Biokhimia_cheloveka_Marri_tom_1 (1123306), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Белки: структура и евойгевеа ЛИТЕРАТУРА полнителем (молекулярным ситом), могут возни- кать серьезные ошибки. Электрофорез в полиакриламндном геле Набор стандартных белков разделяют с помощью электрофореза в гелях различной пористости с содержанием поперечных сшивок 5 — 15%. Выявляют белок, окрашивая его кумасси синим или серебром, и определяют молекулярную массу. сравнивая подвижность белка и стандарта. Особенно широкое применение этот метод нашел при определении молекулярной массы протомера; сначала осугцествляют денатурацию олигомера (например, кипячением в детергенте в присутствии ))-меркаптоэтанола), а затем проводят разделение в гелях, содержащих ионный детергент--додецилсульфат натрия.
Электроннаи микроскопии С помошью электронного микроскопа можно получать изображения малых объектов при линейном увеличении в 100000 раз. Это открывает возможность визуализации высокомолекулярных белков в составе вирусных частиц, ферментных комплексов, олигомерных белков. В табл. 5.6 приведены выборочные данные о числе и молекулярной массе протомеров, из кото- рых формируется четвертичная структура ряда фер- ментов. Адеапсеь |п Рго!ет СЬет|ь!гу, Асадетгс Ргеьь, !944 — 1987. (Ежегодник.) Аиви Р., Хльтавlсу Г. !гоп !гапьрог! апд ь!огаае ргоге!пь, Аппп.
Ке~. ВюсЬет., 1980. 49, 357. Ва)д1ли В.2.. 1пгегтсйагеь т рго!е1п Го)йп8, Аппп. Кеу. ВюсЬет.. 1975, 44,453. Свеи Р. 1'., Раьюиап С.О. Етркдса1 ргейсбопь оГ рго!е!и ьггпсгпге. Аппп. Кеч. ВюсЬет., 1978, 47, 251. Сге)) Г.. В. НапдЬоо1с оГ Ат!по Ас!д Бецпепсеь оГ Рго!е!пь, )оупьоп-Вгп~чегь 1.!д. (ОхГогд, Епа!апд), 1973. биге Р. Ф., Войяей Т. М. Мойопь т рго!е1пь, Адм. Рго!е(п СЬет., 1979, 33, 74.
Ншсйетеуег В. Н., с!еНагави Е. Е!есггоп т!сгоьсору оГ епкутеь, Аппп. Кек. В!осЬет., 1974, 43, 279. Г.енног" И~. Х (ед.) ТЬе ВюсЬетпагу оГО1усорго1е1пь апд Рго!ео8!усапь, Р1еппт Ргеьь, 1980. Щаь А., Яоззтпп М. о. Х-гау ь!пйеь оГ ргоге!и !тегасйопь, Аппп. Кее. ВюсЬет., 1974, 43, 475, Феигай Н..
Н!П Я.Х.. (ед.) ТЬе Рго!е(пь, Згд ед.„Асадетгс Ргеьь, 1975. ОьЬогпв .Г. С..(г., Вгенег Н. В. Уг. ТЬе р!аяпа йрорго!еть, АсЬ. Рго!е!и СЬет., 1977, 31, 253. Ятпа Е.С., РокпаИН.Х,6ооо А.М. )г. ТЬер1аьта Врорго!е(пь: Вггпсшге апд те(аЬо!!ьт, Аппп. Кек. В!осЬет., 1978. 47, 751. Глава 6 Белки: миоглобин и гемоглобин Виюиор Родуэлл ВВЕДЕНИЕ БИОМЕДИЦИНСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ГЕМОПРОТЕИНЫ вЂ” МИОГЛОБИН И ГЕМОГЛОБИН Белки, о которых здесь пойдет речь, имеют кардинальное биологическое значение.
Очень важно и то, что на их примере можно проследить взаимосвязь между структурой белков и их биологическими функциями. Гемсодержашие белки участвуют в процессах связывания и транспорта кислорода, в транспорте электронов и фотосинтезе. Детальное изучение гемоглобина и миоглобина выявляет ряд структурных аспектов, общих для многих белков. Говоря о большом биомедицинском значении этих белков, мы имеем в виду, что результаты, полученные при их исследовании, наглядно иллюстрируют структурно- функциональные взаимосвязи. Кроме того, эти исследования выявляют молекулярную основу ряда генетических болезней, таких, как серповидноклеточная анемия (возникающая в результате изменения свойств поверхности !3-субъединицы гемоглобина) или талассемия (хроническое наследуемое гемолитическое заболевание, характеризуюшееся нарушениями процессов синтеза гемоглобина). Летальный эффект цианида и окиси углерода объясняется тем, что эти вещества блокируют физиологическую функцию гемопротеинов — цитохромоксидазы и гемоглобина соответственно.
Наконец, стабилизация четвертичной структуры дезоксигемоглобина 2,3- бисфосфоглицератом (ДФГ) занимает центральное место в исследовании механизмов кислородной недостаточности в условиях высокогорья и процессов адаптации к этим условиям. На примере миоглобина и гемоглобина очень четко прослеживается связь между структурой и функцией белков вообще и глобулярных белков в особенности. Эти два сложных белка содержат в качестве простетической группы гем — циклический тетрапиррол, присутствием которого объясняется и красный цвет этих белков, и их способность запасать кислород (миоглобин) и обеспечивать его транспорт (гемоглобин). Тетрапирролы состоят нз четырех молекул пиррола (рис.
