Карбоангидраза и образование ионов

Многие ферменты представляют собой сложные белки, образованные простым белком — апоферментом ( апо означает вне, отдельно от ) и одной (или более) молекулой или ионом, называемыми кофер-ментами. Некоторые коферменты являются ионами металлов. Примером может служить карбоангидраза в эритроцитах человека. Ее апо-фермент имеет молекулярную массу 28 000. Апофермент соединяется с одним ионом цинка (Zn2+) и образует активный фермент, который ка- [c.396]

Причины потери ферментативной активности при замещении Си(П) наиболее четко вытекают из результатов Тейлора и Коле-мана [264]. Спектры ЭПР Си(П)-карбоангидразы согласуются с квадратно-плоскостной или тетрагонально-искаженной октаэдрической симметрией при координации азотсодержащих лигандов ионом u(II). К сожалению, на основании разностного синтеза Фурье в проекции [69] невозможно определить стереохимические изменения координируемых остатков при замещении u(II). Данные ЭПР по ориентированным кристаллам Си(И)-замещенной карбоангидразы отсутствуют, что не позволяет определить направление аксиальной симметрии центра координации u(II) относительно осей, фиксированных в молекуле. Если допустить (рис. 23), что три связи Си—N определяют плоскость комплекса u(II), образованную при сжатии обычной тетраэдрической структуры, положение молекулы растворителя, занимающей четвертое место в плоскости, не обязательно будет соответствовать тому же положению, что и в тетраэдрическом комплексе Zn(II). Более того, изменение геометрии координации при замещении ионом u(II) приведет к переупорядочению структуры воды в области активного центра, поскольку молекулы растворителя займут, вероятно, вакантные места в координационной сфере. Переупорядоченная структура растворителя по [c.105]

В биологических системах действуют структурные принципы, характерные для всех комплексных соединений, как, например, хелат-эффект, преимущественное образование пяти- и шестичленных циклов, определенные конформационные изменения. Кроме того, в ферментах проявляются структурные эффекты, не наблюдаемые в других комплексах. Интересным примером является карбоангидраза, которая катализирует процесс превращения диоксида углерода в гидрокарбонат-ионы. Как и карбоксипептидаза, карбоангидраза содержит атомы координирующие три гистидиновых остатка и молекулу воды или гидроксид-ион (рис. 18.19). [c.588]

Молекула аконитазы содержит ион двухвалентного железа (Ре +), необходимый для проявления ферментативной активности. Хотя существует предположение о том, что ион железа может участвовать в окис-лительно-Еосстановительном процессе (протекающем по механизму, отличному от рассмотренного выше), более вероятно, что ион железа облегчает присоединение субстрата к ферменту и образование гидроксильного иона аналогично тому, как это было постулировано для иона 2п + в карбоангидразе (разд. 3,2) [120]. [c.150]

Кривая связывания кислорода гемоглобином зависит от pH при данной величине р(Ог) сродство к кислороду уменьшается номере уменьшения pH (эффект Бора). Гликолиз представляет собой анаэробный процесс, приводящий к образованию молочной кислоты и диоксида углерода. Оба эти соединения имеют тенденцию к понижению pH и способствуют высвобождению кислорода из оксигемоглобина там, где в этом есть необходимость, В дезоксигемоглобине, напротив, содержатся немного более основные, чем у оксигемоглобина, группы (азот имидазола His-146 в р-цепях и His-122 в а-цепях, а также аминогрупп Val-1 в а-цепях), в силу чего дезоксигемоглобин связывает протон после высвобождения кислорода, что важно для обратного транспорта диоксида углерода к легким. Карбоангидраза катализирует образование бикарбоната в эритроцитах из диоксида углерода и воды, и ионы бикарбоната могут связываться с протонированными группами дезокси-гемоглобина. В легких дезоксигемоглобин перезаряжается кислородом, эффект Бора вызывает высвобождение бикарбоната, из которого под действием карбоангидразы образуется диоксид углерода, который затем выдыхается. Транспорт диоксида углерода дезоксигемоглобином приводит также к образованию производных карбаминовой кислоты с аминогруппами белка (схема (9) . Хотя оксигемоглобин также связывает диоксид углерода, у дезоксигемо-глобина эта способность выше ввиду большей доступности аминогрупп. [c.558]

