ну и

очередь образует еще бо- др. [ЮЗ]),

лее разветвленную сеть

водородных связей, часть которых показана на рис. 7-8. Эта структурная особенность, напоминающая систему переноса заряда в химотрип-сине, может усиливать сродство имидазола-119 к атому металла, а также может влиять на каталитические свойства фермента. Другие имида-зольные группы также образуют водородные связи с группами белковой молекулы.

Карбоангидраза — один из наиболее активных среди известных ферментов. Реакция гидратации С02 при 25 °С характеризуется числом оборотов ~106 с"1. Тот же самый фермент катализирует гидратацию ацетальдегида [уравнение (7-35)], однако эта реакция протекает в 1000 раз медленнее. Активность контролируется состоянием ионизации группы с pi(a^7. Согласно наиболее распространенной теории, предполагается, что ион цинка связывает молекулу воды и что комплекс Zn—ОН2 теряет протон, образуя Zn+—ОН (процесс потери протона комплексом Zn—ОН2 характеризуется р/(а ~ 7, т. е. необычно низкой величиной рКа, что, возможно, связано с гидрофобным окружением [104, 104а]). Zn+—ОН по существу представляет собой стабилизированный гидроксильный ион, существующий при тех значениях рН, при которых ОН~ обычно имеется в очень небольшом количестве. Именно этот гидроксильный ион и присоединяется к С02 или к альдегидному субстрату. Таким образом, роль Zn2+ в этом ферменте состоит в генерировании атакующего основания, а не в поляризации карбонильной группы. Последнюю функцию выполняет ион Zn2+, входящий в состав активного центра карбоксипептидазы (гл. 7, разд Г,4).

Реакциям, катализируемым карбоангидразой, родственна реакция1 присоединения аминогруппы молекулы гемоглобина к СОг с образованием карбаминогрупп (—NH—СОО") (гл. 4, разд. Д,6).

Дополнение 7-Е Цинк

В среднем человек поглощает 10—15 мг цинка в день3. Несмотря на то что цинк всасывается плохо, его концентрация в тканях относительно высока, причем этот металл имеет очень важное значение для активности многих ферментов. Общее содержание цинка в организме человека весом 70 кг составляет 1,4—2,3 г. Типичная концентрация ионов Zn2+ в. тканях равна 0,3—0,5 мМ; необычно высокая концентрация (~1Ь мМ) обнаружена в предстательной железе.

Ион цинка гораздо прочнее связывается с большинством органических лигандов, чем ион Mg2+ (табл. 4-2). Он имеет заполненную Зй?-орбиту и стремится образовать четыре кова-лентные связи тетраэдрической симметрии, часто с азот- или серусодержащими лигандами. В отличие от Mg2+, который быстро и обратимо взаимодействует с ферментами, Zn2+ обнаруживает тенденцию к образованию прочных связей внутри металлоферментов. В настоящее время известна трехмерная структура некоторых металлоферментов. Во всех этих ферментах ион Zn2+ в активном центре окружен тремя имида-зольными группами, а четвертая координационная связь остается свободной для взаимодействия с субстратом. Значительный интерес представляет также и тот факт, что второй атом азота имидазольной группы во многих случаях образует водородную связь с карбонильной группой в основной цепи пептида6. Такое же свойство обнаружено и для атомов железа гемсодержащих белков (рис. 10-1).

Несомненно, что с химической точки зрения Zn2+ в ферментах выполняет роль льюисовской кислоты, создающей локализованный центр положительного заряда вблизи нуклеофильного центра субстрата3. Эта функция иона металла обсуждается в разд. Г,4 при рассмотрении карбоксипептидазы (рис. 7-3). Ионы цинка необходимы также для функционирования термолизина (разд. Г,4), дипептидаз, щелочной фосфатазы (разд. Д,1), РНК-полимераз, ДНК-полимеразг, карбо-ангидразы (рис. 7-8), альдолаз класса II (разд. К,2,в), некоторых алкогольдегидрогеназ (гл. 8, разд. 3,2) и супероксид-дисмутазы (дополнение 10-3). Известно, что цинк связывается и с гексамерами инсулина (рис. 4-13,В).

Необычный белок металлотионеин, присутствующий во всех животных тканях, связывает большие количества ионов многих металлов и в особенности Zn2+. Этот небольшой по размерам белок с мол. весом ~6600 содержит 33% цистеина

и связывает целых шесть ионов металла на молекулу белкад. Роль металлотионеина неизвестна. Возможно, он выполняет роль буфера для ионов металлов нли служит для удаления нежелательных металлов. В своей свободной форме он мог бы выступать в роли окислительно-восстановительного буфера, подобно глутатиону (дополнение 7-Ж).

У многих плотоядных животных отражающий слой за сетчаткой глаза, тапетум, содержит кристаллы 2п2+-цистеиново-го комплекса. Поскольку ионы цинка бесцветны, их присутствие во многих случаях осталось незамеченным. Нет сомнения, что ионы цинка будут найдены еще в клетках многих других тканей.

Ионы цинка в ферментах часто могут быть заменены ионами Мп2+, Со2+ и другими ионами без существенного снижения каталитической активности3-д-е. С точки зрения проблем, возникающих в связи с питанием, следует иметь в виду, что с цинком конкурируют Си2+ и очень токсичный Cd2+. Последний накапливается в корковом веществе почек. Скармливание крысам и мышам пищи, содер