сти, цистин восстанавливается на ртутном электроде двумя путями: по первому пути — каталитически через необратимую стадию образования цистеината ртути

RSSR+2Hg —? 2RSHg, (8.1)

по второму — также необратимо по прямой реакции

RSSR+2H++2e- —? 2RSH. (8.2)

При этом около 35% групп из всех молекул белка в монослое реагируют по каталитическому пути, а остальные 65% — по прямой реакции.

Такое разделение реакционной способности цистиновых остатков связано, по-видимому, с тем, что в реакции (8.1) участвуют цистиновые остатки, непосредственно контактирующие с поверхностью ртутного электрода, а в реакции (8.2) участвуют, вероятно, удаленные от поверхности группы (по мнению Кузнецова, — находящиеся на расстоянии до 1 нм). При сравнении поведения белков с поведением низкомолекулярных соединений, содержащих группы SS и SH (в частности, с цистином и цистеином), оказалось, что такого разделения реакций и высокой необратимости процесса для низкомолекулярных соединений яте наблюдалось, поскольку расщепление каталитической волны связано с необратимой адсорбцией белка, конформационными превращениями макромолекул на электроде и, соответственно, с неравноценностью электрохимически активных групп в адсорбированных белковых молекулах. Полученные результаты по электрохимическому поведению белковых макромолекул на поверхности электрода позволяют оценить поверхностную концентрацию белка в монослое и толщину последнего.

Б. А. Кузнецовым было также показано, что пленка моно-•слоя адсорбированного белка не является сплошной; в ней имеются поры, которые образуются за счет того, что плоские кон-формеры благодаря взаимодействию участков цепи образуют жестко упакованную структуру — эллиптические диски, при любой упаковке которых в монослое остаются поры (до 22% от всей площади) между узлами плоской решетки.

Плоская структура монослоя белка на электроде приводит к тому, что электрохимические реакции восстановления коэнзим-ных групп в составе монослойной пленки протекают при потенциалах, которые приближаются к редокс-потенциалу свободных групп. Было также обнаружено, что после образования монослоя происходит дальнейшая адсорбция белковых макромолекул с образованием второго и последующих слоев, причем эта адсорбция протекает уже обратимо с сохранением нативной структуры белка. Часть белковых макромолекул, внедренных в поры монослоя, также сохраняет нативную форму, и они могут участвовать в виде нативных молекул в электрохимических реакциях.

В качестве объектов для экспериментальной проверки высказанных выше заключений были выбраны гемсодержащие белки (цитохром с, метгемоглобин и др.), полученные результаты сравнивали с выведенным Кузнецовым уравнением, показывающим зависимость перенапряжения разряда АЕщ от поверхностного давления р, концентрации белка в растворе с, соотношения размеров площадей nopbiSo и сечения нативной молекулы ?белка S:

р=ЯТГ„ 1п(1+Вс), RJTJVA

Де,„ anF , (8.3)

где В — адсорбционная константа в уравнении Лангмюра; JVA — число Аво-гадро; Г» — предельная поверхностная концентрация белка в порах (число пор на 1 см2).

Это уравнение, как указывает Кузнецов, хорошо выполняется для цитохрома с и метгемоглобина. Если в раствор цитохро-ма с добавить бычий сывороточный альбумин, молекулы которого имеют больший размер и, следовательно, большую среднюю площадь пор, разряд цитохрома с протекает при меньшем перенапряжении, что также подтверждает правильность приведенного выше уравнения.

Оригинальной является идея о переносе электрона в адсорб

236

237

ционном слое, состоящая в том, что быстрый разряд белка осуществляется лишь через три последовательные стадии переноса электрона в адсорбционном слое; поэтому для белков, не обладающих высокими скоростями межмолекулярного обмена, электровосстановление будет протекать крайне медленно. В этих условиях ускоряющую роль в восстановлении белков (например, цитохромов /М50 и ft 5 как в свободном состоянии, так и в составе микросом) могут сыграть мостиковые переносчики (например, 4,4'-бипиридил).

Таким образом, электрохимическое восстановление белков-на электродах представляет собой целый комплекс последовательных и параллельных процессов, многие из которых детально рассмотрены в работе [329], а также в обзоре по применению и новейшим успехам полярографии в биохимии и в исследованиях биологических макромолекул [11, с. 293].

8.2

КАТАЛИТИЧЕСКИЕ ТОКИ ВОДОРОДА В ПРИСУТСТВИИ СОЛЕЙ ПОД ВЛИЯНИЕМ БЕЛКОВ

В 1933 г. Брдичка открыл интересный вид катализа под действием белковых молекул [330], сущность которого состоит в том, что на полярограмме кобальта при добавлении белковых веществ вслед за волной восстановления Со11 появляется еще одна волна, которая связана с каталитическим действием сульфгидрильных групп белка на электрохимическое выделение водорода. При восстановлении белковых соединений, содержащих сульфгидрильные группы, водород легко отщепляется

2RSH+2e- —v 2RS-+H2, (8.4)

а образовавшиеся в результате электродной реакции анионы RS- подвергаются быстрому прото