Ферментативный катализ окислительно-восстановительных реакций

Полезные материалы / Бионеорганическая химия / Ферментативный катализ окислительно-восстановительных реакций
Страница 1

Окислительные реакции, протекающие в живом организме с участием молекулярного кислорода, вносят основной вклад в накопление орга­низмом энергии. Окислительно-восстановительные реакции в отсутствие катализатора всегда протекают медленнее, чем реакции обмена ионов (тоже не катализируемые), например реакции гидролиза. Поэтому роль ферментативного катализа в ускорении окислительно-восстановитель­ных процессов, протекающих в живых организмах, является особенно важной. Окислительно-восстановительные реакции в организме ката­лизируются ферментами, содержащими ионы цинка, железа, меди, молибдена, кобальта. Роль металлсодержащих групп в ферментах, катализирующих окислительно-восстановительные процессы, изучена недостаточно. Однако ясно, что ион металла в ферменте не всегда входит в активный его центр. В ряде случаев ионы металла определяют лишь третичную и четвертичную структуру белка, образующего апофермент, а сам по себе кофермент ионов металла не содержит. Тем не менее роль металла остается крайне важной — замена ионов одного металла на другой меняет структуру фермента и его активность.

Из металлсодержащих ферментов, катализирующих окислительно-восстановительные процессы, наиболее изучены цинксодержащие дегидрогеназы, а также железосодержащие ферменты.

К числу ферментов, катализирующих окислительно-восстанови­тельные реакции, относятся гемсодержащие ферменты — цитохромы. Атомы железа в цитохромах, так же как в гемоглобине и миоглобине, координируют пять атомов азота (порфирина и гистидина), шестое координационное место занимает атом серы аминокислоты — метионина. Известно 50 видов ферментов этого типа, несколько различающих­ся по составу органической его части. Железо в цитохромах играет роль переносчика электронов — оно принимает электроны от восста­новителя и передает их окислителю. Окислителем может быть и кис­лород, но он не участвует в координации железа, входящего в состав цитохромов, поскольку железо в цитохроме имеет полностью насыщен­ную координационную сферу.

Среди гемсодержащих ферментов, катализирующих окислительно-восстановительные реакции, также большое значение имеют гем-белки — каталаза и пероксидаза, ускоряющие распад перекиси водо­рода. Последняя образуется в результате катализируемого фермента­ми взаимодействия восстановленных форм субстратов с молекулярным кислородом.

Кроме гемсодержащих ферментов известно большое число металл­содержащих ферментов, имеющих «негемовое» строение. К их числу принадлежат ферредоксины, играющие в живых организмах, подобно цитохромам, роль переносчиков электронов. Ферредоксины имеют мо­лекулярную массу от 6000 до 12 000. Атомы железа в них окружены четырьмя атомами серы:

Концевые атомы серы принадлежат цистеиновому фрагменту белка. Считают, что важную роль источника (или «ловушки») электронов играет группировка Fe4S4, содержащаяся в каждом из ферредоксиновых белков.

Окислительно-восстановительные реакции катализируются также металлоферментами, включающими медь и другие металлы. Важное значение имеет оксидаза аскорбиновой кислоты, содержащаяся в рас­тениях и микроорганизмах. Молекулярная масса оксидазы 140 000, на одну такую белковую глобулу приходится восемь атомов меди. Как показывает название, оксидаза катализирует переход аскорбиновой кислоты в дегидроаскорбиновую кислоту. Медь также содержится в белке-гемоцианине, который способен связывать молекулярный кисло­род (О2 на два атома меди). Используется гемоцианин для транспорта кислорода в организмах низших животных.

К числу ферментов, катализирующих перенос электронов, т. е, окислительно-восстановительные процессы, относится нитрогеназа, со­держащаяся в азотистых бактериях. Нитрогеназа катализирует свя­зывание атмосферного азота. С использованием меченого азота (15N2) показано, что бактерии восстанавливают N2 в первую очередь до ам­миака. Этот процесс происходит только в присутствии Mo, Fe и Mg. Установлено, что нитрогеназа состоит из двух белков (молекулярная масса 250 000 и 70 000), каждый из которых по отдельности не активен.

Только в совместном присутствии эти белки проявляют каталитический эффект. В одном из белков содержится на одну глобулу один-два атома Мо, 15 атомов Fe, большое количество серы; во втором—мо­либдена нет. имеются два атома железа и два атома серы (неоргани­ческой, не входящей в состав белка).

Хлорофилл в зеленых растениях играет важнейшую роль, связан­ную с энергетическим обеспечением окислительно-восстановительных процессов при фотосинтезе. Установлено, что хлорофилл, т. е. порфириновый комплекс Mg2+, содержащийся в хлоропласте зеленых частей растения, поглощает световую энергию. Длина волны поглощаемого света (~ 700 нм) определяется системой сопряженных связей в порфириновом комплексе. Вхождение Mg2+ в порфириновый комплекс делает лиганд более жестким, что уменьшает рассеяние энергии в результате колебательных движений.

Страницы: 1 2

Смотрите также

Влияние химических веществ на здоровье человека
Международное изучение последствий подвергания диоксинам и неопухолевой смертности рабочих по производству и распылению кислородо- и фенолосодержащих гербицидов и хлорофенолов. ...

Каучук, строение, свойства, виды и применение в профессии коммерсанта
Я выбрала тему “Каучук”, так как она тесно связана с моей профессией “Коммерсант”. Много непродовольственных товаров изготовлено на основе синтетического каучука: Обувные товары, игрушки, сп ...

Переработка полимеров
...