самым обеспечивается включение серы в органические компоненты клеток. Этот ассимилирующий процесс (гл. 14, разд. Ж) во многом аналогичен процессу, используемому в бактериях, восстанавливающих сульфат.

в. Метановые бактерии

Бактерии, продуцирующие метан (гл. 8, разд. М,7), также причисляются к хемоавтотрофным организмам. Они могут усваивать такие вещества, как метанол и уксусная кислота, и наряду с этим восстанавливают СОг в метан и воду, используя Н2:

4Н2 + С02 >- СН4 + 2Н20, (10-42)

AG0 =—131 кДж-моль"1.

Перенос электронов происходит начиная от гидрогеназы через фер-редоксин к формиатдегидрогеназе и дегидрогеназам, зависимым от тет-рагидрофолиевой кислоты и осуществляющим ступенчатое восстановление формиата в метильные группы (рис. 8-21). Однако механизм выработки АТР, сопряженной с этим процессом, остается неясным [133].

Ж. Оксигеназы и гидроксилазы

В течение многих лет биохимическое окисление ассоциировалось преимущественно с отщеплением водорода. При этом всегда подразумевалось, что кислород, входящий в состав органических веществ, неизменно попадает туда из молекул воды. Молекула воды может присоединяться по двойной связи, и образующийся спирт подвергается действию дегидрогеназ. И тем не менее время от времени появлялись указания, что небольшие количества Ог существенны и необходимы даже для клеток, растущих в анаэробных условиях [134]. В 1955 г. Хаяиши и Мэсон независимо продемонстрировали, что 180 иногда включается в органические соединения непосредственно из 18Ог, как показано в уравнении (10-43). Сегодня нам известно большое число оксигеназ, участвующих в образовании таких существенных для метаболизма соединений, как стерины, простагландины и биологически активные производные витамина D. Оксигеназы оказываются необходимыми и для катаболизма многих веществ, чаще всего действуя на неполярные группы, трудно поддающиеся действию других ферментов [134—136].

©он'

,а_ Пирокатехаза (^^С'ООН

+ ,.0, . Ц^с-оон (10-43)

Оксигеназы подразделяются на диоксигеназы и монооксигеназы

(«оксидазы со смешанной функцией»). Монооксигеназы называются также гидроксилазами. Диоксигеназы катализируют включение в молекулу двух атомов кислорода, как показано в уравнении (10-43), тогда как монооксигеназы осуществляют включение только одного атома. Другой атом кислорода молекулы Ог переходит в состав воды. Типичной монооксигеназной реакцией является гидроксилирование алкана в спирт:

СН3~(СН2)п-СН3 + 02 + ВНа * СН3_(СН2)„-СН2ОН+Н20+ В. (10-44)

Характерным свойством монооксигеназ является потребность в присутствии дополнительного восстановленного субстрата, косубстрата [ВН2 в уравнении (10-44)], который восстанавливает второй атом молекулы 02 в Н20.

1. Диоксигеназы

Среди оксигеназ, включающих в продукт оба атома Ог, наиболее известны ферменты, разрывающие двойные связи ароматических соединений в положениях, соседствующих с ОН-группами или между ОН-группами, как показано в уравнении (10-43). Другие диоксигеназы расщепляют алифатические соединения. Хорошо известным примером является расщепление р-каротина с образованием витамина А (дополнение 12-В). Несколько диоксигеназ было выделено в кристаллическом виде из бактерий. Они оказались белками, содержащими негемовое железо; мол. вес одной субъединицы составлял 50000 или более. Эти белки обычно содержат Fe(II), но у них нет лабильной серы [1]. С другой стороны, триптофандиоксигеназа (триптофанпнрролаза; гл. 14, разд. И) является гемовым ферментом. Она катализирует реакцию, описываемую уравнением (10-45). Атомы кислорода, помеченные звездочкой, поступают из 02.

ОЛЬ

сооNH3+ +*о2 *

Н

jpunmoqjcw

9 н NH3+

О*

СОО- (10-45)

Подобно негемовым оксигеназам, триптофандиоксигеназа активна, когда входящее в ее молекулу железо находится в ферроформе. Естественно было бы предположить, что существенной первой стадией реакции служит образование комплекса между Fe(II) и 02. Однако триптофан должен присутствовать в системе еще до образования комплекса с Ог. При 5°С фермент, триптофан и 02 образуют комплекс с из^ мененным спектром, напоминающим спектр соединения III в случае пероксидаз [уравнение (10-6) ]i Этот оксигенированный комплекс, воз? можно, далее превращается в Fe (III)-комплекс с перекисным иоиом [уравнение (10-46)]. Имеются данные (базирующиеся на ингибирую?

щем действии супероксиддисмутазы, которое она оказывает на ферменты из некоторых организмов [137]), что именно перекисный анион-радикал атакует субстрат, инициируя гидроксилазную реакцию [уравОксигенироаанный \

комплекс *

02~ (атакующий реагент ?)

(10-46)

нение (10-47) ](. Отметим, что на первой стадии один электрон возвращается к Fe(III)-форме фермента, регенерируя исходную Fe(II)-форму.

*°2~

н

Существует растительный фермент, причисляемый к диоксигеназам, который называют липоксигеназой (липоксидазой). Не имея в своем составе ни металла, ни другой известной простетической группы, лип-оксигеназа катализирует окисление полиеновых жирных кислот в липидах [уравнение