Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 74
Текст из файла (страница 74)
Связывание кислорода с гемом в миоглобине зависит, кроме того, от колебаний молекулы белка. Гем спрятан глубоко внутри белковой глобулы, так что кислород нс люжет напрямую проникнуть из раствора к центру связывания. Если бы белок имел жестко фиксированную структуру, кислород не мог бы хоть в сколько-нибудь аначнтельной степени связываться нли высвобождаться из комплекса с томом. Но быстрые изгибы боковых цепей аминокислотных остатков способствуют кратковременному образованию пор в структуре белка, позволяющих кислороду проникать внутрь глобулы и выходить наружу.
Компьютерное моделирование быстрых структурных флуктуаций в молекуле миоглобина подтверждаст существование нескольких подобных путей. Один нз основных путей открывается при вращении боковой цепи дистального Н(я (Н(з Е7), происходящем во временном интервале нескольких наносекунд (1О-з с). Этот факт еще раз подтверждает, что даже едва заметные конформациопныс изменения могут иметь решающее значение лля активности белка.
Гемоглобин переносит кислород в крови $ Кнслородспязывпющнй белок гемоглобин — транспорт кислорода. Практически весь кислород, транспортируемый кровью в организме жипо~ных, связан с гемоглобином и переносится с его помогцью в составе эритроцитов (красных кровяных клеток). Нормальные эритроциты человека представляют собой неболыпие двояковогнутые диски с диалзетром от 6 до 9 мкм. Онн образуются из стволовых клеток- предшественников — гемоцитобластов. В процессе созревания стволовые клетки образуют дочерние клетки, которые синтезируют большое количество гемоглобина и теряют ряд внутрнклеточных органелл — ядро„митохондрии н зндоплазматический ретикулум.
Таким обра- зом, эритроциты представляют собой неполноценные, рудиментарные клетки, нс способные к самовоспроизведению, которые в организме человека живут не более 120 дней. Основная функция эритроцитов — это перенос гемоглобина, растворенного в цитозолс в высокой концентрации (массовая доля около 34%). В артериальной крови, проходящей от легких через сердце к периферическим тканям, гемоглобин примерно на 9674 насыщен кислородом.
В венозной крови, возвращающейся к сердцу, гемоглобин насыщен кислородом лишь па 64%. Таким образом, каждые 100 мл крови оставляют в тканях около одной трети содержащегося в крови кислорода, т. е. 6,5 мл газообразного Оз (при атмосферном давлении и температуре тела). Миоглобин, у которого кривая связывания кислорода имеет вид гиперболы (рис. 5-4, б), сравнительно малочувствителен к небольшим изменениям концентрации растворенного кислорода и потому может использоваться в качестве хранилища (депо) кислорода.
Гемоглобин, состоящий из нескольких субъсдиниц и имеющий несколько центров связывания Оз, лучше приспособлен для транспортировки кислорода. Как мы увидилз палее, взаимодействие между субъсдиницами мультимерного белка способствует его высокой чувствительности к нсболыпим изменениям концентрации лиганда. Взаимодействие между субъединицами гемоглобина вызывает конформационпыс изменения, которые в сино очередь изменяют сродство белка к кислороду. Регулирование связывания О, позволяет белкам, транспортирующим кислород, реагировать на изменения потребностей в кислороде в тканях. Субъединицы гемоглобина имеют структуру, сходную со струнтурой миоглобина Гемоглобин (НЬ) имеет молекулярную массу 64 500 и представляет собой практически сферическую молекулу с диаметром около 5,5 нм.
Этот тетрамерный белок содержит четыре простетические гемовые группы, каждая из которых соединена с одной полипептидной цепью. Гемоглобин взрослого человека состоит из глобинов двух типов — двух ст-цепей (каждая содержит 141 аминокислотный остаток) и двух р-цепей (по 146 аминокислотных остатков). Хотя аминокислотные последовательности и- и к полипептидам гемоглобина, за исключением того, что его а-субьединица це имеет короткой спирали 1). Гемснязываюгций кармы! сформирован в каждой субъединицс главным образом спиралями Е и Е Четвертичная структура гемоглобина характеризуется сильным взаимодействием между ньл 3У н т--- Р К Я А У т ь с м р-Субъелнннца гемоглобина Мног13сбн33 пр ЫВЛЬ Н16 с В А с ч к с н.
ан К .У А о л ь т н А У днста- льный ни В Н Н21 — — А К У К Е Н26 — — 3 с У с 3С К К вЂ” -НС11 362 У вЂ” -нс2 36Б 3 н — -ЕОБ~ ) ТО.1ЬБА 6 33ЬВ н Иьа 12341 Часть 1. 5. Функции белков , Гемоная. группа ~~;;ф=вр $4$, Рнс. 5-б. Сравнение структуры мнаглобмна (РВВ 10 1МВО) н (1-субъедмнмцы гемоглобина (РВВ 10 1НОА). Д-субъелиниц совпадают менее чем на 50%, трехмерные структуры этих двух тинов субъсдиниц очень похожи. Более того, их конформация очень напоминает структуру миоглобина (рис.
5-6), несмотря на то что три полипептндные последовательности имеют идентичные аминокислотпые остатки лишь в 27 позициях (рис. 5-7). Все три полипептида относятся к семейству глобинов. Правила обозначения спиральных участков, описанные выше для миоглобина, применимы и Рнс 5гд Сравнение аминокислотнмх последовательное-(В тей миаглобина нита н а- и р-субъедиииц гемоглобина человека. Пунктмрнымн лннмямн помечены границы спиральных участков.
