<<
>>

ГЕМОКСИГЕНАЗА

По крайней мере три причины обусловили включение этого фермента в общий круг обсуждаемой проблемы. Во-первых, большая часть ферментных систем, обеспечивающих каталитическое окисление лекарственных средств относятся к гемопротеинам. Во-вторых, механиз действия гемоксигеназы напоминает цитохром Р450-зависимый катализ. Отсюда долгое время считалось, что терминальной оксидазой гемоксигеназы является CYP450. В третьих, синтетические порфирины определенной структуры могут служить субстратами гемоксигеназы.

Кроме того, наряду с аминолевулинатсинтетазой гемоксигена- за относится к регуляторным ферментам биосинтеза и распада гемопротеинов, что обеспечивает физиологическую активность последних [190].

Распад гема в клетке катализируется гемоксигеназой с образованием СО, Fe и биливердина. При этом фермент специфически расщепляет а-метеновый мостик гема до СО, и два атома кислорода включаются в тетрапиррол — биливердин.

Наилучшим субстратом гемоксигеназы является метгем (протогемин IX), связанный с альбумином (метгемальбумин), однако метгемоглобин, гемоглобин—гаптоглобиновый и гемоглобин—гемопексиновый комплексы также могут служить субстратами. Оксигемоглобин, карбоксигемоглобин и миоглобин не атакуются ферментом. Собственно субстратом является хелатный комплекс с металлом; свободные порфирины не атакуются. Источником основной части биливердина, образующегося в ре- тикулоэндотелиальной системе, является гем гемоглобина, однако другие гемопротеины, такие, как CYP450, триптофанпиррола- за, цитохром Ьъ и каталаза, период полупревращения которых составляет от 2 до 50 ч, также атакуются гемоксигеназой, т. е. их гем вносит свой вклад в образование пула биливердина. Такие металлы как кобальт, не только индуцируют гемоксигеназ- ную активность, но и повышают скорость деградации CYP450, содержание которого в клетке выше, чем других гемопротеинов [191 — 193].

Для каталитического действия гемоксигеназа нуждается в НАДФН-цыто;фо.и с редуктазе, НАДФН и молекулярном кислороде. Неудивительно, что вначале исследований фермента считалось [194], что CYP450 является его терминальной оксида- зой. Однако детальное изучение молекулярной организации и каталитических свойств гемоксигеназы показало [195] отсутствие CYP450 в ее каталитическом акте. Скорее всего, действие гемоксигеназы напоминает процесс окисления миоглобина и гемоглобина аскорбиновой кислотой с образованием в качестве конечных продуктов реакции зеленых пигментов и биливердина.

Несмотря на способность гемоксигеназы связывать гем с образованием комплекса в соотношении 1:1 этот фермент нельзя отнести к гемопротеинам. Тем не менее, спектральные характеристики такого комплекса весьма интересны. Если с гемоксигеназой связывается гем (Fe3+), то он напоминает метгемоглобин. При восстановлении комплекса возможно его взаимодействие с СО с возникновением спектров поглощения, напоминающих соответствующие формы миоглобина и гемоглобина. Оксигенированные формы комплекса имеют максимум поглощения при 412, 540 и 575 нм, т. е. имеют близкие показатели к оксигемоглобину.

Предположено [196], что гем в полипептидной цепи гемоксигеназы имеет аналогичное аминокислотное окружение, как и в миоглобине и гемоглобине. Однако координационные связи между гемом и аминокислотами фермента очень быстро разрушаются если комплекс инкубировать с НкД$>Н-цитохром с редуктазой. С меньшей скоростью аналогичный процесс протекает при внесении в инкубационную среду аскорбиновой кислоты.

В процессе окисления гема гемоксигеназа использует три атома кислорода.

Два из них внедряются в молекулу биливер- дина и один в СО. Все они имеют своим предшественником 02, а не Н20 [190]. Оптимум pH фермента 7,4—7,5 и Кт (субстрат гемин) — 5 мкм. Активности экстрактов различных органов и тканей экспериментальных животных значительно отличаются. Например, у крыс они составляют: селезенка — 0,79; печень и мозг — 0,07; почки — 0,03; легкие — 0,02 нмол били- вердина или билирубина • мин-1 • 10 мг белка-1 [197].

