<<
>>

Супероксидредуктаза

Недавно охарактеризован ещё один интересный фермент, содержащийся в анаэроб­ных микроорганизмах - супероксидредуктаза (СОР) (КФ 1.15.1.2, доноргсупероксид- оксидоредуктаза). Вначале СОР выделяли из бактерий, главным образом сульфатреду- цирующих анаэробов, как белок с неизвестной функцией - так, из Desulfoarcuius baarsii, Desulfovibrio desulfuricans и D.

vulgaris в своё время был получен десульфоферродоксин [742, 888], из D. gigas - голубой белок нееларедоксин [888]. Впервые супероксидредук- газная активность была показана в 1999 г. группой Михаэля Адамса для фермента, вы­деленного из удивительных гипертермофильных бактерий Pyrococcus furiosus, растущих только при температурах 80 °С-100 °С и строго анаэробных [771, 941]; практически од­новременно была опубликована статья исследователей под руководством Винсента Нивьеры, в которой сообщалось об открытии супероксидредуктазной активности де- сульфоферродоксина D. baarsii [945]. Гомологи фермента обнаружены почти во всех анаэробных и в некоторых микроаэрофильных бактериях, оптимальным для которых является низкое парциальное давление кислорода (Borrelia burgdorferi, Treponema pallidum), и не содержатся в аэробных микроорганизмах [222, 941].

Фермент организован как гомоди- или гомотетрамер (в зависимости от вида бакте­рии), состоящий соответственно из 2 или 4 идентичных субъединиц с молекулярной массой 14 кДа. Каждый мономер содержит один (D. gigas, Т. pallidum, Р. furiosus, Аг- chaeoglobus fidgidus) или два атома негемового железа (D. vulgaris, D. desulfuricans, Ds. His41 Hisl 14 baarsii); изоферменты называются соответственно lFe-COP и 2Fe-


COP. 1 атом железа входит в простетическую группу фермента [Fe(His)4(Cys)], обязательно присутствующую во всех его изоти­пах и называемую "центр И"; некоторые бактерии содержат до­полнительный железосодержащий домен [Fe(SCys4)] ("центр I") [888]. Активный центр СОР (центр II) представляет собой пира­миду, в центре прямоугольного основания которой находится атом железа (II), коорди-

национно связанный в одной плоскости с атомами азота четырёх гистидиновых остат­ков, а по вертикальной оси - с атомом серы цистеинового остатка [167, 888]. В состав ещё одного железосодержащего домена, характерного для некоторых видов бактерий, входит 1 атом Ре (III), координированного четырьмя остатками цистеина; назначение его на сегодняшний день не установлено. Вначале предполагалось, что он участвует в пере­носе электронов, тем самым дополняя супероксидредуктазную активность фермента, однако в настоящее время показано, что расстояние между атомами железа центров I и II внутри одной субъединицы слишком велико для эффективного транспорта электронов от 22 до 32 А [888].

В отличие от СОД, катализирующей дисмутацию супероксид-аниона с образованием перекиси водорода и молекулярного кислорода, СОР осуществляет одноэлектронное восстановление О ~2 до Н2О2; образующаяся в результате реакции Н2О2 восстанавливает­ся до воды пероксидазами, отличными от классических каталаз [771]:

О“ + 1ё + 2Н+ >Н202

пероксиредоксин ХН2 X

И202 » 2Н20

NADH NAD

NADH-пероксидаза

Способность супероксидредуктаз катализировать классическую реакцию дисмутации О 2 выражена крайне слабо: их супероксиддисмутазная активность составляет 20-100 ЕД/мг белка, что на 2 порядка ниже канонической (4000-5000 ЕД/мг белка) [1125]. Вос­становительные эквиваленты для О ~2 СОР получают прямо от восстановленных пири- диннуклетотидов через промежуточные переносчики электронов, в качестве которых по меньшей мере три супероксидредуктазы используют железосерный металлопротеин рубредоксин, содержащий 1 атом железа на молекулу (рис. 51) [222]. Помимо рубредок- сина, очевидно, возвращать фермент в исходное состояние могут и другие аутоокисляе­мые растворимые редокс-белки, которыми буквально нашпигованы анаэробные бакте­рии: переносчики электронов (ферредоксин, цитохромы, рубредоксин, десульфоредок- син, флаводоксин) и ферменты (гидрогеназы) [1125]. Более того, показано, что фермент способен восстанавливать рост дефицитных по СОД штаммов Е. coli (бактерий, не имеющих генов ни рубредоксина, ни СОР) и снижать в них уровень О \; таким образом, очевидно, существуют другие электронтранспортные цепи, способные отдавать элек­троны для восстановления супероксид-аниона супероксидредуктазами [771].

СОР, как и СОД, обладает конфигурацией, позволяющей ферменту взаимодейство­вать с Oj со скоростью, практически равной скорости диффузии супероксид-аниона: константа скорости реакции составляет от 0,6 х 109 M'V1 (Т. pallidum) до 1,5 х 109 M'V1 (D. vulgaris) [1126]. Сопоставимы и внутриклеточные концентрации ферментов: так, Т. pallidum содержит около 9500 мономеров СОР на клетку, что, исходя из средних разме­ров микроорганизма (0,2 мкм в диаметре и от 5 до 20 мкм в длину), соответствует кон­центрации 25-100 мкМ [222].

В чём же биологический смысл использования анаэробными бактериями суперок­сидредуктазы для защиты от О j, а не супероксиддисмутазы? Ответ кажется очевидным: в катализируемой СОР реакции не образуется кислород, токсичный для данных микро­организмов.

02 н202




Рис. 51. Схема переноса электронов в супероксидредуктазной реакции; в качестве восстановителя СОР помимо рубредоксина могут выступать другие редокс-белки

Однако столь простое объяснение не совсем верно: так, для защиты от кислорода % анаэробы используют специально выработанные и гораздо более эффективные механиз­мы (цитохром-^-оксидазная цепь переноса электронов АгогоЬасгег Бр.; расположенная в периплазматическом пространстве дыхательная цепь ВеБиЦоугЬпо зр.) [742]. Более веро­ятным представляется другое объяснение: внутренняя среда анаэробных бактерий силь­но восстановлена, и содержащиеся в них в большом количестве редокс-белки при попа­дании кислорода могут служить причиной развития окислительного стресса, восстанав­ливая 02 до О 2 • В этом случае использование СОР, которая переносит электроны с этих восстановителей на супероксид-анион, позволяет микроорганизмам убить двух зайцев одновременно: фермент детоксицирует и О2, и потенциальный источник его возникно­вения [1125].

<< | >>
Источник: Меныцикова Е. Б. и др.. Окислительный стресс. Прооксиданты и антиоксиданты / Е.Б. Меныцикова, В.З. Ланкин, Н.К. Зенков, И.А. Бондарь, Н.Ф. Круговых, В.А. Труфакин. - М.: Фирма «Слово»,2006. - 556 с.. 2006
Помощь с написанием учебных работ

Еще по теме Супероксидредуктаза:

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