ENZIME RESPIRATORII - enzime implicate în transferul de electroni de la substraturile organice la oxigen; sunt cea mai importantă legătură în procesul de conversie a energiei în sistemele biologice; activitatea unora dintre aceste enzime în serul de sânge servește ca un test de diagnostic suplimentar pentru un număr de boli. D. f. sunt unul dintre principalii pigmenti respiratori (a se vedea).
În funcție de substanța chimică. natura cofactorilor. sau grupurile lor protetice. sunt împărțite în trei clase principale: 1) dehidrogenaze dependente de piridină (vezi), coenzime ale acestora fiind NAD sau NADPF (vezi Coenzimele); 2) flavin dehidrogenaze care conțin ca grupare protetică o mononucleotidă flavin (FMN) sau FAD (vezi Flavoproteins); 3) Citochrome (vezi), ale căror grupuri protetice sunt porfirine de fier.
Acestea D. f. constituie un sistem complex de membrane multicomponente, numit lanțul respirator.
Printre dehidrogenazele dependente de piridină se numără st. 150 de enzime care catalizează reducerea NAD și NADPH prin diferite substraturi organice (vezi Oxidarea biologică). În acest caz, un atom de hidrogen este transferat sub forma unui ion hidrură (H-) în poziția 4 a nucleului porfirinic al nucleotidelor piridinei. Un alt atom de hidrogen este separat de molecula de substrat sub forma unui proton (H +). În reducerea enzimatică a nucleotidelor piridinei, spre deosebire de chimia convențională. reducerea, adăugarea unui atom de hidrogen are loc stereospecific, adică, dintr-o parte specifică a inelului piridinic. Oxidizată nucleotidele de piridină au o bandă de absorbție intensă la 260 nm în spectru. Când sunt restaurate, un maxim de absorbție apare la 340 nm și intensitatea benzii la 260 nm scade. Această proprietate a dehidrogenazelor dependente de NAD (P) subliniază numeroase metode pentru cuantificarea activității lor (vezi Dehidrogenaze).
dehidrogenaze dependente de NAD implicate predominant în procesele de respirație asociate transferului de electroni de substraturi organice la oxigen și acumularea de energie și dehidrogenaza NADP-dependente joacă un rol important în reacțiile de reducere a biosintezei. În concordanță cu aceasta, NAD și NADP diferă în localizarea lor intracelulară: NAD concentrează Ch. arr. în mitocondriile și majoritatea NADP se află în afara mitocondriilor. Dehidrogenazele dependente de piridină, de regulă, sunt slabe legate de membrane și solubilizate cu ușurință (a se vedea Solubilizarea).
Flavin dehidrogenaze (sunt circa 30) transferă electroni de la NAD redus, NADP și alte substraturi organice la sistemul citocrom. Acest transfer este efectuat de obicei prin purtători intermediari care pot servi ca acceptori pentru flavoproteine, de exemplu, ubiquinone. Flavoproteinele restaurate (a se vedea) sunt, de asemenea, ușor oxidate de un număr de acceptori de electroni artificiali (fericianan, fenazin metosulfat, etc.). Unele enzime flavin (aldehida oxidaza, xantin oxidaza) pot reduce direct oxigenul molecular pentru a forma H2O2. Datorită FMN și FAD, care are o bandă de absorbție în stare oxidată la 450 nm, flavoproteinele sunt galbene colorate, așa că au fost numite O. Warburg, enzime galbene.
Flavinnukleotidov parte activă este un riboflavina inel izoalloksazinovoe, la atomii de azot-cerned pot alătura doi atomi de hidrogen cu rearanjarea adecvată a legăturilor duble. Când nucleotidele flavin sunt recuperate, banda lor de absorbție dispare la 450 nm. Flavoproteinelor acceptă în mod obișnuit o pereche de electroni din substratul oxidat, mai degrabă decât simultan în două etape pentru a forma forme de radicali liberi intermediari semirecovery (flavosemihinony) care pot fi detectate de EPR - (. Cm) de rezonanță paramagnetică electronică. Când interacționează cu acceptorii cu două electroni (chinone) poate recupera lor un electron (NAD • H-dehidrogenaza; KF 1.6.99.3) sau doi electroni (mitocondrial NADP • H-dehidrogenaza; KF 1.6.99.2) Mecanismul Yamazaki (J. Yamazaki). Xantin oxidaza (CF 1.2.3.2) poate cataliza atât reducerea unuia cât și a celor doi electroni.
Multe din D. f. sunt formațiuni oligomerice complexe, care sunt compuse din mai multe subunități proteice și care conțin, în afară de flavinnukleotidov asemenea atomi de metal (fier nonheme, molibden) implicate împreună cu FMN și FAD în transferul electronilor prin flavoproteinelor. Unii D. f. de ex. DNA • H- și mitocondriale succinat dehidrogenaza, NADPH dehidrogenazei • H-microzomi sunt ferm legată de membrane. În ON • porțiunea H-degidrogenazngo lanțului respirator mitocondrial este localizat una dintre revendicările de cuplare între respirație și de fosforilare (cm.).
Transferul de electroni de la flavoproteinelor la oxigen molecular, prin utilizarea sistemului citocrom - proteine conținând hem cu spectre de absorbție caracteristice statelor oxidate și reduse. Citocrom oxidaza (EC 1.9.3.1; citocromul a + a3) în mitocondrii și citocromului P-450 în membranele citoplasmice (microzomi) sunt terminale D. f. interacționând direct cu oxigenul. Citocromii b, c1 și c în mitocondrii și citocromul b5 în microzomi acționează ca purtători intermediari. Cytochromul c este ușor solubilizat, în timp ce restul acestor citocromi sunt legați ferm la membrane.
Grupurile heme ale tuturor citocromilor care formează lanțul respirator nu se pot contacta direct între ele și problema modului în care transferul de electroni între moleculele de citocrom nu este pe deplin înțeles. Un mecanism posibil pentru un astfel de transfer este transferul de electroni de-a lungul părții proteice a moleculei citocromului datorită nopilor suprapuneri pi-electronici ai resturilor de aminoacizi aromatici. În plus, transferul de electroni între grupurile heme situate la o anumită distanță unul de celălalt poate fi realizat în modul de tranziții a tunelului.
O proprietate importantă a citocromilor ca D. f. este abilitatea anumitor resturi de aminoacizi (adesea histidină și tirozină) porțiunea proteică a moleculei pentru a schimba valoarea pKa sale (asocierea constantă cu protoni) atunci când schimbă starea electronică a hemul. Datorită acestui fapt, oxidarea și reducerea hemei pot duce la eliberarea sau absorbția de protoni prin apoenzimele la locurile care pot fi îndepărtate spațial din hem. Astfel. Citocromii sunt capabili să acționeze ca purtători de protoni în membrană și să participe la crearea unui gradient de protoni transmembranar (vezi Echilibrul membranelor, membranele biologice). Acest lucru este cel mai convingător prezentat pentru citocromul b de Slater (ES Slater) și Klingenberg (M. Klingenberg). Conform teoriei hemoosmoticheskoy (V. P. Skulachev) formarea în transferul de electroni al gradientului lanțului de protoni respirator este o condiție pentru conjugare cu fosforilarea respiratorie. Există două puncte de conjugare pe segmentul citocrom al lanțului respirator: în complexul b-c1 și pe situsul citocrom oxidazei.
Citocrom oxidaza - terminal f. mitocondria - are o structură complexă. Se compune din 6 subunități cu mol. greutate (masă) de la 5300 la 36 000. Două subunități sunt aparent citocrom a, iar restul patru aparțin citocromului a3. In transferul de electroni de oxigen implică, în plus față de grupurile de hem, de asemenea, cuprinse în atomii de cupru citocromoxidază, care se schimba valență prin reacția cu oxigen poate fi detectată prin RES.
Citocrom oxidaza se leagă de monoxidul de carbon și cianura, care sunt, adică, inhibitori ai respirației. În prima etapă a interacțiunii dintre citocrom oxidază și oxigen, se formează un complex de citocrom oxidază - O2. oxigenată de citocrom oxidază. Apoi, oxigenul este restabilit printr-un sistem de două complexe care se află în interacțiune de cooperare, fiecare dintre ele conținând o grupare de heme și cupru și este capabil să efectueze un transfer de doi electroni.
Cytochrom P-450, terminal D. f. sistemul de hidroxilare microsomal, a luat numele datorită formării unui complex destul de puternic cu CO, care are un maxim neobișnuit pentru hemoproteine la 450 nm. Una dintre cele mai interesante trăsături ale citocromului P-450 este modificarea proprietăților sale optice atunci când formează un complex cu diferite substraturi nepolare supuse hidroxilării în microzomi. Majoritatea substraturilor determină o creștere a absorbției la 385-395 nm și o scădere a densității optice la 420 nm (așa-numitul prim tip de modificări spectrale). Metoda EPR a arătat că, atunci când se formează un complex de primă tip, atomul de fier al grupului heme de citocrom P-450 trece de la stadiul scăzut de spin la cel de spin înalt.
Forma redusă de citocrom P-450 atașată la substrat adaugă oxigen pentru a forma un complex ternar: substratul este redus de către citocromul P-450-O2. Molecula O2 din acest complex este parțial redusă, transformându-se într-o formă activată capabilă să hidroxilizeze substratul. Mecanismul de activare este, aparent, că molecula O2. presupunând doi electroni, suferă o divizare eterogenă, adică, că un atom de oxigen cu 8 electroni este separat sub forma unui ion hidroxil, iar celălalt, cu 6 electroni, având o structură atomică de oxigen, este introdus în substratul hidroxilat.
În pană, practică activitatea unor D. f. (dehidrogenază etc.) servește ca un test de diagnostic suplimentar pentru un număr de boli (a se vedea Dehidrogenaze). Glucozoxidaza (glucoza dehidrogenază) este utilizată pentru determinarea conținutului de glucoză în sânge și urină (vezi metodele Gorodetsky).
Bibliografie: Archakov AI, Oxidarea microzomală, M. 1975, bibliografie; Leningrad A. Mitochondria, per. cu engleza. M. 1966; PUBIN BA și LOGINOVA, LN, Alternative Ways of Oxidation Biological, M. 1973; Ya. S ait și AA, "Transformarea energiei în Mitochondrie", Moscova, 1973; Oxidări biologice, ed. de T. P. Singer, N.Y. 1968.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: