загрузка...
 
МОНООКСИГЕНАЗЫ
Повернутись до змісту

МОНООКСИГЕНАЗЫ

Ферменты этого типа катализируют включение одного атома кислорода в молекулу окисляемого вещества, а для второго атома молекулы 02 необходим еще какой-нибудь восстановитель. Нередко в таком качестве выступает НАДФ-//2, водород которого используется при этом для образования воды:

Как видно из этой схемы, посредством мо- нооксигеназной реакции в окисляемый субстрат внедряется кислород с образованием гидроксильной группы. Поэтому такие ферменты часто называют гидроксшазами. Они типичны для мембраны ЭР. Следует, однако, отметить, что редкие из них проводят реакцию по типу простого одноступенчатого процесса, как он изображен на приведенной схеме. Обычно реакция гидроксилирования нуждается в привлечении и других факторов, включая дополнительные ферменты. Чтобы подчеркнуть это, нередко употребляют термин «моно- оксигеназная система».

Все монооксигеназы являются сложными белками. В зависимости от строения небелковых компонентов, различают:

цитохром(Р45о)-монооксигеназы;

биоптериновые ферменты;

медь-содержащие гидроксилазы, зависимые от аскорбиновой кислоты;

монооксигеназы, сопряженные с окислением а-кетокислот (тоже аксорбат- зависимые).

Цитохром(*450умонооксигеназы - это самая многочисленная группа гидроксилаз. Их небелковый фрагмент всегда представлен гемом. Но железо здесь необычно тем, что одной из координационных связей соединено с радикалом цистеина в молекуле апофермента {гем-тиолатная связь). Индекс «Р450» отражает специфику некоторых свойств, обусловленную таким способом фиксации гема.

Цитохром Р450 функционирует в составе прочного комплекса белков, встроенных в мембрану ЭР. В нем есть также флавиновая цито- хром(Р45о)-редуктаза, а нередко — еще и цитохром Ь$ и/или железо-серный белок (2Ре-28-протеин). При этом сам цитохром Р450 гидроксилирует субстрат и, кроме того, восстанавливает второй атом кислорода, отдавая ему два электрона. Окисленное железо (Ре3+) цитохрома Р450 восстанавливается затем цито- хром( Р45о)-редуктазой. Она переносит атомы водорода от восстановленного НАДФ (редко — НАД) на собственную флавиновую группу (обычно ФАД). а затем отдает электроны на Р450,

непосредственно либо с участием добавочных переносчиков, упомянутых выше. Таким образом, цитохром(Р45о)-монооксигеназный комплекс является микросомальной системой транспорта электронов от НАДФ-//2 (иногда - от НАД-Нг) на Ог с образованием молекулы воды и появлением гидроксильной группы в составе окисленного субстрата. Из-за вовлечения РеБ-белков и/или цитохрома Ь5 число промежуточных электронтранспортирующих звеньев в этих гидроксилазах бывает разным. Но минимальный их набор составляют цитохром Р450 и его редуктаза (рис. 5-40).

Субстратами цитохром(Р45о)-моноокси- геназ являются, как правило, гидрофобные молекулы. Гепатоциты особенно богаты этими ферментами, зачастую обладающими широкой субстратной специфичностью, спектр которой

Рис. 5-40. Схема окисления субстрата (И-Н) цитохром(Р45о)-монооксигеназной системой:

1 - цитохром(Р45о}~моно(жеигеназа;

- цитохром(Рл5о)~редуктаза.

к тому же сильно перекрывается. Поэтому десятки таких гидроксилаз объединены единым термином неспецифическая моиооксигеназа. Ее устаревшее название - оксидаза смешанной функции (ОСФ) - не вполне точное, но до сих пор встречающееся в литературе* особенно медицинской.

Наиболее универсальным последствием гидроксилирования гидрофобных молекул является внедрение в них полярной группировки. Более того, открывается возможность образования, в частности, эфиров с серной или глю- куроновой кислотой. Такие конъюгаты приобретают еще большее сродство к воде, что облегчает их удаление из организма (в том числе почками). Особенно важно это для инактивации и выведения гидрофобных ксенобиотиков и синтетических лекарств. Однако в ряде случаев гидроксилирование приводит не к инактивации, а, наоборот, к превращению не очень опасного вещества в токсичный продукт (иногда

в канцерогенный). Такое отмечено при моно- оксигеназном окислении афлатоксинов, поли- циклических углеводородов типа фенантрена, бензпирена и других. В этих случаях выполнение биологического предназначения - повысить растворимость подлежащих выведению веществ

дает опасный «побочный» эффект.

Для изоферментов неспецифической мо- нооксигеназы характерно явление индукции собственными субстратами (хотя и не каждым из них). Давно установлено, что систематический прием, например, фенобарбитала уже вскоре приводит к многократному усилению биосинтеза и, как следствие, к увеличению количества соответствующей монооксигеназы в ЭР печени. Более того, ускоряется гидроксилирование не только самого фенобарбитала, но и других барбитуратов, а также веществ другого строения и иной биологической активности (в данном случае - антикоагулянтов группы

оксикумарина). Это свидетельствует о широте субстратной специфичности конкретного изофермента и позволяет не только оценить ее, но и различать разные монооксигеназы.

Описанное явление индукции следует учн- тыветь при проведении химиотерапии. В частности, на фоне приема барбитуратов производные 4-оксикумарина эффективны лишь в повышенных дозах. Да и к самим барбитуратам развивается привыкание: при длительном употреблении их снотворное действие сильно ослабевает, что вынуждает увеличивать дозировку. Развитие привыкания (повышение толерантности) наблюдается с различными ксенобиотиками. Но наиболее известно оно для наркотиков: регулярное употребление многих из них быстро индуцирует систему детоксикации настолько, что для достижения наркотического эффекта дозировка должна быть увеличена в 10-20 раз!

Из эндогенных веществ цитохром(Р45о)-гид- роксилазы окисляют в основном холестерол и его производные. В отличие от неспецифической монооксигеназы эти ферменты обладают, как правило, высокой субстратной специфичностью. Многие из них содержатся в ЭР гепа- тоцнтов. Однако значительная часть сосредоточена в таких стероидогенных тканях, как кора надпочечников и половые железы. Именно здесь некоторые монооксигеназы локализованы не в ЭР, а встроены во внутреннюю мембрану митохондрий (со стороны матрикса). В клетках коры надпочечников митохондриальный цитохром Р450 даже преобладает над ге- мопротеинамн дыхательной цепи, составляя более 80% всех цитохромов внутренней мембраны.

Реакции цитохром(Р45о)-завиеимого окисления известны на всех путях метаболизма холестерола, включая такой минорный, как активация витамина Б (около 10 мкг в сутки).

Этот витамин был открыт как жирорастворимый компонент пищи, который не только излечивает, но и предупреждает развитие рахита - тяжелого заболевания детей, проявляющегося нарушением остеогенеза с деформацией костей. Хороший эффект давало и УФ-облучение кожи. Как оказалось, оно вызывает внутримолекулярную перестройку 7-дегидрохолестеро- ла, который образуется в клетках кожи под действием соответствующей дегидрогеназы (реакция 1 на рис. 5-41). Перестройка протекает в мальпигиевом слое эпидермиса без участия ферментов и приводит к раскрытию кольца В с переходом гидроксильной группы из ЗР- в За-положение (этап 2 на рис. 5-41). Так образуется холекальциферолу который назван витамином Б3. При дефиците солнечных лучей необходимым становится поступление витаминов группы Б с пищей. Помимо холекалыдифе- рола, к ним отиосится эргокальциферол из растений (витамин Бг), который отличается от Б3 двойной связью между С22 и С23, а также метальной группой при С24

Рис. 5-41. Биогенез витамина и его греобразование в активную форму (кальцитриол):

1 - ферментативное преврещение холестерола в 7-дегидрохолестерол в клетках кожи (формирование двойной связи в кольце В); 2 - неферментативное преобразование под действием УФ-лучей (фотолиз); 3— цитохром(Р45о)-монооксигеназное окисление по Сг5 (мембрена ЭР гепатоцитов); 4 - цитохром(Р45о)-монооксигеназное окисление В ПОЗИЦИИ С1 (митохондрии почек; осуществляется также в костной ткани и в плаценте).

