Cтраница 3
Важным отличием этой работы от большинства других исследований, посвященных изучению мессбауэровских спектров гемопротеинов, является использование широкого интервала температур от 2 5 до 360 К, что позволило получить данные об электронном строении производных гемина. [31]
Часто имеются различия в содержании аминокислот и химическом поведении одного и того же гемопротеина, полученного из разных источников. Например, наблюдаются значительные различия в кривых равновесия с кислородом для гемоглобина млекопитающих и гемоглобина птиц. Бактериальная каталаза обладает несколько большей каталазной активностью, чем каталаза из эритроцитов, хотя оба гемопротеина содержат по четыре нетронутых гематиновых группы; обе каталазы более активны, чем каталаза из печени, в которой одна или больше гематиновых групп превращено в каталитически неактивную молекулу пигмента желчи. Описываемые в данной статье реакции относятся главным образом к гемоглобину и миоглобину лошади, пероксидазе из хрена и каталазе, полученной из печени или эритроцитов лошади. [32]
В реакциях с перекисью водорода наиболее резко от ионизированного железа отличаются ферри-формы этих гемопротеинов. В обеих системах образуются комплексы. Хотя ион окисного железа образует только один парно-ионный комплекс FeO2H2, в то время как пероксидаза может в зависимости от условий опыта образовать три комплекса, из которых первый, вероятно, имеет указанную парно-ионную структуру, основное отличие состоит в типе претерпеваемой комплексом реакции. Комплекс иона окисного железа не определяет кинетику, и доминирующей реакцией является перенос электрона, в результате чего происходит частичное окисление молекулы перекиси. В комплексах гемопротеинов с перекисью последняя расходуется в реакциях, при которых перекись восстанавливается до воды. [33]
Рассмотрение возможности протекания подобных свободно-радикальных реакций в соответствии с этими термохимическими данными в случае гемопротеинов приводит к предположению о том, что соединения закисного железа должны реагировать столь же быстро или быстрее, чем свободные ионы закисного железа. Реакции соединений окисного железа с радикалом НО2 или О должны быть быстрыми, однако в случае перекиси водорода или О Н - реакция должна протекать исключительно медленно. [34]
Наиболее многочисленны и особенно сложны монооксигеназные реакции, в которых участвует цитохром Р-450, принадлежащий к группе гемопротеинов. Этот цитохром обычно содержится не в митрхондриях, а в эндоплазматическом ретикулуме. Подобно митохондриаль-ной цитохромоксидазе, цитохром Р-450 способен взаимодействовать и с кислородом, и с окисью углерода. Отличается же он от цитохромоксидазы тем, что комплекс его восстановленной формы с окисью углерода сильно поглощает свет в области 450 нм. [35]
Представителями металлсодержащих ферментов являются карбоангидраза - цинксодержащий фермент, ускоряющий распад угольной кислоты, или некоторые ферменты группы гемопротеинов, в которых железо связано с четырьмя атомами азота, образующими порфириновый цикл. [36]
СУ - щественно не меняются в результате влияния белка в пероксидазе хрена ( и, вероятно, в других гемопротеинах, например в миогло-бине), однако белок в каталазе может существенно понизить скорость этих реакций за счет пространственных затруднений ( в 103 - 108 раз), если молекулы восстановителя достаточно велики. [37]
Известны еще некоторые свойства системы ионизированное железо - перекись водорода, которые, возможно, имеют связь с реакциями гемопротеинов. Помимо перечисленных выше ( 1 и 2) реакций радикала ОН и реакций с окисляющимися или полимеризуюшимися субстратами, имеется некоторое экспериментальное доказательство возможности протекания двух дополнительных реакций. [38]
Жизненно важным пигментом крови, переносящим кислород у большинства животных, в том числе у млекопитаю-шах, является гемоглобин - гемопротеин, который в качестве простетической группы содержит протогем (5.23), представляющий собой Fe-хелатный комплекс протопорфирина IX. Мышцы содержат структурно и функционально сходный с ним пигмент - миоглобин. Эти два белка были первыми белками, трехмерная структура которых была установлена с помощью рентгенострук-турного анализа. Миоглобин имеет единственную полипептидную цепь, состоящую из 153 аминокислотных остатков ( мол. Его трехмерная структура показана на рис. 5.7. Пептидная цепь миоглобина свернута таким образом, что его молекула очень компактна. Около трех четвертей цепи имеет структуру а-спирали, в которую входят восемь различных спи-рализованных сегментов. [39]
В результате исследований установлено, что перенос электрона от оксимиоглобина к цитохрому с осуществляется без участия переносчиков при непосредственном контакте гемопротеинов. Следовательно, процесс переноса электрона с цитохрома с на молекулу миоглобина осуществляется вблизи ее ЛГ-конца. Этот конец удален от тема на расстояние 25 А. Таким образом, проведенные исследования показали, что перенос электрона происходит между атомами железа гемов двдх молекул, расположенных на расстоянии превышающем 25 - 32 А. [40]
Весьма удачный подход к проблеме общего механизма этих реакций был предложен Теореллом [2], который установил наличие связи между структурными различиями гемопротеинов и их специфическими реакциями. В отношении структурных особенностей интересно отметить влияние групп, расположенных по соседству с гем-груп-пой или гематиновой группой на реакцию последних. Например, если кислород присоединяется к гемоглобину в нейтральном растворе, то рН понижается в результате ионизации соседней кислотной группы. [41]
Изотермы адсорбции кислорода приведены на рис. 5.20. Характерная S-образная кривая поглощения кислорода гемоглобином объясняется сложным механизмом внутриклеточного обмена, в котором участвует гемопротеин, называемый миоглобином. Миогло-бин связывает кислород р-цепи гемоглобина ( при протекании крови по капиллярным кровеносным сосудам), аккумулирует его и переносит в митохондрии. Поэтому поведение кривых на рис. 5.20 отражает взаимодействия тема, связанные с кооперативным и аллостерическим эффектами. [42]
Многие экспериментальные исследования в настоящее время подтверждают свободнорадикальный механизм этих реакций ионизированного железа, и главным предметом настоящего сообщения является анализ реакций гемопротеинов с целью выяснения прежде всего во-пооса, возможны ли здесь подобные механизмы, и если возможны, то нет ли доказательств действительного протекания этих реакций по такому пути. [43]
Таким образом, в случае реакций с перекисью водорода имеется большое количество экспериментальных данных и можно провести сравнение с данными для реакции гемопротеинов. Однако этого нельзя сделать в случае реакций с молекулярным кислородом, данные о которых очень ограничены. [44]
Цель этот раздела состоит в выяснении того, какие из перечисленных выше реакций свободных ионов закисного и окисного железа возможны в случае гемопротеинов. В следующем разделе будет произведен анализ некоторых экспериментальных данных, касающихся этих реакций, для того чтобы попытаться решить вопрос о том, действительно ли они протекают. [45]