химический каталог




Химия биологически активных природных соединений

Автор Н.А.Преображенский, Р.П.Евстигнеева

a III (R= = Н) со спиртами. При взаимодействии с этиловым спиртом в присутствии серной кислоты получается соединение III (R=C2H5), с метиловым спиртом в тех же условиях — соединение IV:

СН3 СН3

НОСН(СН2)2СН=С(СН2)гСН=С(СН2)2С1|Г=С(СНз)2

СН=СН2

/ \

сн2 сн2

r'oocch, ch2coor' ik

СН3 СН3 ОСН3

СН2СН2СН=А(СН2)2СН=С(СН2)зС(СНз)2

сн3о-сн сн3 ch3-~^Y^O>''ch=CH2

{ X >

ch34j\^^CH^

/ \

ch2 ch2

I I

ch3oocch2 ch2cooch3 iv v

Сравнение ПМР-спектров гема а и продукта его взаимодействия с этиловым спиртом показывает, что оба соединения содержат в положении 2 грснсдракс-фарнезильную группу с кислородной функцией

154

у Ci». Использованные в ранних работах методы выделения порфирина о не позволяли сохранить лабильный заместитель R, и во всех препаратах порфирина а обнаруживали свободную гидроксильную группу. В настоящее время существуют методы, позволяющие выделить натив1 ный гем а, однако природа заместителя R пока не установлена. Возможно, что он является аминосахаром.

Если действительно имеются два различных гема с, один из которых входит в цитохром а, а другой в цитохром с3, то они должны отличаться заместителем R. Следует отметить, что различия цитохромов с и as могут быть обусловлены различным характером связи одного и того же г'ема с с белком.

Длинная боковая цепь в положении 2 порфирина а, по-видимому, играет важную роль в переносе электронов в дыхательной цепи и в сопряженном с ней процессе фосфорилирования.

Цитохромоксидаза. Конечным ферментом дыхательной цепи, окисляющим цитохром с и передающим электроны молекулярному кислороду, является цитохромоксидаза, которая в настоящее время рассматривается как комплекс цитохромов с и а3.

Структура и функции цитохромоксидазы окончательно не выяснены. Молекулярная масса этого фермента ~ 240 ООО. Предполагают, что он состоит из шести субъединиц, каждая из которых содержит один гем а и один атом меди (обнаружена с помощью спектров ЭПР). Две субъединицы по спектру поглощения относят к цитохрому а, четыре — •к цитохрому с3. С кислородом может взаимодействовать только цитохром с3, цитохром а не имеет такой способности. Перенос электронов на кислород сопровождается превращением Cu(II) в Си(1). Цитохромоксидаза, таким образом, является «многоглавым» ферментом, содержащим различные простетические группы — атом меди и гем а.

ЦИТОХРОМЫ ГРУППЫ в

I

Цитохромы группы В содержат в качестве простетической группы про-тогем IX.

Цитохром Ь ассоциирован с липопротеиновой мембраной митохондрий и, возможно, сам является липопротеином. Относительно роли этого гемопротеида в животных тканях существуют различные мнения, однако можно предположить, что он находится на главном пути окисления сукцината. Антимицин, ингибирующий окисление сукцината, вероятно, реагирует непосредственно с цитохромом Ь. Аналогичные соединения, цитохромы Ь\, были выделены из некоторых бактерий.

Одним из наиболее хорошо изученных цитохромов группы В является цитохром Ь2. Кристаллическое вещество содержит дезоксирибонук-леотидную компоненту; молекулярная масса его равна 160 ООО. После отделения полинуклеотида получается соединение с молекулярной массой 150 000, которое уже не кристаллизуется, но обладает полной ферментативной активностью. Цитохром Ь2 был первым из открытых «многоглавых» ферментов. В качестве простетических групп он содержит про-тогем IX (одна группа гема приходится на единицу с молекулярной массой 80 000) и рибофлавин-5-фосфат в эквимольных соотношениях. Возможно, что кристаллическое вещество является димером. Цитохром Ь2 был идентифицирован с лактатдегидрогеназой дрожжей, осуществляющей окисление молочной кислоты в пировиноградную. При этом

155

атомы водорода (или электроны) передаются от субстрата прямо к флавинмононуклеотиду, а затем к гемину.