Самн витамины Т>2 и 03 не обладают биологической активностью. Они обретают ее под действием двух специфических ЦНТОХрОМ(Р45о)- монооксигеназ (реакции 3 и 4 на рис. 5-41). Одна из них находится в ЭР гепатоцитов н внедряет гидроксильную группу в положение С25- Возникший 25-гидроксивитамнн 03 {калъ- цидиол) подвергается второму окислению в клетках извитых почечных канальцев. Оно реализуется митохондриальной 1а-гидроксила- зой (выявленной также в костной ткани и плаценте), которая преобразует кальцидиол в наиболее активную форму витамина - 1,25-дигид- рокснвитамин 03 (кальцитриол). Нарушение биогенеза этого фермента чревато развитием О-витаминной недостаточности, преодолимой только приемом готового кальцитриола (а не П3 или 02).

В тысячи раз больше холестерол а - десятки миллиграммов в сутки — используется в организме человека для выработки стероидных гормонов, протекающей тоже с участием специальных цитохром(Р450)-гидроксилаз (см. раздел 7.7.3). Основная же масса этого вещества подлежит экскреции, которую затрудняет его гидрофобность. Поэтому сперва происходит создание в нем полярных фрагментов. Оно реализуется путем окислительной деградации боковых групп (ибо сам полнциклнческий скелет холестерола исключительно устойчив к метаболическим воздействиям). В результате возникают продукты, наиболее значимые из которых называют желчными кислотами (по месту их обнаружения).

Рис. 5-42. Пути обрезования желчных кислот.

Гидрофилизация холестерола (и ряда его производных) происходит в гепатоцитах, с участием цитохром(Р45о)-монооксигеназ мембраны ЭР (рис. 5-42). Лимитирует скорость образования желчных кнслот 7а-гидроксилаза (реакция 1). Этот ключевой фермент чувствителен к угнетающему эффекту холевой кислоты, преобладающей среди конечных продуктов.

Гликохолевая кислота    Таурохолевая кислота

Рис. 5-43. Строение парных желчных кислот.

Следующие стадии обеспечивают эпи- меризацию Зр-гидроксильной группы и восстановление двойной связи в кольце В (этап 2 на рис. 5-42). Так появляется дигидроксилиро- ванный предшественник желчных кислот. Преобладающая часть его под действием 12а~монооксигеназы приобретает еще одну гидроксильную группу (реакция 3). Затем в молекулах обоих предшественников происходит окислительное укорочение боковой цепи и формирование карбоксильной группы на ее С^-конце. В итоге образуются холевая н хено- дезоксихолевая кислоты (этапы 4 и 5). Именуемые первичными желчными кислотами, они составляют 0,5-1,5% состава желчи. Кишечная микрофлора лишает их гидроксильной группы при С7 (реакции 6 и 7 на рис. 5-42), превращая соответственно в дезоксихолевую н литохолевую кислоты (их относят к вторичным желчным кислотам).

Внедрение карбоксильной группы придает холестеролу амфипатические свойства. Они усиливаются тем, что этн производные пребывают в желчи главным образом не в свободном виде, а будучи связанными пептидной связью с аминогруппой глицина илн таурина (продукт декарбоксшшрования метионина и окисления его серы до сульфатной группы). Такие конъюгаты называют парными желчными кислотами: гликохолевая кислота (преобладает у человека), таурохолевая (обе показаны на рис.

Рис. 5-44. Коферментная функция биоптерина (выделены атомы водорода, участвующие в восстановлении кислорода).

43), глико- и таурохенодезоксихолевые кислоты. Преобразуясь в кишечнике во вторичные желчные кислоты, онн обычно сохраняют свою связь с глицином или таурином (становясь глико- и тауропроизводными дезоксихо- левой и литохолевой кислот). Снижая поверхностное натяжение, все эти детергенты поддерживают в растворенном состоянии и холе- стерол, значительная доля которого выводится с желчью в неизменном виде. Более того, их эмульгирующие свойства востребованы и в процессах пищеварения.