Рис. 24-22. Координированность переноса кислорода и СО2 эритроцитами. А. В легких в результате оксигенации гемоглобина происходит высвобождение ионов которые далее присоединяются к ионам НСО 3 с образованием Н2СО3. Под действием карбоангидразы Н2СО3 подвергается дегидратации, в результате чего образуется растворенная СО2, которая диффундирует в плазму крови, а из нее-в воздушное пространство легких и выдыхается. Б. Захват эритроцитами растворенной СО2 в периферических тканях требует участия карбоангидразы, катализирующей гидратирование СО 2 с образованием НзСОэ далее Н2СО3 теряет ион Н и превращается в НСО 3. Высвобождаемые при этом ионы И смещают равновесие реакции гемоглобина с кислородом в направлении отщепления кислорода и его передачи ткани. Поскольку О2 и СО2 растворимы в липидах, они легко проходят через клеточные мембраны, не нуждаясь в системах мембранного транспорта. Однако обмен между ионами СГ и НСО 3, осуществляемый через мембрану эритроцитов, протекает только при помощи систем, обеспечивающих транспорт анионов.

На основе рентгеноструктурного анализа с высоким разрешением проведено сравнение стереохимических свойств трех типов взаимодействий металл—белок. Для установления структурных и электронных факторов, ответственных за регуляцию активности иона металла, рассмотрены координационные центры металл — лиганд в белках и прослежена связь между молекулярной структурой, стереохимией и электронной структурой и биологической ролью функции иона металла. Гидро( бное взаимодействие порфиринового кольца гемоглобина и миоглобина рассмотрено по данным измерений магнитной восприимчивости, спектроскопии парамагнитного резонанса и исследования поляризационных спектров поглощения монокристаллов. С точки зрения электронной конфигурации (1-орбиталей и геометрии координации обсуждается взаимодействие замещенных ионов металлов в карбоксипептидазе А с карбонильной группой субстратов при гидролизе пептидов. Предполагается, что спектральные изменения, зависящие от pH и наблюдаемые в спектре электронного поглощения, замещенного иона Со(П), каталитически активного в карбоангидразе, обусловлены образованием упорядоченной структуры растворителя вблизи иона Со(И), Корреляция между молекулярной структурой, определенной методами рентгеноструктурного анализа, и электронной структурой координационного центра металл — лиганды, оцененной из спектроскопических данных, указывает на происхождение структурной регуляции реакционной способности иона металла в белках и ферментах. [c.123]

В результате распада некоторых молекул питательных веществ в клетках почечных канальцев образуется двуокись углерода (1). Фермент карбоангидраза катализирует соединение ее с водой с образованием угольной кислоты (2), при ионизации которой образуются бикарбонат-ион и ион водорода (3). Ионизация несколько усиливается, так как ион натрия первичной мочи обменивается с ионом водорода (4). Под влиянием гормона альдостерона этот обмен, по-видимому, усиливается. В результате моча закисляется. [c.444]

Этот пример хорошо иллюстрирует разнообразие задач, решаемых при помощи ионов металлов. Предпосылкой для использования металла в качестве составной части активной группы является образование сложной третичной структуры, для поддержания которой в стабильном состоянии также необходим металл. Фермент, ускоряющий распад угольной кислоты на воду и углекислый газ,—карбоангидраза — содержит цинк. Этот фермент представляет собой истинный металлофермент, т. е. характеризуется прочной связью между белковым компонентом и компонентом, содержащим цинк. Линдског и Мальмстрем смогли тем не менее обратимо отделить цинк от белка и установили, что фермент, освобожденный от цинка, реактивируется ионами кобальта, железа и никеля (двухвалентными). Если принять за 100 активность цинкового соединения, то для приведенного ряда активности выразятся цифрами 40, 10, 5. Следовательно, здесь отбор в ходе биохимической эволюции в какой-то мере базировался на сохранении наиболее активных форм катализаторов. [c.130]

