а с, и, вероятно, служит в качестве терминальной оксидазы в клетках, в которых он присутствует. Белок из Rhodo-spirillum rubrum (цитохром сс) — простой прочный димер двух цитохромов с; он способен самоокисляться и ингибироваться СО и поэтому может рассматриваться как примитивное устройство, напоминающее цитохром а+а3 в митохондриях.

Дыхательные частицы из Е. coli, которые осуществляют фосфорилирование с 02 или N03 в качестве акцептора, содержат цитохромы bt, at, а2 и о. В растворимой фракции, полученной из этих клеток, обнаружены два цитохрома ¦с-типа: с50о и с552, а также цитохром Ьью- Последний имеет потенциал Е'0, равный + 113 мВ, т. е. несколько выше, чем для большинства цитохромов й-груп-пы, тогда как цитохром с552 легко окисляется цитохромоксидазой нз сердца лошади. Частицы из Azotobacter vinelandii содержат флавопротеид и цитохромы Ь\, с^, съ, ?? и а2 в эквимолярных количествах, а также восьмикратный молярный избыток убихинона. Электронный перенос в этой системе подавляется антимици-ном А и CN-, напоминая в этом отношении митохондриальную систему. Переносящая система Mycobacterium phlei, похожая на переносящую систему более высоких форм, представляет интерес, так как в ней витамин К9, а не убихинон служит в качестве связующего звена между iNADH-дсгидрогеназой и цитохро-мом b Нсидептпфпцированное соединение, чувствительное к облучению при 360 нм, связывает сукцинатдегидрогеназу с цитохромом Ь, который окисляется обычной цепью, содержащей цитохромы с-, с, а и аз. В табл. 13.6 перечислены некоторые бактериальные цитохромы.

Цитохромы полностью отсутствуют в клетках, осуществляющих процессы ¦брожения облигатных анаэробов, например Clostridium, и у факультативных аэробов, например Pneumococcus и Staphylococcus. Потребление кислорода клетками вышеуказанных видов объясняется активностью самоокисляющихся флавопротеидов. Выполнены обширные исследования с цитохромами анаэробных •бактерий, содержащих электронпереносящую цепь, а именно хемосинтезирующих бактерий, для которых N?, SOI-, NO3 или Fe3+ служат в качестве терминальных окислителей. Все эти организмы содержат цитохромы, участвующие в восстановлении окислителя. Необходимо подчеркнуть, что присутствие цитохрома с обнаруживают по данным спектроскопии, а именно по полосам поглощения его восстановленной формы при 560, 525 и 415 нм. Этот спектр характерен для простетической группы, тогда как окислительно-восстановительный потенциал,

496

III. МЕТАБОЛИЗМ

Таблица 13.6 Некоторые бактериальные цитохромы

Максимумы поглощения восстановленной формы

Цитохром Источник ?0. мВ Реакция с 02

а, нм ?. нм V, нм

?? Е. coli 590 147 +

а2 Azotobacter vinelandii, Pseudomonas 652 629 460 +

?. coli, Azotobacter 560 520 426 250 —

Ьъв2 ?. coli 562 532 427 35 —

&4 Hemophilus (Micrococcus) 554 521 418 ISO

о E. coli, Acetobacter 568

Сг Rhodospirillum rubrum 550 521 416 320 —

Сз Desulfovibrio desulfuri-cans 552 522 418 -205 +

с4 Azotobacter 551 Г 22 418 300 —

с5 Azotobacter 555 524 418 320 —

с551 Pseudomonas 551 521 416 2*6 —

с552 Chroinatium 552 Г 23 416 10 +

Цнгохромоид с R. rubrum 568 424 ¦—8 +

Цитохромоид с Chromatium F65 426 —5 4-

по-видимому, отражает способ присоединения к белку, а также размер, конформацию и состав белка.

Самый низкий потенциал зарегистрирован для цитохрома с3 из Desulfovibrio desulfuricans, Е'0 которого составляет —200 мВ, т. е. на 500 мВ ниже, чем Е'0 цитохрома с из сердца лошади: однако эта величина достаточна для восстановления SOj~ до SO|~ (Е'0=—200 мВ) посредством Н2 при рН 7,0 {Е'0 ——400 мВ). Этот необычный цитохром (мол. масса 12 000) содержит четыре гемовых группы в одной молекуле. Организмы, восстанавливающие нитраты, например Micrococcus denitrificans, содержат цитохромы с более традиционным окислительно-восстановительным потенциалом, достаточным для восстановления N03 до N02 (Е'2 =+0,5 В). Предполагают, что в процессе этих реакций может образовываться АТР. Цитохромы с фотосинтезирующих бактерий обнаруживают значение Е'0 в пределах от 0 до +0,35 В.

Классификация цитохромов на основе спектров поглощения может ввести в серьезное заблуждение при обращении к вопросу о функциях этих соединений. В таком организме, как Hemophilus parainfluenzae, имеющем несколько цитохромов с, эти цитохромы могут функционировать как электронпереносящая цепь благодаря различиям в потенциалах, тогда как у Pseudomonas aeruginosa может прекрасно использоваться последовательный перенос от гема цитохрома с-группы к гему цитохрома а2-группы на поверхности одного и того же белка. Несмотря на очевидное разнообразие десятков различных бактериальных цитохромов, принципы переноса электронов в митохондриях млекопитающих в рав-

13. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ. II

497

¦ной мере применимы к этим более примитивным организмам. Интересен факт существования обратного потока электронов в некоторых бактериях. Например, .Е'0 для S2-—»-SC>3 составляет —120 мВ, и все же Thiobacillus использует этот процесс для восстановления NAD+. Это становится возможным благодаря образованию АТР при окислении некоторой части субстрата цепью, ведущей к 02 или ?03, и использованию энергии АТР для передвижения электронов от восстановленного цитохрома с552 через цитохромы 6 и флавопротеид к NAD+ аналогично процессу, при котором сукцинат может восстанавливать NAD+ в митохондриях (разд. 12.5).

13.4.1. Флавоцитохромы

Многие организмы содержат белки, которые включают как флавиновый .нуклеотид, так и цитохром. Наиболее известный белок такого типа — дрожжевая \.( + )-лактатоегидрогеназа, которая состоит нз четырех идентичных субъединиц (мол. масса 57 500), каждая нз которых содержит один FMiN и один цитохром 6, подобный цнтохрому 65 печени (см. ниже). Окисление этой дегидрогеназой L(-j-)-лактата и восстановление митохондриалыюго цитохрома с относится к числу поставляющих энергию процессов.

13.4.2. Формиатдегидрогеназа

Е. coli содержит специальную дегидрогеназу для формиата, которая в норме, по-видимому, контактирует с жслезосероединнцей иитратредуктазы. Эта дегидрогеназа (мол. масса ~ 600 000) имеет субъединичную структуру а^уг-Каждая молекула фермента содержит четыре гема цитохрома 6-типа, четыре ('Fe4S4)-группы, четыре атома молибдена и четыре атома селена. Путь электронов неизвестен. Убихинон облегчает перенос электронов к нитратредуктазе. Другие микроорганизмы также имеют сложные формиатдегидрогеназы различного состава, например использующие NAD+ в качестве акцептора электронов и восстанавливающие ферредоксин или лишенные одного гема и восстанавливающие какой-либо цитохром с в мембране.

13.4.3. Сульфитоксидаза

Сульфитоксидаза печени, окисляющая SO|" до SO!-, локализована в межмембранном пространстве митохондрии. Фермент представляет собой димер двух идентичных субъединиц (мол. масса 57 000), каждая из которых содержит один гем и один атом молибдена. Последний (в форме Мо6+) непосредственно принимает электроны от SO|_, превращаясь в Мо5+, способный восстанавливать гем. Полностью восстановленный фермент имеет форму Mo5+-Fc2+, которая легко •обнаруживается методом ЭПР. In situ восстановленный фермент передает электроны цнтохрому с, так что отношение Р/О для окисления SOg- составляет единицу.

Когда в рацион крысы вводили вольфрам '(\VOj~). сульфитокендазная активность митохондрий заметно поннжаотась, и можно было выделить свободный от молибдена белок, представляющий собой гемсодержащий апофермент. Последний может активироваться посредством добавления Мо6+-пептида, получаемого нз материала внутренней поверхности наружной мембраны нормальных печеночных митохондрий.

13.5. Восстановительные системы

Синтез различных компонентов клетки связан с одной или более восстановительными стадиями реакционной последовательно-

498

III МЕТАБОЛИЗМ

era. Почти всегда восстановление обеспечивается за счет восстановленных пиридиннуклеотидов NADH или NADPH. Альдегиды и кетоны восстанавливаются простыми дегидрогеназамн

R—СО—R' + NADPH + Н+

?

I

R—С—R' + NADP+ ОН

Ненасыщенные связи восстанавливаются флавопротеидами с использованием восстановленного пиридиннуклеотида в качестве-донора электронов, подобно тому как это происходит при синтезе жирных кислот (гл. 17):

• NADP+ + ?-FADH2

-> ?-FAD + R—CH,—CH,—R'

H+ + NADPH + ?-FAD -

?-FADH, + R—C=C—R'

I I ? ?

Дисульфиты при взаимодействии с рядом флавопротеидов, описанных ранее (разд. 13.2), также восстанавливаются, давая сульф-гидрильные группы. Глутатион служит в качестве кофермента для г.шоксализы, которая катализирует внутримолекулярное окисление — восстановление метилглиоксаля до лактата. В действительности глиоксалаза состоит из двух ферментов, причем не обнаружено никакой дополнительной простетической группы. Глиоксалаза катализирует реакцию

СН,

с=о сно

(1)

сн, I

с—он с=о

GSH

сн3 I 3

НСОН I

с=о

GSH СН,

НСОН I

соон

меглилглио-ксаль

S—G лактпилгпугпа глион

молочная кислота

13.5.1. Рибонуклеотидредуктаза

Своеобразным набором компонентов характеризуются системы, восстанавливающие рибонуклеотиды до дезоксирибонуклеотидов (гл. 24). В бактериях обнаружены две системы такого типа. У L. leichmanii такая система содержит кобаламин (гл. 50) и не-идентифицированный органический свободный радикал. Остальные подробности малоизвестны. Редуктаза Е. coli (мол. масса 160000) состоит из неидентичных субъединиц. Субстрат, по-видимому, входит в щель, на одной стороне которой находятся две —SH-группы, происходящие от одной субъединицы, а на другой — Fe2+ и орга-

13. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ. II

499>

нический свободный радикал, который, вероятно, представляет собой бензильный углеродный атом тирозинового остатка в полипептидной цепи.

??—

ноСН-н-г

„ н °

сеобоЭный раЭикал тирозила

Механизм реакции неясен, но из общих соображений может быть представлен как

_СII _с

?