ю центрального иона и вакантной За* -орбиталью Н202, разрывом связи О—О:

P(FeH202)3+ —>P(FeO)3+ + H20. (2)

Очевидно, сильные акцепторные свойства Fe(V) приведут к реализации радикального состояния координированного лиганда, но в отличие от ЭДТА, порфирин в белковом окружении должен быть устойчив к необратимому окислению. Дальнейшая судьба комплекса P(FeO)3+ определяется как природой субстрата, так и природой лиганда, занимающего пятое координационное место.

Можно высказать предположение, что образование P(FeO)3+ сопровождается ослаблением связи белкового остатка с ионом железа, так что возможно замещение этого остатка субстратом, содержащим лигандный атом О (в анионной форме О-лиганды стабилизируют высшие валентные состояния ионов металлов). Такое замещение будет протекать легче при одновременном протонировании белкового лигандного остатка, то есть при взаимодействии P(Fe)3+ с незаряженной формой субстрата, обладающего лигандными свойствами. Процесс лигандного замещения может быть представлен схематически:

О О

~-~-С ...Р (FeO)3++ Н202 — *~С ... P(H02FeO)2+ (3)

О" ОН

— в случае каталазы или

~N. ..P(FeO)3+ + ROH *? ~N—Н+ ... P(ROFeO)2+ (4)

— в случае пероксидазы.

По-видимому, в тетрагональном кристаллическом поле dzs-орбиталь иона Fe5+ (d3) может оказаться вакантной. Благодаря этому, имеется возможность внутрисферного двухэлектронного окисления субстрата (аксиального а-донорного лиганда) по механизму типа «срыва орбитали» (перенос электронов неподеленной пары субстрата на d*-орбиталь иона железа).

Реакции лигандного замещения (3), (4) должны зависеть от размеров и стерических особенностей субстрата. В случае «громоздких» субстратов или субстратов, не обладающих лигандными свойствами, окислительное действие проявляет не сверхокисленный ион металла, а координированный атом кислорода, служащий акцептором атома Н. В этом случае образуются продукты одноэлектронного окисления субстрата:

P(FeO)3+ + RH—->-P(FeOH)3++R, (5)

P(FeOH)3+ + RH —*-PFe3+ + R. (6)

Таким образом, рассматривая низкомолекулярные комплексы железа, как модели активного центра ферментов, можно сформулировать два возможных типа элементарных механизмов действия каталаз и пероксидаз. Первая стадия в обоих механизмах заключается в лигандном замещении координированной молекулы Н20. Последующая «активация» Н202 происходит вследствие образования частицы типа МО+. Этот комплекс далее взаимодействует с субстратом либо двухэлектронно (через промежуточное замещение белкового остатка по пятому координационному месту), либо через последовательность одноэлектронных стадий (с выходом радикалов в объем), если такого замещения не происходит.

Эти выводы общего характера качественно согласуются со всеми известными к настоящему времени фактами [377]:

1) перекисные комплексы каталазы и пероксидазы впервые зарегистрированы спектрофотометрически Чансом в 1947 году;

2) образование комплексов происходит в две стадии, причем аналогичный комплекс Ре(Ш)-дейтеропорфирина образуется и в отсутствие белка;

3) ион железа в комплексе находится формально в состоянии (5+). Тот же комплекс образуется и при взаимодействии PFe3+ с алкил- или ацилперекисями, причем в его составе находится один атом кислорода от перекисной группы ([378]. Соответственно, перекисным комплексам каталазы и пероксидазы следует приписать структуру P(FeO)3+. Тот же комплекс образуется и при окислении PFe3+ одноэлектронными окислителями типа SOj" или IrCl2- [379] как продукт гидролиза PFe5+ в водном растворе;

4) в комплексе P(FeO)3+ порфирин «частично» радикали-зован. В некоторых случаях удается наблюдать сигнал ЭПР с g-фактором, близким к 2, который приписывается радикалу порфирина;

5) при каталазном разложении Н202 образуется синглет-ный кислород [380]. Это согласуется с «линейной» структурой (транс-координацией) перекисного комплекса «феррил-иона» P(H02FeO)2+—происходит «срыв» о-донорной орбитали с НО^;

6) комплекс P(FeO)3+ пероксидазы является двухэлектронным окислителем по отношению к О-содержащим субстратам малых размеров (низкомолекулярным спиртам, муравьиной кислоте, формальдегиду);

7) одноэлектронное восстановление комплекса P(FeO)3+ происходит под действием громоздких доноров атома Н (гидрохинона, аскорбиновой кислоты, дигидроксифумаровой кислоты) и восстановителей типа ферроцианида, нитрита;

8) хлорпероксидаза (мономерный белок) катализирует как разложение Н202, так и окисление этанола. Этот пример доказывает, что тетрамерная структура каталазы не является

150

151

существенно необходимой для активации Н2О2. В то же время субъединица каталазы обладает пероксидазной активностью, но не катализирует разложение Н202. По-видимому, в отсутствие кооперативного действия субъединиц замещение карбоксильной группы по пятому месту иона PFeOs+ на Н2О2 в ка-талазе невозможно;

9) константы скорости двухэлектронного окисления Н202, метилового и этилового спиртов комплексом P(FeO)3+ перо-ксидазы не зависят от рН при 3^рН<9. В случае муравьиной кис