Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_1 (1123309), страница 102
Текст из файла (страница 102)
т Х, фиксируется ежегодно в мире благодаря этому процессу. Шестиэлектронное восстановление осуществляется посредством совместного функционирования двух белков. Больший компонент (мол. масса 220000) сос~оит из четырех идентичных полипептпдных цепей, каждая из которых содержит (ГеАВА)-группу, и относительно неболыного полипептида, содержащего (Ге5)-группу и два атома молибдена.
Меньший компонент (мол. масса 55000) — димер из идентичных субъеднниц, каждая из которых содержит (Ге,5А)-группу. Последняя прн восстановлении дает характерный сигнал ЭПР (а=(,94), тогда как железосерогруппы большего компонента не обладают такой способностью. В комплексе на каждый большой компонент приходится по два меньших. Необходимые для процесса восстановительные эквиваленты поставляются от ЫАВРН через флавопротеид к растворимому ферредоксину. Ферредоксин восстанавливает меньший железопротеид, который в свою очередь восстанавливает железомолибдопротеид.
Хотя Ер ферредокснна достаточно низок, что в принципе делает возможным восстановление атмосферного азота, для осуществления указанного процесса все же требуется АТР. Меньший железопротеид связывает два ЛТР на один Ге, в результате чего ЕБ снижается на 100 мВ и обеспечивается возможность восстановления железомолибдопротенда. АТР гидролнзуется, только если присутствуют оба компонента сразу; на каждую пару электронов, переносимых от железопротеида к железомолибдопротеиду, гидролизуются четыре ЛТР. 1Ч + брем + 6И++ 12АТР— ~- 2Я1, + брез++ 12ЛОР+!2Р~ Механизм, посредством которого утилизируется АТР, неизвестен. Фермент не обладает абсолютной специфичностью к азоту; его способность восстанавливать ацетилен до этилена легла в основу разработки полезного эксперимеятального критерия специфичности.
В отсутствие Н, или ацетилена комплекс функционирует как АТР-зависимая гидрогеназа. В действительности даже в присутствии г)э -'/з всего потока электронов и соответственно такая же доля потребляемого АТР переправляются на образование Нм что ~з. внологичссхон окисланнг..п и приводит к большой потере энергии. Оба компонента фермента быстро и необратимо отравляются О,. В этой связи было выдвинуто предположение, что основной функцией лгггемоглобина из Яй!гоЬ|ит может быть связывание О~ для поддержания его эффективной концентрации ниже 0,0! мм рт. ст.
Вероятно, стенка гетероцпсты хорошо отделяет нитрогеназу сине-зеленых водорослей от кислорода, продуцнруемого в процессе нх фотосинтетнческой активности. 13.6. Оксидазы, оксигеиазы и гидроксилазы Хоти электронный перенос в организованной митохондрнальной системе, сохраняющей энергию путем образования АТР, отвечает за большую долю использованного кислорода, имеются многочисленные ферменты, которые катализнруют прямые реакции между своимп субстратами и О,. Вклад таких реакций в общее потребление кислорода в организмах млекопитающих сравнительно невелик. Эти реакции могут быть включены в различные пути биосинтеза н распада, особенно в метаболизме ароматических соединений и стероидов.
Очень интересный набор ферментов такого типа имеется у бактерий, как, например, в виде нндуцнрованных ферментов у Рзепг(отопаз; эта бактерия образует большие количества таких ферментов, когда выращивается на различных ароматическьх соединениях как единственном источнике углерода. Здесь представлен лишь общий обзор ферментов, отпосяшнхся к указанным категориям. !3.6.!. Флавопротеидные оксидазы Одна категория этих оксндаз уже описана ранее; это простые самоокисляюпшеся флавопротеиды, например о- и с-оксидазы анино~ колот нз печени, почек н змеиных ялов (разд. !3.2). Он~ восстанавливают Ог до 1-1;О,, который может либо разлагаться каталазой, либо использоваться в реакциях„катализнруемых пероксидазой (равд.
13.7.6). ! 3.6.2. Флавожелезопротеиды, содержащие молибден Молибден в форме Мозг присутствует в активных центрах небольшого числа ферментон, которые выполняют совершенно различные физиологические функции. Весьма близки между собой ксантнндегидрогеназы печени животных и различных бактерий и грибов, ксантнноксидаза молока и альдегндоксндаза печени. Все эти ферменты представляют собой димеры с идентичными субъединицами (мол. масса 150000), каждая из которых содержит ис мптлволнзм Рис. 13.16. Спектр ЭПР восстановленной альдегндоксндазы из печени кролика.
Кривая регнстрнрует первое производное истинного сигнала. Сигналы прн значениях и, равных 2,0, 1,97 н 1,94, принадлежат свободному радикалу (предпаложнтелыю ГЛВН-), Моя+ н железосерокомптек- су соответственно, один Мо'+, один ЕЛО н либо один (ГетБа)-центр, либо два (Резбт)-центра. Каждая субъедигтица каталнзирует гидроксилнрование атома углерода в гетероциклической системе ароматических колец, например превращение гипоксантина в ксантин или Ы-метнлникотинамида в его пиридон, н обе ьатализируют окисление альдегидов до соответствующих кислот.
На молибдене происходит атака на субстрат, сопровождающаяся отщеплением гидрид-нона. Гндрид-ион замещается ионом гидроксида из среды О К вЂ” С:Н+ ОН + Х вЂ” а К вЂ” С вЂ” ОН + Х-Н !* ! так что кислород введенного гидроксила происходит из воды, а не из От. Способ присоединения Моея к белку неизвестен, но существуют данные, свидетельствующие о наличии в его окружении персульфндных групп ( — Я вЂ” Я ) (Х в вышеприведенном уравнении реакции) и о том, что гидрид-нон каким-то образом поделен между ними.
Электроны от восстановленной молибден-персульфидной структуры переносятся к РЛЬ, который в свою очередь находится в контакте как с молибденом, так и с железосероцентром, так что окнсленный фермент может принимать 5 нли 6 электронов. На рисунке 13.15 показан спектр ЭПР восстановленной альчегидоксидазы из печени кролика и видны сигналы, относящиеся к Мо', ГЛОН*, и (Гез")5-(Гетг)зБз. Ксантиндегидрогеназя дает синий семнхинон и восстанавливает Оз только по одноэлектронному механизму. Однако в условиях мягкой денатурацин восстановленная форма фермента вместо этого образует ЕЛОНт, а затем 13.
БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ.11 505 легко восстанавливает Оз до Н10з. Растворимая ксаитииоксидаза молока и альдегидоксидаза печени действуют сходным образом. Напротив, ксаитииоксидаза липидов молока ведет себя скорее как печеиочная ксаятивдегидрогеиаза и легко восстаиавливает )чАет'.. 13.6.3. Медьсодержащие оксидазы Некоторые окрашенные в синий цвет ферменты, имеющие в большинстве растительиое происхождеиие и содержащие медь в качестве единственной простетической группы катализируют простое дегидрироваиие субстрата. Медьсодержащие оксидазы наиболее распространены в тканях млекопитающих (табл.
13.7), ио вместе с тем к этой группе ферментов относятся и такие, как аскорбатоксидизи тыквы и лаккази, впервые обнаруженная в лаковом дере- Таблпяа И.7 Некоторые ыедьсодержащие оксндазы Чнсло атомов Со на одну молекулу Пеодукт восстановле- нав Оа Молекулврнав масса Истоаннк Окснлаав 185 000 11О ООО 150 000 п,о но но 8 — 1О 4 — 6 6 — 8 Аскорбатоксидаза Лаккзза Тыква Лаковое дерево Человеческан сыво- ротка Печень Псрулоплазнин 120 000 185 000 1 200 000 60 000 н,о, н,о, но Уратоксндаза Диаииноксндаза Моноаыкноксндаза Галактозооксидаза Почки свиньи Печень свиньи Грибы ЗЗ вЂ” 11$Ч ве, а по современным данным широко распространенная в растеияях и грибах.
