Электронный Парамагнитный резонанс в биологии

Применение ЭП1У в исследовании ферментов

Исследование ферментов и разнообразных ферментативных реакций служит, пожалуй, наилучшей иллюстрацией различных приложений электронного парамагнитного резонанса в биологии. Практически все ферментативные реакции можно характеризо­вать тремя основными свойствами, и все они могут быть обнару­жены и измерены методом ЭПР.

Во-первых, с активностью фермента обычно связано образо­вание свободных радикалов, которые безусловно можно обна­ружить методом ЭПР. Во-вторых, большинство важных фермен­тов содержат в своем составе ионы металлов, например железо, медь, молибден. Ферментативная активность часто сопровож­дается изменением валентности этих металлов. Поскольку такие изменения валентности часто связаны с возникновением неспа­ренного электрона в электронном окружении самого иона метал­ла, их мояшо обнаруживать и характеризовать с помощью метода ЭПР - Третье и, по-видимому, самое важное обстоятельство заклю­чается в том, что механизм ферментативной активности, катали­тический по своей природе, имеет прямое отношение к кинетике химических изменений, совершающихся при участии данного фермента, и изучение этой кинетики составляет очень важную часть любого исследования по ферментативной активпости. В на­стоящее время именно в этой области метод ЭПР оказывается наиболее полезным, так как он позволяет непрерывно следить за быстрыми изменениями концентраций как свободных радикалов, так и ионов металлов.

Особенно ваяшо, что этот метод дает возможность одновре­менно контролировать и изменение концентрации свободных ради­калов, и изменение валентности ионов металлов. Это позволяет судить не только о том, с какими изменениями валентности непо­средственно связана активность фермента, но и о том, какова последовательность различных реакций и когда вторичные реак­ции начинают сменять первичные. Для исследования таких фер­ментативных систем используются самые разнообразные методы, поскольку приходится не только изучать спектры различного типа (спектры свободных радикалов и спектры ионов металлов), яо и определять кинетику различных стадий реакции. Так, на­пример, в одпих исследованиях по ферментам применяется метод непрерывного потока, а в других более подходящим оказывается метод быстрого замораживания (гл. 3). Ниже будут приведены многочисленные примеры применения и того, и другого метода.

В гл. 4 довольно подробно обсуждались различные типы спек­тров ЭПР свободных радикалов, наблюдаемые в биохимических и биологических системах, и их интерпретация; поэтому здесь нет нужды еще раз останавливаться на этом вопросе. В то же время спектры ЭПР атомов или иопов металлов подробно еще не рассматривались. Поэтому прежде чем перейти к подробному описанию сигналов, получаемых от ионов металла, содержащегося в ферменте, коротко остановимся на общих вопросах, касающихся спектров ЭПР этих парамагнитных атомов.