1.1.3. Ферментные гемопротеины

К ферментным гемопротеинам относятся:

1. цитохромоксидаза (цитохром а₃ или дыхательный фермент Варбурга);

2. цитохромы Кейлина (например цитохромы в; с₁; с; а дыхательной цепи);

3. цитохром Р₄₅₀;

4. пероксидаза;

5. каталаза.

На долю гемопротеинов–ферментов в организме приходится менее 1%, гемоглобина – 80%, миоглобина – 19%.

За исключением цитохромоксидазы все ферменты отличаются от гемоглобина структурой полипептидной цепи белка.

Биологическая роль цитохромов заключается в том, что они участвуют в транспорте электронов в дыхательной цепи (тканевое дыхание):

– е^–

F e²⁺ Fe³⁺.

+ е^–

Однако, цитохромы Кейлина не способны восстанавливать кислород. Такой способностью обладает дыхательный фермент Варбурга (цитохромоксидаза). Его порфириновое ядро отличается от гема гемоглобина. Это железо–медь–содержащий цитохром:

– е^–

С u⁺ Cu²⁺.

+ е^–

(Биологическую роль цитохромов см. в теме «Биологическое окисление»).

Каталаза и пероксидаза – имеют в составе гема Fe³⁺ (гемин).

Биологическая роль этих ферментов состоит в том, что они разлагают органические перекиси и пероксид водорода, которые образуются в тканях при утилизации кислорода и являются токсичными для клеток веществами. Существует три основных пути образования пероксида водорода в клетках:

1) неферментативный – в реакциях перекисного окисления липидов (аутоокисление полиненасыщенных жирных кислот):

НО₂^• + RH → H₂O₂ + R^•;

2) при взаимодействии кислорода с аутооксидабельными ФАД-зависимыми дегидрогеназами (см. витамин В₂): О₂

↓

RH₂ → НАДДГН₂ → ФАДДГН₂ → H₂O₂;

3) энзиматическое образование пероксида водорода при участии:

– оксидаз D- и L-аминокислот, моноаминооксидаз, ксантиноксидаз

Оксидаза

RН₂ + О₂ → R + H₂O₂;

– супероксиддисмутазы, обеспечивающей обезвреживание в клетке супероксидного анион-радикала (О₂^{– •}) в реакции дисмутации:

О₂^{– •} + О₂^{– •} +2Н⁺ → H₂O₂ + O₂.

Пероксид водорода, образующийся при действии супероксиддисмутазы, а также в реакциях, катализируемых оксидазами, расщепляется главным образом каталазой (в меньшей степени пероксидазой) (табл. 2).

Высокая активность и высокое сродство супероксиддисмутазы и каталазы к своим субстратам предотвращают накопление в клетке супероксида (О₂^{– •}) и пероксида водорода и, следовательно, развитие окислительного стресса в тканях. (повреждение структур нуклеиновых кислот, фосфолипидов биомембран и белков).

Таблица 2

Отличительные особенности пероксидазы и каталазы

Пероксидаза	Каталаза
По продукту расщепления
Н2О2  Н2О + О (атомы)	2 Н2О2  2 Н2О + О2 (молекулы) (скоростной фермент – одна молекула фермента разлагает до 40 тыс. молекул Н2О2 в 1 сек)

Окончание таблицы 2

По специфичности действия
Групповая: разлагает Н2О2 и органические перекиси	Индивидуальная: расщепляет только Н2О2
По локализации в клетках
В лейкоцитах, лимфотических железах (фагоцитирующих клетках), костном мозге	В эритроцитах, пероксисомах и лизосомах клеток печени, почек и др. тканей
По отношению к температуре
Термостабильный (не денатурирует при 100С)	Термолабильный
Качественные реакции обнаружения ферментов
Гваяковая, бензидиновая пробы (атомарный кислород окисляет гваяковую смолу и бензидин)	По выделению пузырьков газа (О2)