Лакказа каталпзирует двуэлектроииое окисление оп и-диоксибеязолов до соответствующих хииоиов, восстанавливая при этом Оз до НзО. Лскорбатоксидаза окисляет аскорбат до деп1дроаскорбата (разд. !3.6.7) опить-таки с восстановлением Оз до НаО. Плазма крови содержит белок церулоплазлсин небесно- голубого цвета, который сходиым образом катализирует окисление гидрохпиоиа и и-феиилендиамииа до и-хииопа. Все эти ферменты Обесцвечиваются своими субстратами и ингибируются СН . Судя,по данным ЗПР-спсктрометр1щ, медь в каждом из иих связывается тремя разными способами, включая образоваиис Спас — Сп'"-пары с сопряженными спинами, которая ие обяаруживастся методом ЭПР.
Механизм действия ферментов этой гп. Хетхаолнзм группы до снх пор неясен. Ои должен, очевидно, связываться либо с одиночной Сце, либо с парой Сп+. Субстраты отдают один электрон с образованием свободно-радикальных промежуточных продуктов. Обнаружена по крайней мере одна промежуточная стадия, когда кислородный радикал, вероятно Ое, связан с парой Снг. Показано, что Н»О, связанная с медью в молекуле окисленного фермента, может обмениваться с Н»О из среды лишь после перехода фермента в восстановленную форму. В ходе реакции Н,О» не появляется; таким образом, эти ферменты, подобно цитохромоксидазе, осуществляют четырехэлектрониое восстановление атмосферного кислорода.
Вторая группа — это бесцветные медьсодержащие оксидазы, медь которых связана иначе, чем в «голубых» белках; они восстанавливают Оз до Н,Оь В плесневых грибах, растениях, плазме крови найдены диаминоксидазы, которые в качестве субстратсвязыва!ощего центра содержат пиридоксальфосфат (гл. 21): он образует шиффово основание с одной аминогруппой субстрата, тогда как другая аминогруппа окисляется до альдегида с выделением НН«. В печени свиньи имеется мокоалиноксидазо, которая не содержит пиридоксальфосфата и окнсляет разнообразные моно- амины. Гриб Ро!узрогпз с!гота!из содержит галактозооксидазу, окисляющую галактозу при атоме С-б с образованием галактозоальдегида; Сн'+ скоординирован с двумя имидазольиыми группами.
Все вышеуказанные медьсодержашие ферменты ииактивируются специфическими связывающими медь реагентами, например диэтилдитиокарбаматом. !3.3.4. Диоксигеиааы Ферменты, катализирующие реакции, в которых оба атома молекулярного кислорода встраиваются в продукты реакции, называются диоксигеназамш Известные в настоящее время ферменты этой группы могут содержать в качестве активной группы гем или негемовое железо, а для действия некоторых„ кроме того, необходим а-кетоглутарат. Чаще всего диоксигеназы катализируют разрыв двойной связи в ароматическом кольце, однако и другие разнообразные реакции катализируются сходным образом. ! З.Влд1. Геыседержеигие диеисигеиезы Печень, а также клетки Рзеиг!агпапаз содержат гемопротеид, который катализирует начальную стадию катаболизма триптофана, разрыв индольного кольца с образованием формил-ь-кинуренина (гл.
23). Один атом кислорода входит в формильную группу; другой образует кетогруппу. Для катализа требуется, чтобы в гсмовом железе присутствовал Ре'+. Фермент медленно самоокисля- ьа БиОлОГическОе Окисление.!! ется и восстанавливается анионом супероксида (О;). Родственный ему фермент — индолиламиндиоксидаза кишечника, который может оксигенировать индолнламины, например о-триптофан, серотонин и триптамин, не использует Ос, но требует анион суперокснда, который восстанавливает железо и является активным оксигеннруюшпм началом. ьа.ад.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
