Железо ксантиноксидазе

Близкородственный фермент альдегидоксидаза осуществляет только реакцию (8-56). Ксантиноксидаза может также окислять ксантин дальше, путем повторения окислительного процесса того же типа в положениях 8 и 9 [см. реакцию (8-57)] с образованием мочевой кислоты. Возможно, наиболее интересное свойство ксантиноксидазы заключается в том, что на каждую молекулу связанного FAD она содержит прочно связанный атом молибдена (дополнение 14-А) наряду с четырьмя атомами железа. (Молекула является димером с мол. весом 275 000, содержащим две молекулы FAD, два атома Мо и восемь атомов Fe.) [c.266]

В табл. 22 [24] приведены данные по электронным спектрам типичных комплексов Мо(1П), Mo(IV) и Mo(V). В большинстве случаев полосы, соответствующие d—d-переходам, имеют очень слабую интенсивность и во многих случаях полностью маскируются сильными полосами переноса заряда. В ряду комплексов Mo(V) полоса переноса заряда смещается в сторону длинных волн при усилении донорных свойств лиганда [21]. В том же направлении смещаются полосы в аналогичных комплексах Fe(III). В обоих этих случаях имеет место перенос заряда от лиганда к металлу [25]. Сильное взаимодействие между атомами металла и соответствующими лигандами в комплексах Mo(V) и Fe(III) и то, что оба эти металла входят в состав всех молибденсодержащих ферментов, являются сильным аргументом в пользу важной роли молибдена и железа как компонентов электрон-транспортной цепи. Из всех молибденсодержащих ферментов только ксантиноксидаза была детально изучена методом электронной спектроскопии. Поглощение, обусловлен- [c.268]

Рис. 41. Схема восстановления ксантиноксидазы, например, ксантином, по Брею и Свэну. Звездочкой отмечены частицы, дающие сигналы ЭПР. В активном ферменте молибден восстанавливается раньше, чем флавин и железо. В неактивном ферменте молибден восстанавливается в последнюю очередь.

Изменения магнитной восприимчивости и сигналов ЭПР, обусловленные присутствием железа в ксантиноксидазе. [c.183]

Точный механизм участия молибдена в катализе неизвестен. Состояния Мо(1П) и Mo(V) парамагнитны, но легко регистрируемые ЭПР-сигналы отвечают лишь состоянию Mo(V). Этот сигнал легко распознать по его характерной сверхтонкой структуре, содержащей шесть линий. Такой сигнал был зарегистрирован в случае ксантиноксидазы, нитратредуктазы и сульфитоксидазы при их взаимодействии с субстратами. Однако нитрогеназа дает только сигналы ЭПР, характерные для железа. Более того, нет никаких данных, из которых следовало бы, что N2 в нитрогеназе реагирует непосредственно с атомами молибдена. Тем не менее заманчиво предположить, что присутствие молибдена в нитрогеназе связано со способностью Mo(VI) акцентировать три электрона с образованием Мо(П1). Два атома Мо(П1), отдавая далее по три электрона, могли бы доставить те шесть электронов, которые нужны для осуществления реакции (14-10). [c.86]

Аддукт, возникающий первоначально в результате присоединения координированной с металлом гидроксильной группы, может далее окисляться переносом электронов через кислород на два атома молибдена. Каждый из них мог бы получать один электрон с образованием двух атомов Мо(У). Электроны могут далее переноситься на флавины, на связанные с белками атомы железа и на Ог по миниатюрной цепи переноса электронов. Ксантиноксидаза принадлежит к группе флавиновых ферментов, содержащих прочно связанное железо, не координированное с ядром гема. Она является представителем железо-серных белков, которые обсуждаются дальше, в гл. 10 (разд. В). Ксантиноксидаза и альдегидоксидаза содержат также надсульфидную группу (—5—5 ), которая имеет существенное значение для проявления каталитической активности. [c.266]

