Biokhimia_cheloveka_Marri_tom_1 (1123306), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Таким образом, информация, содержащаяся в первичной структуре апомиоглобина, в присутствии гема однозначно детерминирует свертывание молекулы белка с образованием нативной, биологически активной конформации. Это важное положение распространяется и на другие белки: первичная структура белка определяет его вторичную и третичную структуру. Пространственная ориентация атома железа, проксимальиого и диетального остатков гистидииа в молекуле миоглобина Гем в молекуле миоглобина расположен в щели между спиралями Е н Г„.
его полярные пропионатныс группы ориентированы к поверхности глобулы, а остальная часть находится внутри структуры и окружена неполярными остатками, за исключением Н(в Г8 и НЬ Г7. Пятое координационное положение атома железа занято атомом азота гетероциклического кольца.проксимальиого гиетидина Н1я Г8 (рис. 6.4). Дястальный гястидяи (Н(я Е7) расположен по другую сторону гемового кольца, почти напротив НЬ Г8, но шестое координационное положение атома железа Н1я Е7 остается свободным (рис.
6.4). Расположение атома железа В неоксигенированном миоглобине атом железа на 0,03 нм выступасг нз плоскости кольца в направлении Н)в Г8. В оксигеннрованном миоглобине атом кислорода занимает шестое координационное положение атома железа, а сам атом железа выступает из плоскости гема только на 0,01 нм. Таким образом„ оксигенирование миоглобина сопровождается смещением атома железа и, следовательно, Н1я Г8 и ковалентно связанных с ним остатков в направлении Рис. 6.4.
Положснис молекулы кислорода в геме после оксигснирования. Изображсны также имидазольныс кольца двух важных остатков гистидина в глобиновой цепи, которые располагаются рядом с атомом железа. (Из работы Нагрег Н.А. е~ а1., Рйув1о1681зсье СЬепп)е. Брг1пяег-Чсг(ад, 1975, с любезного разрешения.) плоскости кольца; в результате эта область белко- вой глобулы принимает новую конформацию. Связь„образующаяся между атомом кислорода и атомом Ге", при окснгенированни миоглобина направлена перпендикулярно плоскости кольца гема. Второй атом кислорода удален от дистального гистидина, и связь между атомами кислорода образует относительно плоскости гема угол 121 (рис. 6.5).
Рис. 6.5. Предпочтительные ориентации молекул кислорода и окиси углерода, связанных с атомом железа изолированно~о гема (темные полоски). Белки: миоглобин н гемоглобин 80 ае $ 80 $ И 40 20 ~О О ! БАЮМИ м ~ 1 СФ О ! ~ге~ ! Окись углерода (СО) связывается с изолированным гемом примерно в 25000 раз более прочно, чем кислород. Поскольку атмосферный воздух содержит следы СО и еще небольшое количество СО образуется в ходе нормального.катаболизма гема, возникает вопрос: почему же шестое координационное положение железа в многлобине занято не СО, а молекулой О,? Связано это со стерическими ограничениями, возникающими в миоглобине. Молекула СО, связываясь с гемом, стремится принять такую ориентацию, при которой все три атома (Ге, С, О) находятся вдоль линии, перпендикулярной плоскости кольца гема (рис.
6.6). Для изолированного гема такая ориентация вполне возможна, но в миоглобине связыванию СО в такой ориентации стерически нренятсп~ует дистальиый гистидин (рис. 6.6). Поэтому СО связывается в менее благоприятной конфигурации, что понижает прочность связи СО с гемом более чем на два порядка, так что она становится всего лишь в 200 раз прочнее, чем связь гем — О,. Тем не менее небольшая часть молекул миоглобина (около 1%) в нормальных условиях связывает СО. Кцнетика оксигенцрования мипглобина Почему миоглобин неспособен транспортировать кислород, но зато эффективно его запасает? Количество кислорода, связывающегося с миоглобином («процент насыщения»), зависит от концентрации кислорода в среде, непосредственно окружающей молекулу белка (эту концентрацию выражают как Р— парциальное давление кислорода).
Зависиог мость между количеством связанного кислорода и Ро можно представить графически в виде кривой насыщения миоглобина кислородом (крнвой диссоциации кислорода). Дли миоглибииа изотерма адсорбции кислорода имеет форму гиперболы (рис. 6.7). Рис. б.б. Ориентация молекул кислорода и окиси углерода. связанных с атомом железа гемв в составе миоглобина. Дистальный гистидин Е7 препятствует связыванию СО в предпочтительной для этой молекулы ориентации--- под углом 90' к плоскости гемового кольца. 0 0 40 80 100 РО ф мм Рт. ет.
2 Рис. 6.7. Кривая насыщения миоглобинв кислородом. Ро в ткани, окружающей легочные капилляры, составляет 100 мм рт. ст., поэтому миоглобин в легких мог бы весьма эффективно насыщаться кислородом. В венозной крови Ро равно 40 мм рт. ст., а в активно работающей мышце — около 20 мм рт. ст. Но даже при парциальном давлении 20 мм рт.
