Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_1 (1123309), страница 99
Текст из файла (страница 99)
иа рис. 4.11. Цифрами указаны положения остатков, знаками плюс и минус — положительно и отрицательно заряженные остатки. Гл — глутамин, Ф вЂ”. фенилаланнн, Лр — ароматический. Показаны только те остатки, коцорые типичны лля большинства цитохромов с. ~0тсйетяол тт. Е., ттптйотлсй тт., р.
484, 1п: Р. О. Воуег. еб.. Тпе Впхутея, то1. Х1, Зб ед., Лсабе- тпсс Ргеяз, 1пс., 1чегч Уогк, 1975.1 в щель и образуют водородные связи с Тгр-59 и Туг-48. Только один край плоскости молекулы гема находится на поверхности молекулы и доступен для других реагентов. Узкий канал обнаруживается с каждой стороны гема. но только очень маленькие гидрофобные молекулы, вероятно, могут проходить через него. Рпе-82 играет роль своего рода пробки, блокирующей вход молекул извне в гемовую щель. Поскольку цитохром с принимает электроны от другого гемопротеида и должен отдавать их опять-таки гемопротеиду, возникает вопрос, каким образом происходит перенос электрона при нормальных физиологических условиях. Не исключено, что в результате связывания цитохрома с с с, илн с цитохромоксидазой создается возможность для возникновения контакта между краямн плоскостей соответствующих гемон.
Но при этом все же не получен ответ на прямой вопрос о механизме переноса электронов к Гез+ или от Рег+. В случае реакции цитохрома с с цитохромоксндазой рассчитана скорость квннтовомеханического туннелирования, причем электрон рассматривался как волновая функция; получено, что возможные значения скорости этой реакции имеют тот же порядок, что и наблюдаемая в действительности скорость.
Детали связывания этих белков друг с другом остаются недостаточно попятными. Эта проблема общая для многих реакций мито- !з Биологнческое Окис.'!Гнив. н хондриального транспорта; во всех случаях белок-белковых взаимодействий с участием железосероцентров и гемопротеидов функциональные группы, изменение степени окисления которых обнаруживается спектрофотометрнчески или по спектрам ЭПР, погружены глубоко в молекулу белка и не могут вступать в прямой физический контакт друт с другом. Представляется очевидным, что связывание цитохрома с с цптохромоксидазой достигается благодаря поясу катионных групп, в основном остатков лизина и аргинина, на «верхней» стороне молекулы; особое значение имеет 1.уз-13, находящийся как раз на вершине одного из каналов.
Среди всех известных в настоящее время белков только у цитохрома с наблюдается такое обособление катионных групп; на другой стороне молекулы находится пояс аиионных остатков глутамата и аспартата, которые могут иметь отношение к связыванию цптохрома с с редуктазой 1цитохромои с,) илп вообще к положению фермента в электроипереносящей цепи.
Совершенно особое место принадлежит группе из 11 остатков (положения от 70-го до 80-го в последовательности аминокислот), которые остаются неизменными у всех исследованных цитохромов животных н растений. Эта полоса сложена таким образом, что образует «левую сторону» гидрофобного окружения гема.
Этп особенности структуры, равно как вся трехмерная структура в целом, идентичны у всех цитохромов с эукариот. Так как в общем число аминокислотных замен во всей последовательности цитохрома с довольно постоянно для каждого нз вссх исследованных видов и так как все известные в настоящее время цитохромы с эукариот эффективны в качестве субстратов для цитохромоксидазы из сердца лошади, представляется вероятным, что современная трехмерная структура цитолрома с возникла более миллиарда лет назад и с тех пор осталась в основном неизменной. Обработка очищенного белка смесью лнппдов митохондрий илп очищенным фосфатидилзтаноламином приводит к образованию липидрастворнмого комплекса, который на 15",з может состоять из цитохрома с.
В этой форме цитохром с легко взаимодействует с цитохромоксидазой в качестве ее субстрата и в этом отношении ведет себя подобно цитохрому с, находящемуся в митохондрии. Цитохрол!оксндаза — конечное звено цепи — является ее единственным компонентом, который способен восстанавливать кислород. На основании спектров поглощения препаратов из дрожжей и сердечной мышцы, обработанных СО илн С)Ч и восстановленных субстратом, ранее был сделан вывод о том, что два отдельных цнтохрома а н а,, вероятно, находятся в конце цепи. Считалось, что цитохром аз способен самоокисляться при низком парциальном давлении О» и соединяться с СО и СХ вЂ”, а цитохром а — нет. Поэтому цнтохром а» рассматривался в качестве истинной оксидазы.
Однако в действительности митохондрии содержат лишь один ком- и!. леетхаолизе! 492 понент, который можно назвать цитохромоксндазой. Это большая сложная молекула, содержащая дна атома меди и две молекулы уникального гема А, показанного ниже, необычность которого состоит в том, что он содержит длинную этилфарнезильную группу, присоединенную к одному нз пнррольных колец: ~не н ~не 1, снЗ с с с с с с сн с' с с с с с но. ~'не н н, н не н н о с н~ сн, „сн, сне о сн, ! с с ,г' х о он о он ген А Велковый комплекс, который пересекает внутреннюю мнтохондрнальную мембрану, имеет мол.
