Биохимия 1 (1984) (1128709), страница 21
Текст из файла (страница 21)
дятся 4 субъединицы (рис. 4.19). Участок связывания БФГ образован положительно заряженными остатками, принадлежащими обеим ()-цепям, а именно: а-аминогруппой, лизином ЕР6 и гистидином Н21. Очевидно, что зти группы легко взаимодействуют с отрицатеяьно заряженным БФГ, имеющим при физиологическом значении рН почти 4 отрицательных заряда. Стереохимически БФГ комплементарен констелляции из 6 положительно заряженных групп ()-цепей, обращенных к внутренней полости молекулы гемоглобина (рис.
4.20). Более слабое связывание БФГ гемоглобином плода по сравнению с гемоглобином А объясняется тем, что у гемоглобина плода в положении Н21 находится серии, а не гистидин. При оксигенировании БФГ отщепляется, поскольку централъная полость становится слишком мала. В частности, сужается промежуток между Нюпиралями б-цепей. Кроме того, расстояние между а-аминогруппами возрастает с 16 до 20 А, вследствие чего исчезает контакт между ними и фосфатными группами БФГ.
Теперь нам понятно, почему БФГ снижает сродство к кислороду. Образуя оерекрестные связи с б-цепями, БФГ стабилизирует четвертичную структуру дезоксигемоглобина. Другими словами, БФГ сдвигает равновесие в сторону Т-формы. Как уже упоминалось, в дезоксигемоглобине имеется 8 соленых связей, заякоривающих его концевые карбоксильные остатки. Для того чтобы произошло оксигенирование, зти соленые связи необходимо разорвать. Присоединение БФГ создает дополнительные солевые связи, которые должны быть разорваны.
В итоге сродство гемоглобина к кислороду при присоединении БФГ оказывается сниженным. 4.15. СО э присоединяется к концевым аминогруппам гемоглобина, снижая его сродство к кислороду У аэробных организмов на одну молекулу потребленного О, образуется примерно 0,3 молекулы СО . Большая часть СО транспортируется кровью в виде бикарбоната, который образуется в зритроцитах пол действием карбоангидразы: СО, + Н,О НСО, + Н'. Значительная часть Н', высвобождающегося в этой реакции, присоединяется к лезоксигемоглобину и таким образом участвует участок свяэывания Еисфосфоглицарата Участок связывания бисфосфогяицерата в центральном углублении молекулы дезоксигемоглобина.
(Регщх М. Г. ТЬе Ьешоб!оЬ(п шо1есп1е, 1964.) Рис. 4.19. в эффекте Бора. Кроме того, СО транспортируется гемоглобином в форме карбамати. В основе этого процесса лежит обратимая реакция между находящимися в неионизированной форме а-аминогруппами гемоглобина и СО,:  — )ЧНэ + СО, —  — (ь(НСОО + Н' Связанные карбаматы образуют солевые мостики, которые стабилизируют Т-форму. Отснэда следует, ино присоединение СОэ снижает сродство гемоглобина к кислороду.
И наоборот, СО, более прочно связывается с дезоксигемоглобином, чем с оксигемоглобином. 4. Гемоглобин: аллостерическнй белок 4 16. Механизм эффекта Бора Каким образом гемоглобин связывает протоны при своем превращении из окон- в дезоксиформу? Очевидно, при этом превращении должно возрастаешь сродство определенных участков к Н+. В частности, при превращении нз окон- в дезоксиформу должно увеличиваться значение рК отдельных групп, поскольку увеличение рК означает более сильное связывание Н .
Гемоглобин связывает около 0,5 Н' в расчете на одну высвободившуюся молекулу О . Это присоединение Н ' позволяет поддерживать по- Способ связи БФГ с дезоксигемоглобином человека. Бисфосфоглицерат взаимодействует с тремя положительно заряженными группами в каждой (3-цепи. [Агпопе А., )к(а1пге, 237, 148 (1972).~ стоянство рН в тканях с активным метаболизмом. У каких конкретных групп повышается значение рК? Рассмотрим сначала возможные участки связывания Н" в гемоглобине (рис. 4.21 и табл. 4.1) и затем сузим круг выбора.
Значения рК карбоксильных групп боковой цепи глутамата и аспартата составляют обычно 4. Маловероятно, что их рК возрастут до 7 — 8 — условие, необходимое для участия в эффекте Бора. Подобным же образом маловероятно, что значения рК боковых цепей тнрозина, лизина и аргинина могут быть сдвинуты в достаточной мере, посколысу обычно их рК превышает 10. Отсюда следует, что эффект Бора может быть обеспечен участием гистиднна, цистеина и концевой аминогруппы, так как нор- Часть 1 Конформации и динамика мальные значения рК этих групп лежат в области 7. Путем сопоставления данных химического и рентгеноструктурного анализа удалось идентифицировать специфические группы, ответственные за эффект Бора.
Рентгеноструктурный анализ указывал на вовлечение в эффект Бора остатков гистцднна, расположенных на С-конце каждой из (3-цепей гемоглобина (гистидин-1468). Справедливость этого предположения была проверена следующим путем. Был получен гемоглобин, б-цепи которого не содержали гистидина-146. Этого удалось достичь путем непользования карбоксипептидазы  — специфического протеолитического фермента, расшепляющего в некоторых полипептидных цепях пептидную связь, образованную концевой аминокислотой основного характера, расположенной на С-конце пептида, т.е. содержащей свободную карбоксильную группу.
