Ферменты 2 - Диксон М.
Скачать (прямая ссылка):
них, роль интермедиата играет флавиновая группа, т. е. первичным
акцептором является флавин, который принимает два эквивалента и переходит
в полностью восстановленное состояние. Далее он окисляется конечным
акцептором в результате двух одноэквивалентных стадий, при этом в
качестве промежуточного продукта образуется семи-хинон. Другое
объяснение, относящееся к случаю, когда одновалентным акцептором является
металл, основано на предположении, что фермент содержит два атома
металла, одновременно-восстанавливающиеся субстратом, при этом для
восстановления каждого атома требуется один эквивалент. Действительно,
атомы металла обнаруживают некоторую тенденцию содержаться в молекулах
оксидоредуктазы по два, однако пока это обстоятельство не получило
объяснения.
Рассматривая класс оксидоредуктаз, включающий примерно 560 ферментов, из
которых около 100 приходится на долю оксигеназ (последние образуют
подклассы КФ 1.13.-.- и 1.14.-.- и представляют собой ферменты особого
типа, рассматриваемые в гл. 9), можно отметить, что из числа остальных
450 (или более) ферментов не менее 85% функционируют в системах с такими
важными акцепторами, как iNAD (или NADP), цитохромы или 02. Наиболее
крупный подкласс образуют ферменты, использующие NAD(P) в качестве
акцептора (кодовые номера
1.-.1.-, около 290 ферментов) или NAD(P)H в качестве донора (кодовые
номера 1.6.-.-, около 30 ферментов); примерно 15 ферментов (кодовые
номера 1.-.2.-) восстанавливают цитохромы и примерно 55 ферментов
(кодовые номера 1.-.3.-) являются оксидазами, использующими 02. Остальные
ферменты относятся к нескольким небольшим подгруппам, использующим
различные другие акцепторы.
Механизм восстановления цитохромов вкратце рассмотрен в гл. 9.
Способность оксидаз реагировать с 02 обусловлена наличием у них либо
простетической флавиновой группы, либо атомов металла. Процесс
восстановления 02 рассматривался выше?
Механизм действия ферментов
415
действие флавиновых групп в качестве кофакторов обсуждается в гл. 9.
Весьма детально изучено функционирование NAD; это обусловлено, с одной
стороны, тем, что самая многочисленная группа оксидоредуктаз использует
его в качестве кофактора, а с другой - тем, что неспособность к ионизации
атома водорода, присоединяющегося к NAD в процессе восстановления,
позволяет использовать очень интересный изотопный метод исследования
механизма окислительно-восстановительного процесса. Химия процесса
восстановления NAD, расположение этого акцептора в молекуле дегидрогеназы
по отношению к другим субстратам и его поведение как кофактора
обсуждаются в гл. 9; ниже мы рассмотрим природу переноса
восстановительных эквивалентов от субстрата к NAD в процессе
ферментативной реакции.
МЕХАНИЗМ ВОССТАНОВЛЕНИЯ NAD(P) +
Метод исследования данного механизма основан на очевидном различии
окислительно-восстановительных процессов, которые происходят при прямом
переносе атомов водорода от донора к акцептору, описываемом уравнением
(7.1), и при переносе электронов в соответствии с уравнением (7.2). Это
различие заключается в том, что в первом случае атомы водорода,
включающиеся в состав продукта ВН2, - это именно те атомы, которые
входили в АН2. Для механизма же (7.2) это не так, поскольку совсем не
обязательно именно те Н+-ионы, которые отщепляются от АН2 на первой
стадии, будут присоединяться к В2- на третьей стадии. Действительно, в
последнем случае независимо от окислительно-восстановительного процесса
атомы водорода АНг и ВН2 постоянно обмениваются с водородными •ионами
среды. Если же атомы водорода АН2 и ВН2 не ионизируются, то оказывается
возможным экспериментально различить рассматриваемые механизмы, заменяя
водород в АН2 на дейтерий и проводя реакцию в Н20. Используя AD2,
получают продукт BD2) если реакция протекает по механизму (7.1), и ВН2 в
случае механизма (7.2).
Этот тест может быть применен и в "обратной" ситуации, когда используют
АН2 и проводят реакцию не в Н20, а в D20; при этом отпадает необходимость
в получении AD2, что в некоторых случаях может оказаться затруднительным.
В 1953 г. Веннесланд и др. начали с помощью этих методов исследовать
реакции, катализируемые дегидрогеназами и близкими к ним ферментами.
В опытах Фишера и др. [1350] этанол, меченный дейтерием tio первому
углеродному атому (CH3CD2OH), использовался в Качестве субстрата для
алкогольдегидрогеназы (КФ 1.1.1.1).
416
Глава 7
Протекающая при этом реакция может быть представлена следующим образом:
н
с / \
НС C-CONH,
СН3.С \ ,
1\\ НС сн D ОН \ #
N +
D Н (7.12)
\ / с / \
НС C-CONH,
= СН3. с=о + II II + Н+
I НС сн
D \ /
N
I
R
Здесь R - остаток молекулы NAD. В этих опытах кофермент был выделен в
восстановленной форме. При этом обнаружилось, что он содержит один атом
дейтерия на молекулу, так же как и образовавшийся ацетальдегид.
Содержащий дейтерий восстановленный кофермент (который мы будем
обозначать через NADD) мог быть затем вновь окислен либо