Наибольшую субстратную специфичность гемоксигеназа проявляет по отношению к протопорфирину IX. Тем не менее мезогемин IX, дейтерогемин IX и копрогемин I превращаются в этой системе до соответствующих биливердинов [194]. С меньшими скоростями окисляются метгемальбумин, метгемоглобин, а- и P-цепи гемоглобина, гем—гемопексин и комплекс гемоглобин—гаптоглобин. Такое превращение макромолекул

становится возможным только после их расщепления протеолитическими ферментами.

Металлопорфирины содержащие какой-либо другой металл, но не железо не являются субстратами гемоксигеназы [198, 199].

(Г(5)-Гем (Fe2+) 02---------- ^*-[(fQ)-OKCHreM (Fe^) 1

V

Полный каталитический цикл биодеградации гема в гемо- ксигеназной реакции представлен на рис. 8.4. Вначале происходит связывание гема (Fe3+) с белковой молекулой гемоксигеназы. Затем НАДФН-ц«тох/юл( с редуктаза восстанавливает образовавшийся комплекс [гемоксигеназа—reM(Fe2+)]. Как и в случае других гемопротеинов, например, цитохрома Р450, впоследствие он становится оксигенированным [гемоксигеназа—reM(Fe2+)—02]. В отличие от предыдущих этапов, которые

можно условно назвать подготовительными, последний является пусковым, так как в нем начинается истинный распад гема. В этом случае происходит внедрение атома кислорода в молекулу гема с возникновением первого метаболита а-оксигема. Впоследствие отщепляется а-углеродный атом, превращающийся в СО [195].

Предполагается существование еще одного промежуточного соединения в гемоксигеназном катализе. Его условно обозначили [688 нм — вещество (Fe3+)] так как в этой области спектра оно дает такую характеристическую картину [193].

Рассматриваемый интермедиат обладает высоким сродством к СО, образуя комплекс с максимумом поглощения при 688 нм. В результате одноэлектронного переноса и в присутствии 02 это промежуточное вещество превращается в били- вердин.

В настоящее время нет единого мнения по поводу структуры активной формы кислорода, внедряющейся в молекулу ге- мина. Активность гемоксигеназы не ингибируется различными ловушками синглетного кислорода, супероксид-аниона и пер- гидроксильного радикала. Однако незначительные количества Н202 обнаруживаются в процессе окисления гемина реконструированной гемоксигеназой [193].

Представленные данные свидетельствуют о парадоксальных свойствах гемоксигеназы. Фермент использует субстрат в качестве кофактора, генерирующего активные формы кислорода для своей биодеградации. В этом случае мы имеем дело с так называемым аутокатализом, который не часто встречается в биохимии.

8.1.2.

<< | >>
Источник: Головенко М. Я.. Фізико-хімічна фармакологія: Монографія. — Одеса: Астропринт,2004. —720 с.. 2004

Еще по теме ГЕМОКСИГЕНАЗА:

  1. ЖЕЛЕЗОПОРФИРИНОВЫЕ ФЕРМЕНТЫ
  2. Гемолитические анемии
  3. Эритропоэз
  4. Юрий Андреевич Андреев. Три кита здоровья СПб.:,1994. — 382 с., 1994
  5. Предисловие к 14-му официальному изданию (неофициальных, воровских было без счету)
  6. Предисловие к 11-му изданию
  7. Предисловие к 7-му изданию
  8. Глава первая ДОРОГА НА ОКЕАН
  9. Солнечный поддень жизни, или Сохранить бы последние крохи
  10. Глава вторая ДУХ ВЫСОКИЙ, ДЕЯТЕЛЬНЫЙ, ДОБРЫЙ
  11. Стрессы лужу-паяю, чиню-починяю!
  12. Глава третья ЖИВАЯ ЭНЕРГИЯ ЗЕМЛИ И НЕБА
  13. Секрет всех законов, или Жизнь в резонанс с законами мироздания
  14. Все стихии
  15. Глава четвертая КОНЦЕПЦИЯ ЧИСТОГО ОРГАНИЗМА