Наибольшую субстратную специфичность гемоксигеназа проявляет по отношению к протопорфирину IX. Тем не менее мезогемин IX, дейтерогемин IX и копрогемин I превращаются в этой системе до соответствующих биливердинов. С меньшими скоростями окисляются метгемальбумин, метгемоглобин, а- и Р-цепи гемоглобина, гем—гемопексин и комплекс гемоглобин—гаптоглобин. Такое превращение макромолекул становится возможным только после их расщепления протеолитическими ферментами.
Металлопорфирины содержащие какой-либо другой металл, но не железо не являются субстратами гемоксигеназы.

Вначале происходит связывание гема (Fe3+) с белковой молекулой гемоксигеназы. Затем НАДФН-цитохром с редуктаза восстанавливает образовавшийся комплекс [гемоксигеназа—гем(Fe2+)]. Как и в случае других гемопротеинов, например, цитохрома Р450, впоследствие он становится оксигенированным [гемоксигеназа—гем(Fe2+)—02]. В отличие от предыдущих этапов, которые можно условно назвать подготовительными, последний является пусковым, так как в нем начинается истинный распад гема. В этом случае происходит внедрение атома кислорода в молекулу гема с возникновением первого метаболита а-оксигема. Впоследствие отщепляется а-углеродный атом, превращающийся в СО.

Предполагается существование еще одного промежуточного соединения в гемоксигеназном катализе. Его условно обозначили [688 нм — вещество (Fe3+)] так как в этой области спектра оно дает такую характеристическую картину.

Рассматриваемый интермедиат обладает высоким сродством к СО, образуя комплекс с максимумом поглощения при 688 нм. В результате одноэлектронного переноса и в присутствии 02 это промежуточное вещество превращается в биливердин.

В настоящее время нет единого мнения по поводу структуры активной формы кислорода, внедряющейся в молекулу гемина. Активность гемоксигеназы не ингибируется различными ловушками синглетного кислорода, супероксид-аниона и пергидроксильного радикала. Однако незначительные количества Н202 обнаруживаются в процессе окисления гемина реконструированной гемоксигеназой.

Представленные данные свидетельствуют о парадоксальных свойствах гемоксигеназы. Фермент использует субстрат в качестве кофактора, генерирующего активные формы кислорода для своей биодеградации. В этом случае мы имеем дело с так называемым аутокатализом, который не часто встречается в биохимии.

- Читать далее "Флавинзависимая монооксигеназа. Специфичность FMO"