Биоптериновые монооксигеназы содержат атом ?е2+, связанный с двумя радикалами гистидина. Кроме того, в качестве кофермента им нужен тетрагидробиоптерин (ТТБП). Внедряя один атом кислорода в молекулу субстрата, для восстановления другого атома эти ферменты используют ТГБП (рис. 5-44), превращая его в дигидробиоптерин (ДГБП). В исходную форму кофермент возвращается, получая водород от НАДФ-Н2. Эту реакцию осуществляет флави- новый фермент дигидробиоптеринредуктаза (ДГБП-редуктаза).

Таким образом, окисление субстрата гид- роксилазами бноптериновой группы требует участия не менее двух разных ферментов (сходство с цитохромными монооксигеназами). Один из них — собственно монооксигеназа, которая обеспечивает субстратную специфичность и для восстановления кислорода использует водород своего кофермента (ТГБП). Другой фермент - ДГБП-редуктаза, необходимая для регенерации ТГБП за счет окисления НАДФ Нг-

5-Гидрокси- 1_-триптофан

Рис. 5-45. Гидроксилирование триптофана биогтериновой монооксигеназой:

1 - Триптофан-5-монооксигеназа (гидроксилаза); 2 — Дивидробиоптерин-редуктаза.

Двухстадийность процесса показана на рис. 5-45 на примере гидроксилирования триптофана. Образующийся 5-гидрокси-Ь-трнпто- фан становится предшественником серотонина, который выполняет ряд важных функций, включая роль медиатора в некоторых отделах мозга. Именно триптофан-5-монооксигеназа является лимитирующим звеном биогенеза этого высокоактивного амина.

Рис. 5-46. Реакция гидроксилироезния фенилаланина и тирозина:

1 - Фенилаланин-4-гидроксилаза; 2 — Тирозин-З-гидроксипаза:

- Дигидробиоптерин-редуктаза; 4 -Декарбоксилаза ароматических (.-аминокислот.

Аналогичную реакцию катализирует гид- роксилаза фенилаланина (рис. 5-46), которая является ключевым звеном, т. к. лимитирует совокупную скорость всех дальнейших путей преобразования этой аминокислоты и, кроме того, угнетается избытком собственного субстрата. Последнее обусловлено тем, что в С- концевой стороне фермента есть участок связывания фенилаланина, именуемый «ингибиторным» доменом (каталитический центр находится в 1Ч-концевой части).

Гидроксилирование фенилаланина является в норме практически единственным путем его катаболизма. А вот образующийся при этом тирозин может подвергаться различным превращениям. Среди важнейших - монооксигеназное гидроксилнрование до дигидроксифенилалани- на (ДОФАу - сокращение старого названия «ди- оксифенилаланин»). Он используется затем в разных реакциях. В частности, отщепление карбоксильной группы (в виде С02) преобразует молекулу ДОФА в дофамин (рис. 5-46, 4), который, как будет показано на рис. 5-49, является предшественником норадреналина и адреналина (часто объединяемых общим названием катехоламины). Биоптериновая тирозин-3-гидрокси- лаза составляет то звено, которое лимитирует скорость биогенеза этих гормонов.

Рис. 5-47. Монооксигеназное окисление 1_-аргинина под действием N0-синтетазы.

Фермент обеспечивает двухэлектронное окисление на первом этапе и трехэлектронное - на втором, когда утилизируется «половинка» молекулы НАДФ-Нг (точнее, одной молекулы НАДФ-/-/г здесь достаточно для того, чтобы из двух молекул Ы^-гидрокси-Ьаргинина и двух молекул 02 образовалось по две молекулы 1,-цитруллина, оксида азота и воды).

