Э. Фёршт - Структура и механизм действия ферментов (1128692), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Процесс насыщения может осуществляться в довольно узком диапазоне давлений, что обусловлено крутизной графика зависимости степени насыщения от давления кислорода в области 50%-ного насыщения. Кривая, описываемая простым уравнением Михаэлиса — Ментен, гораздо более пологая. (Коэффициент Хилла является мерой крутизны кривой насыщения в точке, отвечающей 50% насыщения; для сигмоидной кривой, отвечающей связыванию гемоглобина, й = 3, а для гиперболы Ь =1.) КООПЕРАТИВНОЕ СВЯЗЫВАНИЕ ЛИГАНДОВ 2б9 2.
Стереохимический механизм оксигенации гемоглобина Лве пары сс- и 8-субъединиц гемоглобина образуют тетраэдр с осью симметрии второго порядка (рис. 8.2), проходящей через полость, расположенную в центре структуры. Органические фосфаты, например 2,3-дифосфоглицерат, являющиеся аллостерическими эффекторами, связываются в этой полости с дезоксигемоглобином в стехиометрическом соотношении 1: 1 (рис. 8.11) ,4 манокицсотнмгу остаток Ю гев 2 / паипалсамй ,«часток А у чтастокл и Рнс.
3.1!. Встранванне 2,3-днфосфоглнцерата [ОРЙ) между й-цепная в центральной полости гемоглобина человека. [Агпопе А, Регп1т М Р., Ма1нге, ).опд., 249, 34 11974).1 121 — 23]. Отрицательно заряженный органический фосфат располагается между двумя р-субъединицами, образуя четыре ионные связи с каждой цепью (с остатками Ча!-1, Н!з-2, ).уз-82 и Н13-143). Лезоксигемоглобин стабилизован четырьмя парами соленых мостиков между контактирующими поверхностями двух а-цепей и двумя мостиками между а- и Р-цепями. При оксигенации субъединицы поворачиваются друг относительно друга и осй второго порядка приблизительно на 10'. Углы наклона гемон изменяются на несколько градусов, а спиральные участки сдвигаются друг относительно друга на 2 — 3 А.
Все этн изменения выявляются даже при низком разрешении. При высоком разрешении можно видеть, что помимо некоторых кон- ГЛАВА З Рис. 8.12, Перемещение имидавольного кольца амннокислотиого остатка Ризр8 прн присоединении кислорода к дезоксн. темоглобину. Уменьшение радиуса иона Рек+ позволяет емт поместиться между атомами пиррольиого азота 1Хр) а плоскости пиррольиого кольца. о, осуществляется контакт субъединиц [24[. Таким образом, предсказанные Моно, Уайменом и Шанже «напряжения», возникающие между субъединицами в Т-состоянии, обусловлены обра. зованием соленых мостиков и наличием дополнительных гидрофобных взаимодействий. Все это объясняет причину низкого сродства дезоксигемоглобина к кислороду по сравнению с миоглобином или искусственно полученными отдельными цепями гемоглобина [! 3[, При связывании кислорода в четвертичной структуре гемоглобина происходит нарушение взаимодействий, ответственных за пониженное сродство к кислороду.
Соленые мостики разрываются, и гидрофобные поверхности обнажаются. Становится понятным и механизм действия аллостерических эффекторов: органические фосфаты прочно связываются с определенным центром в Т-состоянии и затрудняют его переход в тс-состояние. Разрыв соленых мостиков при оксигенации объясняет также эффект Бора [25[. Оксигенация при физиологическом рН сопровождается высвобождением -0,7 протона на гем. Это обус* ловлено тем, что рК, аминныхоснований,принимающих участие формационных изменений в субъединицах происходит разрыв соленых мостиков между всеми субъединицами. Кроме того, а-аминогруппы ЧВ1-1 каждой р-цепи в центральной полости расходятся на 4 А, тогда как сама полость сужается, выталкивая присоединившийся органический фосфат. Происходит также уменьшение площади гидрофобной поверхности, вдоль которой коопеРАТНВное сВЕЗЫВАние лигАндОВ 271 в образовании солевых мостиков, выше, чем обычно, из-за присутствия карбоксилат-ионов (гл.
4). Разрушение мостиков сопровождается уменьшением рК, и высвобождением протонов. Вызывает удивление, почему связывание с кислородом сопровождается столь сильными структурными изменениями в гемоглобине. Дело в том, что природа создала остроумный триггерный механизм. Ион Рез+ в дезоксигемоглобине находится в высокоспиновом состоянии, и его радиус слишком велик, чтобы ион мог располагаться в плоскости порфиринового кольца гема (рис.
8.12). При связывании О, ион Без+ переходит в низкоспиновое состояние, и его радиус уменьшается на 13е!т Теперь Ре'+ может занять энергетически выгодное положение в плоскости порфиринового кольца и перемещается приблизительно на 0,6А. Это вызывает перемещение гистидина, связанного с Газ+, что сопровождается конформационными изменениями молекулы гемоглобина [3, 26[. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1, Айа!г О.