Цитохром 65 выделен из микросом ткани печени. Под действием специфического фермента цитохром-65-редуктазы происходит перенос электронов от восстановленного НАД к железу цитохрома 65. Цитохром Ь5 участвует в реакциях дегидрирования жирных кислот в микросомах, а в эритроцитах — в реакции восстановления метгемоглобина.

Цитохром Ь5 является единственным цитохромом, кроме цитохрома с, для которого была установлена полная аминокислотная последовательность. Наиболее детально изучен цитохром Ь5 из печени теленка, для которого определена аминокислотная последовательность, а также вторичная и третичная структуры [71]. Этот цитохром имеет молекулярную массу порядка 11 ООО и состоит из 93 аминокислот:

H2N—Ser—Lys—Ala—Val—Lye—Туг—Туг—Thr—Leu—Glu—Gin—Glu

10

1

1

He—Lys—Hie—Asn—Asn—Ser- -Lys- -Ser— Thr- -Try—Leu- He— Leu]—1

20 1

I

L-His— Tyr—Lys—Val—Tyr—Asp —Leu rbys /¦PheVLeu-i ^GUu\g1ut-i

30

-Thr—Lys—Pro—Ser—Glu— Sei—COOH 90

Рентгеноструктурный анализ этого гемопротеида показал, что полипептидная цепь содержит пять коротких спиральных участков, включающих следующие аминокислотные остатки: 33—38, 42—49, 55—61, 64—74 и 82—86. Четыре коротких сегмента цепи, включающих остатки 21—25, 27—32, 50—54 и 75—78, образуют складчатую структуру. Эти элементы вторичной структуры включают 60% аминокислотных остатков. В целом полипептидная цепь уложена в клубок, имеющий форму эллипсоида с размерами 2,5x2,5x3,2 нм.

Внутренняя часть молекулы образована неполярными остатками. Боковые цепи глутаминовой и аспарагиновой кислот, лизина, аргинина, серина, треонина, глутамина и аспарагина лежат на поверхности молекулы, как и у многих других белков с известной структурой.

Участок полипептидной цепи, включающий аминокислотные остатки 21—78, образует щель, в которую уложена группа гема (рис. 16). Стен-

156

кл этой щели образованы двумя парами приблизительно антипараллельных спиральных сегментов, а дно — складчатой структурой. Остатки гистидина 39 и 63 расположены в неспиральных участках в вершине щели между каждой парой спиралей и направлены к центру щели, образуя связь с железом гема. Группа гема плотно входит в гидрофобную часть щели; ее винильные группы находятся в глубине молекулы, а остатки пропионовой кислоты — у поверхности, причем одна группа — в связанном состоянии, а другая контактирует с раствором. Связанные с гемом остатки гистидина (39 и 63) прочно фиксированы в третичной

Рис. 16. Схема расположения полипептидной цепи и группы гема в молекуле цитохрома bs.

структуре благодаря ряду межмолекулярных взаимодействий и не могут быть замещены другими лигандами без нарушения структуры бел1 ка. Такая структура исключает возможность переноса электронов от небольшой молекулы путем ее непосредственного взаимодействия с железом гема.

Интересно сравнить структуру цитохрома bs со структурой других гемопротеидов — миоглобина, гемоглобина и цитохрома с. Аминокислотные последовательности полипептидной цепи цитохрома Ь5, миоглобина и а- и р-цепей глобина очень близки. Однако способность к связыванию лигандов и физиологические функции этих гемопротеидов совершенно различны, что обусловлено различием их вторичной и третичной структур.