массу 200000 н состоит пз семи различных субъединиц с мол. массой: 1) 40000, П) 33000, П1) 22000, 1Ъ') 14500, Ъ) 13000, Ъ1) !2700, ЪП) 4600. Субъсднннцы 1, П и !П исключительно гидрофобны. 1п з!1и субъеднннцы Ш, 71 и И! располагаются на наружной повсртнюстн мелебраны, субъединица 1Ъ' — на стороне, обращенной к матрпксу, в то время как субъединнцы 1 и Ъ' погружены в мембрану. Показано, что субъеднница П1 входит в центр связывания цитохрома с. Ничего не известно о центре нековалентного связывания тема илн меди.
Ом по-вндимому, подходит к цитохромоксидазе со стороны митохондрпального матрякса, а это означает, что гсм отделен от цито- хрома с всей тол!циной мембраны. Цитохромоксидаза каталкзнрует четырехэлектронное восстановление молекулы кислорода Ое до воды. В ходе этого процесса, вплоть до полного завершения восстановления, не обнаружено отделения каких-либо промежуточных продуктов. Такое течение процесса термодинамически оправдано, поскольку для одноэлектронной стадии О,+е — «О;, Ее= — 330 мВ и для двухэлектронного 13.
БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ. Н восстановления О,+2е — еО,', Ее =+310 мВ, тогда как для реакции ОЕ+4е+4Н' — е2Н,О, Ее =-840 мВ. Однако посредством экспериментальных манипуляций было продемонстрировано образование как Оз, так и Оее Молекула цитохромоксидазы, очевидно, должна обладать внутренней симметрией, имея реакционный центр, к которому ферроцитохром может доставлять электроны и к которому может присоединяться Ог', этот центр нключает как темы, так и атомы меди.
Несмотря на то что молекула фермента, по всей вероятное~и, симметрична, методом ЭПР удается обнаружить только один атом гемового железа и один атом меди, что указывает на антиферромагнитное сопряжение спинов двух других атомов. Значения Ее для двух атомов железа, по-видимому, существенно различаются: для атома с более высоким потенциалом, поведение которого соответствует цнтохрому ам Ео =+340 мВ, тогда как для атома железа цитохрома а Ее=+200 мВ. СН--связывающий центр — либо Гезэ цятохрома аз либо неразличимый посредством ЭПР атом меди.
Когда присоединение ферроцитохрома с происходит в отсутствие Ом электроны продвигаются, возможно через медь, к гемовому железу, восстанавливая одни атом железа п одни атом меди до Ге'-' н Сне соответственно, которые можно обнаружить методом ЭПР. Химические восстановителп могут восстановить весь центр, ио ферроцптохром с не может легко восстанавливать вторую пару металлов. О: связывается с Гс'"' гема с образованием промежуточного комплекса, напоминающего оксигемоглобин. Если неор1аническпе модели процесса правомочны, второй ион металла, возможно это ассоциированный атом меди, должен связываться с другим атомом кислорода в паре — геы — ΠΠ— СЕ~в для облегчения полного восстановления кислорода и последующего Отделения от иона металла в виде пары гидроксидных ионов.
Однако эти подробности еще не получили полного подтверждения. В качестве возможного интермедиата привлекает внимание Гее' — О О=Сны где пероксндная группа удерживается на месте своего образования до момента введения второй пары электронов. Химически восстановленнан оксидаза очень медленно восстанавливает Ое.
Связывание цитохрома с влияет на реакцпонноспособность активного центра к Оь вызывая ее увеличение. Таким образом, подлин- нь мвтлволизм ный восстановитель Оз --- это комплекс цитохром-с-цитохромоксндаза. е с Напомним, что перенос электрона су1 с — +су1 ааз — «-Оз сопряжен с запасаннем энергии н образованием ЛТР. Хотя механизм этого процесса еше неясен, при его объяснении следует учитывать тот факт, что в присутствии АТР Ев для цитохрома а, падает более чем на 200 мВ, составляя всего около +160 мВ. Физические причины, обусловливаюшне те свойства, по которым различаются а- и аз-формы, пока еше непонятны, но отметим, что суммарное значение мол.
массы фермента (по сумме всех компонентов) составляет 110 000, тогда как мол, масса изолированного фермента по меньшей мере вдвое больше, а в мембране он может сушествовать в еше более высокополимерной форме Это обстоятельство могло бы способствовать расположению одной из гем-купрогрупп вблизи наружной поверхности мембраны, а другой на стороне матрнкса, так что гем и медь в каждом из цитохромов а и аз должны были бы находиться в различном ок~руженигь Некоторые другие ферменты также могут катализировать многоэлектронпые восстановительные реакции без освобождения нлн различвмого участия промежуточных продуктов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