Совершенно необычна реакция гидрокси- лирования аргинина, которая приводит к образованию оксида азота. При открытии (в конце 80-х годов) фермент получил название АЮ-син- тетаза, хотя по механизму действия он оказался моноокснгеназой. Катализируемая им реакция заключается в окислении Ь-аргинина по азоту гуанидиновой группы (1^ш), в результате чего этот азот отщепляется в виде молекулы N0 (рис. 5-47).

Чрезвычайный интерес к ферменту возник сразу же. ибо выяснилось, что вырабатываемое им простейшее вещество — оксид азота - является сигнальной молекулой, опосредующей ряд важных функций нервной, иммунной и сердеч- но-сосудисгой систем.

Уникальность ГЮ-синтетазы еще и в том, что она является и биоптериновой гидроксила- зой, и цитохром(Р45о)-монооксигеназой. Это обусловлено строением фермента, обладающего рекордным набором простетических групп и кофакторов (ФМН, ФАД, ТГБП, гем и кальмо- дулин - небольшой белок, имеющий 4 центра связывания ионов Са2+ ).

Активностью обладает только димерная форма фермента, состоящая из одинаковых субъединиц. В каждой различают 3 функционально разных фрагмента. Ближе к С-концу апофермента находится редуктазный дОмен. По первичной структуре он очень похож на цитохром(Р45о)-редуктазу, а в качестве простетических групп содержит по одной молекуле ФАД и ФМН. Другой домен называется окси- геназным. Его гем-тиолатная группа находится поблизости от центра связывания молекулы ТГБП. Между этими доменами расположен кальмодулин-связывающий участок. Сорбция на нем кальмодулина (вместе с Са2+ ) вызывает конформационные сдвиги, необходимые для обеспечения внутреннего транспорта электронов в цепн ФАД-^ ФМН —» гем. Внешними потребителями этих электронов служат молекулы кислорода, а поставщиками - НАДФ-//2 и атом N(0 аргинина (меняющий при этом степень окисления от -Здо+2).

В лаконичной форме весь этот процесс представлен на рис. 5-47 в виде двух главных этапов. На каждом утилизируется по одной молекуле кислорода. Первая из этих молекул поставляет атом кислорода для гидроксилирова- ния азота, другая передает один из своих атомов углероду гуанидиновой группы. В обоих случаях второй атом молекулы кислорода восстанавливается до воды, для чего привлекается необходимое количество НАДФ'#2-

Локализована №>синтетаза в цитозоле (в отличие от других питохромов(Р45о), которые связаны с мембранами). Образуемая молекула оксида азота очень нестабильна и существует в биосистемах не более нескольких секунд. За это время она может путем диффузии преодолеть расстояние, лишь в несколько раз превышающее средний диаметр клетки. Поэтому N0 называют диффузионной сигнальной молекулой. Биологические эффекты ее многообразны. В частности, именно ей принадлежит функциональная активность эндотелиального фактора релаксации, который играет важную роль в регуляции кровотока, оказывая сосудорасширяющее действие. Кроме того, N0 подавляет агрегацию тромбоцитов. В макрофагах эта молекула опосредует бактерицидную и туморицидную активность. В некоторых типах клеток мозга N0 играет роль медиатора. В отличие от других нейромедиаторов, оксид азота не резервируется в каких-либо везикулах и потому выделяется из нервного окончания не посредством экзоцитоза, а путем простой диффузии. Следовательно, интенсивность потока молекул этого посредника определяется активностью ГЮ-синтетазы, которая, очевидно, должна находиться под контролем. В ее регулировании важную роль играет угнетение фермента продуктом реакции - оксидом азота. Установлена также зависимость ферментативной активности от концентрации Са2+ в микроокружении. Появились данные и

о    белковых регуляторах Г^О-синтетазы.

На молекулярном уровне первичными «мишенями» оксида азота часто оказываются железо-содержащие компоненты разных белков, включая циклооксигеназу (см. ниже) и растворимую гуанилатциклазу. Оба фермента сильно активируются оксидом азота (активность гуани- латцикпазы может возрасти в сотни раз). С высоким сродством N0 связывается с гемом цитохрома Р450. В данном случае это приводит, однако, не к активации, а к угнетению фермента. Такое действие установлено, в частности, для неспецифической монооксигеназы, гемопротеи- новой триптофан-2,3-диоксигеназы и железосодержащей липоксигеназы (см. ниже). Изменение активности перечисленных (или других) ферментов влечет за собой серию молекулярных событий, завершающуюся реализацией конкретной физиологической функции (например, гипотензивный эффект).

