окисляется до дисульфида внутримолекулярной дисульфидной группой фермента, которая вследствие этого разрывается с образованием двух SH-групп. Общеизвестно, что дисульфиды и тиолы вступают в реакцию дисульфидного замещения и без участия ферментов. На поверхности фермента подобные реакции могут протекать чрезвычайно быстро. Флавиновый кофермент может затем вновь окислять—SH-группы фермента до внутримолекулярного дисульфида, причем восстановленный флавин реокисляется внешним NAD+. Имеются данные о промежуточном образовании полувосстановленного флавина, которое может сопровождаться появлением неспаренного электрона на атоме серы.

3. Ковалентно связанные и другие модифицированные флавиновые коферменты

Чрезвычайно активным флавинсодержащим ферментом митохондрий животных является сукцинатдегидрогеназа [реакция (8-49)]. Этот фермент не только сам прочно встроен в мембраны крист митохондрий, но и содержит флавин, прикрепленный к белку с помощью ковалент-иой связи. Недавно была выяснена химическая природа этой связи: выделен модифицированный FAD, содержащий 8а-(г^-3-гистидил)-рибофлавин [103—105]:

Пептидная цепь

I

I

НС — СН»

/

HN

\

PudumuM—(p)~4j^)— аЬенозин (пак и в молекуле FAD)

Та же самая простетическая группа была обнаружена в 6-оксинико-тиноксидазе Athrobacter oxidans [106] н, вероятно, имеется в саркозин (N-метилглицин) —дегидрогеназе [107]. В моноаминоксидазе печени FAD прикреплен через то же 8а-положение к атому серы остатка ци-стеина [108, 109]. Во «флавоцитохроме» (цитохроме С552 Chromatium) обнаружен, однако, другой тип ковалентной связи, тиополуацетальный [ПО]. Цитохром 6-редуктаза также содержит ковалентно связанный флавин [111]. Интересно будет узнать, как много вариаций на эту тему создала природа.

NADH-дегидрогеназа Peptostreptococcus elsdenii содержит наряду с FAD большое количество б-окси-FAD и 8-OKCH-FAD (В котором 8-ме-тильная группа заменена на ОН-группу) [112], однако биологическое значение этого явления пока не выяснено. Другой модифицированный флавин, розеофлавин, является не коферментом, а антибиотиком, выделенным из Streptomyces davawensis. Вероятная структура его выявлена

IT*

4. Механизм действия флавиновых дегидрогеназ

В начале разд. Ж указывалось, что все реакции гидрирования и дегидрирования можно объяснить, исходя из концентраций гипотетического гидрид-иона Н~ который действует как нуклеофил и который либо отщепляется от восстановленного кофермента, либо акцептируется окисленным коферментом. Правдоподобный механизм переноса гидрид-иона для флавопротеидных дегидрогеназ можно записать в следующей форме:

Н- -ч- (8-51)

Гидрид-ион присоединяется в положение 5, а протон — в положение 1. Таким образом, можно представить окисление спиртов, аминов, кето-нов и восстановленных пиридиннуклеотидов.

Хотя лишь очень немногие реакции, катализируемые флавопротеи-дами, успешно проведены в модельных системах, неферментативное окисление NADH флавинами происходит с умеренной скоростью в водном растворе при комнатной температуре. Исследования, проведенные с различными флавинами и производными дигидропиридина, и наблюдаемые при этих реакциях электронные эффекты согласуются с механизмом переноса гидрид-иона [114].

Согласно механизму, описанному уравнением (8-51), гидрид-ион мог бы переноситься непосредственно от углеродного атома в молекуле субстрата на флавин так, как это происходит при восстановлении NAD+ или NADP+ дегидрогеназами. Однако если бы меченый водород переносился в положение 5, то он немедленно обменивался бы со средой, поскольку для водородов, связанных с азотом, характерен быстрый обмен. Чтобы обойти это затруднение, Брюстлайн и Брюс использовали для неферментативного окисления NADH 5-деазафлавин [115] [уравнение (8-52)].

Если реакция проводится в среде 2Н20, то включения 2Н в С-5 продукта не происходит. Это обстоятельство указывает на то, что атом водорода [в уравнении (8-52) обведен кружком] непосредственно пе

реносится от NADH в положение 5. Аналогичный прямой перенос в положение С-5 5-деазарибофлавин-5'-фосфата наблюдался для флаво-протеида N-метилглутаматсинтетазы [116]. (Этот фермент катализирует показанную в табл. 8-4 двухстадийную реакцию типа в, при которой глутамат реагирует с метиламином с образованием N-метилглу-тамата и аммиака.) Описан также прямой стереоспецифический перенос 3Н от а-3Н-аланина на деаза-FAD [116а]. Несмотря на то что эти эксперименты подтвердили прямой перенос водорода, они не доказывают наличия механизма с участием гидрид-иона.

Л<%/ш R

6

(8-53)

На основании исследования реакций присоединения с участием изо-аллоксазинового кольца флавинов предложен другой возможный механизм восстановления флавинов. Сульфит-ион присоединяется к положению 5 с образованием N—S-связи. Между тем Гамильтон [117] предположил, что более обычным пунктом присоединения нуклеофи-лов является углеродный атом 4а, который совместно с атомом N-5 образует циклическое шиффово основание. Согласно Гамильтону, другие электрофильные центры молек