В эритроцитах млекопитающих эта реакция, катализируемая карбоангидразой, играет большую роль в удержании метаболической СО2 внутри клетки и таким образом облегчает ее быстрый перенос от активно дышащих тканей к легким. Механизм этого связывания основан на различии в подвижности СО2 и НСО . Незаряженная молекула газа (СО2) относительно быстро диффундирует и может легко проникать в эритроцит. Но после превращения в ионНСОГ, несущий заряд, она уже не способна с прежней легкостью проходить через клеточную мембрану. Таким образом, ионы НСОз" оказываются запертыми внутри эритроцита и большая часть их остается здесь до тех пор, пока не будет благоприятных условий для регенерации СО2 из НСОз". Эти условия создаются в легких, где происходит обмен СО2 с внешней средой концентрация СО2 здесь понижается, и возникает кинетический фактор, сдвигающий равновесие реакции, катализируемой карбоангидразой, в сторону образования СО2. Эти кинетические условия, конечно, прямо противоположны тем условиям, которые существуют при тканевом дыхании. А поскольку термодинамические особенности реакции, катализируемой карбоангидразой, тоже благоприятствуют образованию СО2, удаление ее в легких происходит быстро и эффективно. [c.95]

Диоксид углерода, образующийся в процессе обмена веществ, поступает из тканей в кровь (рис. 15.7). Повышение парциальногодавленияСОг в крови способствует его проникновению в эритроциты, где СО2 под действием карбоангидразы (на рис. 15.7 обозначена Е) гидратируется с образованием Н2СО3, которая диссоциирует по первой ступени. Освободившийся протон присоединяется к иону НЬОг, входящему в состав КНЬОг-Редуцированный ННЬ теряет сродство к О2 и отдает его в плазму, а затем [c.454]

Ингибиторы карбоангидразы (диакарб). Реабсорбция бикарбонатов в проксимальных извитых канальцах полностью зависит от активности карбоангидразы, поэтому ингибирование фермента диакарбом увеличивает диурез и уменьшает запасы бикарбоната в организме, что ведёт к гиперхлоремическому метаболическому ацидозу. Вследствие ацидоза, а также повышения реабсорбции ионов натрия и хлоридов в остальных сегментах канальцев нефрона действие диакарба нивелируется при приёме его в течение нескольких дней. Ингибиторы карбоангидразы подавляют также образование внутриглазной и спинномозговой жидкости. [c.193]

Наряд) с секрецией кислоты и пепсина слизистая оболочка фундального и антрального отделов желудка, а также слизистая двенадцатиперстной кишки секретируют вещества с щелочными свойствами. Эпителий, выстилающий полость данных отделов пищеварительного тракта, секретирует в просвет ионы НСО. Секреция в совокупности со слоем геля также защищает слизистую оболочку от самопереваривания кислотой и пепсином. Секреция НСО, в желудке составляет 5—10 % от максимальной секреции кислоты, а в дуоденальной полости она в 2—6 раз больше. В основном секреция бикарбонатов — это результат активного энергозависимого транспортного процесса. Щелочная секреция тормозится аноксией и такими метаболическими ингибиторами, как цианистый калий и 2,4-динитрофенол, которые препятствуют окислительному фосфорилированию. Секреция бикарбонатов тор.мозится ацетазоламином, ингибирующим карбо-ангидразу. Полагают, что карбоангидраза, присутствующая в большой концентрации в поверхностных эпителиальных клетках, способствует образованию бикарбонатных ионов из СОг и воды. Несомненно участие в продукции бикарбонатов и другого фермента — К" —N3+—АТР-азы. [c.211]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология