Биологический каталог




Основы биохимии. Том 1

Автор А.Уайт, Ф.Хендлер, Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман

инения —SH-группы к двойным связям, причем сульфгидрильные группы принадлежат цистеиновым остаткам в положениях 14 и 17 белковой цепи; таким образом, возникает ковалентная связь порфиринового кольца с белком. Два аминокислотных остатка находятся между этими цистеиновыми остатками. Атом железа имеет два дополнительных, доступных для лигандов положения (обозначенные штрихами) под и над плоскостью кольца. Эти положения заполнены атомом серы метионила-80 и имидазольным азотом гистидила-18 (рис. 12.11). Окисление фер-роцитохрома с до феррицнтохрома с не меняет распределение лигандов вокруг атома железа. Me — метиловые; ? — пропионовые; V — винильные боковые цепи.

хондриальных цитохромов только цитохром с экстрагируется водными растворителями, будучи слабо прикреплен к внешней поверхности внутренней мембраны. Цитохром с млекопитающих имеет единственную цепь со 104 остатками (мол. масса 12 400), с которой ковалентно связывается гемовый остаток, как это показано на рис. 12.10.

Железо в феррицитохроме с может восстанавливаться и вновь окисляться. Ферроцитохром с — это диамагнитный белок (не имеет неспаренных электронов); в отличие от феррогемоглобина он ие связывается с Ог или с СО, а также самопроизвольно не окисляется в присутствии Ог- На рис. 12.11 представлена последовательность аминокислот цитохрома с из сердца человека. Трехмерная структура этого белка показана на рис. 4.1.

Рентгеноструктурный анализ кристаллического цитохрома с лошади указывает на то, что гемовый остаток находится внутри гид-

12. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ. I

429

рофобной щели, почти полностью покрытой белком. Так как только край плоскости порфирина обращен к среде и все координационные связи железа полностью использованы, реагенты не могут непосредственно взаимодействовать с металлом. Поэтому электроны должны входить в структуру и покидать ее по какому-то каналу, возможно двигаясь по выступающему краю порфирина.

Различные цитохромы идентифицируют по спектрам поглощения их восстановленных форм. В процессе функционирования они поочередно восстанавливаются мембранным компонентом с более низким потенциалом и вновь окисляются компонентом с более высоким потенциалом. Из всех цитохромов цитохромы Ь, которые также содержат железопротопорфирин IX в качестве простетической группы, имеют самый низкий потенциал, который увеличивается в последовательности от цитохромов с и С\ к цитохромам а и аз. Последняя пара составляет цитохромоксидазу —¦ содержащий медь белок, связанный со специальной формой гема (разд. 13.3). Восстановленный цитохром аз — единственный компонент митохондрий, который способен легко восстанавливать молекулярный кислород; это главный механизм восстановления кислорода в тканях млекопитающих.

12.4.1. Электронпереносящая цепь

Если митохондрии или субмитохондриальные частицы анаэробно инкубируют с промежуточными продуктами цикла лимонной кислоты, то NAD^, флавины, негеминовое железо, убихнноны и цитохромы Ъ, си с, а и а3 подвергаются восстановлению. Исследования, направленные на выяснение вопроса о последовательности

Acetyl-GIy-Asp-Val-GIu-Lys-GIy-Lys-Lys-IIe-Phe-IIe-Met-Lys-CyS-Ser-GIn-CyS-His-

10 I-гем -1 8

. Thr-Val-Glu-Lys-GIy-GIy-Lys-His-Lys-Thr-GIy-Pro-Asn-Leu-His-GIy-Leu-Phe-GIy-! 20 30

Arg-Lys-Thr-GIy-Gln-Ala-Pro-GIy-Tyr-Ser-Tyr-Thr-AIa-AIa-Asn-Lys-Asn-Lys-Gly-40 50

Ile-IIe-T^-GIy-GIu-Asp-Thr-Leu-Mel-GIu-Tyr-Leu-Glu-Asn-Pro-Lys-Lys-Tyr-He-60 70

Pro-Gly-Thr-Lys-Met-Ile-Phe-Val-Gly-Ue-Lys-Lys-Lys-Glu-Glu-Arg-Ala-Asp-Leu-80 . 90

Ue-Ala-Tyr-Leu-Lys-Lys-Ala-Thr-Asn-GluCOOH 100 104

Рис 12.11. Аминокислотная последовательность цитохрома с из сердца человека. [Matsubara ?.. Smith ?. L., J. Biol. Chem., 237, PC 3575, 1962.]

430

III. МЕТАБОЛИЗМ

0,08

-0,02 -

-0,04 -

NADH

I i i ?

300

350

400

450 500 ?.??

550

600

Рис. 12.12. Разностный спектр поглощения анаэробных и аэробных митохондрий из печени морской свинки. Кривая показывает изменение оптической плотности суспензии митохондрий при каждой длине волны в приведенном диапазоне, которое вызывается полным отсутствием кислорода. Восстановление негеминового железа должно привести к варьирующему уменьшению оптической плотности во всем диапазоне спектра с максимальным падением при приблизительно 450 нм. Восстановление убихииона не может быть заметно в показанном спектральном диапазоне. (Любезно предоставлено д-ром Б. Чансом и д-ром Д. Истабруком.)