Цитохромы Ь$ и с выполняют в организме сходные функции, однако аминокислотные последовательности их полипептидных цепей и пространственные структуры совершенно различны. В молекуле цитохрома с относительно мало спиральных и складчатых участков; полипептид-

157

»ая цепь расположена вокруг группы гема, образуя оболочку толщиной в одну полипептидную цепь [72]. Один из остатков пропионовой кислоты гема, присоединенного к белку ковалентными связями, находится в глубине молекулы, образуя водородные связи с остатками аминокис-лот. В цитохроме Ь5 атом железа координационно связан с шестью почти эквивалентными атомами азота; в цитохроме с и миоглобине координация лигандов несимметрична, шестым лигандом служат соответственно метионин или вода. Общим для молекул этих гемопротеидов является гидрофобное окружение групп гема.

Для структуры цитохрома Ь& характерно распределение кислых (глутаминовая и аспарагиновая кислоты) и основных (лизин и аргинин) аминокислотных остатков на поверхности молекулы. Участок полипептидной цепи вокруг группы гема (остатки 21—78) содержит 5 из 12 основных и 14 из 20 кислотных остатков и, таким образом, оказывается очень кислым. Именно эта часть молекулы может определять взаимодействие цитохрома Ьъ с соответствующей редуктазой и оксида-зой в процессе переноса электронов, как и в случае цитохрома с.

ЦИТОХРОМЫ ГРУППЫ с

К группе С относят цитохромы, имеющие в качестве простетической группы замещенный мезогем IX, связанный с белковой частью молекулы тиоэфирными связями.

Главная функция цитохромов с, как и вообще всех цитохромов, связана с их участием в окислительной цепи в роли переносчиков электронов (водорода).

Цитохром с изучен лучше всех цитохромов. Для получения чистого цитохрома с используют экстракцию и осаждение различными реагентами, в частности метод солевой экстракции, а также различную ад-сорбируемость восстановленной и окисленной форм; окисленное вещество легко адсорбируется на каолине, а при его восстановлении происходит десорбция. Высокая степень очистки достигается хроматографией. Хроматографически чистые препараты, так же как кристаллические соединения, содержат 0,45% железа, что соответствует молекулярной массе 13 ООО.

Очищенный цитохром с не разрушается, не теряет каталитических свойств при действии на него разбавленных кислот или щелочей в пределах рН 4—11,5, не изменяется при кипячении. В нейтральной среде восстановленный цитохром с не окисляется молекулярным кислородом, но окисляется перекисью водорода, феррицианидом и солями меди. Окисленный цитохром с восстанавливается такими восстановителями, как гидросульфит, цистеин, полифенолы и аскорбиновая кислота, а также цитохромами Ь$ и сг и рядом ферментов.

При гидролизе цитохрома с получается порфирин с. При действии на порфирин бромистоводородной кислоты в уксусной кислоте возникает гематопорфирин, который может быть превращен в мезопорфирин IX. Боковые цепи в порфирине с расположены так же, как в протопор-фирине IX, но он не содержит винильных групп: положение полос в спектре поглощения его гемохрома напоминает скорее положение полос мезогемохромов, т. е. вместо винильных групп он содержит этиль-.ные:

158

CHg

HOOCCHCH2-S—СН СН:

При обработке порфирина бромистоводородной кислотой удаляются две молекулы цистеина и возникает гематопорфирин; следовательно, два остатка цистеина были присоединены тиоэфирными связями к а-уг-леродным атомам этильных групп мезопорфирина. Порфирин с легко получается при реакции цистеина с протопорфирином IX путем присоединения сульфгидрильных групп к винильным.

Два остатка цистеина, находящиеся в молекуле порфирина с, представляют собой часть полипептидной цепи цитохрома. После частичного расщепления цитохрома с протеолитическими ферментами выделены пептиды, присоединенные к гему (гемопептиды), и определена аминокислотная последовательность этих пептидов у цитохромов, выделенных из различных видов организмов. Гемопептид цитохрома с из сердечной мышцы быка представлен ниже:

Связь гема с остатками цистеина подтверждена получением ряда синтетических гемопептидов. У всех видов остатки цистеина в пептиде разделены двумя другими аминокислотными остатками, у каждого имеется последовательность His—Thr рядом с одним остатком цистеина и основной остаток — лизин или аргинин — рядом со вторым остатком цистеина (см. стр. 161). Вероятно, это обусловлено определенными пространственными требованиями, осуществление которых связано с ферментативной активностью цитохрома с. Нарушение этих требований приводит к потере ферментативной активности.

