о в работе [Hanson et al., 1981] было показано, что и соединение Е2 может иметь феррильную конфигурацию, которая в соединении Е, сопряжена с л-катион радикалом порфиринового макроцикла. Механизмы пероксидазных реакций для пероксидазы и каталазы описаны [Hanson et al., 1981, Browett, Stillman, 1981].

Данные, полученные при изучении скорости реакции пере-кисного комплекса цитохром с пероксидазы с цитохромом с, который является субстратом данного фермента, показали, что эта реакция проходит по следующей схеме похожей на каталитический процесс пероксидазы с донорами [Yonetani, Ray, 1966; Ком, 1978; Рарра et al., 1996]:

Е + Н202 Е (Н202) Е (Н202) -> Е, Е, + цит.с (И) —> Е2 + цит.с (III) Е2 + цит.с (II) —> Е + цит.с (III),

Е — цитохром с пероксидаза.

Методом быстро сканирующей спектрофотометрии показано, что при реакции образуются две промежуточные окисленные формы цитохром с пероксидазы, аналогичные промежуточным формам (Е, и Е2) пероксидазы. Стехиометрия цитохром с пероксидазной реакции указывает на то, что восстановление обоих интермедиаторов — соединения I в соединение II и далее в стабильную восстановленную форму фермента — это одноэлект-ронный процесс, сходный с общепероксидазным [Ronnberg et al., 1981]. Однако исследование электронной структуры соединения

19

Глава!

I цитохром с пероксидазы методами ЭПР и ЭЯДР [Hoffman et al., 1981; Bonagura et al., 1996] показало, что железо гема в Ej существует в оксиферрильной форме, а свободный радикал локализован на Met-171.

Из аминокислотной последовательности цитохром с пероксидазы известно [Takio et al, 1970; Wilcox et al., 1996], что Met-171 расположен через два аминокислотных остатка в полипептидной цепи от проксимального His-174. Рентгеноструктурные исследования показали, что атом серы Met-171 может осуществлять прямое взаимодействие с простетической группой порфирина, так как он находится на расстоянии 5,6 А от железа гема [Poulus et al., 1980]. Из кристаллографической структуры цитохром с пероксидазы также известно, что окисленный Met-171 должен легко взаимодействовать с нуклеофильными остатками боковой цепи, такими как Gly-239, His-174, Туг-153. Поэтому одним из предположений, объясняющим существование стабильного свободного радикала на аминокислотном остатке полипептидной цепи, является то, что атом серы метионина может взаимодействовать с кислородом Gly-237 боковой цепи с образованием таутометрической формы основания Шиффа, которое стабилизирует дальнейшее взаимодействие промежуточных соединений цитохром с пероксидазы с донорами электронов. Однако эти предположения основываются только на рентгенографических данных, тогда как при образовании окисленных форм фермента может происходить смещение атомов в области активного центра, которое может вызывать появление в ближайшем окружении гема других белковых групп, отличающихся от аминокислотных остатков, определенных рентгенсютруктурньш анализом.

Пероксидаза с алкил- и ацетилперекисями [Угарова и др., 1981; Schonbaun, Lo, 1972], а также другими сильными окислителями различной природы, например, НОС1, НОВг, НСЮ2, СЮ2, КВг03, KjSjOg + Ag, ТгС16 может образовывать соединения, идентичные промежуточным соединениям Ej и Е2, которые образуются в реакции с перекисью водорода. В работе [Угарова и др., 1981] предложены три пути действия этих агентов на пероксидазу: 1) снятие электронов окислителем непосредственно с пероксидазы; 2) промежуточное образование перекиси водорода; 3) образование некоторой промежуточной алкилгидроперекиси из молекулы кислорода и радикала, возникающего при реакции между окислителем и белком. Примером, доказывающим возможность существования данных путей, может служить реакция хлорида

20

Гемсодержащие белки, катализирующие пероксидазные реакции

(С102) с пероксидазой и хлоропероксидазой, для которой хлорид выступает одновременно в качестве окислителя и источника галогена. На образование Е, идет два моля пероксидазы и один моль хлора. Реакция протекает в две стадии с образованием промежуточного соединения пероксидазы с хлором, которое затем превращается в соединение Е,, причем в промежуточном соединении ионы хлора не координируются непосредственно с атомом железа гема.

Различное назначение гембелков находит свое отражение в значениях окислительно-восстановительных потенциалов пар Fe2+/Fe3+ (табл. 1). Для большинства гемоглобинов и миоглоби-нов эти потенциалы варьируются в пределах от +0,04 до +0,18 В при рН 6,0 [Antonini, Brunori, 1971], а для пероксидазы хрена и цитохром с пероксидазы редокс-потенциал имеет низкое значение -0,25 В [Yamada et al., 1975] и -0,19 В [Сопгоу et al., 1978] соответственно. Так как все эти гембелки содержат в качестве проксимального лиганда имидазол, то разницу в их редокс-потенциалах можно объяснить за счет аддитивного влияния нескольких факторов, таких как различные длины связей и валентных углов между железом гема и проксимальным гистидином в этих белках, а также различиями во взаимодействиях между железом и дистальными лигандами полипептидной цепи.

ГЛАВА II ПЕРОКСИДАЗА - КАТАЛИЗАТОР БИОГЕННЫХ СИСТЕМ

2.1. СТРОЕНИЕ ПЕРОКСИДАЗЫ

Пероксидаза относится к группе двухкомпонентных ферментов, в составе которых гемин, представленный протопорфирином IX в комплексе с трехвалентным железом, и полипептидная цепь (рис. 1). Последняя включает от 203 до 308 аминокислот, и в зависимости от природы изофермента, формирует компактную третичную структуру, представленную двумя доменами (большим и малым). [Welinder et al., 1972]. Фермент имеет размер белковой глобулы равный 50 А [Clementi, Palade, 1969], содержащий около 43% а-спиральных участков [Strickland, 1968]. Гемин нековалентно закреплен в углублении полипептидной цепи между доменами, и удерживается там за счет гидрофобных связей и солевого мостика, образованного между остатком пропионовой кислоты гемина с одной из аминогрупп апо-белка [Угарова и др., 1981]. Гемин можно обратимо отделить от белка при кислых рН [Maehly, 1952]. Железо протопорфирина может находиться в высокоспиновом с%п или низкоспиновом dln состояниях, образует четыре координационные связи с пиррольными ато-

Пероксидаза

Апобелок

Гемин

Полипептидная цепь, 2Са2+ Углеводы Протопорфирин IX Fe+3

_t_

Галактоза, глюкоза, арабиноза, фруктоза, глюкозамин, манноза, _ксилоза, фукоза_

Рис. 1. Схема формирования нативной структуры пероксидазы

22

Пероксидаза — катализатор биогенных систем

мами азота порфирина и одну координационную связь с функциональной группой апобелка [Угарова и др., 1981]. По данным ЯМР спектроскопии пятым аксиальным лигандом железа является ими-дазольная группа гистидинового остатка апобелка [Ishimaru, 1980; Teraoka, Katagauwa, 1981].

Располагаясь в гидрофобной полости апобелка, гемин ориентирован так, что его пропионовокислые остатки направлены к поверхности, а винильные группы протопорфирина обращены во внутреннюю часть белка [Савицкий и др., 1977; Угарова и др., 1981]. Планарная структура гемина предполагает его фиксацию внутри белка за счет л-электронных взаимо