А. Лактатдегидрогеназа: каталитический цикл

ЛДГ катализирует передачу восстановительного эквивалента от лактата на НАД+ (NAD+) или от НАДН (NADH) на пируват.

L-лактат + НАД+ ↔ пируват + НАДН + Н+

Равновесие реакции сдвинуто в сторону образования лактата (см. Фосфолипиды и гликолипиды). Однако при высоких концентрациях лактата и НАД+ возможно окисление лактата в пируват. ЛДГ катализирует реакцию в обоих направлениях, но подобно всем ферментам не влияет на положение химического равновесия.

Из-за обратимости реакции каталитический процесс можно представить в виде движения по кругу. Каталитический цикл ЛДГ представлен на схеме в виде шести моментальных «снимков». Приведённые на схеме промежуточные стадии катализа очень кратковременны и поэтому строго не доказаны. Однако их существование подтверждается множеством экспериментальных данных.

В активном центре ЛДГ принимают участие многие аминокислотные остатки. Они способствуют присоединению субстратов и кофермента или непосредственно участвуют в одной из стадий катализа. Здесь показаны лишь три особенно важные боковые цепи аминокислот: положительно заряженная гуанидиновая группа аргинина-171 связывает карбоксильную группу субстрата с помощью электростатического взаимодействия, имидазольная группа гистидина-195 принимает участие в кислотно-основном катализе, боковая цепь аргинина-109 важна для стабилизации переходного состояния В противоположность His-195, меняющему свой заряд во время катализа, оба упомянутых остатка аргинина протонированы постоянно. Кроме этих трёх остатков важную роль играет пептидная петля 98-111, показанная схематически (окрашена в малиновый цвет) (см. Митохондрии: структура и функции). Её функция состоит в том, чтобы после связывания субстрата и кофермента закрыть активный центр и исключить доступ молекул воды во время переноса электронов.

Рассмотрим теперь отдельные стадии катализируемого ЛДГ восстановления пирувата: в свободном ферменте (1) His-195 протонирован, в связи с чем эта форма обозначена как Е×Н+. Кофермент НАДН связывается первым (2), а за ним — пируват (3). Важно, что в молекуле фермента карбонильная группа пирувата и никотинамидное кольцо кофермента в активированном состоянии расположены друг относительно друга оптимально и такая ориентация фиксирована (сближение и ориентирование субстратов). Затем закрывается петля 98-111 над активным центром. Сильно пониженная полярность в области активного центра облегчает образование переходного состояния (4; доступ воды закрыт). В переходном состоянии гидрид-ион Н′′ (см. Лактатдегидрогеназа: механизм каталитической реакции) переносится с кофермента на карбонильный углерод (перенос группы). При этом временно образующийся энергетически невыгодный отрицательный заряд на кислороде стабилизируется электростатическим взаимодействием с Arg-109 (стабилизация переходного состояния). Одновременно осуществляется перенос протона с His-195 на атом кислорода (перенос группы), приводя к образованию связанных с ферментом лактата и НАД+ (5). После открытия петли лактат диссоциирует с фермента и временно незаряженная имидазольная группа His-195 снова присоединяет протон из окружающей воды (6). Наконец, освобождается также окисленный кофермент НАД+ и снова достигается исходное состояние (1). При окислении лактата в пируват протекают те же стадии, но в противоположном направлении.

Входящий в уравнение реакции протон присоединяется не одновременно с NADH, а после освобождения лактата, то есть между стадиями (5) и (6) предшествующего цикла.


Метаболизм. Ферменты / Лактатдегидрогеназа: механизм каталитической реакции

Статьи раздела «Лактатдегидрогеназа: механизм каталитической реакции»:

Следущая статья   |   — Вернуться в раздел


От молекул к жизни / В настоящей монографии рассмотрен вопрос о том, на какой стадии усложнения объектов материального мира появляются такие свойства этих объектов, которые в дальнейшем проявляются как необходимые для существования самого феномена жизни. Прежде всего это относится к приёму и преобразованию информации (вОт молекул к жизни
В настоящей монографии рассмотрен вопрос о том, на какой стадии усложнения ...
Биофизическая химия. В 3 томах. Том 3 / В книге изложены представления о биологических макромолекулах и методах исследования их структуры и функций. В третьем томе приведены материалы по термодинамике и кинетике взаимодействия биополимеров друг с другом и с низкомолекулярнымными гигандами, основам ферментативного катализа, регуляции биолоБиофизическая химия. В 3 томах. Том 3
В книге изложены представления о биологических макромолекулах и методах ...
Ферментативная кинетика. Справочник по механизмам реакций / Много лет тому назад под руководством профессора Е. Е. Селькова автором была начата регулярная работа по созданию справочника по ферментативной кинетике. Многие математические формулы были выведены впервые. Читателю предлагается промежуточный итог этой огромной работы. 50 механизмов ферментативных рФерментативная кинетика. Справочник по механизмам реакций
Много лет тому назад под руководством профессора Е. Е. Селькова автором была ...
Fundamentals of Forensic DNA Typing / An introductory text on forensic DNA analysis, written by the foremost expert in the field.Fundamentals of Forensic DNA Typing
An introductory text on forensic DNA analysis, written by the foremost expert in the field.