5. Некоторые металлоэнзимы организма животных

родственных цианкобаламину). Эти соединения необходимы для активности металмалонил-КоА-мутазы и метионинсинтетазы (диолдегидразы).

В ферментативных реакциях, а к т и в и р у е м ы х м е т а л л а ми, металл обычно не прочно связан с ферментом и может быть почти полностью извлечен диализом при рН 7,0. Стабильность такого комплекса невелика.

Следующие 15 катионов могут служить активаторами одного или нескольких ферментов*: Na+, К + , Rb+, Cs+, Mg 2+, Са 2+, Zn 2+, Cd 2+, Cr 2+, Cu 2+, Mn 2+, Fe2+, Co2+, Ni 2+, Al 2+.

Широко распространена взаимозаменяемость катионов, имеющих сходные ионные радиусы, электронную конфигурацию и электроотрицательность.

Например, ионы M n 2 + , Fe2+, Со 2 + N i 2 + активируют аргиназу in vitro. Все указанные четыре катиона относятся к первой переходной серии периодической системы. Различия в степени активации фермента этими ионами обусловлены лишь различиями в координационных комплексах, которые они образуют (электрон-

*** Детально об активирующем влиянии отдельных ионов на ферменты см. в главах 6 и 7.**

ной конфигурации и типе связей). А это, в свою очередь, обусловлено разной степенью насыщения З^-орбиты у атомов данных элементов.

Каков же механизм влияния ионов металлов на каталитические свойства ферментов?

Прежде всего, ферменты, имея единую трехмерную структуру, первично обладают каталитической функцией. Металл требуется лишь для проявления ими максимальной активности.

Надо полагать, что конкретный механизм влияния иона металла на каталитическую активность будет зависеть от того, входит ли металл в структуру активного центра фермента или выполняет функцию активатора. В первом случае роль металла может заключаться:

а) в повышении селективности фермента по отношению к субстрату;

б) в непосредственном включении металла в катализ путем окисления и восстановления в ходе реакций, связанных с переносом электронов.

Не удивительно, что эти специфические функции может выполнять только определенный металл и только в определенном состоянии окисления ( M n " / " 1 , Fe"/" 1, Си 1 ' 1 1 , Со"/ 1 1 1 и т. д.).

Во втором случае возможны следующие варианты каталитического влияния металла:

а) ион металла облегчает связывание субстрата с ферментом путем координации и изменения формы субстрата в соответствии со стерическими требованиями активного центра (рис. 2.6,Л);

б) ион металла связывает одновременно кофермент и субстрат с ферментом (рис. 2.6, Б);

Рис. 2.6. Функции металла в ферментных системах [26].

в) металл вообще не связывается с ферментом, а образует комплекс с субстратом или коферментом, облегчая их соединение с активным центром (рис. 2.6, В);

г) ион металла связывает функциональные группы фермента, расположенные вне активного центра, но важные для стабилизации третичной и четвертичной структуры белка, пространственной конфигурации активного центра (например, влияние Са++ на стабилизацию структуры а-амилазы)* (рис. 2.6, Г); д) ион металла удаляет ингибитор, присутствующий в ферментном комплексе, или вытесняет малоэффективный ион из соединения с активным центром или функциональными группами субстрата.

В заключение отметим, что хелатные связи переходных металлов с нуклеиновыми кислотами (ДНК, РНК), наличие которых установлено за последние годы, возможно, окажутся биологически не менее важными, чем только что рассмотренные металлоферментные взаимодействия.

2.3.5. Минеральные элементы и гормоны

Специфическое влияние ряда гормонов на поддержание ионного равновесия в жидких средах организма (альдостерон — Na+, паратгормон---Са 2 + и тирокальцитонин —Са 2+) хорошо известно и подробно рассматривается ниже. В данном же разделе речь идет о прямом или косвенном влиянии минеральных элементов на структуру и функцию гормонов или метаболитов, через которые опосредствуется их действие на ткани. Фактический материал по этому вопросу более скуден, чем можно было бы предполагать, принимая во внимание структуру гормонов (белки, полипептиды, производные аминокислот, липиды) и комплексообразующие свойства неорганических ионов.

В условиях in vivo могут, по-видимому, быть следующие формы взаимодействия минеральных элементов с гормонами:

а) непосредственное включение в структуру гормонов;

б) образование непрочных комплексов с гормонами, способствующих конформации молекулы и пролонгированному действию гормона;

в) участие в формировании ферментных систем в органах-мишенях, где проявляется действие гормона; последний в этом случае может быть переносчиком ионов.

Минеральные элементы — структурные компоненты гормонов. Прежде всего следует указать на роль такого элемента, как сера. Дисульфидные мостики (—S—S—), связывающие цепи аминокислот и стабилизирующие структуру белка, имеются в молекулах многих гормонов (инсулин, пролактин, окситоцин, вазопрессин и др.). Расщепление мостиков ведет к потере активности гормона. *** Иногда в металлоэнзиме металл выполняет одновременно и каталитическую, и структурную функции (например, цинк в дегидрогенезах).**