Основные положения современной теории биологического окисления. Дегидрогеназы, участвующие в данном процессе: их структура и механизм действия.

Согласно современной теории БО, окисление происходит как в аэробных, так и в анаэробных условиях. В аэробных организмах существует несколько путей использования О₂. Реакции БО необходимы для получения энергии, синтеза новых веществ и разрушения чужеродных веществ. БО является сложным, многостадийным процессом, в котором ведущую роль играют ферменты оксидоредуктазы.

В переносе электронов от субстратов к молекулярному кислороду принимают участие: 1) пиридинзависимые дегидрогеназы, для которых коферментами служат либо НАД, либо НАДФ; 2) флавинзависимые дегидрогеназы (флавиновые ферменты), у которых роль простетической группы играют ФАД или ФМН; 3) цитохромы, содержащие в качестве простетической группы железопорфириновую кольцевую систему; убихинон.

1. Пиридинозависимые катализируют восстановление НАД и НАДФ различными органическими субстратами. В клетках НАД-зависимые дегидрогеназы преимущественно участвуют в процессах, связанных с переносом электронов от органических субстратов к кислороду. В свою очередь НАДФ-зависимые дегидрогеназы играют существенную роль в реакциях биосинтеза (например, высших жирных кислот, сте-ринов и др.). В соответствии с этим коферменты НАД и НАДФ различаются по своей внутриклеточной локализации: НАД концентрируется главным образом в митохондриях, а бoльшая часть НАДФ находится в цитоплазме клеток.

2. Флавиновые осуществляют перенос водородов (протонов и электронов) от восстановленных НАД или НАДФ. В некоторых случаях (например, при окислении сукцината или жирных кислот) флавиновые ферменты могут играть роль первичных дегидрогеназ, т. е. прямо, без участия НАД- или НАДФ-зависимых дегидрогеназ, принимать электроны и протоны от окисляемых субстратов.

Насчитывается около 30 флавиновых ферментов. Это сложные белки, простетической группой которых, как уже отмечалось, являются либо ФМН, либо ФАД. ФМН и ФАД очень прочно, в отличие от коферментов НАД и НАДФ, присоединены к ферменту (точнее, к апоферменту) и не отщепляются от него ни на одной из стадий каталитического цикла. Установлено, что многие из флавиновых дегидрогеназ являются сложными олигомерными образованиями, которые состоят из нескольких белковых субъединиц и содержат, помимо флавиннуклеотидов (ФАД или ФМН), также атомы металлов - чаще всего негемовое (негеминовое) железо. Это так называемые металлофлавопротеиды.

3. Убихинон, кофетмент ку. играть роль промежуточного переносчика водородных атомов, т. е. электронов и протонов. KoQ является производным бензохинона с длинной боковой цепью, которая в большинстве тканей млекопитающих состоит из 10 изопреноидных единиц

4. Цитохромы перенос от KoQ (или от восстановленной формы флавинового фермента) на кислород. В процессе тканевого дыхания наиболее важную роль играют цитохромы b, c₁, с, аа₃. Все они имеют простетическую геминовую группу, близкую к тему гемоглобина (простетическая группа цитохрома b, как считают, идентична гему). Цитохромы отличаются друг от друга не только своими простетическими группами, но и белковыми компонентами. В ходе каталитического процесса валентность содержащегося в цитохромах железа обратимо изменяется (Fe²⁺ <--> Fe³⁺).

Все цитохромы, особенно в восстановленной форме, имеют характерные спектры поглощения. Величины окислительно-восстановительного потенциала у разных цитохромов также неодинаковы. Цитохромы b, c₁ и с выполняют функцию промежуточных переносчиков электронов, а цитохром аа₃ (цитохромоксидаза) является терминальным дыхательным ферментом, непосредственно взаимодействующим с кислородом. Окисленная форма цитохромоксидазы (Fe³⁺) принимает электроны от восстановленного цитохрома с, переходя в восстановленную форму (Fe²⁺), которая затем вновь окисляется в Fe³⁺-форму молекулярным кислородом. Образовавшийся "активный" кислород присоединяет два протона из окружающей среды, в результате чего и образуется молекула воды.