Среди других молекулярных «мишеней» оксида азота важное место занимают вещества, содержащие группы -БН. Нитрозирование такой группы в ключевых точках белка часто влияет на функциональное состояние молекулы. Например, ферментативная активность при этом обычно подавляется. С другой стороны, обратимое связывание с низкомолекулярными тиолами может способствовать сохранности молекул N0. В частности, 8-нитрозоцистеин считают резервной и транспортной формой оксида азота, которая при одноэлектронном восстановлении распадается на N0 и цистеин.

Особую сферу биологических эффектов составляет участие N0 (и его производных) в регуляции биосинтеза многих белков. К ним относятся, в частности, белки стресса; ферри- тин и его рецепторы; белки антиоксидантной защиты; гемоксигеназа; ядерный белок р53, подавляющий рост злокачественных опухолей. Конкретные механизмы вовлечения N0 разнообразны; они реализуются на этапах и транскрипции, и трансляции.

Инактивируется оксид азота путем спонтанного или ферментативного окисления, превращаясь в нитрит и далее - в нитрат, который необратимо выходит из обращения (и выводится из организма).

Медъ-содержспцие монооксигеназы, зависимые от аскорбиновой кислоты, особенны тем, что, гидроксилируя субстрат, в качестве восстановителя второго атома молекулы 02 используют аскорбиновую кислоту (витамин

С). Она подвергается при этом лишь частичному (одноэлектронному) окислению, превращаясь в свою свободнорадикальную форму - мо-

Рис. 5-48. Аскорбиновая кислота и продукты ее одно- и двухэлектронного окисления.

нодегидроаскорбат (рис. 5-48). Поэтому в реакции участвуют 2 молекулы аскорбата, чтобы превратить атом кислорода в молекулу воды.

Рис. 5-49. Биогенез норадреналина и адреналина: 1 - Дофамин-$-гидроксилаза (медь-содержащая). 2 - Монодегидроаскорбат-редуктаза. 3 - Фенилэтиламин-И-метилтрансфераза. Сокращения: Аск- аскорбиновая кислота (восстановленная форма); ДгАск— монодегидроаскорбат (свободнорадикальная форма); Я-Б-СНэ - Б-аденозилметионин; Р-Б - Б-аденозилгомоцистеин.

Рис. 5-50. Гидроксилирование радикала лизина в составе белка.

Типичным ферментом этой группы является дофамин-$-гидроксилаза. Она содержит атом Си2+, соединенный с радикалом гистидина. Субстратом служит дофамин, который образуется, как отмечалось выше, при декар- боксилировании молекулы ДОФА. Как показано на рис. 5-49, дофамин-(3-гидроксилаза, внедряя кислород в молекулу своего субстрата, превращает его в норадреналии, а используемая при этом аскорбиновая кислота возвращается затем в восстановленную форму под действием специальной редуктазы. Следовательно, аскорбат в данном случае является не вторым субстратом (наряду с дофамином), а фактически коферментом и для гидроксилазы, и для редуктазы, объединяющим их в единую систему. Эта монодегидроаскорбат-редуктаза содержит ФАД и утилизирует НАД-//2 в качестве донора электронов (и протонов). Она встроена в мембрану митохондрий (со стороны матрикса), тогда как дофамин-р-гидроксилаза локализована в хромаффинных гранулах. Сопряженность между окислением витамина С в этих гранулах и его регенерацией в митохондриях обеспечивается специальной системой челночного транспорта (аскорбатный челнок).

