Введение в экологическую химию - Скурлатов Ю.И.
NBSN 5-06-002593-4
Скачать (прямая ссылка):
О;
Е(Си0^1
Е(Си02)
ЕСи+-«*-
НоО,
В механизме действия ксантиноксидазы эффективно реализуется одноэлектронное восстановление 02 (наряду с двухэлектроцным). В этом ферменте субстрат окисляется под действием входящего в активный центр Мо5+. Электрон затем через посредство кластеров Ее282 по электронно-транспортной цепи передается флавину (ФАД), участвую-
щему в восстановлении 02 до Оі:
субстрат (Мо, Гегвг-І, Ге282-П, ФАД) (02 Флавиновый кофермент
^^2
0« (побочный процесс)
"Н202 (основной процесс)
{20Н}
Т1Г
О
участвует и в механизме действия некоторых других оксидаз. 286
Оксигеназы катализируют включение одного или двух атомов кислорода в молекулу субстрата. В активном центре оксигеназ содержатся ионы меди и железа.
Монооксигеназы (гидроксилазы) включают в субстрат один атом О, а второй высвобождается в виде Н20. Как правило, гидроксилазы содержат в качестве кофактора ФАД. Наиболее распространены они у бактерий, например лактатмонооксигеназа катализирует реакцию
Іг-лактат + 02-> ацетат + С02 + Н20
Этот фермент не требует наличия "внешнего" донора, донором служит сам субстрат.
Для многих других оксигеназ требуется внешний донор, в качестве которого обычно выступает НАДН или НАДФН. Например, салици-лат-1-монооксигеназа катализирует процесс окисления салицилата по реакции
салицилат + НАДН + 02-> пирокатехин + НАД + Н20 + С02
В подобных реакциях флавин играет роль переносчика двух электронов от НАДН к одноэлектронному акцептору. Аналогичную функцию в некоторых Ре2+'3+-содержащих оксигеназах, например в фенилала-нинмонооксигеназе, играют птеридины:
{2011}
Наибольшее значение имеют гидроксилирующие ферменты микро-сомального окисления, содержащие цитохром Р-450 монооксигеназы. У человека и млекопитающих цитохром Р-450-содержащая оксигеназа печени является ферментной системой, которая обладает способностью окислять и таким образом переводить в водорастворимое состояние и удалять из организма десятки и сотни тысяч низкомолекулярных соединений, в отношении которых эта ферментная система выполняет функцию, аналогичную функции иммунной системы в отношении высокомолекулярных соединений.
Механизм действия цитохрома Р-450 связан с образованием кисло-
287
родного комплекса ЧПЗ с сильным переносом заряда, сопровождающимся эффективным разрывом О—О-связи:
(РРЄ02)+ЕР{РЄ+...|| «—> Бе3* | <—> Ге3+ :" <—> Ре** : О X) '''б Х)і
Р — порфириновый лиганд активного центра фермента.
Распределение по предельным структурам в таком комплексе зависит от локальных свойств среды. В условиях клетки доля состояний
РГе3+0, РГе4+(У, по-видимому, значительна. Взаимодействие комплекса с субстратами как частицы РРе3+0 будет сопровождаться внедрением атома О по связи С~Н. При взаимодействии комплекса РРе02 как
частицы РГе4+(У будет происходить окисление субстрата по радикальному механизму (подобно реакции с участием ОН-радикала).
В биологических системах элементарный акт переноса электрона в активном центре металлофермента зачастую сопряжен с системами переноса высвобождаемых окислительно-восстановительных эквивалентов на большие расстояния. Это осуществляется как через посредство Ге-, Б-кластерных электронно-транспортных цепей, так и флавиновых и никотинамидных коферментов.
В системе гидроксилирования субстратов с помощью цитохрома Р-450 реализуется такая последовательность превращений:
железо-серный белок
Интересно отметить, что окисление многих субстратов в микросо-мальной гидроксилирующей системе происходит идентично при использовании вместо 02 гидропероксидов. Это указывает на однотипность промежуточных частиц, образующихся при взаимодействии Р-450 с 02 и ВХЮН.
Этот пример лишний раз показывает, что процессы активации 02 и Н202 тесно связаны друг с другом. 288
Природными катализаторами процессов с участием Н202 служат катал азы и пероксидазы, как правило, гемсодержащие ферменты. Каталаза приводит к разрушению избыточного пероксида водорода, содержащегося в клетке, до 02 и воды. Пероксидаза восстанавливает Н202 до воды, используя высвобождающиеся окислительные эквиваленты для осуществления метаболических процессов и самоочищения внутренней среды клетки от вредных веществ с электроНно-донорной функцией.
Каталаза — наиболее активна из всех ферментов. Кроме Н202 субстратами для нее (в качестве донора Н), хотя и в 10 ООО раз менее активными, являются низшие алифатические спирты (метанол и этанол). Поэтому в организме помимо функции регулятора Н202 каталаза участвует и в метаболизме этих спиртов, концентрация которых в крови может быть на много порядков больше, чем Н202. В обоих случаях (каталазы и пероксидазы) при взаимодействии Н202 с активным центром фермента образуется промежуточный комплекс (соединение I), который может быть отождествлен с частицей типа МО+:
Р(Ге3+) + Н202 —* Р(РеО)3+ + Н20 (2)
В случае каталазы окисляемым субстратом для этой частицы служит вторая молекула Н202:
Р(Ге3+) + Н202 —> РРеЗ++ 02 + Н20 (3)
Суммарный каталитический процесс разложения Н202 при этом описывается реакцией
