ДЕГІДРОГЕНАЗИ

ДЕГІДРОГЕНАЗИ — ферменти класу оксидоредуктаз, що каталізують реакції відщеплення гідрогену (тобто протонів і електронів) від субстрату, що окиснюється, і переносять його на інший субстрат, який відновлюється. Залежно від хімічної природи акцептора, з яким взаємодіють Д., їх розподіляють на декілька груп: 1. Анаеробні Д. каталізують реакції, в яких акцептором гідрогену є сполука, відмінна від кисню. 2. Аеробні Д. каталізують реакції, в яких акцептором гідрогену може бути оксиген (оксидази) або інший акцептор. Д. цієї групи належать до флавопротеїнів, продукт реакції — перекис гідрогену. 3. Д., що забезпечують транспортування електронів від субстрату до акцептора електронів. До цієї групи Д. належать цитохроми дихального ланцюга мітохондрій. 4. Д., які каталізують пряме введення в молекулу субстрату, що окиснюється, одного або двох атомів оксигену. Такі Д. дістали назву оксигенази.

Функцію первинних акцепторів атомів гідрогену, що відщеплюються від відповідних субстратів, виконують Д. 2 типів: піридинзалежні Д. — містять коферменти нікотинамідаденіндинуклеотид (НАД+) або нікотинамідаденіндинуклеотидфосфат (НАДФ+), і флавінзалежні Д., простетичною групою яких є флавінаденіндинуклеотид (ФАД) або флавінмононуклеотид (ФМН). Коферменти НАД+ (або НАДФ+) неміцно зв’язані з апоферментом і тому можуть в клітині знаходитися як у зв’язаному з апоферментом стані, так і бути відділеними від білкової частини. Піридинзалежні Д. належать до анаеробних Д. Д. — водорозчинні ферменти, які окиснюють полярні субстрати. Реакції, що каталізуються даними Д., в загальному вигляді наведені в таких рівняннях:

SH2 + НАД+ →S + НАДН + Н+

SH2+ НАДФ+→S + НАДФН + Н+

Робочою структурою в молекулі НАД+ або НАДФ+ є піридинове кільце нікотинамід, яке приєднує в ході ферментативної реакції один атом гідрогену й один електрон (гідрид-іон), а другий протон надходить у реакційне середовище. Піридинзалежні Д. дуже поширені в живих клітинах. Вони відщеплюють протони та електрони від багатьох субстратів, відновлюючи НАД+ або НАДФ+ і передаючи в подальшому відновлювальні еквіваленти на інші акцептори. НАД-залежні Д. головним чином каталізують окиснювально-відновні реакції окиснювальних шляхів метаболізму — гліколізу, циклу Кребса, β-окиснення жирних кислот, дихального ланцюга мітохондрій та ін. НАД є головним джерелом електронів для ланцюга переносу електронів. НАДФ використовується головним чином у процесах відновлювального синтезу (у синтезі жирних кислот і стероїдів).

Флавінзалежні Д. — флавопротеїни, простетичними групами в яких є ФАД або ФМН — похідні вітаміну В2, які міцно (ковалентно) зв’язані з апоферментом. Дані Д. — мембранозв’язані ферменти, що окиснюють неполярні та малополярні субстрати. Робочою частиною молекули ФАД або ФМН, яка бере участь в окиснювально-відновних реакціях, є ізоалоксазинове кільце рибофлавіну, який акцептує два атоми гідрогену (2Н+ + 2е) від субстрату. Загальне рівняння реакції за участю флавінзалежних Д. має такий вигляд:

SH2 + ФАД+ →S + ФАДН2

SH2+ ФМН →S + ФМН–Н2

У процесах біологічного окиснення дані ферменти відіграють роль як анаеробних, так і аеробних Д. Так, до анаеробних Д. належить НАДН-дегідрогеназа, ФМН-залежний фермент, який передає електрони від НАДН на більш електропозитивні компоненти дихального ланцюга мітохондрій. Інші Д. (ФАД-залежні) переносять електрони від субстрату безпосередньо на дихальний ланцюг (напр. сукцинатдегідрогеназа, ацил-КоА-дегідрогеназа). Транспортування електронів від флавопротеїнів до цитохромоксидази в дихальному ланцюзі забезпечують цитохроми, які, за винятком цитохромоксидази, класифікуються як анаеробні Д. Цитохроми — залізовмісні білки мітохондрій — гемпротеїни, які за рахунок оберненої зміни валентності гемінового заліза виконують функцію транспортування електронів у ланцюгах біологічного окиснення в аеробних клітинах: цитохром (Fe3+) + е → цитохром (Fe2+). До складу дихального ланцюга мітохондрій входять цитохроми b, с1, с, а і а3 (цитохромоксидаза). Окрім дихального ланцюга, цитохроми містяться в ендоплазматичному ретикулумі (Р450 і b5). До аеробних флавінзалежних Д. належать оксидази L-амінокислот, ксантиноксидаза та ін.

Д., що каталізують включення одного або двох атомів оксигену в молекулу субстрату, одержали назву оксигенази. Залежно від кількості атомів оксигену, що взаємодіють із субстратом, оксигенази розподіляють на дві групи: діоксигенази і монооксигенази. Діоксигенази каталізують включення в молекулу субстрату двох атомів оксигену: S + O2 → SO2. Це, зокрема, негемові залізовмісні ферменти, які каталізують реакції синтезу гомогентизинової кислоти та її окиснення на шляху катаболізму тирозину. Залізовмісна ліпооксигеназа каталізує включення О2 в арахідонову кислоту, першу реакцію в процесі синтезу лейкотрієнів. Пролін- і лізиндіоксигенази каталізують реакції гідроксилювання залишків проліну і лізину в проколагені. Монооксигенази каталізують включення в субстрат тільки одного з атомів молекули оксигену. Другий атом оксигену відновлюється до води:

SH + О2 + НАДФН + Н+

SОН + Н2О + НАДФ+

До монооксигеназ належать ферменти, які беруть участь у метаболізмі багатьох лікарських речовин шляхом їх гідроксилювання. Ці ферменти локалізовані переважно в мікросомальній фракції печінки, надниркової, статевих залоз та інших тканин. Оскільки найчастіше субстрат у монооксигеназних реакціях гідроксилюється, цю групу ферментів називають також гідроксилазами. Монооксигенази каталізують реакції гідроксилювання стероїдів (холестерину) та перетворення їх на БАР, у тому числі — гормони кори надниркової залози, статеві гормони, активну форму вітаміну D — кальцитріол, а також реакції знешкодження шляхом гідроксилювання цілої низки токсичних речовин ЛП і продуктів їх перетворення для організму. Монооксигеназна система мембран ендоплазматичного ретикулуму печінки містить НАДФН + Н+, флавопротеїн з кофактором ФАД, білок, який містить негемове залізо (адренотоксин), і гемпротеїн — цитохром Р450. Унаслідок гідроксилювання неполярних гідрофобних речовин підвищується їх гідрофільність, що сприяє інактивації БАР або знешкодженню токсичних речовин і виведенню їх з організму. Деякі лікарські речовини, напр., фенобарбітал, здатні індукувати синтез мікросомальних ферментів і цитохрому Р450.

Існують монооксигенази, які не містять цитохрому Р450. До них належать ферменти печінки, що каталізують реакції гідроксилювання фенілаланіну, тирозину, триптофану.

Біологічна хімія / Л.М. Вороніна, В.Ф. Десенко, Н.М. Мадієвська та ін. — Х., 2000; Биохимия человека: В 2-х т. / Р. Марри, Д. Гренер, П. Мейес, В. Родуэл. — М., 1993; Губський Ю.І. Біологічна хімія. — К. — Тернопіль, 2000.