2.4. Металоферменти

В даний час в живих організмах знайдено багато ферментів, до складу яких входять іони металів, що виконують наступні основні функції. По-перше, будучи електрофільно групою активного центру ферменту, іон металу полегшує взаємодію з негативно зарядженими ділянками молекул субстрата (каталітична функція як кислоти Люіса). По-друге, іон металу формує каталітично активовану конформацію структури ферменту. У ряді випадків іони металів, які можуть знаходитися у змінних ступенях окислення, беруть участь в транспорті електронів.

Один з можливих механізмів взаємодії ферменту з субстратом розглянемо на прикладі карбоксипептідази А — ферменту підшлункової залози ссавців (схема 1) . Фермент складається з білкового ланцюга, що містить 307 амінокислотних залишків, і одного іона цинку. Координаційне число цинку рівне 4; три місця в координаційній сфері зайнято двома атомами азоту і одним атомом кисню трьох різних амінокислотних залишків (His-69, Glu-72, His-196). Четверте місце вакантне і призначене для акцептації електронної пари атома кисню амідного зв'язку. Таким чином, іон цинку діє в даному випадку як кислота Люіса. Координація тетраедру металу сприяє формуванню такого розташування білкових фрагментів біля активного центру, яке забезпечувало б велику реакційну здатність ароматичних амінокислот, в основному фенілаланіна.

Іон цинку входить також до складу ферменту карбоангидрази З; три місця в координаційній сфері зайнято атомами азоту трьох залишків гистідіна (93,95,113), четверте вакантно.

Схема 1. Механізм дії карбоксипептідази А

До складу ферменту алкогольдегидрогенази входять два іони цинку. У одного з них всі чотири місця в координаційній сфері зайнято донорнимі атомами сірки залишків цистєїна (97, 100, 103, 111), у іншого нона зайнято тільки три місця (Cys-46, His-67, Cys- 174). Каталітичною активністю володіє тільки другий координаційний центр.

2.5. Інші комплекси металів з білками.

Транспорт практично усіх металів в організмі здійснюється у вигляді їх комплексів з білками. Так, залізо переноситься в плазмі за допомогою особливого транспортного білка — трансферріна (Mr = 79 550), який має дві ділянки скріплення Fe³⁺: один з них називається кислотолабільним, оскільки дисоціація по ньому легко проходить в кислому середовищі, інший — кислотостійким. Кислотолабільний ділянка завантажена іонами заліза завжди більшою мірою, чим кислототривкий. Комплекс трансферріна із залізом дуже міцний, константа стійкості рівна 10²⁴, Для оцінки цієї величини вкажемо, що об'єм плазми, в якому знаходиться один вільний іон заліза, більше 1 л. У організмі тільки 25—40 % трансферріна знаходиться в комплексі із залізом. Трансферрін крові може зв'язувати максимально до 72 мкмоль заліза в 1 л плазми. Окрім заліза, у формі Мe³⁺ переноситься тільки один біогенний елемент — хром. Хром також специфічно зв'язується з трансферріном, проте центр його скріплення не співпадає з залізозв’язующим центром. Цинк, кальцій і кобальт переносяться у вигляді комплексних з'єднань з Альбуміном, а марганець і нікель з макроглобулінами. Частина іонів Мn²⁺ при попаданні в плазму окислюється, іони Mn³⁺ транспортуються трансферріном (іони Мп²⁺ з цим білком не зв'язуються), Процес утворення комплексних сполук металів з білками на всьому шляху їх транспорту з травного тракту до місця використання поки недостатньо вивчений. Останнім часом виділений ряд білків, яким призначається специфічна транспортна функція тих або інших іонів (транскупрєїн, трансманганін, никелеплазмін, а також кобаламіни — для кобальту у складі вітаміну В₁₂).

Особливої уваги заслуговує білок металлотіонєїн. Він складається з 61 амінокислотного залишку, з них ЗО — залишки цистєїна, остальниє — гліцина, лізину і серіна. Цей білок здатний зв'язувати до 7—10 атомів металу (цинку, кадмію, міді, ртуті, золота і срібла) . Чинниками, що індукують синтез в печінці металлотіонєїна, є підвищені концентрації вказаних іонів, деякі екзотоксини і ендотоксини, що утворюються при інфекційних процесах, голодуванні, фізичному навантаженні, лапаротомії і ін. Роль металотіонєїн в організмі остаточно не з'ясована. Встановлено, що у вигляді комплексу з металлотіонєїном існує внутріклітинний транспорт міді і цинку. Мабуть що в комплексі з цим білком в організмі депонується цинк. Металлотіонєїни регулюють процес всмоктування деяких іонів. По одній з гіпотез металлотіонєїн — протектор, що оберігає організм від токсикациі іонами металів.