Biokhimia_T1_Strayer_L_1984 (1123302), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Чтобы отделить вторую марку, нужно произвести разрыв только с одной стороны; чтобы отделить третью — тоже с одной. После этого четвертая марка остается свободной. остальных. Присоединение же второй и третьей молекул Оз по величине затраты энергии занимает промежуточное положение между первой и четвертой (рис. 4.18). Такое постепенное увеличение сродства к кислороду придает кривой связывания Оз ту сигмоидность формы, которая выявляется экспериментально. Этот аллостерический механизм можно описать н на уровне более тонкой структуры. Почти все молекулы дезоксигемоглобина находятся в Т-форме. По мере последовательного связывания молекул Оз возрастает вероятность перехода в К-форму.
Сродство Т-формы к Оз е 300 раз ниже, чем сродство К-формы, так как в Тфсрме передвижение проксимального гистидина в плоскость геми имеет Йольтие ограничений. В частности, в Т-форме проксимальный гистидин больше наклонен к плоскости гема Часть 1 Конформации и динамика 4.14. Бнсфосфоглицерат сниагает сродство к кислороду путем образованна перекрестных связей с дезоксигемоглебином БФГ специфически связывается с дезоксигемоглобином в соотношении 1 БФГ на 1 тетрамер гемоглобина. Это очень интересная стехиометрня. Казалось бы, белок, имеющий структуру из()„должен обладать по крайней мере двумя участками связывания какого бы то ии было небольшого соединения. Наличие только одного участка связывания тотчас же наводит на мысль, что БФГ связывается по оси симметрии молекулы гемоглобина в центральной полости, где схо- Свободная энергия связывания Ог в отсутствие перекрестных связей О гз нт о и и о о о о ст вя З.я ья ья Связываемые молекулы 02 Рис.
4.18. Свободная энергия связи последовательных молекул О, (ср. с моделью, описанной на рис. 4.17). Сродство связывания (- Або) возрастает, так как для присоединения четвертои молекулы О, нужно разорвать меньше перекрестных связей, чем для присоединения первой. дятся 4 субъединицы (рис. 4.19). Участок связывания БФГ образован положительно заряженными остатками, принадлежащими обеим ()-цепям, а именно: а-аминогруппой, лизином ЕР6 и гистидином Н21.
Очевидно, что зти группы легко взаимодействуют с отрицатеяьно заряженным БФГ, имеющим при физиологическом значении рН почти 4 отрицательных заряда. Стереохимически БФГ комплементарен констелляции из 6 положительно заряженных групп ()-цепей, обращенных к внутренней полости молекулы гемоглобина (рис. 4.20). Более слабое связывание БФГ гемоглобином плода по сравнению с гемоглобином А объясняется тем, что у гемоглобина плода в положении Н21 находится серии, а не гистидин. При оксигенировании БФГ отщепляется, поскольку централъная полость становится слишком мала.
В частности, сужается промежуток между Нюпиралями б-цепей. Кроме того, расстояние между а-аминогруппами возрастает с 16 до 20 А, вследствие чего исчезает контакт между ними и фосфатными группами БФГ. Теперь нам понятно, почему БФГ снижает сродство к кислороду. Образуя оерекрестные связи с б-цепями, БФГ стабилизирует четвертичную структуру дезоксигемоглобина. Другими словами, БФГ сдвигает равновесие в сторону Т-формы. Как уже упоминалось, в дезоксигемоглобине имеется 8 соленых связей, заякоривающих его концевые карбоксильные остатки. Для того чтобы произошло оксигенирование, зти соленые связи необходимо разорвать.
Присоединение БФГ создает дополнительные солевые связи, которые должны быть разорваны. В итоге сродство гемоглобина к кислороду при присоединении БФГ оказывается сниженным. 4.15. СО э присоединяется к концевым аминогруппам гемоглобина, снижая его сродство к кислороду У аэробиых организмов на одну молекулу потребленного О, образуется примерно 0,3 молекулы СО . Большая часть СО транспортируется кровью в виде бикарбоната, который образуется в зритроцитах пол действием карбоангидразы: СО, + Н,О НСО, + Н'. Значительная часть Н', высвобождающегося в этой реакции, присоединяется к лезоксигемоглобину и таким образом участвует участок свяэывания Еисфосфоглицарата Участок связывания бисфосфогяицерата в центральном углублении молекулы дезоксигемоглобина.
(Регщх М. Г. ТЬе Ьешоб!оЬ(п шо1есп1е, 1964.) Рис. 4.19. в эффекте Бора. Кроме того, СО транспортируется гемоглобином в форме карбамати. В основе этого процесса лежит обратимая реакция между находящимися в неионизированной форме а-аминогруппами гемоглобина и СО,:  — )ЧНэ + СО, —  — (ь(НСОО + Н' Связанные карбаматы образуют солевые мостики, которые стабилизируют Т-форму. Отснэда следует, ино присоединение СОэ снижает сродство гемоглобина к кислороду. И наоборот, СО, более прочно связывается с дезоксигемоглобином, чем с оксигемоглобином. 4. Гемоглобин: аллостерическнй белок 4 16. Механизм эффекта Бора Каким образом гемоглобин связывает протоны при своем превращении из окон- в дезоксиформу? Очевидно, при этом превращении должно возрастаешь сродство определенных участков к Н+.
В частности, при превращении нз окон- в дезоксиформу должно увеличиваться значение рК отдельных групп, поскольку увеличение рК означает более сильное связывание Н . Гемоглобин связывает около 0,5 Н' в расчете на одну высвободившуюся молекулу О . Это присоединение Н ' позволяет поддерживать по- Способ связи БФГ с дезоксигемоглобином человека. Бисфосфоглицерат взаимодействует с тремя положительно заряженными группами в каждой (3-цепи. [Агпопе А., )к(а1пге, 237, 148 (1972).~ стоянство рН в тканях с активным метаболизмом. У каких конкретных групп повышается значение рК? Рассмотрим сначала возможные участки связывания Н" в гемоглобине (рис.
4.21 и табл. 4.1) и затем сузим круг выбора. Значения рК карбоксильных групп боковой цепи глутамата и аспартата составляют обычно 4. Маловероятно, что их рК возрастут до 7 — 8 — условие, необходимое для участия в эффекте Бора. Подобным же образом маловероятно, что значения рК боковых цепей тнрозина, лизина и аргинина могут быть сдвинуты в достаточной мере, посколысу обычно их рК превышает 10. Отсюда следует, что эффект Бора может быть обеспечен участием гистиднна, цистеина и концевой аминогруппы, так как нор- Часть 1 Конформации и динамика мальные значения рК этих групп лежат в области 7.
Путем сопоставления данных химического и рентгеноструктурного анализа удалось идентифицировать специфические группы, ответственные за эффект Бора. Рентгеноструктурный анализ указывал на вовлечение в эффект Бора остатков гистцднна, расположенных на С-конце каждой из (3-цепей гемоглобина (гистидин-1468). Справедливость этого предположения была проверена следующим путем.
Был получен гемоглобин, б-цепи которого не содержали гистидина-146. Этого удалось достичь путем непользования карбоксипептидазы  — специфического протеолитического фермента, расшепляющего в некоторых полипептидных цепях пептидную связь, образованную концевой аминокислотой основного характера, расположенной на С-конце пептида, т.е. содержащей свободную карбоксильную группу. Такая модификация гемоглобина приводила к снижению эффекта Бора в два раза. Отсюда следует, что гистидин-146 обеих (иценей вносит, по-видимому, основной вклад в эффект Бора.
Роль концевых аминогрупп гемоглобина в эффекте Бора была убедительно доказана следуюшим образом. Концевые аминогруппы модифицировали обработкой циа- Таблица 4.1. Знвчепвв рК ювнзнруемых групп в белках Типичное зна- ченне рК Кнслота м Основание + Н Группа — ОООН СОО + Н' кислоты — СООН м — СОО 4 Н' 3,1 4„4 ~(+ н' 6,5 Гвстнлнн Н Н 8,0 8,5 НН»»» НН» + Н' ЯНм — Я + Н+ Концевая амвногрупца Цнстевн Тнрозвн 10,0 10,0 Лизин — ХН»»» — 1ЧН» + Н Н,,НН Ф вЂ” 1ч — С + н+ НН, Аргнннн 12,0 приобретает большее сродство к Н+ вследс»ивин локального изменения заряда в его непосредственном окружении. Аналогичным образом изменяется при дезоксигенировании окружение концевых амнногрупп а-цепей.
В оксигемоглобине зти группы свободны. В дезоксигемоглобине концевая аминогру»ша одной а-цепи взан- патом, приводящей к образованию карбамоилироизводного, не способного более связывать Н'. Если карбамоилировали концевые аминогруппы только В-цепей, то эффект Бора сохранялся полностью. Если модификации подвергались концевые аминогруппы также и а-цепей, то эффект Бора существенно уменьшался. Рентгеноструктурный анализ дает конкретную картину участия этих групп в обеспечении эффекта Бора. В оксигемоглобине гистндин-146)) своболно вращается, а в дезокснгемоглобине этот концевой остаток участвует в ряде взаимодействий.
Особенно важное значение имеет взаимодействие имидазольного кольца этого гнстиднна с отрицательно заряженным аспартатом-94 в той же )3-цепи. Непосредственная близость этой отрицательно заряженной группы повышает вероятность связывания протона гисгидином (рис. 4.22).
Другими словами, близость аспартата-94 повышает рК гнстндина -!46. Таким образом, лри переходе от окси- к дезоксигемоглобину гигтиди»»-146 — рм зрнтроцнтов »о Рнс. 4.21. Н вЂ”, + НСО + Н' — »Н —.— С МН )) О Каранаке л. нронвнеянев Конаваан Цнанат анкнагрупка Гемоглобин» аллостерический белок Концевой карбокснл Аспарагютвая и глутамнновая Типичные величины рК кислотных групп белков.Окруягение отдельной группы может изменить ее реальную нелкчнну рК в сторону повышения нли понижения. н н ,с — н нй =с — сн,— О- — сн,— с О Н Авр-94 Н1в-146 Рнс. 4.22. Аспартат-94 повышает рК гистидина-146 в дезоксигемоглобине, но не в оксигемоглобине.
Близость отрицательного заряда на аспартате-94 способствует протонированию гнстидина-146 в дезоксигемоглобине. 4.17. Коммуникация внутри белковой молекулы Как мы видели, связывание гемочлобином О,, Н', СО, и БФГ находится в определенной взаимосвязи. Эти молекулы присоединяются к пространственно разобщенным участкам, коммуникация между которыми опосредована конформационными изменениями внутри белка.
Наличие раздельных участков связывания для этих молекул объясняется тем, что различна структура самих связываемых молекул. Взаимодействия между разными участками связывания опосредавапы изменениями четвертичной структуры. В сущности все известные аллостерические белки состоят из двух и более полипептидных цепей. Область контакта между двумя цепями способна усиливать ч и передавать конформационные сдвиги от одной субъединицы к другой. У аплостери- Часть 1 Конформацня и динамика модействует с концевой карбоксильной группой другой а-цепи. Близость отрицательна заряжеппога карбокси.шраваппого остатка в дезокгигемаглобипе повышает сродство этой концевой аминагруппы к Н+.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
