Биологический каталог




Основы биохимии. Том 1

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

N(5) Блокированный

О

13 CH3

N

? о

?? NH

Рис. 13.10. Структуры частично восстановленных форм флавииовых нуклеотидов. Природа связи флавина с белком определяет, происходит ли образование синего или красного семнхиноиа и является ли фермент оксидазой или дегидрогеяазой. (Взято с некоторыми упрощениями из работы [Massey V., Hemmerick P., p. 245, in: P. D. Boyer, ed.. The Enzymes, vol. XII, Academic Press, Inc., New York, 1976].)

13. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ. II

477

Некоторые простые флавопротенды представляют собой дегид-рогеназы, которые переносят восстановительные эквиваленты от субстрата, например от алифатической -цепи СоА-производных жирных кислот (гл. 17), и передают их другому флавопротеиду — электронпереносящему флавопротеиду (ЭПФ). ^'казанный простой флавопротеид является тетрамером из субъединиц с мол. массой 38 000, каждая из которых содержит одну молекулу FAD. ЭПФ — это димер из FAD-coдержащих субъединиц (мол. масса — 29 000). /Славин для ЭПФ составляет 2 мкмоль/л. ЭПФ уникален

в том смысле, что он и восстанавливается, и окисляется флавопро-тендом; ЭПФ переносит атомы водорода к третьему флавопротеиду — ЭПФ-дегидрогеназе, которая восстанавливает убихинон и таким образом поставляет электроны в основную электронперенося-щую цепь митохондрий.

У анаэробных бактерий, фотосинтезирующнх бактерий и сине-зеленых водорослей распространены простые флаводоксины с мол. массой 15 000 или 21 000, каждый из которых содержит одну молекулу FMN. Они могут восстанавливаться гидрогеназой или первичным акцептором электронов в фотосинтезе и могут в свою очередь восстанавливать другой флавопротеид, например NADPH-редук-тазу. Флаводоксины легко образуют устойчивые синие семихнноны. Е'0 для пары FMN/FMNH- составляет приблизительно от —100 до —200 мВ, а для пары FMNH · /FMNH2 — около —400 мВ. Это самый низкий потенциал, известный для какого-либо флавопротеи-да. Он позволяет флаводоксинам заменять ферредоксины в фото-сннтетическпх системах (разд. 16.4.1). Небольшой размер молекулы и хорошая способность флаводоксинов к кристаллизации позволили определить последовательности аминокислот и трехмерные структуры (разд. 16.4.1). Изоаллоксазиновые кольца расположены в щели таким образом, что наружу выступает следующая "часть молекулы:

,___Me

Некоторые флг.вопротеиды переносят электроны между нико-тинамнднуклеотидами и днеульфидными структурами. Липо-амид-, глутатион- и тиоредоксиндегидрогеназы относятся к числу наиболее известных флавопротеидов такого типа. Субстрат первого фермента — дисульфгндрильная форма остатка липоевой кислоты, связанной с ?-аминогруппой лнзинового остатка в трансаце-тилазе; последняя входит в состав комплексов пируват- и ?-кетоглутаратдегидрогеназ (разд. 12.2.1). Субстрат второго фермента— глутатион (у-глутамнлцнетеинилглицин) —находится в свободной форме во всех клетках и окисляется в дисульфидную (—S—S—) форму посредством множества механизмов. В стацио-

III. МЕТАБОЛИЗМ

I-FAD

-s

Lip-(SH)2

NADH

NAD-

—FAD -SH

iv

Lip-S2-NAD*

-FAD

— S-S-Lip-SH

—Fad

-SH

111

Рис. 13.11. Каталитический цикл липоамиддегидрогеиазы.

нарном состоянии отношение GSH/GSSG составляет ~20. Тиоредоксин (мол. масса 12 000), восстановленная форма которого служит донором электронов при восстановлении рибонуклеотидов до дезоксирибонуклеотидов (гл. 24), содержит в качестве единственной функциональной группы структуру

.. .Trp—Ala—Glu—Trp—Cys—Gly—Pro—Cys—Met...

В физиологических условиях дегидрогеназы восстанавливают глутатион и тиоредоксин, тогда как функция липоамиддегидрогеиазы — окисление двух сульфгидрильных групп липоамида до дисульфида. Каждая из этих дегидрогеназ состоит из пары идентичных субъединиц, которые в окисленной форме содержат один FAD и один цистиновый мостик.

Строение и механизмы действия липоамид- и глутатиондегид-рогеназ удивительно похожи. Липоамиддегидрогеиазы из Е. coli и из сердца свиньи содержат последовательность

.. .Cys—Leu—Asn—Val—Glv—Gys...

I " I s-s

В дрожжевой глутатионредуктазе имеется такая же последовательность, но лейцин в ней заменен валином. Добавление стехио-

13. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ. II

479

метрического количества NADH (в случае глутатиоиредуктазы NADPH) приводит к образованию стабильного синего семихинона. Механизм реакции показан на рис. 13.11.

Взаимодействие тиоредоксина с его редуктазой характеризуется значительной видовой специфичностью; так, например, тиоредоксин из Е. coli не может восстанавливаться тиоредоксинредукта-зой из дрожжей. Механизм этой реакции представляется более сложным, чем изображенный на рис. 13.11, и, вероятно, включает циклические переходы редуктазы между более восстановленной формой фермента (FADH2 и две сульфгидрильные группы) и полувосстановленной промежуточной формой.

