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


Интеллектуальные липидные наноконтейнеры в адресной доставке лекарственных веществ / Настоящая книга рассказывает о новейших достижениях в использовании липидов и совместимых с ними полимеров при создании молекулярных наноконтейнеров, способных хранить и адресно доставлять лекарственные вещества в различные отделы организма, взаимодействовать с поверхностью определённых клеток, пронИнтеллектуальные липидные наноконтейнеры в адресной доставке лекарственных веществ
Настоящая книга рассказывает о новейших достижениях в использовании липидов и ...
Инфракрасные спектры сложных молекул / В книге даётся богатейший, хорошо систематизированный справочный материал по инфракрасным спектрам поглощения различных классов органических соединений, а также многих неорганических соединений. Приведены в качестве иллюстраций 30 спектров различных соединений и 5 корреляционных диаграмм. Книга предИнфракрасные спектры сложных молекул
В книге даётся богатейший, хорошо систематизированный справочный материал по ...
Biomolecular Crystallography: Principles, Practice, and Application to Structural Biology / Synthesizing over thirty years of advances into a comprehensive textbook, Biomolecular Crystallography describes the fundamentals, practices, and applications of protein crystallography. Deftly illustrated in full-color by the author, the text describes mathematical and physical concepts in accessibBiomolecular Crystallography: Principles, Practice, and Application to Structural Biology
Synthesizing over thirty years of advances into a comprehensive textbook, Biomolecular Crystallography describes the fundamentals, practices, and ...
Histone H1 glycation and rutin metabolites as glycation inhibitors: Nuclear protein glycation in vivo and novel natural product AGE inhibitors / Protein glycation, induced by hyperglycemia, is implicated in the appearance of diabetic complications and the aging process. Glycation involves the non-enzymatic reaction between sugars and protein amino groups that lead to formation of advanced glycation end products (AGEs). When aminoguanidine, aHistone H1 glycation and rutin metabolites as glycation inhibitors: Nuclear protein glycation in vivo and novel natural product AGE inhibitors
Protein glycation, induced by hyperglycemia, is implicated in the appearance of diabetic complications and the aging process. Glycation involves the ...