$., Е Ыо1. СЬет., 63, 529 (1925). 2, Молой )., СИалуеих !;Р., !ассу Г., Я. пю1ес. В1о1., 6, 306 (1963). 3. Реги(г М. Д, Маьиге, 1.опд,, 228, 726 (1970). 4. Молой 7., 2)утаи 7., СИалуеих Е-Р., Е гпо!ес. Вю1., 12, 88 (1965). 5, КозЧалй Р. Е., уг., Нвтв!Иу О., Р(!тег О., В1осьет(з!гу, 5, 365 (!966), 6, Егуел М., МоЬе1 5угпрозппп, 5, 333 (1967).
7. Нега!гвы 7., $(ал1еу Й. Е., Л. гпо1ес. В(о1., 82, 231 (1974). 8. ЕеипхИИ А., $(апсир 57. В., Козыалй О. Е., уг., В)осьет(в!гу, 1О, 3371 (1971). 9. МасЯиагме Я. А., Веглаагй $. А., В(осьепг1з!гу, 1О, 2456 (1971). 10, !галл М. 7., ФуЬогу 7., Яевй В, Е., В!от О, М., ). то!ес. Вю!., 105, 577 (!976). 11, В1езесаег О., Нагг(в А !., ТЫеггу А С., ууаРеег Е Е., угопасоц А. Е, Ма!иге, 1.опд., 266, 328 (1977). 12, Регвж А. Е., Ми!оеу )!. $., Коса О.
Е. Е., В1осЬет(ыгу, 14, 13 (1975). 13. Возваагй Н. )7., КосИ О. Е. Е„Нагпву В. $., Еиг. Е Вюсьет., 53, 493 (1975). 14. Солгеау А., Козыалй О, Е., уг., В(осЬеппзггу, 7, 4011 (1968). !5. $сыезз!луег Д, Еео!Гху! А., !. то1ес. В(о!., 82, 547 (1974), 16. Резвы'А. Я., иеопубз.
Ааииые, 17. НгП )7., Ргос, П. $ос„н100, 4!9 (1925). 18. ЙиЬ(л М. М„СИалуеих Е Р., 3, гпо1ес. В(о1., 21, 265 (1966). 19, Ейе!з(е1л $., Маьиге, Еопд., 230, 224 (!97!). 20. Казсалег К., Оапеуо Е., Бсаиз(ег !., Ооойац О., Я. то1ес. В(о1., 58, 29 (1971). 21, Реги!в М. Р., Маьиге, Ьопд., 228, 734 (1970).
22. Аглоле А„Ма1иге, 1.опд., 237, 146 (1972). 23. Аглоле А., Реги!а М. Р., Ма!пге, 1.опд., 249, 34 (! 974), 24, Сао!Ма Си Юройау $., уал!л !„Ргос. па1п. Асад. $с!., (). $, А., 73, 3793 (1976). 25. Воаг С., Наззе(ЬасИ К. А., Кгоуа А., $2апд. Агсь. РЬуз(о1„16, 402 (1904), 26. Ноагй ). Е„1п: Нетев апд Ьогпорго1е(пз (едв, СЬапсе Вл Ва(аьгоои й. Цг., Топе!ел( Т.), Асадетк Ргеаз, р. 9 (!966). Глава СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ МЕЖДУ МОЛЕКУЛАМИ, И ЭНЕРГИЯ ФЕРМЕНТ-СУБСТРАТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ Важной особенностью ферментативного катализа является то, что фермент связывает субстрат и реакция протекает в пределах фермент-субстратного комплекса. Чтобы глубже понять причины, обусловливающие прочность и специфичность этого связывания, мы рассмотрим взаимодействие между несвязанными атомами, применив эмпирический и феноменологический подход.
В частности, мы уделим большое внимание значению энергии взаимодействия. Нековалентные взаимодействия важны не только потому, что они ответственны за связывание. Как мы увидим ниже (гл. 10), вместо того чтобы давать непосредственный вклад в энергию связывания, эти взаимодействия понижают энергию активации стадии химического превращения субстрата, а кроме того играют важную роль в поддержании структуры белка. К очевидным нековалентным взаимодействиям между атомами относится электростатическое взаимодействие между заряженными группами. Но притягиваются друг к другу даже неполярные молекулы.
На наличие такого взаимодействия как на одну из причин отклонения газов от идеальности указывал столетие назад Ван-дер-Ваальс. Некоторые из взаимодействий между нейтральными молекулами газа хорошо изучены, и сейчас известно несколько «соединений Ван-дер-Ваальса>. Например, энергия связи между атомами в димерах благородных газов )че«, Аг, и Хе, равна 0,2; 0,92 и 2,2 кДж.моль-' (0,05; 0,22 и 0,53 ккал моль-') соответственно [1]. А. Нековалентные взаимодействия между атомами 1. Электростатические взаимодействия Все действующие между атомами и молекулами силы по своей природе являются электростатическими, даже если речь идет о неполярных молекулах. Однако мы сохраним название ЭНЕРГИЯ ФЕРМЕНТ-СУВСТРЛТНОГО ВЗЛИМОДЕИСТВИЯ 273 «электростатическое» лишь за теми вазимодействиями, которые имеют место между заряженными атомами я молекулами или между диполями.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