б. !), связанных четырьмя а-метиленовыми мостиками с образованием плоской кольцевой структуры. Что при этом образуется — тем или какое-то родственное соединение— зависит от природы р-заместителей в пиррольных кольцах. Замещающими группами в теме являются метильная (М), винильная Щ и пропионатная (Рг) группы, расположенные в таком порядке: М, У, М, У, М, Рг, Рг, М (рис.
б.2). В центре плоского кольца находптся один атом железа в ферро-состоянии (Ре" ). Тетрапиррольные простетические группы и связанные с ними ионы металлов содержат и другие белки: цитохромы (Рет' и Ре")„некоторые ферменты, например каталаза, триптофанпирролаза, и хлорофиллсодержащие белки (Мбт'). В цитохромах происходит попеременное окисление и восстановление атома железа, играющее определяющую роль в их функционировании (транспорт электронов; см. гл.
!2). Напротив, в миоглобиие и гемоглобиие окисление Е'е'+ приводит к потере их биологической активности Рис. 6Л. Пиррол. Атомы а-углерздв соединены метиленовыми мостиками с образованием тетрвпирролв. При атомах !)-углерода находятся заместители, хирвктерные для того или иного тетрвпиррола, в частности гсмв.
Белки: миоглобии и гемоглобин О Рис. 6.2. Гсм. Пиррольные кольца и атомы углерода, участвующие в образовании метиленовых мостиков, находятся в одной плоскости; почти не выходит из этой плоскости и атом железа (Ре2+). Пятое и шестое координационные положения находятся выше и ниже плоскости гемового кольца на линии, перпендикулярной плоскости. Обратите внимание на природу заместителей при ~3-атомах углерода пиррольных колец: полярная часть гема в молекуле миоглобина обращена в сторону ее поверхности (на рисунке— слева внизу). МИОГЛОБИН Биологическая функция миоглобнна Миоглобин содержится в красных мышцах и участвует в запасании кислорода.
В условиях кислородного голодания (например, при сильной физической нагрузке) кислород высвобождается из комплекса с миоглобином и поступает в митохондрии мышечных клеток, где осуществляется синтез АТР (окислительное фосфорилирование; см. гл. 13). Первичная структура и распределение аминокислот Миоглобин состоит из единичной полипептидной цепи с мол. массой 17000; никаких особенностей в характере составляющих его 153 аминокислотных остатков не обнаруживается. При анализе же их пространственного распределения четко выявляется одна особенность: па поверхности молекулы находятся полярные остатки, а внутри структуры — веполярные; это свойство характерно для глобулярных белков. Остатки, содержащие одновременно и полярные, и неполярные группы (например, ТЬг, Тгр и Туг), расположены так, что неполярные группы ориенти- руются внутрь глобулы.
Если не считать двух остатков гистндина„принимаюших участие в связывании кислорода, то внутренние област;я миоглобипа содержат только неполяуные остатки (например, 1.ец„Уа1, РЬе, Ме(). Вторичная и третичная структур» миоглобина Как показывает рентгеноструктурный анализ, миоглобнн представляет собой компактную, примерно сферическую молекулу размером 4,5 х 3,5 х 2,5 нм (рис. б.3). Примерно 75% остатков образуют восемь правых а-спиралей, содержащих от 7 до 20 остатков. Начиная с Х-конца, спирали обозначают буквами от А до Н. Участки, соединяющие спирали, обозначают двумя буквами, указываюшими соответствуюшие спирали. Индивидуальным остаткам присваивают букву, указывающую спираль, в которой они находятся, и порядковый номер, отсчитываемый от 1Ч-конца спирали, Например, Н1к РЗ вЂ” восьмой остаток в спирали Р, им является гиспшин.
Остатки, далеко отстояшие друг от друга вдоль цепи (например, принадлежашие разным спиралям), могут быть пространственно сближены; например, довольно близко находятся остатки гистидина Р8 (проксимальный) и Е7 (дистальный) (рис. 6.3). Ряд данных свидетельствует о том, что в растворе вторичная и третичная структуры миоглобина Рие. 6.3.
Модель молекулы миоглобина. Контуры — это очертания, наблюдаемые при низком разрешении. Изображены в основном только атомы а-углерода и гем. (Из статьи Р|скегзоп К. Е. 1и: Тпе Рго1е1пк, 2пд ед., Уо!. 2. Хецга1)э Н. (ес)йог). Асадеш(с Ргекя, 1964, с любезного разрешения.) Глава б Проксммельмый нв (е81 диствльнмй нв [е?1 О й! с О О ф близки к структуре кристаллического миоглобнна. В обоих случаях наблюдаются практически идентичные спектры поглощения; кристаллический миоглобин связывает кислород; содержание а-спиралей в растворе, оцениваемое по дисперсии оптического вращения и круговому дихроизму, сходно с данными, полученными методом рентгеноструктурного анализа.
Влияние гема иа коиформацию миоглобина При понижении рН до 3,5 образуется апомиоглобин (миоглобин, не содержащий гема), и содержание а-спиралей резко падает, а последующее добавление мочевины к апомноглобину при нейтральном рН приводит к почти полному их исчезновению. Последующее удаление мочевины диализом и добавление гема полностью восстанавливает число а- спиралей, а добавление Ге" приводит к полному восстановлению биологической (кислородсвязывающей) активности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