переноса электрона между этими компонентами, в основном были выполнены с помощью спектрофотометрии, как это проиллюстрировано на рис. 12.12, спектроскопии и метода электронного парамагнитного резонанса (разд. 10.2), который оказался особенно пригодным для изучения белков, содержащих негеминовое железо. Установление локусов действия арсенала различных ингибиторов имело решающее значение для успеха этих исследований. Например, было установлено, что ротенон, относящийся к группе инсектицидов, ингибирует NADH-дегидрогеназу; барбитураты, например амитал, препятствуют восстановлению убихинона; пирицидинА и нордигидрогваяретовая кислота предотвращают восстановление цитохромов под действием NADH; теноилтрифторацетон препятствует восстановлению цитохрома Ъ сукцинатом; антимицин А (антибиотик из Streptomyces griseus) блокирует повторное окисление цитохромов Ь; цианид, H2S и азид связываются с окисленным ге-

12. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ. I

431

NADH

сукцинат

I

флавиНц

FeS

CoQ

флавин5

Fe-S

Cylc

?

Рис. 12.13. Комплексы, выделенные из митохондрий и участвующие в митохондриальной транспорте электронов. (Приведено с изменениями из работы [Green D. ?., Goldberger R. F., Molecular Insightsinto the Living Process, Academic Press, Inc.

New York, 1967].)

миновым железом цитохромов а и ?3 и предотвращают их восстановление, не влияя на восстановление любого другого компонента.

На основании экспериментов, где применялись ингибиторы еще до появления метода ЭПР, сделан вывод, что в общих чертах движение электронов в митохондрии происходит следующим образом:

NADH -^-> FMN убихинон —U cyt i -» cyt с,

320 мВ — 30 мВ -100 мВ +70 мВ + 215 мВ

I cyt с -> cyt аа3 -* С)2

FAD +210 мВ +210 мВ +820 мВ

+385 мВ

снкцинага +20 МБ

Для каждого компонента электронпереносящей цепи внизу указаны значения ? ?- Предполагается, что все флавопротеиды, находящиеся в мембране, будучи восстановлены, окисляются также фондом убихинона (CoQ) и таким образом присоединяются к основной электронпереносящей цепи.

Как показано на рис. 12.13, полученные после обработки детергентами субмитохондриальные частицы можно разделить на пять основных комплексов, катализирующих следующие реакции:

е е

I: NADH—>-убихинон; II: сукцинат—>убихинон; III: дигидроубихи-

е ее

нон—иреррицитохром с; IV: ферроцитохром с—*-02; V: АТР—>¦

\..е

-—>-ADP+Pi. Поскольку каждый комплекс частиц сохраняет некоторые из мембранных липидов, масса выделенных комплексов (табл. 12.2) превышает ожидаемое значение, соответствующее их теоретическому составу.

Эти полученные экспериментально субмитохондриальные частицы отражают реальную структуру самой мембраны; каждый

432

III. МЕТАБОЛИЗМ

комплекс состоит из нескольких различных субъединиц, при сборке которых образуется единая функциональная единица. Комплексы разделены мембранными липидами. Если учесть, что ансамбль

Таблица 12.2 Компоненты главной дыхательной цепи

Комплекс Компоненты Масса частиц Относительное содержание в мембране Реакция

I 1 FMN, 16 (FeS) 5Е0 ООО 1 е NADH—>-убихинон

Убихинон 64

III 4 цитохром 6, 2 цито- 2Г0 ООО 4 Дигидроубихи-

хром с, 8 или 12 (FeS) в

Цитохром с 12 000 ? нон—мшгохром с f

IV Цитохром аа3, 2 Си2+ 200 000 8 Ферроцитохром с—»-

-о.

комплексов в целом содержит функционально связанную с ним АТРазу (комплекс V), равно как и переносчики адениннуклеоти-дов и Pj, то можно рассчитать, что «молекулярная масса» такого функционального ансамбля, включающего также одну FMN-co-держащую NADH-дегидрогеназу, должна составлять ~5·106.

Метод ЭПР использовали для обнаружения и характеристики специфических белков, содержащих негеминовое железо; при этом учитывали значения g и тонкую структуру спектров ЭПР при различных температурах и рН. Это привело к обнаружению нескольких центров, содержащих негеминовое железо, в комплексах I—III. Например, в одном только комплексе I было выявлено по крайней мере четыре, а возможно и шесть, отчетливо различимых центров; приводимые различными авторами значения потенциала этих центров не совпадают. Поскольку каждый белок может иметь более чем один такой центр, неизвестно, сколько таких белков находится в каждом комплексе. В самом деле, в комплексе I при фракционировании более подходящими методами обнаруживается не менее семи различных белков с массой от 25 000 до 75 000. Кроме того, центры негеминового железа найдены в комплексах II и III.

Рис. 12.14 помогает понять взаимосвязь между компонентами электронпереносящей цепи с точки зрения их окислительно-восстановительных потенциалов. Комплексы I—III осуществляют электрический контакт с соответствующими окислительными комплексами через центр негеминового железа (FeS). Это также справедливо для других флавопротеидов, которые имеют доступ к электронпереносящей цепи. Окислительно-восстановительные потенциа-

12. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ. I

433

5

? U4

800

600

400

ZOO

-ZOO

аз

+625

??·=315 мВ

-о со

си с

312

??=310??

CNl

I

?

^ w

CO* 1

Z. I

?

< ? ?

D

Ьк +4

Д?=310мВ

NAD -304

-400 L

Рис. 12.14. Окислительно-восстановительные потенциалы компонентов дыхательной цепи. Каждый прямоугольник обозначает окислительно-восстановительный потенциал данного компонента в диапазоне от 9 до 91% полного восстановления. Центр прямоугольника совпадает с потенциалом средней точки Ет этого компонента, шкала которого показана слева. Справа показаны действительные ? некоторых ключевых членов дыхательной цепи, обнаруженные при наблюдении митохондрий из с

страница 84
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106

Скачать книгу "Основы биохимии. Том 1" (7.28Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(24.08.2019)