емовый «карман», существенно понижая сродство Нв к кислороду. Из этих примеров видно, что присутствие карбоксильной группы в дистальной области гема может стабилизировать Fe3+ состояние, что является важным фактом, т.к. у пероксидазы в дистальной области также предполагается наличие карбоксильной группы Asp-43. Однако ее роль в каталитическом действии фермента плохо изучена. На основании имеющихся данных трудно сказать, чем обусловлена стабильность состояния Fe3+ в пе-роксидазе, хотя на основании вышеизложенного, можно высказать предположение, что это осуществляется, возможно, за счет какой-то карбоксильной группы или какой-то другой группы, расположенной в активном центре фермента.

Каталаза и цитохром с пероксидаза так же, как и пероксидаза хрена, относятся к группе окислительно-восстановительных ферментов и являются близкородственными по механизму действия. Они способны реагировать с Н202, образуя промежуточные соединения, аналогичные промежуточным соединениям пероксидазы [Keilin, Hartree, 1951; Ronnberg et al., 1981]. Мономерная субъединица каталазы способна катализировать процессы пероксидазно-го окисления. Возможность выполнять некоторые функции пероксидазы обусловлена общностью в строении активных центров этих гембелков. Кроме того, для каталазы и цитохром с пероксидазы проведены рентгенографические исследования, позволившие определить геометрическое расположение и природу функциональных групп, входящих в состав активных центров этих ферментов [Finzel et al., 1984; Fita et al., 1986; Murshudov et al., 1992; Poulos et al., 1993; Gouet et al., 1995].

Рентгенографические данные показали, что в активном центре каталазы проксимальным лигандом железа гема является Туг-367, а в дистальной области располагаются Phe-167, His-74 и Asn-147 [Murthy et al., 1981]. Предполагают [Mincey, Traylor, 1979], что проксимальный лиганд каталазы может находиться в депротониро-

13

Глава!

ванном состоянии и за счет этого стабилизировать ион железа гемина в ферриформе. Атом азота дистального His-74 расположен на расстоянии 4,5 А от атома железа, а его имидазольное кольцо располагается почти параллельно плоскости гема, на расстоянии 3 А. Строение активного центра каталазы отличается от других гембелков тем, что гемин очень глубоко погружен внутрь глобулы, поэтому субстраты могут проникать к активному центру каталазы, в область координационного окружения гема, только по каналу, имеющему максимальную ширину у входного отверстия 15 А, где располагаются гидрофильные аминокислотные остатки Asn-127, Glu-167 и Lis-172 [Murthy et al., 1981]. Сам же канал имеет длину 30 А и выстлан гидрофобными аминокислотными остатками (Val-73 и -115, Ala-116, Gly-117, Pro-128, Phe-152,- 153, -160 и -163, Ие-164, Leu-148). Ограниченные размеры канала каталазы создают сте-рические затруднения для ее некоторых субстратов, что наглядно было показано еще Чансом [Chance, 1949а], который, используя перекиси с различными заместителями, заключил, что гем каталазы глубоко погружен внутрь белка. Через канал вглубь молекулы каталазы могут проникать кроме перекисей и достаточно больше молекулы, например, аминотриазол, являющийся необратимым ингибитором фермента. Он модифицирует His-74 и, встраиваясь в гемовый «карман», своим атомом азота образует координационную связь с железом гема, поэтому такая модификация приводит к полному ингибированию фермента [Reid et al., 1981].

Цитохром с пероксидаза имеет примерно одинаковый с пероксидазой хрена молекулярный вес, но не содержит углеводов [Paul et al., 1963]. Спектры поглощения ферри- и ферроформ этих гембелков и ряда их производных, таких как ферри-цианид и ферро-CO очень похожи [Blumberg et al., 1968]. Оба фермента могут осуществлять окисление субстратов в присутствии гидроперекисей. Выполнение одинаковой функции объясняется схожестью строения активных центров этих гембелков (табл. 1). Так, проксимальным лигандом цитохром с пероксидазы является имидазол гистидина, а в дистальной области расположены триптофан, гйстидин и аргинин [Poulus et al., 1980; McGinnity et al., 1996]. В шестом координационном положении в цитохром с пероксидазе по данным рентгеноструктурного анализа располагается молекула воды, которая образует водородную связь с дистальным гистидином боковой цепи (табл. 1). У пероксидазы хрена в координационной сфере железа гема нет молекулы воды [Lanir, Schejter, 1975]. Однако это

14

Гемсодержащие белки, катализирующие пероксидазные реакции

свойственно, по-видимому, только данному ферменту, т.к. резо-нанс-рамановские спектры пероксидазы из кишечника свиньи показывают, что в координационной сфере этого фермента присутствует молекула воды [Kimura et al., 1981].

Определение функциональной роли пропионовокислых остатков гема в гембелках имеет большое значение при изучении механизма их действия. Этот вопрос долгое время оставался спорным, т.к. было неясно: участвуют ли карбоксильные группы гема в каталитическом процессе или они важны только для стабилизации и ориентации гема на белке. В этом разделе на основании имеющихся данных рентгеноструктурного анализа и других методов исследования мы рассматриваем функциональную роль боковых остатков гема в различных гембелках.

Результаты рентгеноструктурного анализа белков показывают, что наблюдается закономерное расположение аминокислотных остатков полипептидной цепи таким образом, что заряженные группы, этого требует термодинамика, располагаются в основном на наружной стороне молекулы белка, а гидрофобные — внутри глобулы. Гемовая простетическая группа находится, как правило, внутри складки или «кармана», образованного полипептидной цепью [Ком, 1978]. Фиксация гема осуществляется за счет неполярных контактов с гидрофобными аминокислотными остатками белка, а также за счет водородных связей одного или двух пропионовокислых остатков гема с аминокислотными остатками апобелка. Ориентация гема в гемоглобине, миоглобине, цитохром с пероксидазе аналогична таковой в пероксидазе хрена: пропионовокислые остатки направлены к поверхности белковой глобулы, а винильные группы — внутрь. Причем, в гемоглобине кашалота карбоксильная группа в 6-ом положении порфирина образует водородную связь с атомом азота His-97 и направлена к проксимальной стороне порфиринового кольца, а карбоксильная группа в 7-ом положении образует аналогичный полярный контакт с Arg-45 [Макинен, 1978] и, следовательно, направлена к дистальной стороне. Образование контактов пропионовокислых групп в гемоглобине как с проксимальной, так и с дистальной стороны, обеспечивает жесткое закрепление гема, препятствующее изменению ориентации его в гемовом «кармане». В метге-моглобине только карбоксильная группа в 7-ом положении образует водородную связь с His-45 в а субъединице, с Ser-45 в Р субъединице. Модификация пропионовокислых остатков гема в

15

Глава!

гемоглобине не влияет ни на процесс оксигенирования, ни на его спектральные свойства [Sugita, Yoneyama, 1971]. Отличительной особенностью расположения гема в цитохром с пероксидазе является то, что гем размещаетс