Пероксидаза: будова та функції

Історія вивчення пероксидаз починається з 1855 р., коли Шенбейн відкрив, що окислення деяких органічних сполук каталізують речовини, які містяться в тваринних організмах, використовуючи при цьому пероксид водню. Саундерс виділив три періоди в досліджені пероксидази рослин (Садвакасова, Кунаева, 1987). Перший період - до 1918 р. В цей час у класичних роботах Баха та Шода відмічено широке розповсюдження даного ферменту в рослинах і виділена пероксидаза з хрону. Другий період охоплює 1918-1931 рр. Вильштеттер очистив пероксидазу, ввів в ензимологію пурпурогалінове число, що мало значення для кількісної оцінки активності ферменту. Був відкритий гем. Третій період - після 1931 р. Досліджувались будова пероксидази, кінетика та механізм її дії, субстрат на специфічність ферменту (Савич, 1989).

Будова пероксидази. Пероксидаза - двокомпонентний фермент, який представляє собою сполучення активної групи, що вступає в хімічну взаємодію з субстратами, та колоїдного білкового „носія”, який посилює каталітичну дію цієї групи. Це глобулярний білок діаметром 50 А°, який містить близько 43 % ά-спіральних ділянок в складі білкової частини молекули. Очищена кристалічна рослинна пероксидаза має молекулярну масу від 23000 до 60 000. Гематин складає 1,48 % цієї маси. За амінокислотним складом білок пероксидази має деякі особливості: в ньому відсутній триптофан й оксипролін, до того ж він неоднорідний. Вуглеводна частина пероксидази хрону складається з глюкози, галактози, занози, арабінози, ксилоли, фруктози та гексозаміну. Вуглеводні залишки, потрібні для стабілізації та захисту від дії протеолітичних ферментів, зв’язані з білком через аспарагін в положеннях 13, 57, 158, 186, 198, 214, 255 та 268. Білкова частина пероксидази складається з 308 амінокислотних залишків й має чотири дисульфідних зв’язка.

Досліджені до цього часу пероксидази складаються з незабарвленого глікопротеїну й з’єднаного з ним коричнево-червоного ферипорфірину. Гемінова частина молекули (гем, гемін) - ферумпротопорфірин ІХ. Виконуючи роль активного центру, він приймає участь в розкладенні або активації пероксиду водню. Простетична група пероксидаз хрону й японського редису, цитохрому с, хлоропероксидази відома як ферумпротопорфірин ІХ. Він входить до активного центру, складаючи порфіринове кільце гему, який є високо ароматичною та гідрофобною сполукою. Саме гідрофобна взаємодія порфіринового макроциклу з білком формує третинну структуру нативної пероксидази. Відомо, що протопорфірин справляє важливу стабілізуючу дію на білкову глобулу гемвмісних ферментів. Так, комплексоутворення апопероксидази хрону з геміном різко підвищує стійкість білку до дії ультрафіолету та тепла. Видалення простетичної групи ферменту веде до втрати пероксидазної активності, але не впливає на її оксидазній функції (Андреева, 1988).

Властивості пероксидаз обумовлені будовою ферменту, яка гарантує ефективне виконання їх фізіологічних функцій. Міцність гем-білкового комплексу, невеликий розмір молекули, наявність кальцію забезпечують високу термостабільність ферменту. Вуглеводи, що входять до складу пероксидази, виявляють стабілізуючий вплив за дії протеаз. Множинні молекулярні форми пероксидази відрізняються за субстратною специфічністю, локалізацією, оптимальними умовами, необхідними для прояву каталітичної активності. Ці відміни можуть обумовити виконання ними різних фізіологічних функцій (Савич, 1989).

Реакції, які каталізує пероксидаза. Пероксидаза каталізує окислення субстратів органічної природи за рахунок кисню пероксиду водню, що виділяється при його розкладенні. Фермент проявляє малу специфічність по відношенню до донорів водню. Субстратами пероксидази є фенольні сполуки, поліфеноли в вільному стані або в формі різних складних сполук (глікозидів, дубильних речовин) й ароматичні аміни, діаміни, індофеноли, ароматичні амінокислоти, аскорбінова кислота, нітрати, НАДФН2 (Садвакасова, Кунаева, 1987). Пероксидаза проявляє нітратредуктазну активність. Лужні молекулярні форми пероксидази кормових бобів відрізнялись низьким рівнем нітратредуктазної активності, нейтральні проявляли високу нітратредуктазну активність.

Механізм дії пероксидази. В основі механізму дії пероксидази лежить її здатність вступати у взаємодію з Н2О2 з утворенням проміжних фермент-субстратних комплексів, які володіють різними спектральними характеристиками. В 1937 р. Кейлін і Манн відкрили сполучення пероксидази з пероксидом водню, який назвали комплексом ІІ і комплексом ІІІ. В 1941 р. Теорел відкрив нестійку сполуку зеленого кольору, яка утворюється пероксидазою при взаємодії з слідовими кількостями Н2О2, - комплекс І. Комплекс І швидко перетворюється в комплекс ІІ - червоного кольору. При взаємодії комплексу ІІ з надлишком Н2О2 утворюються комплекси ІІІ та ІV. Чанс вважав, що комплекс І представляє собою з’єднання Fe3+ з Н2О2, тобто продукт приєднання ферменту до Н2О2. Комплекс ІІ представляє собою з’єднання Fe3+ з (ОН•), де група (ОН•) слугує символом напіввідновленого пероксиду. Загальна схема дії пероксидази може бути представлена наступними реакціями:

Цікаві статті з розділу

Вплив живих організмів на географічну оболонку
В епоху науково-технічного прогресу особливого значення набувають знання про життєві процеси на Землі в цілому. Важливу роль у цих процесах відіграють живі організми. За мільярди років, які ...

Екологія в житті людини
В сучасних умовах існування людство зіткнулося з величезною проблемою - екологічною. Проблема екологічної катастрофи вже не просто не приваблива перспектива, а реальна загроза, що повисла н ...

Екологічна криза сучасності
Стосунки біологічної системи і довкілля в процесі еволюції прагнуть оптимальності. Але вони не завжди є гармонійними. Зміни життєвоважливих для біологічної системи параметрів зовнішного сере ...