Монооксигеназы, сопряженные с окислением а-кетокислот, очень необычны. В отличие от гидроксилаз, рассмотренных выше, они не нуждаются в НАД-Н2 или НАДФ-//2. Более того, они аообше не образуют воду. Вместо этого в качестве акцептора одного из атомов кислорода они используют а-кето- кислоту, - как правило, а-кетоглутарат (а-КГ). Принимая кислород, а-КГ теряет С02 и превращается в сукцинат (рис. 5-50).

Ферменты этой группы содержат Ре2+. Поэтому их функционирование зависит от присутствия аскорбиновой кислоты, необходимой для поддержания ионов железа в восстановленном состоянии (здесь уместно отметить, что внутри клеток концентрация витамина С в 100 раз выше, чем в плазме крови, и достигает примерно 10 мМ).

Монооксигеназы, функционирующие сопряженно с окислением а-кетокислоты, типичны для шероховатого ЭР, где участвуют в постсинтетической модификации белков (см. раздел 2.6.3). В качестве примера на рис. 5-50 представлена реакция, катализируемая прокол- пагеи-лизил-5-гидрюксілшзоі.

Исключительно важны еще два фермента, зависимые от а-КГ и аскорбата. Эти протеин- пролж-гидроксгшазы включают атом кислорода в строго определенные радикалы пролина в составе ряда белков (но не в свободную аминокислоту!). Одна из них гидроксилирует пролин по 3-му углеродному атому, другая - по 4-му (формулы обоих гидроксипролиновых производных были показаны на рис. 2-27).

ДИОКСИГЕНАЗЫ

В общем названии ферментов этой группы, являющихся гемопротеинами, отражена их способность включать весь дикислород в молекулу окисляемого субстрата. В ароматических структурах каждый атом молекулы дикислорода присоединяется обычно к одному из соседних углеродных атомов, разрывая двойную связь между ними.

Рис. 5-51. Расщепление ароматического кольца гомогентизатдиоксигеназой.

На рис. 5-51 показана реакция диоксиге- назного расщепления гомогептизиновой кислоты. Этот метаболит возникает из тирозина путем укорочения и внутримолекулярной миграции его боковой цепочки с попутным гид- роксилированием фенольного кольца. Осуществляемое гомогентизатдиоксигеназой внедрение молекулы кислорода приводит к разрыву цикла с образованием линейной цепи ди- карбоновой кислоты, содержащей еще и две кето-группы. Эта 8-углеродная цепь легко поддается ферментативному гидролизу до фумара- та и ацетоуксусной кислоты, превращаемой затем в две молекулы ацетил-КоА.

Сходным образом осуществляется деградация ароматических колец триптофана. Для полного расщепления диоксигеназной атаке должно подвергнуться каждое из колец его би- циклической структуры. Сначала происходит разрыв пятичленного цикла, реализуемый Ь-триптофан-2,3-диоксигелазой (рис. 5-52, 1). Затем, после серии реакций, приводящих к укорочению боковых цепочек, наступает расщепление бензольного кольца, производимое Ъ-гидроксиантраншатдиоксигеназой (реакция

на рис. 5-52). Возникший нециклический продукт постепенно преобразуется в молекулы ацетил-КоА.

У многих животных (собаки, свиньи, различные грызуны) часть триптофана может трансформироваться в никотинамидный фрагмент молекулы НАД. Следовательно, для них никотиновая кислота не является витамином. У человека способность образования НАД из триптофана очень ограниченна, и поэтому даже избыток этой аминокислоты не исключает потребности в никотинамиде (витамин РР), а лишь несколько уменьшает ее. Следует также отметить, что одну из реакций между двумя диоксигеназными стадиями катализирует фермент, в простетическую которого входит вит. В6. Недостаток этого витамина препятствует превращению триптофана в витамин РР.

Рис. 5-52. Диоксигеназная деградация бициклической структуры триптофана.

Итак, главное биологическое предназначение диоксигеназ сводится к разрушению очень устойчивых циклических структур (в том числе - и гетероциклов), недоступных другим способам ферментативной деградации. В итоге циклические структуры превращаются в линейные цепи, которые трансформируются в субстраты ЦТК (фумарат, ацетил-КоА и другие) и могут окисляться в нем до конечных продуктов (С02 и НгО).



загрузка...