Биологическая химия - Березов Т. Т., Коровкин Б. Ф. 1998

Химия сложных белков
Металлопротеины

К металлопротеинам относятся биополимеры, содержащие, помимо белка, ионы какого-либо одного металла или нескольких металлов (табл. 2.5). К таким белкам принадлежат, например, белки, содержащие негемовое железо, а также белки, координационно связанные с атомами металлов в составе сложных белков-ферментов.

Типичными представителями первых являются железосодержащие белки ферритин, трансферрин и гемосидерин. Ферритин — высокомолекулярный водорастворимый белок с мол. массой 400000, в котором содержание железа составляет от 17 до 23% (в среднем 20%). Он сосредоточен главным образом в селезенке, печени, костном мозге, выполняя роль депо железа в организме. Железо в ферритине находится в окисленной форме, в составе неорганического железосодержащего соединения (FeO ∙ OH)8∙ (FeO ∙ O ∙ PO3H2), причем цепи неорганического полимера O=Fe—OH...O=Fe—OH..., иногда содержащие фосфаты, находятся между пептидными цепями белковой части (называемая апоферритином), а атомы железа координационно связываются с атомами азота пептидных групп.

Трансферрин — растворимый в воде железопротеин (мол. масса 90000), гликопротеин, обнаруживаемый главным образом в сыворотке крови в составе ß-глобулинов. Содержание железа в нем составляет 0,13%. Предполагают, что атом железа соединяется с белком координационными связями с участием гидроксильных групп тирозина. Молекула трансферрина содержит 2 атома железа; трансферрин служит физиологическим переносчиком железа в организме.

Таблица 2.5. Металлопротеины

Металл

Тип биомолекулы

Лиганд

Биологическая функция

Fe2+, Fe3+

Гемоглобин, миоглобин, каталаза, пероксидаза, металлофлавопротеины, цитохромы, железосерные белки, трансферрин, ферритин, нитрогеназа

Гемопорфирины, сера, изоаллоксазин

Транспорт О2, СО2, транспорт электронов (окислительно-восстановительные реакции), транспорт и депонирование железа, восстановление N2 в NH3

Cu+, Cu2+

Цитохромоксидаза, церулоплазмин и др.

Азотистые основания

Окисление, депонирование и транспорт меди

Co2+

Витамин В12 и его коферментные формы

Коррин, бензимидазол, СН3-группа

Перенос СН3-группы, синтез метионина

Mn2+

Аргиназа, декарбоксилазы аминокислот, фосфотрансферазы и др.

Фосфат, имидазол

Декарбоксилирование, перенос фосфатных групп

Mo2+

Нитрогеназа, нитратредуктаза, ксантиноксидаза

Не идентифицирован

Связывание и активирование N2—>NH3, окисление пуринов

Zn2+ ,Mg2+ Ca2+

Карбоангидраза, пептидазы, фосфатазы, НАД-ферменты, инсулин

Имидазол, НАД

Связывание субстратов, разрыв пептидной связи

K+, Na+, Mg2+,

Ca2+

Фосфоенолпируваткарбоксикиназы, АТФазы

Транспорт и освобождение фосфатных групп

Гемосидерин в отличие от ферритина и трансферрина является водонерастворимым железосодержащим белковым комплексом, состоящим, кроме того, на 25% из нуклеотидов и углеводов. Он содержится главным образом в ретикулоэндотелиоцитах печени и селезенки. Биологическая роль гемосидерина изучена недостаточно.

Ко второй группе металлопротеинов относится ряд ферментов: ферменты, содержащие связанные с молекулой белка ионы металлов, определяющих их функцию, — металлоферменты (в процессе очистки металлы остаются связанными с ферментами); ферменты, активируемые ионами металлов, менее прочно связаны с металлами, но для проявления своей активности нуждаются в добавлении в реакционную среду определенного металла. Предполагают, что механизмы участия металла в акте катализа в обоих случаях, вероятнее всего, сходны; ионы металла участвуют в образовании тройного комплекса: активный центр фермента — металл-субстрат (Е—М—S), или М—Е—S, или Е—S—М. Есть доказательства, что в активном центре многих ферментов в связывании металла участвует имидазольная группа гистидина.