XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Сейчас уже ни у кого не вызывает сомнений важнейшая роль органических комплексов железа в нормальном функционировании живых систем. Железосодержащие ферменты играют огромную биологическую роль в организме. В организме человека содержится 3-5 г железа. Большая часть его сосредоточена в гемоглобине крови (70%). В составе гемоглобина железо участвует в хранении и транспорте кислорода и дыхании, оно также способствует электронному переносу, катализирует большое количество реакций.

Рассмотрим несколько примеров железосодержащих ферментов.

Оксигеназы

Оксигеназы можно разделить на моноооксигеназы и диоксигеназы. Они играют важную роль в обмене стероидов и других циклических соединений.

Монооксигеназы ускоряют окисление субстратов путем включения в них одного атома кислорода, при этом образуются гидроксилированные продукты или соединения типа SO. Монооксигеназы, которые ускоряют гидроксилирование субстратов, называются гидроксилазы.

Гидрооксилазы - двухкомпонентные ферменты, в состав кофермента пирролохинолинохинон (PQQ) и витамин С. Гидроксилазы способствуют включению кислорода в молекулу субстрата и образованию Н₂О. Гидроксилазы также участвуют в образовании холестерина и адреналина. Эти ферменты содержатся в цитоплазме, в мембранах ЭПР, митохондрий и микросом. оксидоредуктазы фермент кинетический.

Монооксигеназы, окисляющие субстраты, относятся к микросомальным оксигеназам, например, цитохромы Р₄₅₀ (кофермент гем). Эти ферменты играют роль в обезвреживании чужеродных веществ, например, лекарств, а также в метаболизме некоторых эндогенных веществ, например половых гормонов, ПРГ.

Примером оксигеназ является бактериальные катехолдиоксигеназы. Эти ферменты разрывают связи в ароматических кольцах, внедряя оба атома из молекулы кислорода в кольцо. Они играют важную роль в деградации лигнина и терпенов, а также в катаболизме триптофана и тирозина. Со структурной точки зрения, наиболее изученным ферментом этой группы является протокатехоат-3,4-диоксигеназа (3,4-PCD), окисляющая катехольные субстраты с образованием производных муконовой кислоты. Это имеет место при окислении полиненасыщенных жирных кислот, в результате этого образуются диоксиды (пероксиды) ненасыщенной жирной кислоты; окисление триптофана под действием триптофандиоксигеназы приводит к образованию формилкинуренина, окисление цистеина под действием цистеиндиоксигеназы приводит к образованию цистеинфульфината.

Цитохром с-оксидаза

Этот фермент, присутствует во всех животных и растениях, аэробных дрожжах и некоторых бактериях, участвует в предпоследней стадии окислительного фосфорилирования – процессе, который сочетает перенос электронов с синтезом ATФ; цитохром с переносит электроны к конечному компоненту дыхательной цепи – цитохром с-оксидазе (СОХ), восстанавливающая O₂ до воды. Известны кристаллические структуры как бактериальной, так и митохондриальной COX, связанной с мембраной и состоящей из нескольких субъединиц. Этот фермент содержит два гемовых фрагмента и три иона Cu. Из них один гем и один атом Cu (так называемый a₃/Cu_B-центр) образуют каталитический центр, оставшийся гем a и биядерный центр Cu_A участвуют в электронном переносе. Восстановление O₂ протекает в соответствии со следующим уравнением:

4cytc²⁺ + 2H⁺(int) + O₂ → 4cytc³⁺ 4H⁺(out) + 2H₂O,

где индекс (int) относится к протонам, находящимся внутри митохондрии или бактерии, а индекс (out) – к протонам, выделяемым во внешнюю среду. В целом через мембрану происходит перенос протонов.

Таким образом, в организмах человека, животных и растений присутствуют несколько видов железосодержащих ферментов, выполняющие жизненно-важные функции для организма. Необходимо следить за уровнем железа в организме, так как при недостатке образуется железодефицитная анемия, которая остается самой частой причиной анемии в мире.