Такая модификация гемоглобина приводила к снижению эффекта Бора в два раза. Отсюда следует, что гистидин-146 обеих (иценей вносит, по-видимому, основной вклад в эффект Бора. Роль концевых аминогрупп гемоглобина в эффекте Бора была убедительно доказана следуюшим образом. Концевые аминогруппы модифицировали обработкой циа- Таблица 4.1. Значенвв рК юнизнруемых груни в белках Типичное зна- чение рК Кислота м Основание + Н Группа — ОООН СОО + Н' кислоты — СООН м — СОО 4 Н' 3,1 4„4 ~(+ Н' 6,5 Гистнлнн Н Н 8,0 8,5 НН»»» НН» + Н' ЯНм — Я + Н+ Концевая амнногрупца Цистенн Тирозвн 10,0 10,0 Лизин — ХН»»» — 1ЧН» + Н Н,,НН Ф вЂ” 1ч — С + н+ НН, Аргинин 12,0 приобретает большее сродство к Н+ вследс»явив локального изменения заряда в ега непосредственном окружении. Аналогичным образом изменяется при дезоксигенировании окружение концевых амнногрупп а-цепей.
В оксигемоглобине зти группы свободны. В дезоксигемоглобине концевая аминогру»ша одной а-цепи взан- патом, приводящей к образованию карбамоилпраизводнога, не способного более связывать Н'. Если карбамоилировали концевые аминогруппы только В-цепей, то эффект Бора сохранялся полностью. Если модификации подвергались концевые аминогруппы также и а-цепей, то эффект Бора существенно уменьшался.
Рентгеноструктурный анализ дает конкретную картину участия этих групп в обеспечении эффекта Бора. В оксигемоглобине гистндин-146)) своболно вращается, а в дезокснгемоглобине этот концевой остаток участвует в ряде взаимодействий. Особенно важное значение имеет взаимодействие имидазольного кольца этого гнстиднна с отрицательно заряженным аспартатом-94 в той же )3-цепи. Непосредственная близость этой отрицательно заряженной группы повышает вероятность связывания протона гисгидином (рис. 4.22). Другими словами, близость аспартата-94 повышает рК гнстндина -!46. Таким образом, при пвргхадв от окси- к дезоксигвмаглабину гигтиди»»-146 — рм зрнтроцнтов »о Рнс.
4.21. Н вЂ”, + НСО + Н' — »Н —.— С МН )) О Кпранактл. нрниваняннн Конавннн Цннпнт анпнпгруппн Гемоглобин» аллостерический белок Концевой карбоксил Аспарагютвая и глутампновая Типичные величины рК кислотных групп белков.Окруягение отдельной группы может изменить ее реальную неличнну рК в сторону повышения нли понижения. н н ,с — н нй =с — сн,— О- — сн,— с О Н Авр-94 Н1в-146 Рнс. 4.22.
Аспартат-94 повышает рК гистидина-146 в дезоксигемоглобине, но не в оксигемоглобине. Близость отрицательного заряда на аспартате-94 способствует протонированию гнстидина-146 в дезоксигемоглобине. 4.17. Коммуникация внутри белковой молекулы Как мы видели, связывание гемочлобином О,, Н', СО, и БФГ находится в определенной взаимосвязи. Эти молекулы присоединяются к пространственно разобщенным участкам, коммуникация между которыми опосредована конформационными изменениями внутри белка.
Наличие раздельных участков связывания для этих молекул объясняется тем, что различна структура самих связываемых молекул. Взаимодействия между разными участками связывания апасредавапы изменениями четвертичной структуры. В сущности все известные аллостерические белки состоят из двух и более полипептидных цепей. Область контакта между двумя цепями способна усиливать ч и передавать конформационные сдвиги от одной субъединицы к другой. У аплостери- Часть 1 Конформацня и динамика модействует с концевой карбоксильной группой другой а-цепи.
Близость отрицательна заряжеппога карбокси.шраваппого остатка в дезокгигемаглобипе повышает сродство этой концевой аминагруппы к Н+. Данные рентгеноструктурного анализа свидетельствуют о том, что в эффекте Бора участвует и третья группа, а именно гистндин-122 в а-цепи. Итак, окружение трех пар групп, связывающих протоны (концевая амнногруппа и два гистидина) в окси- и дезоксигемоглобине неодинаково. В дезоксигемоглобине это локальное окружение заряжено более отрицательно. В резулътате при высвобождении кислорода эти группы связывают. Н'. ческого белка нет строго определенных свойств.
Напротив, еч о функциональные свойства зависят от наличия в окружающей среде определенных молекул. Отсюда следует, что аллостерическне взаимодействия имеют колоссальное значение для функции клеток. Таким образом, эвалюципппый переход ат миоглобипа к гемоглабипу привел к появлению структуры, способной воспринимать информацию из окружающей среды. Заключение Тетрамерный гемоглобин обладает новыми свойствами, которых нет в мономерном миоглобине. Помимо способности транспортировать О, гемоглобин способен переносить также Н ' и СО,.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
