6. Дыхательная цепь
Цепь переноса электронов — совокупность окислительно-восстановительных реакций, которые происходят в дыхательной цепи и сопровождаются выделением большого количества энергии.
В высших организмах промежуточными переносчиками электронов в дыхательной цепи являются NAD+, FAD, FMN, кофермент Q (убихинон), цитохромная система и ферменты, содержащие негеминовое железо — железосерные белки. Последовательность проходящих реакций можно представить в следующем виде (железосерные белки не указаны в этой схеме):
I
II
Процесс окисления субстрата АН2 в длинной дыхательной цепи (I) начинается с переноса электронов (е–) от восстановленного субстрата АН2 к NAD+. Следующим переносчиком будет FMN. От флавина электроны переходят к СоQ (убихинону), а затем в определенной последовательности переносятся по цепи цитохромов и наконец через цитохромоксидазу (комплекс цитохромов а · а3) достигают кислорода воздуха. Существует также короткая дыхательная цепь (II), когда субстрат А1Н2 взаимодействует с FAD-зависимой дегидрогеназой, которая восстанавливается до FAD · 2H, и далее электроны идут на СоQ. Дальнейший путь электронов и протонов совпадает с полным дыхательным циклом.
Смысл многоступенчатости цепной передачи электронов и протонов заключается в том, что существует связь между переходом NAD+ в NADH + Н+ и биоэнергетикой клетки. Процесс транспорта электронов — основной источник энергии, необходимой для синтеза внутриклеточной АТР. Это основной способ, посредством которого клетка превращает химическую энергию питательных веществ в метаболическую. По мере продвижения электронов по дыхательной цепи свободная энергия электронов выделяется небольшими порциями, за счет чего в клетке образуется АТР. Такой способ синтеза АТР называется окислительным фосфорилированием.
В длинной дыхательной цепи в трех пунктах происходит сопряжение переноса электронов (окисления) и фосфорилирования. Первым этапом является перенос электронов от восстановленной анаэробной дегидрогеназы NADH + Н+ к флавиновой дегидрогеназе — FMN. Резкий скачок падения энергии приводит к образованию молекулы АТР. Второй точкой сопряжения является переход электронов от цитохрома b на цитохром с1. Третья молекула АТР выделяется, когда цитохромоксидаза (комплекс цитохромов а · а3) передает электроны кислороду воздуха. В короткой дыхательной цепи выделяется две молекулы АТФ.
7. Глюкозооксидаза
Систематическое название фермента -D-глюкоза: О2-оксидоредуктаза. Это двухкомпонентный фермент, содержащий в качестве простетической группы две молекулы флавинадениндинуклеотида (FAD), т. е. это флавопротеин.
Этот фермент катализирует дегидрирование глюкозы и перенос отнятого водорода на кислород воздуха с образованием перекиси водорода. При этом глюкоза превращается в глюконолактон:
Глюкозооксидаза синтезируется плесневыми грибами при рН 5…7. Особенно активными продуцентами являются некоторые штаммы Aspergillus niger и Penicillium. Препараты глюкозооксидазы получены в кристаллическом виде.
Глюкозооксидаза стабильна в течение длительного времени при температуре 40 °С. Фермент имеет оптимальную зону рН 5,5 при 30 °С и 6,0 для 35 °С.
Так как очищенные препараты глюкозооксидазы взаимодействуют практически с глюкозой, они являются одним из важных ферментов, применяемых в пищевой технологии и клинической биохимии для определения сахара в крови.
Использование глюкозооксидазы в пищевой технологии
Глюкозооксидаза нашла применение в пищевой промышленности как для удаления следов глюкозы, так и для удаления следов кислорода. Это необходимо при переработке пищевых продуктов, качество и аромат которых ухудшаются от того, что в них присутствует глюкоза, таких, например, как сухой яичный альбумин или яичный порошок. Удалять незначительные количества глюкозы желательно даже в том случае, если продукты питания подвергаются тепловой обработке, высушиванию, в процессе которых возможно взаимодействие глюкозы с белками и другими соединениями, приводящими к появлению темного окрашивания (реакция Майяра или меланоидиновая реакция).
Длительное присутствие даже небольших количеств кислорода приводит к изменению цвета и аромата пива, вина, фруктовых соков, майонеза и многих других продуктов, подвергающихся порче в результате окисления. Поэтому было предложено применять препараты глюкозооксидазы для удаления кислорода из пива, вина, фруктовых соков, ароматических экстрактов.