Гемоглобин и миоглобин - это два родственных белка. Гемоглобин состоит из 4-х субъединиц, каждая из которых содержит одну гем-группу. Миоглобин похож на одну из субъединиц гемоглобина, поскольку содержит в своем составе лишь один гем. Молекула гема как бы вставлена внутрь структуры миоглобина. При этом с водой контактирует только ребро гема, погруженной в белок, как в своего рода корзину, образованную двумя a-спиралями и выстланную гидрофобными боковыми цепями аминокислот. С обеих сторон плоскости гема, “над” и “под” атомами железа, располагаются имимдазольные кольца двух остатков гистидина (His). Один занимает восьмое положение в a-спирали и наиболее приближенный к атому железа, называют проксимальным. Атом азота его имидазольного кольца находится в контакте с атомом железа, так что можно думать об образовании между ними ковалентной связи. Другой остаток гистидина, занимающий седьмое положение в a-спирали, называют дистальным, так как он относительно удален от атома железа. Между ними имеется свободное пространство - карман, в котором и размещается молекула кислорода. При этом один из ее атомов непосредственно подходит к железу, другой – к имидазольному кольцу дистального гистидина. Таким образом, вокруг двухвалентного железа гема пять координационных мест заняты атомами азота, одно – приходящим в карман лигандом: молекулой воды в не окисленном состоянии или молекулой кислорода в окисленной форме (либо окисью углерода, азота, цианидом).
Принято следующее, весьма огрубленное, описание цепи событий, сопровождающих присоединение молекулы кислорода к какой либо из субъединиц гемоглобина [305]. Молекула кислорода проникает внутрь субъединицы и размещается между железом гема и имидазольной группой дистального His, которая, видимо, образует с одним из атомов кислорода водородную связь. Присоединение кислорода изменяет электронное состояние атома железа, который до этого находился как бы “над” плоскостью гема, а теперь смещается на 0,4 – 0,8 Å, приближаясь к кислороду и втягиваясь в плоскость порфиринового кольца. Это движение приводит к соответствующему смещению имидазола проксимального His, с которым связан атом железа и амплитуда этого движения составляет примерно 0,75Å. Роль 6-го лиганда в этом случае решающая, что мы объясняем в Главе V данной работы. Смещение затем передается другим частям белковой цепи, в которую входит His, в частности, происходит большой сдвиг фенольной боковой цепи, содержащей тирозин. А это, в свою очередь, вызывает различные смещенния атомов в соседних субъединицах, что и оказывает влияние на способность к связыванию кислорода гем-группами в них. Так, движение атома железа гем-группы в одной субъединице гемоглобина действует как “спусковой механизм”, который запускает в движение существенные структурные изменения в других субъединицах [305].
Окончательно не решен вопрос о геометрии связи Fe – O2. Возможны три варианта структуры: наименее реально линейное строение и такие структуры еще не обнаружены, боковое расположение должно быть таким же, как и в простых комплексах кислорода с другими металлами, но наиболее вероятным кажется расположение молекулы кислорода под углом к плоскости порфиринового кольца [188, 295].
- Leave a comment
- Share
- Flag
- Link
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ГЕМОПРОТЕИНОВ
Один из наиболее важных способов связывания металлических ионов – образование комплексов с макроциклическими лигандами, которые называются порфиринами [267]. Производные порфина отличаются друг от друга расположением заместителей по периферии системы, а замещение внутренних атомов водорода металлическими ионами, такими как железо, магний, цинк, никель, кобальт, медь и пр. приводит к образованию металлопорфиринов. Производное порфирина - протопорфирин IX имеет в составе четыре метильные группы, две винильные и два остатка пропионовой кислоты. Хелатный комплекс протопорфирина с Fe (II) называется протогемом или просто гемом, аналогичный комплекс с Fe (III) – гемин или гематин (Рис.I.1). В геме четыре лигандные группы порфирина образуют комплекс с железом, имеющий плоское строение, а оставшиеся пятая и шестая координационные связи железа расположены перпендикулярно плоскости порфиринового кольца [271].
Уникальность атомной и еще в большей степени электронной структур активных центров гемсодержащих белков не вызывает сомнения и этот вопрос подробно освещен в главе IV данной работы. Именно структурная гомологичность активного центра, объединяет в общий класс функционально различные группы белков. Речь идет о гемопротеинах, участвующих в транспорте электронов (цитохромы электронтранспортной цепи, b5); гемопротеинах, выполняющих роль ферментов (группа цитохромов Р-450, NO-синтаза, каталаза и пр.) и гемопротеинах, связывающих лиганды в составе специфических клеток (гемоглобин, миоглобин).
В физиологических условиях гем-содержащие белки выполняют ряд ключевых каталитических и транспортных функций, обеспечивающих стабильность клеточного метаболизма и гомеостаз организма в целом. Повышение концентрации или появление вообще конкурентных ингибиторов снижает специфическую активность гемопротеинов, как и ферментов других классов, что в конечном итоге отражается на физиологических функциях клеточного или часто организменного уровней. Стоит отметить, что механизм ингибирования реализуется, прежде всего, на молекулярном уровне, а если быть более точными, на уровне межэлектронного взаимодействия, равно как и воздействие ферментативных эффекторов. Таким образом, результаты исследований биологических молекул, полученные на атомном и электронном уровне вполне способны играть ключевую роль в интерпретации многих физиологических эффектов регулирующего действия эндогенных и экзогенных факторов.
Источник: Романова Т. А. СРАВНИТЕЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АТОМНОЙ И ЭЛЕКТРОННОЙ СТРУКТУР АКТИВНЫХ ЦЕНТРОВ ГЕМОПРОТЕИНОВ С УЧЕТОМ ИХ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ Дисс. на соискание степени доктора биологических наук, СО РАН, Красноярск, 2004, 327 с.
- Leave a comment
- Share
- Flag
- Link
Не так и давно это было, чтобы забывать меня не то, что в соавторы и соруководители включать, а просто поблагодарить.
Пять лет назад я провела целый год в личных и электронных дискуссиях с биофизиком-экспериментатором дабы понять как же его безответный вопрос решить квантово-химическими расчетами.
Тогда я поняла, что, во-первых, блестящее биофизическое образование того экспериментатора не дает ему вообще никаких преимуществ в дискуссии, продуктивной дискуссии со мной, человеком, что изучает все сам. Соображал он слабо почему-то.Во-вторых, (похвастаюсь) опять заложила новое направление в исследованиях: кванты для биофизики светящхся кальций-регулируемых белков (обелин). Заложила и. уехла на год поработать в Японию
Вот сижу здесь уже 6 лет, 3 из которых продолжала хоть не сама считать, но обсуждать, коректировать черновики статей, проверять (!) тексты дипломной и, частично, кандидатской. И вот наконец-то прошла защита. А меня даже на последней страничке автореферата не отметили стандартной фразой "благодарим за плодотворную дискуссию и какие-нибудь там замечания".
Огорчаться или радоваться? С одной стороны игнорируют, а с другой. вот так заложишь темку, а по ней и дипломные и кандидатские вояют годами и хорошо им от этого моего начинания.