Э. Рис, М. Стернберг - Введение в молекулярную биологию от клеток к атомам (1128690), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Обратите внимание на близость колец двух триптофановых остатков Тrf 62 иТrp 63 к сахарам, располагающимся в участках А и В. Благодаря вандерваальсовым контактам и образованию водородных связей с этими остатками осуществляется дополнительная фиксация субстрата в активномцентре.с ингибиторами, химически сходными с полисахаридом клеточной стенки. С помощью рентгеноструктурного анализа Филлипсом и др. была определена пространственная структура белка как такового и белка,закристаллизованного вместе с ингибитором. Оказалось, что лизоцим состоит из двух доменов, образующих щель, в которой находится активный центр, способный связать гексосахарид, причем для связываниякаждого из шести сахарных колец на ферменте имеется свой участок (эти участки обозначаются буквами А,В, С, D, Е и F) (рис.
14.2).Рис. 14.3.находится в форме —СООН). Окружение Asp52, наоборот, полярно, поэтому карбоксильная группаэтого остатка депротонирована (т. е. находится вформе —СООН).Реакцию гидролиза можно подразделить нанесколько этапов.1. —СООН-группа остатка Glu 35 предоставляет свойпротон гликозидному кислороду, что приводит к разрыву связи между этим атомом кислорода и С,-атомом сахарного кольца, располагающегося в участкеD. Получившийся в результате фрагмент исходногополисахарида, включающей в себя сахарные кольца,которые находятся в участках Е и F, являетсяпродуктом и может освободиться из комплекса сферментом.2.
Сахарное кольцо, располагающееся в D-участке,имеет искаженную конформацию, соответствующую конформации переходного состояния. Приэтом С г атом оказывается положительно заряженным. Углеродный атом в таком состоянии называется карбоний-ионом. Он стабилизируется с помощью отрицательного заряда близко расположенногоостатка Asp 52.3. Гидроксильный ион (ОН), донором которого служит молекула воды из окружающей среды, присоединяется к карбоний-иону, после чего второй фрагментрасщепленного полисахарида становится продуктомреакции.
Одновременно из-за связывания иона водо-рода (Н+) протонируется карбоксильная группа Glu 35,переходя в форму —СООН.4. Теперь фермент находится в первоначальном состоянии и готов осуществлять следующую реакцию расщепления полисахарида.Этот пример позволяет проследить некоторые общиепринципы ферментативного катализа1.Увеличение энергии субстрата за счет искаженияструктуры сахарного кольца NAM, находящегося вучастке D.2.Наличие необычного окружения Glu 35, обусловливающее появление реакционноспособного протона.3.Правильная ориентация протона в Glu 35, необходимая для атаки гликозидной связи.4.Уменьшение свободной энергии переходного состояния за счет стабилизации карбоний-иона карбоксильной группой остатка Asp 52.15.
Белки в роли переносчиков: глобиныГемоглобин - это белок, переносящий кислород отлегких к тканям и осуществляющий транспорт углекислого газа от тканей обратно к легким. Гемоглобинлокализован в красных кровяных клетках — эритроцитах. Молекула гемоглобина состоит из четырех полипептидных цепей - двух идентичных ос-цепей(обозначаемых а, и а2) и двух идентичных р-цепей(обозначаемых р, и р2). Каждая цепь связана с особойгруппой — гемом.Миоглобин — это белок, переносящий кислород вмышечных клетках.
Он состоит из однойполипептидной цепииимеетодингем.Аминокислотная последовательность миоглобинаотличается от последовательностей как α-, так и βцепей гемоглобина, однако ме-15. Белки в роли переносчиков: глобиныГемоглобин - это белок, переносящий кислород отлегких к тканям и осуществляющий транспорт углекислого газа от тканей обратно к легким. Гемоглобинлокализован в красных кровяных клетках — эритроцитах. Молекула гемоглобина состоит из четырех полипептидных цепей - двух идентичных ос-цепей(обозначаемых а, и а2) и двух идентичных р-цепей(обозначаемых р, и р2).
Каждая цепь связана с особойгруппой — гемом.Миоглобин — это белок, переносящий кислород вмышечных клетках. Он состоит из однойполипептидной цепииимеетодингем.Аминокислотная последовательность миоглобинаотличается от последовательностей как α-, так и βцепей гемоглобина, однако ме-жду всеми тремя последовательностями имеется определенное сходство (гл.
16). В каждой цепи содержится примерно 140—150 остатков.Используя метод рентгеноструктурного анализа,Кендрью и Перутц с сотрудниками определили пространственные структуры миоглобина и гемоглобина.Третичная структура α- и β-цепей гемоглобинаи цепи миоглобина оказалась сходной. Во всех трехполи пептидах около трех четвертей остатков входит всостав ос-спиралей.
Все три цепи состоят из шестидлинных ос-спиральных сегментов, обозначаемых А,В, Е, F, G и Н, в каждом из которых находятся от 10до 25 остатков (гл. 10). В области между спиралями Ви Е структура цепей различается. В миоглобине имеются две дополнительные α-спирали, С и D, которыев цепях гемоглобина либо отсутствуют, либо деформированы. Общая укладка α-спиралей во всех трехцепях настолько похожа, что принято говорить о«глобиновом типе сворачивания». Соседние вдольцепи α-спирали связаны перемычками из несколькихостатков. Эти перемычки имеют нерегулярные конформации. В глобинах остатки иногда обозначаютсясогласно тому, какое место по порядку они занимаюти в какой α-спирали. Например, HisF8 р-цепи — этовосьмой остаток в α-спирали F, ValFG5 — пятый остаток перемычки между ос-спиралями F и G, а ТугНС2 —это второй остаток в С-концевом нерегулярном участке, расположенном за α-спиралью Н.Гем состоит из атомов углерода, азота и водорода,образующих плоское кольцо, называемое порфирином.
В центре этого кольца находится атом железа,связанный с атомами кольца четырьмя из шести своих возможных координационных связей.К гему примыкают два остатка His. Ближайший гистидин(HisF8) связан с атомом железа через пятуюкоординационную связь. По шестой связи присоединен кислород.Дальний гистидин (HisE7) располагается спротивоположной стороны порфиринового кольца поотношению к HisF8 и не образует связи с гемовымжелезом -здесьдолжно остаться достаточносвободного пространства для размещения кислорода.Дезоксигемоглобин — это гемоглобин, не связанный скислородом.
В дезоксигемоглобине атом железанаходится вне плоскости порфиринового кольца и,кроме того, имеется несколько солевых мостиков иводородных связей, которых нет в оксигенированнойформе белка. Некоторые из этих связей образуютсямежду атомами одной и той же цепи (например, водородная связь между ОН-группой ТугНС2 и карбонильным кислородом ValFG5 р-цепи), другие — между атомами, принадлежащими различным цепям (например,солевой мостик между LysC5 ос-цепи и концевойСОО-группой р-цепи).Оксигемоглобин — это гемоглобин, связанный с кислородом. Кислород присоединен по шестой координационной связи атома железа гема и располагается рядом с дальним остатком гистидина.
При связываниикислорода атом железа перемещается в плоскость порфиринового кольца. Одновременно с этим происходяти некоторые другие конформационные изменения, втом числе сдвиг Е- и F-спиралей (рис. 15.1). Основнаяперестройка происходит в четвертичной структуре гемоглобина — α1 и β1 цепи поворачиваются как единоецелое относительно α2- и β2 -цепей. В результате всехэтих изменений в оксигемоглобине оказывается меньше солевых мостиков, чем в дезоксигемоглобине.Связывание кислорода миоглобином и гемоглобином можно описать с помощью кривых связывания,представленных на рис. 15.3.
Степень оксигенациигемогрупп зависит от концентрации присутствующегов среде кислорода (на графике концентрация кислорода выражена в виде его парциального давления).Для миоглобина график представляет собой гипербо-лу, что и следует ожидать при простом одноэтапномсвязывании. Однако в случае гемоглобина графикимеет S-образную форму; это говорит о наличии эффекта положительной кооперативности, т. е. о том,что после оксигенации одной или большего числасубъединиц сродство остальных субъединиц к кислороду возрастает.S-образность кривой связывания кислорода гемоглобином объясняет, каким образом в тканях происходит освобождение кислорода из этого белка. Уменьшение парциального давления кислорода при переходе от артерий к венам приводит к снижению степениоксигенации от почти 100% до примерно 75%.
Кислород, диссоциировавший из комплекса с гемоглобиномв венах, подхватывается миоглобином, имеющим кнему большее сродство.Кооперативные эффекты связывания кислородагемоглобином можно объяснить в рамках симметричной модели Моно, Уаймена и Шанжё (гл. 13). Действительно, как и предполагается в модели, гемоглобинможет находиться в двух состояниях, различающихсявзаимным расположением субъединиц и числом межсубъединичных контактов. Структура белка в одномиз состояний соответствует структуре дезоксигемоглобина, а в другом — структуре оксигемоглобина.
Впервом состоянии белок обладает меньшим сродством к кислороду и имеет больше солевых мостиков иводородных связей, чем во втором. Согласно моделиМоно, Уаймена и Шанжё, первое состяние гемоглобина — это Т-форма (tense-state), а второе — R-формабелка (relaxed-state).Положение равновесия между T- и R-формами зависит отконцентрации кислорода — чем она выше, тем вбольшей степени равновесие сдвинуто в сторону Rформы.
Пусть какая-то молекулы гемоглобина несвязана с кислородом и при этом находится в Т-состоянии. Связывание молекулы кислорода одной из цепейвызывает конформационные изменения в гемогруппеэтой цепи и далее во всей субъединице. Эти измененияувеличивают вероятность перехода всей молекулы гемоглобина из Т- в R-состояние.
Связывание второй итретьей молекул кислорода еще больше увеличиваетэту вероятность. Оказавшись в R-форме, гемоглобинеще легче связывает последнюю, четвертую молекулукислорода. В результате гораздо более вероятно, чтомолекула гемоглобина не будет связывать ни однойили связывать четыре молекулы кислорода, чем какое-либо промежуточное их число.Эффект Бора, заключающийся в высвобождениипротонов при присоединении кислорода к гемоглобину, очень важен для транспорта углекислого газа изтканей к легким.Дифосфоглицерат(ДФГ), обнаруживаемый в эритроцитах, участвует в регуляции процесса присоединения кислорода к гемоглобину. ДФГ легко образуеткомплекс с дезоксигемоглобином, связываясь в щелимежду двумя β-цепями, но обладает низким сродством к оксигемоглобину. Поэтому присутствие ДФГ ввысоких концентрациях уменьшает сродство гемоглобина к кислороду и вызывает высвобождение кислорода в ткани.Гемоглобин плода человека (фетальный гемоглобин)отличается от гемоглобина взрослых тем, что в немдве β-цепи заменены двумя γ-цепями.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