Для оптимального выравнивания в обе последовательности НЬ необходимо ввести короткие пробелы. За исключением отсутствующей спирали В в НЬа, все остальные спиральные участки можно именовать в соответствии с существующими дагавореннасгямм, чта подчеркивает одинаковое расположение идентичных амннакнслатных остатков ва всех трех структурах (выделены цветом). Розовым цветом выделены амннокнслатные астап!!с которые идентичны ва всех известных глобннах.
Заметьте, что амннокнслатные остатки с одмнакавымн буквенна-численными обозначениями не обязательно находятся в одинаковых позициях в линейных палнпептндных последовательностях. Например, днстальный остаток Ни ва всех трех последовательностях называется Ни ВУ, на в пасаедаватеяьнапях МЬ, НЬп н НЬ(3 ан представляет собой соответственно Нж™, Нам н Н1261. Не входящие в состав спиралей амннакнслотные остатки, расположенные за пределами первого (А) и последнего (Н) и-спирального учасп3а на Н- м С-нанцах последовательности, соответственно обозначаются кан НА н НС. мь НА 1 — 3 У с *1 В Е с Е н с У н У н А К А!6- — Е А В1--ь О У Л с н с с о 1 ь 1 В ь Р К Э16 --Б С3 — - Н Р Б т 3.
Сг К Р О а Р к н Е К о! — - у Е А Е к О! - — А Е1 -- ° Б Е О ь к К ° Б н с У т У ь т А с А 1 Е16--. 3 Ньа 3У ь Я Р А О К т н У к А А Ю с , К с А н А с Е У о А е * ь К а и Р Я Р Р т т к т Ъ' Р Р н Р О ь В н н °вЂ” ОУ о Е ч с с Е А 3. 'с в ь У У Р и т ч а Р—— Р В Р с о Е Я т--- Р О А У и о —- н —- Р К аэ В А и К К У ь с л Р О с 3. —— мь К К К с н н А и - — ь К Р ь А ч В Ксн- РЭ Н ный Рэ ---л У К н к 1 С1 — 3' 3 К Е Р * ! 1 н У ь н Я О36---В н 6 Р с О Р Н3 — -С А О А в с А м н К А ь Е с Е юК о А НЬа А н У о О н Р и Л ь Б А с Б О н А н К ь В У о Р У Б Р К 3.
Я н с ь ч т ь Л Л н ь Р А К Р т Р 3ал У н А Б ь О К г ь А Я ч Б т У т ньр А н о ь К с т Р— А т ь Я Е н с-- О К н У о АР Р Е ь с н У 1. ч с У с А н н-— К Е Р У вЂ”- Р Р У с А А У ч к У У А с У А н 63 А ь А 51 Обратимое связывание белков с лигакдами: белки, связывающие кислород (255) А РО1 Р-субъсди- нипа Гис. 5-8. Основные взаимодействия между субьедиииНиии гемоглобина. а-Субъединицы изображены более светлыми, р-субъединицы — более теиныии. Наибопеп сильное взаимодействие (выделено) наблюдается между субъединицаии разных типов. Связывание киспорода слабо влияет на контакт а|рм однако в контакге аф, наблюдаются значительные изиенения с разрнпом нескольких ионных пар (РОВ 16 1НОА). субъединицами разных типов.
В зоне контакта аД (и аналогичным образом в зоне контакта агап) расположено болсе ЗО амипокислотных остатков, и это обеспечивает настолько высокую прочность взаимодействия, что, хотя при обработке гемоглобина мочсвиной в сравнительно иягкнх условиях тетрамер распадается на лва ар-лнмера, далее эти димеры нс распаггаются. В зоне контакта гпг()з (и спзр,) задействовано по 19 остатков (рис. 5-8). В местах контактов прсаьтадают пздрофобные взаимодействия, однако пбрззуются также водородные связи и ионные пары (иногда называемгле солевыми мостиками), значение которых мы обсудим далее. Связывание кислорода сопровождается структурными перестройками гемоглобина Методом рснтгенострукгурного анализа было поюззно наличие двух основных конформаций гемоглобина, называемых К- и Т-состояниями. Кислоргл связывается с гемоглобином, находящимся в любом состоянии, но горазло большее сродство он псе же имеет к гемоглобину в состоянии К.
Связыпзкне с кислородом стабилизирует К-состояние. Экспериментально показано, что в отсутствие кислорода более устойчивым является состояние Т и преобладает конформация деаоксигемоглобина. Буквы Т и К исходно обозначали соответственно напряженную (англ. Гетпте) и релаксированпую (ангж ге(ахе4 конформацию, поскольку состояние Т стабилизирована большим количеством ионных пар, многие из которых расположены в зоне контакта агрз (и сгпр,) (рис.
5-9). Связывание кислорода с субъединицей гемоглобина, находящейся в состоянии Т, приводит к конформационным изменениялп и переходу в состояние К. В результате изменении конформации всего белка структура отлельных рп Лвр НК мг) СОО РО1 НС» ' Агхс Аср аг 1 у ге вжпъпмьжгжажппг нсз нэ сл ап - лпр АХ' СБ нэ нсз .' Нп Лмр р~ СОО хн) НСЗ Рсг Рис. 5-9. Некоторые ионные пары, стабилизирующие состояние Т дезоксигеиоглобииа. а) Крупный план фрагмента молекулы дезоксигеиоглобина находящейся в состоянии Т (РОВ П1 1НОА).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