13.2.1. Железосероцентры

В гл. 12 отмечалось участие железосероцентров в мнтохондри-альном транспорте электронов. Три типа железосероцентров родственной структуры (рис. 13.12) широко распространены в природе; вероятно, все они участвуют в окислительно-восстановительных процессах. Простейшим из таких белков, функция которого

2 Fe ферреЭоксин

Рис. 13.12. Структуры железосероцентров. [Hall D. О., Rao К- К., Cammack R. The Iron-Sulfur Proteins: Structure, Function and Evolution of a Ubiquitous Group of Proteins, Sci. Prog. 62, 286, 1975.]

480

III. МЕТАБОЛИЗМ

неизвестна, является рубредоксин, обнаруженный в Clostridium pasteurianum и других микроорганизмах. Он имеет одиночную полипептидную цепь, состоящую лишь нз 54 аминокислотных остатков (мол. масса 6127), которая содержит один атом железа в тет-раэдрической координации с сульфгидрильными группами четырех цистеиновых остатков в положениях 6, 9, 39 и 42; Е'о =—57 мВ.

? ? —Cys—Thr—Val—Cys-

.Fe3<

—Cys—Leu—Pro—Cys—

© ®

13.2.1.1. (Fe2S2)-npOTeHflbi

Растительные хлоропласта содержат растворимые ферредоксины (разд. 16.4.1), функциональная группа которых определена как (Fe2S2). Как и со всеми железосеропротеидами, кроме рубредокси-на, подкисление среды приводит к выделению H2S в количестве, стехиометрическом с содержанием железа. Ферредоксины хлоро-пластов — это небольшие белки (мол. масса 10 500, Е'0 ^—420 мВ) с характерным спектром поглощения с максимумами при 420 и 460 нм. Другие «ферредоксины» неизвестной структуры связаны с тилакоидными мембранами хлоропластов и обнаруживают низкие окислительно-восстановительные потенциалы (от —500 до —600 мВ). Сходство между адренодоксином из коры надпочечников и путидаредоксином из Pseudomonas putida обусловлено их размером; оба состоят из небольших белковых молекул, содержащих единственный (Fe2S2)-центр, и служат в качестве восстановительных агентов для цитохрома Р450 (разд. 13.6.6); значения ?о для этих двух железосеропротеидов не столь отрицательны (около —275 и —230 мМ соответственно). При окисленном состоянии всех упомянутых ферредоксинов оба атома железа находятся в виде Fe3+. Железосероцентр может акцептировать один электрон с переходом в состояние Fe3+-Fe2+.

13.2.1.2. (Fe4S4)-npoTeHAbi

Бактериальные ферредоксины содержат один или два железо-сероцентра, обозначаемые как (Fe4S4); основная структура этих центров показана на рис. 13.12. Молекулярные массы ферредоксинов варьируют от 6300 до 9600; аминокислотные последовательности даже в отдаленно родственных видах обнаруживают значительную гомологию. Значения Е'о ферредоксинов более отрица-

13 БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ. II

481

тельны (—400 мВ). Каждый атом железа скоординирован с атомами серы двух цистеиновых остатков, располагающихся в последовательности —Cys—X—?—Cys—, и двух других цистеиновых остатков, которые могут быть относительно удалены, в связи с чем необходимо определенное складывание молекулы белка для сближения этих лигандов с атомом железа.

13.2.1.3. (Реч54)2-протеиды

Некоторые анаэробные бактерии, например Micrococcus lacti-lyticus, содержат ферредоксин с двумя группами (Fe4S4), функционирующими независимо друг от друга. Структура каждой единицы (Fe4S4), по существу, идентична структуре соответствующих единиц железосеропротеидов, имеющих только одну такую группу. Каждая группа опять-таки образуется из цистеинов, пространственно сближенных, как описано выше. Однако обе единицы не расположены на отдаленных частях цепи. Так, в ферредоксине из Peptococcus aerogenes одна группа образована с участием цистеинов в положениях 8, 11, 14 и 45, в то время как атом железа второго центра скоординирован с цистеинами 35, 38, 41 и 18. Как и во всех железосерокомплексах, в данном случае обе группы погружены внутрь белка, в связи с чем способ входа или выхода электронов при реакции с другими белками неясен. Эволюционно эта структура, возможно, представляет собой самый древний тип ферредоксина. В обоих классах окисленная форма центра может быть представлена как Fe|+-Fe22+, а восстановленная форма — как Fe3+-Fef.

Отдельную группу составляют высокопотенциальные железосе-ропротеиды (ВПЖП), обнаруженные в некоторых бактериях, например у Chromatium и P. aerogenes. Они тоже содержат один или два центра (Fe4S4) на одну молекулу, но ?? может иметь значения более положительные, чем +300 мВ. Структуру ВПЖП можно изобразить как Fe3+-Fe2+. При восстановлении этот центр может акцептировать только один электрон, принимая форму Fe^-Fel"1". Железоцентр ВПЖП глубоко погружен в сильногидрофобную область молекулы. В растворителе, подобном диметилсульфоксиду, ВПЖП ведет себя как обыкновенный ферредоксин и легко может быть восстановлен до состояния Fe3+-Fe|+. Таким образом, в раз-Личных видах организмов благодаря этим разнообразным, но родственным между собой железосеропротеидным структурам становятся возможными значения ?о в интервале от —450 до +300 мВ.

Обычно при исследованиях железосеропротеидов используется метод электронного парамагнитного резонанса. Как ферредоксины, содержащие 2 атома железа, так и ферредоксины с 4 атомами железа в окисленной форме диамагнитны, а при восстановлении становятся парамагнитными с большим сигналом ЭПР при gm 1,94

31—1148

482

III. МЕТАБОЛИЗМ

Рнс.

страница 94
< 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
(20.07.2019)