Современное представление о механизме биологического окисления

Окисление субстрата начинается путем его дегидрирования под действием ферментов дегидрогеназ. Дегидрогеназы — их известно более 150 — сложные ферменты, в состав молекул которых всегда входят коферменты. Существует две группы дегидрогеназ, которые различаются своими коферментами. Ферменты первой группы содержат в качестве коферментов динуклеотиды НАД или НАДФ, поэтому их называют НАД- или НАДФ-зависимыми дегидрогеназами. Поскольку в составе этих коферментов содержится никотинамид (водорастворимый витамин РР), представляющий собой производное пиридина, их называют еще пиридинзависимыми дегидрогеназами.

Активной частью коферментов, входящих в состав НАД- и НАДФ-зависимых дегидрогеназ, является пиридиновое кольцо никотинамида. Окисленные формы никотинамидных коферментов, обозначаемые НАД⁺ (НАДФ⁺) отщепляют от субстрата два атома водорода, один из которых присоединяется к кольцу пиридина в пара-положение по oтношению к азоту:

а другой диссоциирует на протон и электрон. Последний присоединяется к атому азота кольца пиридина, а протон переходит в среду в виде иона Н⁺.

Реакции, катализируемые пиридинзависимыми дегидрогеназами, сокращенно можно изобразить следующим уравнением: Субстрат + НАД⁺ (НАДФ⁺) → Окисленный субстрат + НАДН•Н⁺ (НАДФН•Н⁺).

В дальнейшем образовавшиеся восстановленные формы дегидрогеназ служат субстратами для окисления их другой группой дегидрогеназ, поскольку они не способны передавать свои атомы водорода непосредственно на кислород.

Дегидрогеназы второй группы в качестве коферментов содержат ФМН и ФАД и называются соответственно ФМН- и ФАД-зависимыми дегидрогеназами. Эти дегидрогеназы объединяют под общим названием флавопротеиды.

Активной частью указанных коферментов является изоаллоксазиновое кольцо рибофлавина (витамина В₂), способное обратимо присоединять атомы водорода:

Из уравнения реакции видно, что присоединение атомов водорода представляет собой прямой перенос пары атомов водорода от субстратов (ими могут быть рассмотренные выше восстановленные формы пиридинзависимых дегидрогеназ) на ФМН или ФАД с образованием восстановленной формы.

Сокращенно, на примере ФАД, это можно записать так: ФАД⁺ + 2Н → ФАДН₂.

Восстановленные формы большинства флавиновых дегидрогеназ, так же как и пиридинзависимые дегидрогеназы, не окисляются кислородом. Они передают атомы водорода другому промежуточному соединению— убихинону (УХ), или коферменту Q (KoQ), который присоединяя два атома водорода, превращается в восстановленную форму - гидрохинон:

или сокращенно: УХ + 2Н → УХ•Н₂.

Исследованиями ряда ученых установлено, что убихинон выполняет роль челнока между флавопротеидами и системой железосодержащих ферментов, переносящих электроны и называемых цитохромами. От убихинона происходит разделение путей движения электронов и протонов атомов водорода к кислороду. По цепи цитохромов, а их открыто и изучено десятки, происходит передача электронов атомов водорода, которые, превращаясь в протоны, подкисляют среду.

Цитохромы— это группа железосодержащих белков, которые переносят электроны в процессе тканевого дыхания от убихинона (или от флавопротеидов) к молекулярному кислороду и активируют его. Свою каталитическую функцию цитохромы выполняют благодаря наличию в составе их молекул железа. Присоединяя электроны, цитохромы восстанавливаются, отдавая их— окисляются, т.е. в процессе каталитического процесса степень окисления железа обратимо изменяется:

2Fe⁺³ + 2е → 2Fe²⁺.

Сколько цитохромов участвует в процессе окисления, точно не известно. Однако среди них хорошо изучены цитохромы b, с, а и а₃. Последние цитохромы (а и а₃) — не что иное, как дыхательный фермент Варбурга, очень чувствительный к действию цианидов.

Таким образом, звено цитохромов, осуществляя перенос электронов, располагается в цепи окисления между убихиноном и кислородом.

Пиридинзависимые дегидрогеназы, флавопротеиды, убихинон и цитохромы находятся в митохондриальной мембране и прочно с ней связаны в перечисленном порядке, образуя так называемую «дыхательную цепь». Ее можно изобразить следующей схемой:

НАД→ Флавопротеиды (ФАД) → Убихинон (УХ) → Цит. b → Цит. с→ Цит. а → Цит. а₃ → О₂

или системой уравнений:

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Поделиться: