ФЛАВОПРОТЕИДЫ

ФЛАВОПРОТЕИДЫ (лат. flavus желтый + протеиды; син.: аллоксазиновые протеиды, желтые ферменты) — группа сложных белков, ферментов, в состав к-рых в качестве простетической группы входят флавиновые нуклеотиды. Ф. широко распространены в животном и растительном мире и у микроорганизмов, они принимают участие в метаболизме основных классов органических соединений, играют важную роль в процессе биологического окисления (см. Окисление биологическое). Проететические группы Ф. — флавиновые нуклеотиды фла вина дениндинуклеотид (ФАД) или флавин-мононуклеотид (ФМН) — играют в отношении Ф. специфическую роль коферментов (см.); в их состав входит витамин B2, или рибофлавин (см.). Ф. являются пигментами (см.), в окисленной форме они окрашены в интенсивно желтый цвет, в восстановленной форме бесцветны.

Первый флавопротеид был открыт нем. биохимиками О. Варбургом и Кристианом (W. Christian), выделившими из дрожжей так наз. желтый фермент, катализирующий окисление восстановленного НАДФ — НАДФ-Н. Позже этот фермент получил название НАДФ • Н-дегидрогеназа (КФ 1.6.99.1). Было установлено, что простетической группой желтого фермента Варбурга является ФМН. Впоследствии все Ф. стали называть желтыми ферментами за их желтый цвет в окисленном состоянии. К началу 80-х гг. 20 в. было известно ок. 80 различных Ф.

Обычно ФАД и ФМН прочно и специфически связаны с соответствующими белками-апоферментами. Исключение составляет оксидаза D-аминокислот (Ф АД-протеид), для к-рой характерна частичная диссоциация на ФАД и белок-апофермент. Способ присоединения флавинового кофермента к апобелку может быть различным. В нек-рых случаях ФАД соединен с остатком гистидина или цистеина в молекуле белка ковалентной связью. Однако чаще флавиновый нуклеотид можно легко отделить от белка обработкой концентрированным солевым р-ром при pH 2,0—4,0. Флавопротеиды состоят из одной или нескольких полипептидных цепей (субъединиц) с мол. весом (массой) от 12 000 до 800 000 и могут содержать одну или несколько молекул флавиновых нуклеотидов на каждую белковую субъединицу. Нек-рые Ф. дополнительно содержат атомы Fe2+, Мо2+, Zn2+ и др. Специальный подкласс Ф. составляют белки, в к-рых взаимодействуют атомы железа и атомы серы остатков цистеина, формируя железосероцентры — Fe2S2- или Fe4S4-центры.

Ф. представляют собой дыхательные ферменты (см.), относящиеся к классу оксидоредуктаз (см.). Катализ окислительно-восстановительных реакций, осуществляемый Ф., обусловлен последовательным окислением и восстановлением их флавиновых компонентов. Строением активного центра апофермента Ф., формирующего субстратсвязывающий участок на молекуле фермента, определяется активация субстрата и высокая субстратная специфичность фермента (см. Ферменты), т. е. природа катализируемых Ф. реакций. Полагают, что в составе Ф. частично восстановленные формы флавиновых коферментов стабилизированы, тогда как в свободном состоянии (в р-ре) они нестойки. Связанные с апоферментом атомы металлов, участвующие в каталитическом акте, обеспечивают реакции с такими соединениями, к-рые со свободными флавиновыми нуклеотидами или рибофлавином не взаимодействуют.

Среди простых Ф., состоящих только из белка и флавиновых нуклеотидов, наиболее существенными являются реагирующие с молекулярным кислородом оксидазы L- и D-аминокислот, глюкозооксидаза, моноаминоксидаза (см.), диаминоксидаза. Флавиновые дегидрогеназы (см.), как правило, взаимодействуют с кислородом лишь через промежуточные переносчики электронов. Эти ферменты как, напр., сукцинатдегидрогеназа (см.), могут принимать водород не только от никотинамид-адениндинуклеотида (см.), но и непосредственно от субстратов. Конечным акцептором электронов флавиновых дегидрогеназ в клетках служит цитохромная система митохондрий (см. Цитохромы). При участии флавиновых дегидрогеназ электроны от НАД-Н и янтарной к-ты (сукцината), образовавшихся в цикле трикарбоновых к-т (см. Трикарбоновых кислот цикл), а также от КоА-про-изводных жирных кислот (см.) и других субстратов окисления (а-глицерофосфата, холина, саркозина) включаются в электронопереносящую цепь митохондрий (см.) через общий акцептор — убихинон, к-рый при этом восстанавливается. Появились данные, свидетельствующие о том, что существуют более сложные Ф., в к-рых перенос электронов в дыхательную цепь осуществляется через Ре282-центры. К таким ферментам относится, напр., дигидрооротат-оксидаза (КФ 1.3.3.1). Как и многие другие флавиновые оксидоредукта-зы, этот фермент образует устойчивый семихинон, участвуя в одноэлектронном восстановлении кислорода до супероксид-аниона О (см. Радикалы свободные).

Известны Ф., катализирующие окислительно-восстановительные реакции между никотинамидными нуклеотидами и белками, содержащими железосероцентры в качестве единственной простетической группы (железосульфопротеидами). Таким Ф. является, напр., фермент, обнаруженный в митохондриях коры надпочечников человека и животных и использующий НАДФ-Н для восстановления железосульфопротеида адренодоксина, участвующего в гид-роксилировании стероидов (см.).

К числу сложных ферментов, являющихся Ф., относится сульфитредук-таза (КФ 1.8.1.2), участвующая в ассимиляции неорганического сульфита микроорганизмами, и нитрат-редуктазы (КФ 1.6.6.1—3), осуществляющие восстановление нитрата до аммиака.

Обнаружены Ф., содержащие цитохромы: наиболее известна дрожжевая лактатдегидрогеназа (цитохром) — КФ 1.1.2.3, — состоящая из 4 идентичных субъединиц, каждая из к-рых содержит один ФМН и один цитохром b. Осуществляемые этим ферментом окисление лактата и восстановление цитохрома с относятся к числу процессов, поставляющих клеткам энергию (см. Лактатдегидрогеназа).

Нек-рые Ф. (липоамиддегидрогеназа, тиоредоксинредуктаза) переносят электроны между никотинамидными коферментами и дисульфидами. Эти ФАД-содержащие дегидрогеназы состоят из 2 идентичных субъединиц, содержащих по одному дисульфидному мостику (см. Сульфгидрильные группы).

У анаэробных и фотосинтезирующих бактерий и сине-зеленых водорослей обнаружены простые Ф. — флаводоксины, содержащие ФМН. Эти флаводоксины восстанавливаются гидрогеназой или первичным акцептором электронов в фотосинтезе и, в свою очередь, восстанавливают другие Ф., напр. НАДФ-Н-редуктазу. В фотосинтетических системах флаводоксины заменяются ферредоксинами (см. Фотосинтез).

Значительную группу Ф. составляют флавиновые монооксигеназы (гидроксилазы, оксидазы со смешанными функциями). Действие многих ферментов этой группы, по-видимому, включает последовательные стадии восстановления флавина в дигидроформу, восстанавливающую кислород до перекиси водорода (см. Перекиси), а затем фермент—флавин— пероксидазный комплекс гидроксилирует субстрат. Большинство этих монооксигеназ функционирует с НАД-Н или НАДФ-Н. Субстрат гидроксилирования является положительным эффектором для восстановления флавина пиридиновым нуклеотидом, поэтому фермент функционирует только при наличии достаточного количества субстрата. Микросомные гидроксилирующие ферменты, содержащие цитохром Р-450, функционируют благодаря восстановлению, осуществляемому флаво-протеидом цитохром Р-450—редуктазой, к-рая катализирует перенос электронов от НАДФ-Н к цитохрому Р-450.

Библиогр.: Диксон М. и Уэбб Э. Ферменты, пер. с англ., т. 2, с. 679 и др., М., 1982; Уайт А. и др. Основы биохимии, пер. с англ., т. 1, с. 397 и др., М., 1981; Flavins and flavoproteins, ed. by E. С. Slater, Amsterdam — N. Y., 1966; Warburg О. H. u. Christian W. Ueber ein neues Oxydationferment und sein Absorptionsspektrum, Biochem. Z., Bd 254, S. 438, 1932.

H. В. Гуляева.