Биологическая роль. Рибофлавин входит в состав флавиновых коферментов, в частности ФМН и ФАД , являющихся в свою очередь простетическими группами ферментов ряда других сложных белков —флавопротеинов. Некоторые флавопротеины в дополнение к ФМН или ФАД содержат еще прочно связанные неорганические ионы, в частности железо или молибден, наделенные способностью катализировать транспорт электронов. Различают 2 типа химических реакций, катализируемых этими ферментами. К первому относятся реакции, в которых фермент осуществляет прямое окисление с участием кислорода, т.е. дегидрирование (отщепление электронов и протонов) исходного субстрата или промежуточного метаболита. К ферментам этой группы относятся оксидазы Ь- и О-аминокислот, глициноксидаза, альдегидоксидаза, ксантиноксидаза и др. Вторая группа реакций, катализируемых флавопротеинами, характеризуется переносом электронов и протонов не от исходного субстрата, а от восстановленных пиридиновых коферментов. Ферменты этой группы играют главную роль в биологическом окислении. В каталитическом цикле изоаллоксазиновый остаток ФАД или ФМН подвергается обратимому восстановлению с присоединением электронов и атомов водорода к и ФМН и ФАД прочно связываются с белковым компонентом, иногда даже ковалентно, как, например, в молекуле сукцинатдегидрогеназы. [c.224]

Обычно эти реакции своднорадикального окисления протекают в активном центре соответствующих ферментов, а промежуточные продукты не появляются во внещней среде. При изменении условий функционирования дыхательной цепи (например, при гипоксии) в ней также возможно одноэлектронное восстановление кислорода, объясняющееся тем, что его сродство к убихинону выще, чем к цитохромоксидазе. Эти процессы приводят к образованию супероксид-аниона кислорода. Этот радикал может образовываться и под влиянием ультрафиолетовых лучей, а также путем взаимодействия кислорода с ионами металлов переменной валентности (чаще всего с железом) или в ходе спонтанного окисления некоторых соединений, например дофамина. Наконец, он может продуцироваться в клетках и такими ферментами, как ксантиноксидаза или НАДФН-оксидаза. [c.314]

Ферменты и другие биологически активные вещества. В мол ке в настоящее время обнаружено более 100 ферментов, в тс числе оксиредуктазы (дегидрогеназа, оксидаза, пероксидаза, п роксид-дисмутаза), трансферазы, гидролазы (эстераза, гликоз даза, протеаза), липазы, изомеразы и лигазы. Большая часть них имеет нативное происхождение и переходит в молоко из кл ток молочной железы во время секреции (к ним относятся щело ная фосфатаза, ксантиноксидаза, протеаза и др.). [c.150]

Многие ферменты в качестве активных центров содержат металлы или комплексы с металлами. Так, ксантиноксидаза представляет собой молибденфлавопротеид, дегидраза — бути-рил — медьфлавопротеид, железо входит в состав цитохрома, гидропероксидазы и т. п., пептидазы содержат цинк, фосфатазы и пептидазы — магний, последние так же марганец и кобальт и т. д. Все микроэлементы, необходимые для живых клеток, связаны с каталитическими процессами. [c.263]

Вследствие большого молекулярного веса ферментов количество металла, содержаш,егося в них, обычно очень мало. Например, на 1 моль ксантиноксидазы с молекулярным весом 230000 приходится 1 атом молибдена. Металлы не присоединены непосредственно к белку, а включены в состав комплексов. Так, в железосодержащих ферментах железо входит в порфири-новую или тетрапирроловую структуру в форме клешневидного комплекса. Связи, участвующие в образовании клешневидных комплексов, в основном ионные. Возможно, что очень высокая активность каталазы связана с наличием в ней четырех атомов железа на одну молекулу фермента. [c.264]

Ионы некоторых тяжелых металлов, присутствующие в препаратах очищенных ферментов, часто играют важную роль, выступая в качестве кофакторов. Примером такого фермента является ксантиноксидаза молока крупного рогатого скота. Хроматографическая очистка ксантиноксидазы на DEAE-сефадексе и комплексобразующей смоле хелекс 100 ( helex 100) была предпринята с целью получения препарата с очень низким содержанием ионов железа и свободного от ионов молибдена [51]. [c.14]