ст. степень насыщения миоглобина кислородом будет весьма значительной, и поэтому миоглобин не может служить средством его доставки от легких к периферическим тканям. Однако при кислородном голодании, которым сопровождается тяжелая физическая работа, Р в мышечной ткани может понизиться и до 5 мм рт. ст.; при столь низком давлении миоглобнн легко отдает связанный кислород, обеспечивая тем самым окислительный синтез АТР в митохондриях мышечных клеток. ГЕМОГЛОБИНЫ Биологическая функция гемоглпбицов Гемоглобины — структурно-родственные белки, находящиеся в-эритроцитах позвоночных. Они выполняют две важные биологические функции: 1) переносят О, из легких к периферическим тканям; 2) переносят СО, и протоны от периферических тканей к дыхательным органам для последующего выведения из организма.
Сравнительная биохимия гемоглобинов чрезвычайно интересна сама по себе, однако мы здесь сосредоточим внимание только на гемоглобинах человека. Первичная структура гемоглобина А В отличие от миоглобина, который не имеет четвертичной структуры, гемоглобины представляют собой тетрамерные белки, молекулы которых образованы различными типами полипептидных цепей (они обозначаются а, р, 7, Ь, Б и т.д.). В состав молекулы входят по две цепи двух разных типов.
Длина Гсавсс б а- и 13-цепей примерно одинакова — а-цепь содержит 141 остаток, а 13-цепь — 146; однако а- и 13- полипептиды гемоглобина А (НЪА) кодируются разными генами и имеют разную первичную структуру. В то же время первичная структура 13-, у- и Ь-цепей гемоглобина человека в значительной степени консервативна.
Вторичная и третичная структура гемоглобина А Несмотря на различия в длине цепи и аминокислотной последовательности миоглобина и 13- полипептида НЪА, они имеют почти идентичную вторичную и третичную структуру. Это поразительное сходство, которое распространяется на расположение гема и восьми спиральных участков, частично обусловлено тем, что в эквивалентных положениях первичной структуры миоглобина и ~3-субъединицы НЬА находятся хотя и различающиеся, но сходные по своим свойствам аминокислоты, а-Полипептид также весьма сходен с миоглобином, хотя в нем содержится семь, а не восемь спиралей.
Как и в миоглобине, гидрофобные остатки у него размещаются внутри структуры, а гидрофильные (опять-таки за исключением двух остатков гистидина) — на поверхности; это в одинаковой мере свойственно и п-, и р-субъединицам. Четвертичная структура гемоглобина А Свойства индивидуальных гемоглобинов неразрывно связаны с их четвертичной, равно как и вторичной и третичной, структурами. Наиболее распространенные гемоглобины имеют следующую тетра- мерную структуру: НЬА (нормальный гемоглобин взрослого человека) — пз13з; НЬГ (фетальный гемоглобин) — азу,; НЬБ (гемоглобин при серповидно- клеточной анемии) — а,Б„НЬА, (минорный гемоглобин взрослого человека) — а,б,.
Четвертичная структура наделяет гемоглобин дополнительными важными особенностями. (отсутствующими у миоглобина), которые способствуют выполнению гемоглобином его уникальной биологической функции и обеспечивают возможность строгой регуляции его свойств. Гемоглобин обладает аллостерическими свойств амп (от греч. алсгос — другой, сгсзерос— место, пространство), и на его примере можно лучше понять свойства других аллостерических белков. Кииетика оксигеиироваиия гемоглобина Гемоглобин связывает четыре молекулы кислорода на тетрамер (по одной на гем в каждой субъединице); особенно важным отличием его от миоглобина является характерная кривая насьццения кислородом, которая имеет сигмоидную форму (рис. 6.8). Таким образом, способность гемоглобина связы- 1ОО 90 М ио побин Оксиганированная кровь, поступающая иа легких 70 Дезоксигенированная кро вь вращающаяся из тканей ЗО 2О Гемогпобинн ! 0 0 20 40 60 80 100 120 140 Давление газообразного кислороде, мм рт.
ст. Рис. 6.8. Крнвьсе связывания кислорода гемоглобином и миоглобином. Парциальное давление кислорода в артериальной крови составляет около! 00 мм рт. сз., в венозной крови - около 40 мм рт. сз., в капиллярах кровеносных сосудов активной мышцы — около 20 мм рг. ст.„. минимальное давление, необходимое лля функционирования ферментов цнгохромной системы, равно 5 мм рт. ст. Из рисунка видно. что ассоциация цепей с образованием теграмерной структуры приводит к сусцественному повьпцению зффективности снабжения тканей кислородом по сравнению с мономерными белками. (Изолированные цепи гемоглобина обладают примерно таким жс сродством х кислороду.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