Гем присоединен к белку ковалентными тиоэфирными связями и координационными связями между атомами железа и азота. Тиоэфирные

*'Cys-Ala

/ \ СНз-СН CHg ПХА Gin

'------His—Thr—Val—Glu

I \

CH2 CHo

I I

HOOCCH2 t CH2COOH

159

связи настолько прочны, что можно, не разрывая их, удалить железо из гема, а связи между атомами железа и азота легко разрываются при рН ниже 3 и выше 11. Связи железа с негемным азотом обусловливают гемохромный тип спектра цитохрома с и тот факт, что цитохром с не реагирует с окисью углерода. Одна из связей Fe—N образуется за счет азота имидазола гистидина: это доказывается тем, что при сочетании цитохрома с n-диазобензолсульфокислотой исчезает способность к обратимому окислению — восстановлению и изменяется характер спектра.

Конформация нативного цитохрома с определяет его ферментативную активность. Чем больше денатурирован гемопротеид, т. е. чем больше изменена конформация нативного белка, тем ниже его ферментативная активность, выше способность к аутоокислению и соединению с окисью углерода; окислительно-восстановительный потенциал также изменяется при изменении конформации. К потере ферментативной активности приводит и исчерпывающее ацетилирование, что показывает значение свободных аминогрупп для проявления каталитических свойств гемопротеида. Подобный же эффект оказывает иодирование цитохрома (роль оксифенильных групп тирозина).

Важнейшее значение для понимания взаимосвязи между структурой и функциями цитохрома с имеет точное знание его белковой структуры.

Цитохром с из сердечной мышцы лошади был первым цитохромом, для которого установили полную аминокислотную последовательность. Гидролиз цитохрома с химотрипсином дал тринадцать больших пептидов, которые были разделены хроматографией на ионообменных смолах и очищены далее при помощи электрофореза и хроматографии на бумаге. Аминокислотная последовательность пептидов была установлена при помощи химических и ферментативных методов. Химические методы включали динитрофенилирование по Сэнджеру и деградацию по Эдману для идентификации N-концевых аминокислот, ферментативные — гидролиз лейцинаминопептидазой для определения N-концевых и карбоксипептидазой А для определения С-концевых аминокислот; оба фермента использовались также для определения коротких аминокислотных последовательностей.

Длинные химотриптические пептиды гидролизовалн также при помощи эндопептидаз — трипсина и папаина. Полученные при этом более короткие пептиды выделяли и очищали; их аминокислотные последовательности определяли при помощи описанных выше методов. Таким образом была установлена аминокислотная последовательность всех тринадцати химотриптических пептидов.

Гидролиз цитохрома с трипсином дал двадцать триптических пептидов, выделение, очистка и установление строения которых осуществлялись методами, полностью аналогичными использованным в случае химотриптических пептидов.

Сравнение аминокислотных последовательностей триптических и химотриптических пептидов позволило установить полную аминокислотную последовательность этого цитохрома (см. стр. 161).

Эта последовательность включает 104 аминокислоты; характерным для нее является наличие ацетилированной N-концевой .аминогруппы. Можно заметить, что кислые и основные аминокислоты собраны в группы, например остатки 90—93 (кислые) и 84—88 (основные) и др. Крупные гидрофобные остатки (Leu, Не, Phe, Туг, Try) также собраны в группы. Таким образом, в п

страница 22
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69

Скачать книгу "Химия биологически активных природных соединений" (6.60Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
самые маленькие электрокамины
чемоданы domo
обслуживание увлажнителей coral
покупка дома на рублевском шоссе

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(16.01.2017)