Было обнаружено, что для нормального функционирования активных центров некоторых флавиндегидрогеназ необходимы молибден и ванадий. Например, фермент ксантиноксидаза, катализирующий окисление определенных пуринов с образованием мочевой кислоты как конечного продукта, содержит в качестве простетической группы FAD, а также молибден и железо. [c.297]

Известно, что молибден является существенным компонентом шести ферментов альдегидоксидазы, нитратредуктазы, нитрогеназы, сульфитоксидазы, ксантиндегидрогеназы и ксантиноксидазы. Из них четыре содержат флавинадениндинуклеотид (ФАД) (УП), и все шесть содержат железо в виде цитохрома или серусодержа- [c.263]

Исследование лигандного окружения атомов металла в ксантин-оксидазе затрудняется тем, что ни Мо, ни Fe не удается обратимо заменить на другие атомы металлов, которые могли бы служить спектроскопическими зондами [9, 33, 34]. Однако нативный фермент поглощает в видимой области. В литературе имеются некоторые разногласия относительно природы хромофорной группы, определяющей это поглощение, но, по-видимому, все исследователи согласны в том, что поглощение определяется не молибденсодержащим компонентом. Имеется сообщение о том, что ксантиноксидаза, в значительной мере очищенная от железа (до 0,3 г-атом Fe на 1 моль белка), характеризуется спектром поглощения, почти совпадающим с таковым для исходного фермента [35]. Сходство в спектрах поглощения, кругового дихроизма и дисперсии оптического вращения ксантиноксидазы и ферредоксина шпината (рис. 36) привело к заключению, что оба фермента содержат одинаковые хромофоры, а именно серусодержащие комплексы железа. Более высокая интенсивность поглощения ксантиноксидазы может рассматриваться как следствие того, что в ее молекуле содержится восемь атомов железа, тогда как в молекуле ферредоксина шпината имеются только два атома железа. Методом ЭПР показано, что в ксантиноксидазе, инактивированной метанолом, молибден находится в состоянии Mo(V). Окисленный фермент в активном состоянии, вероятно, содержит Mo(VI). Можно было бы ожидать различий в оптических спектрах активного и неактивного фермента, определяемых перехо- [c.274]

Ксантиноксидаза в состоянии покоя или окисленный фермент в отсутствие субстрата не дает сигнала ЭПР [44, 45]. Характерная сверхтонкая структура молибденового сигнала появляется при восстановлении субстратом в мягких условиях и вновь исчезает при восстановлении в жестких условиях. В ранних работах, выполненных методом ЭПР, было показано, что в ходе восстановления сначала появляется сигнал Мо(У), затем сигнал флавосемихино-на, а затем железа [44, 46]. [c.277]

В результате детального исследования различий в редуктазных реакциях при различных комбинациях альдегидоксидазы, ингибиторов и акцепторов электрона был сделан вывод [63], что имеется линейная последовательность по крайней мере четырех переносчиков электронов в молекуле фермента, причем восстановление молекулярного кислорода в этой цепи осуществляется в последнюю очередь. Этими четырьмя переносчиками, по-видимому, являются молибден, кофермент р, ФАД и Ре. Дальнейшие сведения о природе электрон-транспортной цепи были получены из опытов, выполненных методом ЭПР. Альдегидоксидаза отличается от ксантиноксидазы в том отношении, что покоящийся фермент дает слабый сигнал ЭПР Мо(У) с -фактором, равным 1,97, который соответствует примерно 3% всего содержания молибдена в ферменте. При инкубации Армента с избытком субстрата интенсивность сигнала возрастает, но только до уровня, соответствующего 15—20% полного содержания молибдена. В тех же условиях около 24% флавина находится в виде семихинонного радикала = 2,00), а 25% железа — в восстановленной форме [60, 61 ]. [c.286]

В ксантиноксидазе ион молибдена располагается в месте связывания субстрата, причем он ковалентно связан с тиоловой группой фермента и служит первичным акцептором гидридного иона от молекулы субстрата. Роль другого, присутствующего в ферменте иона состоит в переносе электрона на молекулу Oj. Пока остается неясным, сколько ионов железа изменяют свою валентность в общем акте катализа [32]. Существенное уточнение и подтверждение этих фактов сделано Брэем и сотр. [33], в работах которых определялось появление сигналов от различных элементов ксантиноксидазной системы, что позволило установить последовательность переноса электронов с ксантина на кислород [c.196]

За сигналом потерявшего электрон ксантина почти мгновенно появляется сигнал от молибдена, и лишь через некоторое время появляется сигнал от свободного радикала FADH, после чего следует сигнал от изменившего валентность иона железа. Очень важно [34], что если вместо ксантина взять другие субстраты (салицилальдегид, дитионат натрия), то за их сигнало.м сразу идет сигнал от FAD. Это говорит о том, что ксантиноксидаза может проводить реакции окисления различным образом. В то время как для ксантина окисление субстрата на ферменте происходит с участием иона молибдена, салицилальдегид воздействует прямо на FAD. [c.196]

Простетические группы ряда флавопротеидов содержат атом металла. Например, ксантиноксидаза (дегидрогеназа), нитратредуктаза содержат молибден, в состав дегидрогеназы бутирил-КоА входит медь-флавопротеид, НАД-Нг цитохром с редуктаза и НАДФ-Нг цитохром с редуктаза, сукциндегидрогеназа содержат железо. Характерной чертой для этой категории ферментов является то, что их действие в отличие от флавопротеидов, не содержащих металлов (оксидаза гликолевой кислоты) подавляется цианидом. [c.235]

В таких ферментах, как ксантиноксидаза молока, где металл или металлы сравнительно прочно связаны и не могут быть удалены без необратимой потери основных каталитических свойств, изучение их точной функции затруднено. Вместе с тем известно, что два других фермента, нитрат- и НАД-Н-цитохром-с-редуктаза, функционируют при активном участии в транспорте электронов молибдена и железа (М.о + Ц Мо +) и (Fe +Z Fe +). Это соответствует схемам, предложенным Малером, в основе которых лежит образование металлфлавиновых комплексов, близких по структуре комплексам рибофлавина Альберта (Albert, 1953). [c.192]

В числе флавопротеиновых ферментов, способных восстанавливать неорганическое железо ферритина, известны ксантиноксидаза и НАДФ-Н-цитохром-с-редуктаза. [c.213]

По данным Грина и Мазура (1957), животная клетка может использовать ферритин как промежуточный переносчик электро- нов в цепи при окислении многих органических соединений. Так, было показано, что срезы печени в анаэробных условиях восстанавливают ферритин в присутствии гипоксантина, ксантина и ксантиноксидазы. Значительно увеличивалась скорость восста-новленияв аэробных условиях (100% Ог). Заметное восстановление железа ферритина, кроме того, наблюдалось и при полном отсутствии кислорода. Высказано предположение, что в восстановлении железа ферритина участвует флавиновая часть фермента. Вместе с тем не менее вероятно включение в эту реакцию железа или молибдена фермента. [c.213]

Ответ на вопрос о механизме окисления ионов, в том числе и марганца in vivo, не столь прост в основном потому, что окислительно-восстановительный потенциал простых ионов существенно изменяется при образовании комплексов. Это отчетливо видно из сравнения величин окислительно-восстановительных потенциалов различных физиологически активных соединений железа [Eq (у)рН7,0] для цитохрома а-Ь0,29 цитохрома с + 0,26, цитохрома Ь — 0,04 НАД-Н-цитохром-с-редуктазы 0,00 ксантиноксидазы — 0,350, ферредоксина шпината — 0,432. Редокс потенциал гидроокиси железа + 0,56 (Grani k а. Gilder, 1947). [c.241]

Электронный парамагнитный резонанс — один из основных методов, применяемых при изучении металлоферментов, особенно тех, которые содержат молибден (ксантиноксидаза), медь (цито-хромоксидаза, медно-голубые ферменты) и железо (цитохромы, ферредоксин). Оба элемента, медь и не входящее в состав гема железо, не поглощают видимый и ультрафиолетовый свет, а в одном из своих окисленных состояний дают пики на спектрах ЭПР. Появление или исчезновение их сигналов ЭПР позволяет изучать [c.173]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология