняется в первую очередь совпадением вероятностных пространственно-временных распределений конфигураций субстрата и субстратного центра фермента. Совпадение характеристик распределений ведет к образованию комплекса фермент-субстрат. Это является началом процесса ферментативного катализа.
     До недавнего времени не существовало единого способа именования ферментов и единой их номенклатуры. Фермент могли назвать основываясь на случайном признаке фермента (тривиальная номенклатура: пепсин, трипсин и т.п.), на основе названия субстрата действия фермента (рациональная номенклатура: протеазы, липазы, карбоангидразы и т.п.), на основе химической структуры фермента, на основе типа катализируемой реакции и характера субстрата. Наибольшее распространение получила рациональная номенклатура. Название фермента составляется из названия субстрата и характерного окончания -аза. Так, фермент, ускоряющий гидролиз крахмала, получил название амилаза (лат.: amylum - крахмал), гидролиз жиров - липаза (греч.: λίπος - жир) , белков (протеинов)- протеаза и т. п.
     После открытия химической структуры простетических групп появилась новая номенклатура ферментов. Названия ферментов основывались на названии их простетической группы: геминфермент (простетическая группа - гем), пиридоксаль-фермент (простетическая группа - пиридоксаль) и т. п. Затем в названии фермента стали указывать как характер субстрата, так и тип катализируемой реакции. Например, фермент, катализирующий реакцию удаления водорода из молекулы янтарной кислоты, называют сукцинатдегидрогеназой, подчеркивая этим одновременно и химическую природу субстрата, и тип катализируемой реакции - удаление атомов водорода.
     Описанные выше классификации имели один существенный недостаток, они не были универсальными. В 1961 г. Международная комиссия по номенклатуре ферментов представила V Международному биохимическому конгрессу (Москва, 10 - 16 августа 1961 г) проект номенклатуры, построенный на единых научных принципах. Конгресс утвердил этот проект. Согласно Московской номенклатуре название фермента составляют из химического названия субстрата и названия той реакции, которая осуществляется ферментом. Если химическая реакция, ускоряемая ферментом, сопровождается переносом группировки атомов от субстрата к акцептору, название фермента включает также химическое наименование акцептора. Например, пиридоксальфермент, катализирующий реакцию переаминирования между L-аланином и α-кетоглутаровой кислотой, называется L-аланин-2-оксоглутарат аминотрансфераза. В этом названии отмечены сразу три особенности:
     (а)   субстратом является L-аланин; (б)   акцептором служит 2-оксоглутаровая кислота; (в)   от субстрата к акцептору передается аминогруппа. В связи со значительным усложнением названий ферментов в новой номенклатуре допускается наряду с новыми названиями использование старых названий ферментов. Международной комиссией был составлен список всех известных ферментов. В 1979 г. этот список составлял 2003 фермента. Каждому ферменту в указанном списке был присвоен индивидуальный числовой шифр, в котором отражаются все характеристики фермента.
     По типу важнейших химических процессов, лежащих в основе жизни, все ферменты делят на шесть классов (См.: Enzyme Nomenclature. Номенклатура ферментов. Литература ).
     1.  Оксидоредуктазы - ускоряют реакции окисления-восстановления.
     2.  Трансферазы - ускоряют реакции переноса функциональных групп и молекулярных остатков.
     3.  Гидролазы - ускоряют реакции гидролитического распада.
     4.  Лиазы - ускоряют негидролитическое отщепление от субстратов определенных групп атомов с образованием двойной связи (или присоединяют группы атомов по двойной связи).
     5.  Изомеразы - ускоряют пространственные или структурные перестройки в пределах одной молекулы.
     6.  Лигазы - ускоряют реакции синтеза, сопряженные с распадом богатых энергией связей.
     Приблизительно 50% всех изученных ферментов являются двухкомпонентными ферментами и содержат в своей структуре добавочные соединения небелковой природы - коферменты, или коэнзимы. К числу таких ферментов относятся большинство оксидоредуктаз и трансфсраз, все лигазы, значительная часть лиаз и некоторые изомеразы. Лишь гидролазы не имеют коферментов. Гидролазы проявлют каталическую активность за счет наличия активных центров, образованных аминокислотными остатками, встроенными в полипептидную цепь гидролаз.

Схема. Передача редуцированных эквивалентов от катаболизма к анаболизму посредством цикла NADPH.
Модификация: Garrett R., Grisham C. Biochemistry, 4th ed, Brooks, 2010, 1184 p., см.: Биохимия человека: Литература. Иллюстрации.


     В подавляющем большинстве случаев коферменты после завершении каталитического акта регенерируются в неизменном виде. Это отличает коферменты от субстратов ферментативных реакций. Однако в многостадийных химических реакциях на определенном этапе метаболиты кофермента могут быть субстратом цепи химических реакций, предназначенных для восстановления кофермента из его метаболитов. Результатом этой цепи преобразований является восстановление нормального уровня концентрации кофермента в клетке. Таким образом кофермент полностью восстанавливается лишь после завершении реакций и основной, и вспомогательной цепей.
     Структура коферментов разнообразна. Их нельзя отнести к какой-либо одной группе химических веществ. Среди них могут быть органические вещества, относящиеся к алифатическому и ароматическому ряду, а также одноядерные и многоядерные гетероциклические соединения. Коферменты объединяются в одну группу не по структуре, а по функциональному признаку - по способности взаимодействовать с белками (апоферментами), результатом чего является образование каталитически активных холоферментов.
     Из ферментов, взаимодействующих в каталитических реакциях с коферментами, как с обязательными компонентами, около 85%, используют в качестве коферментов нуклеотиды. Это самая многочисленная из всех группа коферментов. Они называются нуклеотидными коферментами. Среди них: никотинамидадениндинуклеотид (НАД +), никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ +), вместе и НАД +, и НАДФ +, флавинадениндинуклеотид (ФАД), флавинаденинмононуклеотид (ФМД), коэнзим А и аденозинтрифосфат (АТФ). Широко распространенными коферментами являются пиридоксальфосфат, соединения хиноидной природы. В качестве коферментов выступают многие другие органические соединения. Так, в окислительно-восстановительных реакциях коферментами служат липоевая кислота, глутатион и железопорфирины, в реакциях переноса гликозильных остатков и их производных - нуклеозиддифосфатсахара, в реакциях переноса азотистых оснований при биосинтезе фосфолипидов - цитидиндифосфатхолин и т. п. Кроме того, функцию коферментов выполняют многие витамины и витаминоподобные вещества.


     Литература.  Иллюстрации
     Щелкни здесь и получи свободный доступ к любому источнику библиотеки сайта!

  1. Яковлев В.А., ред. Коферменты. М.: Медицина, 1973, 192 с. Сборник статей.
    Доступ к данному источнику = Access to the reference. Файл в формате DJVU. Просмотр в Internet Explorer.
    URL: http://lib.prometey.org/?id=14620          quotation
  2. Bugg T. Introduction to Enzyme and Coenzyme Chemistry = Химия ферментов и коферментов. Введение, Blackwell Publishing, 2004, 303 p., 7,81 MB.
    Иллюстрированное учебное пособие.
    Доступ к данному источнику = Access to the reference.
    URL: http://www.tryphonov.ru/tryphonov/serv_r.htm#0          quotation
  3. King M.W., Ph.D. Enzyme Kinetics. In: Michael W. King, Ph.D. Medical Biochemistry. Terre Haute Center for Medical Education.
    Кинетика ферментов. В руководстве: Майкл В. Кинг. «Медицинская биохимия».
    Тщательно разработанное и хорошо иллюстрированное учебное руководство. Доступ к данному источнику = Access to the reference.
    URL: http://web.indstate.edu/thcme/mwking/subjects.html          quotation
  4. Nomenclature Committee of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology. Enzyme Nomenclature. + Biochemical Nomenclature and Related Documents.
    Номенклатура ферментов. Биохимическая номенклатура и другие материалы.
    Справочные материалы.
    Доступ к данному источнику = Access to the reference.
    URL: http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/          quotation
  5. Tsai С.S. >Biomacromolecules: Introduction to Structure, Function and Informatics = Биомакромолекулы: введение к структуре, функциям и информатика, Wiley-Liss, 2006, 740 с., 13,52 MB.
    Сборник обзоров.
    Доступ к данному источнику = Access to the reference.
    URL: http://www.tryphonov.ru/tryphonov/serv_r.htm#0          quotation
  6. Von Worthington. Worthington Enzyme Manual. Enzymes and Related Biochemicals.
    Ферменты и другие вопросы биохимии.
    Тщательно разработанные и хорошо иллюстрированные справочные материалы. Литература.
    Доступ к данному источнику = Access to the reference.
    URL: http://www.worthington-biochem.com/index/manual.html          quotation

Google

В отдельном окне: 

     
«Я    У Ч Е Н Ы Й    И Л И . . .    Н Е Д О У Ч К А ?»
    Т Е С Т    В А Ш Е Г О    И Н Т Е Л Л Е К Т А

Предпосылка:
Эффективность развития любой отрасли знаний определяется степенью соответствия методологии познания - познаваемой сущности.
Реальность:
Живые структуры от биохимического и субклеточного уровня, до целого организма являются вероятностными структурами. Функции вероятностных структур являются вероятностными функциями.
Необходимое условие:
Эффективное исследование вероятностных структур и функций должно основываться на вероятностной методологии (Трифонов Е.В., 1978,..., ..., 2015, …).
Критерий: Степень развития морфологии, физиологии, психологии человека и медицины, объём индивидуальных и социальных знаний в этих областях определяется степенью использования вероятностной методологии.
Актуальные знания: В соответствии с предпосылкой, реальностью, необходимым условием и критерием... ...
о ц е н и т е   с а м о с т о я т е л ь н о:
—  с т е п е н ь  р а з в и т и я   с о в р е м е н н о й   н а у к и,
—  о б ъ е м   В а ш и х   з н а н и й   и
—  В а ш   и н т е л л е к т !


Любые реальности, как физические, так и психические, являются по своей сущности вероятностными.  Формулирование этого фундаментального положения – одно из главных достижений науки 20-го века.  Инструментом эффективного познания вероятностных сущностей и явлений служит вероятностная методология (Трифонов Е.В., 1978,..., ..., 2014, …).  Использование вероятностной методологии позволило открыть и сформулировать важнейший для психофизиологии принцип: генеральной стратегией управления всеми психофизическими структурами и функциями является прогнозирование (Трифонов Е.В., 1978,..., ..., 2012, …).  Непризнание этих фактов по незнанию – заблуждение и признак научной некомпетентности.  Сознательное отвержение или замалчивание этих фактов – признак недобросовестности и откровенная ложь.


     ♥  Ошибка?  Щелкни здесь и исправь ее!                                 Поиск на сайте                              E-mail автора (author): tryphonov@yandex.ru

π

ψ

σ

Санкт-Петербург, Россия, 1996-2015

Copyright © 1996-, Трифонов Е.В.

Разрешается некоммерческое цитирование материалов данной энциклопедии при условии
полного указания источника заимствования: имени автора, названия и WEB-адреcа данной энциклопедии


 
Всего посетителей = Altogether Visitors :  
Посетителей раздела «Химия» = Visitors of section «Chemistry» :