Вопрос № 3:Ферменты класса оксидоредуктаз. 
Оксидазы, полифенолоксидазы

Ферменты (энзимы) — это биокатализаторы, образующиеся в клетке и представляющие собой либо простые белки, либо сложные, содержащие неаминокислотные компоненты. Все процессы жизнедеятельности, как пищеварение, дыхание и т. д. осуществляются при помощи ферментов. Ферменты ускоряют биологические реакции, снижая энергию активации и не изменяя положения равновесия. Существует несколько типов окислительно-восстановительных ферментативных реакций. Ферменты этого типа переносят водород или электроны и катализируют биологическое окисление. В их состав входят специфические коферменты. Такие ферменты называют оксидоредуктазы.

Они подразделяются в соответствии с донором, от которого переносится водород или электрон, или в соответствии с акцептором, к которому идет перенос.

Среди оксидоредуктаз различают дегидрогеназы, оксидазы, пероксидазы. Оксидазы — аэробные дегидрогеназы, передающие водород субстрата непосредственно кислороду. К ним относится полифенолоксидаза катализирующая реакцию окисления полифенолов с образованием темноокрашенных соединений. Действие полифенолоксидазы проявляется в потемнении тканей плодов и овощей, пораженных плесенями. Наличием в растительных клетках полифенолоксидазы объясняется и наблюдаемое потемнение поверхности срезов яблок, клубней картофеля и др. К классу оксидоредуктаз относят и фермент каталазу, осуществляющую расщепление перекиси водорода на воду и молекулярный кислород. Физиологическая роль каталазы состоит, прежде всего, в том, что она предотвращает накопление значительных количеств перекиси водорода, так как последняя ядовита для клеток.

Полифенолоксидаза содержится в высших растениях и в грибах. Массовая доля меди в данном ферменте составляет 0,2−0,3%. Например, ее молекулярная масса у грибов равна 34 500, а у чайного листа — 144 000. Полифенолоксидаза участвует в окислении полифенолов и дубильных веществ, ее действием объясняется потемнение плодов и овощей при сушке, потемнение поверхности разрезанных яблок или картофельного клубня.

Окисление органических веществ в клетке осуществляется кислородом. Однако обычный молекулярный кислород О2 химически неактивен; чтобы он смог принимать участие в ОВ-реакциях, его нужно активировать — разорвать молекулу О2 на 2 атома кислорода. В этом и состоит функция оксидаз. Оксидазы, как и денидрогеназы, являются сложными ферментами и состоят из белковой части и простетической группы, которая обязательно содержит металл. По этому признаку выделяют 3 группы оксидаз:

• — железосодержащие; к ним относятся каталаза, пероксидаза и многие белки дыхательной цепи — фитохромы
• — медьсодержащие; к ним относятся полифенолоксидаза и аскорбатоксидаза
• — содержащие и железо, и медь — цитохромоксидаза

Функции оксидаз в клетке очень разнообразны. Цитохромы и цитохромоксидаза входят в состав дыхательной цепи, где принимают участие в активации кислорода и его использовании для окисления водорода дегидрогеназ. Однако многие оксидазы катализируют ОВ-реакции, не связанные с дыханием:

— каталаза разлагает пероксид водорода Н2О2 на воду и кислород:

Н2О2 > 2Н2О + О2.

• — пероксидаза с помощью О2 окисляет сложные органические вещества (например, фенольные соединения)
• — полифенолоксидаза с помощью О2 окисляет полифенолы до хинонов
• — аскорбатоксидаза с помощью О2 окисляет аскорбиновую кислоту до дегидроаскорбиновой

Из этого класса ферментов особо следует выделить дегидрогеназы, катализирующие реакции отщепления водорода от одного вещества и перенос его к другому. Первое вещество в данном случае называется донором водорода, а второе — акцептором его. Дегидрогеназы разделяют на флавиновые и пиридиновые.

Пиридиновые дегидрогеназы. Их называют анаэробными, так как они непосредственно кислороду передавать водород не могут.

Коферментами пиридиновых дегидрогеназ являются никотинамидадениндинуклеотид-фосфат (НАДФ) и никотинамидадениндинуклеотид (НАД). НАД представляет собой динуклеотид, состоящий из азотистого основания аденина, амида никотиновой кислоты (вита­мина РР), двух молекул сахара рибозы и двух остатков фосфорной кислоты. НАДФ отличается от НАД присутствием третьего остатка фосфорной кислоты. Со своим апоферментом они связаны только в момент осуществления реакции дегидрирования. Одни дегидрогеназы содержат только НАДФ, другие — НАД, т. е. эти коферменты не могут замещать друг друга.

Взаимодействуя с субстратом, дегидрогеназы отнимают от него два иона водорода и два электрона. Способностью обратимо присоединять протоны и элек­троны обладают их коферменты. Например, НАДФ переходит в восстановленную форму НАДФН2, НАД — в НАДН2. Примерами анаэробных дегидрогеназ являются малатдегидрогеназа, катализирующая превращение яблочной кислоты в щавелево­уксусную, и алкогольдегидрогеназа, превращающая этиловый спирт (этанол) в уксусный альдегид.

Коферментами флавuновых дегидрогенах являются флавинадениндинуклеотид (ФАД) и флавинмононук­леотид (ФМН).ФАД и ФМН являются нуклеотидами, содержащими пятиуглеродный спирт D-рибит (рибитол) и азотистое основание рибофлавин (витамин В2), обладающий способностью обратимого при соединения водорода. В составе ФАД находятся два нуклеотида, один из которых содержит остатки D — рибита, фосфорной кислоты и флавина, другой — остатки аденина, рибозы и фосфорной кислоты. Состав ФМН пред­ставлен D — рибитом, остатком фосфорной кислоты и флавином. Восстановленная форма ФАД обозначается как ФАД Н2, а ФМН — ФМН Н2. Со своим апоферментом флавиновые коферменты связаны значительно прочнее, чем пиридиновые. Другим отличием флави­новых дегидрогеназ является наличие в составе их апоферментов металлов (железа, марганца, меди, мо­либдена).

Представителями аэробных дегидрогеназ являют­ся оксидазы, для которых акцептором водорода слу­жит исключительно кислород воздуха. Отщепляя во­дород от окисляемого вещества АН2 и передавая его кислороду, оксидаза образует воду или перекись во­дорода. Среди оксидаз в рас­тительном мире широкое распространение получили полифенолоксидаза и аскорбатоксидаза. Обе представлены белком, содержащим в качестве кофермента медь. Первая окисляет дифе­нолы, вторая превращает аскорбиновую кислоту в дегидроаскорбиновую. Важную роль в жиз­ни растений выполняет цuтохромоксидаза, которая активирует молекулярный кислород, перенося на него электроны от цитохромной системы.

Нельзя не отметить и пероксидазу, осуществляющую окисление органических веществ с помощью перекиси водорода, с которой она образует комплексное соединение и приобретает способность быть акцептором водорода. Пероксидаза широко распространена в мире растений и играет важную роль в превращении полифенолов и ароматических аминов.