Гемоглобины, типы

Рис. 40.4. В нормальной -цепи гемоглобина А человека в 67-м положении находится валин, кодируемый одним из четырех кодонов, заключенных в прямоугольник. В аномальном гемоглобине типа Милуоки в этом положении обнаруживается глутамат, кодируемый либо GAA-, либо GAG-кодоном. Оба кодона могут возникнуть в результате единичной трансверсии валиновых кодонов GUA или GUG. Аналогично аланин в положении 67 -цепи гемоглобина типа Сидней может быть результатом однонуклеотидной замены в любом из четырех валиновых кодонов. Аспарагиновая кислота в гемоглобине типа Бристоль может появиться в результате замены одного нуклеотида в одном из двух валиновых кодонов GUU

Металлопротеиды — сложные белки, содержащие комплексно-связанный металл. К белкам такого типа относятся гемоглобин — дыхательный пигмент крови, содержащий железо, гемоцианины — дыхательные пигменты крови моллюсков, улиток, крабов и др., содержащие комплексно-связанную медь. [c.347]

Рис. 21-17. а-Спираль, тип свертывания белковой цепи, обнаруживаемый как в фибриллярных, так и в глобулярных белках. -Спираль была предсказана Л. Полингом и Р. Кори на основе экспериментов по модельному построению белков с учетом длин связей и валентных углов, полученных в результате рентгеноструктурных исследований отдельных аминокислот и полимеров из двух-трех аминокислот. Впоследствии эта структура была обнаружена в белках волос и шерсти, в кератине кожи и в таких глобулярных белках, как миоглобин и гемоглобин. [c.316]

Методом, разработанным Сенгером (разд. 14.3), было обнаружено, что молекула гемоглобина млекопитающих содержит четыре полипептидные цепи, к каждой из которых присоединена гем-группа. У большинства млекопитающих гемоглобины имеют цепи двух типов (называемые а- и -цепями), по две цепи каждого типа в молекуле. В нормальном гемоглобине взрослого человека а-цепи построены из 140 аминокислотных остатков, -цепи — из 146. У других млекопитающих число аминокислотных остатков в цепях почти такое же. Последовательность аминокислотных остатков полностью известна для полипептидных цепей нормального гемоглобина человека, для многих аномальных гемоглобинов человека (см. разд. 15.8) и для гемоглобинов многих видов животных. Последовательность первых нескольких остатков в цепях нормального гемоглобина взрослого человека следующая [c.440]

В более сложных случаях, например в случае белков с шестью идентичными субъединицами, выделение тримеров сразу же исключает возможность образования многих типов структур. Для агрегатов, состоящих из субъединиц различных типов, определение промежуточных ассоциатов становится особенно важным, поскольку оно может указать, какие субъединицы находятся в контакте друг с другом, хотя, разумеется, желательно иметь более прямые данные об их взаимном расположении. Один из возможных подходов заключается в более точном определении формы агрегата. В некоторых случаях для этого используют гидродинамические методы (особенно если есть указания иа то, что изолированные субъединицы имеют приблизительно ту же третичную структуру, что и в интактном агрегате). Тогда можно анализировать только изменение гидродинамических свойств при сборке. В гл. 10 мы покажем, что это позволяет с достаточной точностью различать конформации гемоглобина типа линейной, плоской квадратной и тетраэдрической. Эта процедура, однако, не столь чувствительна, чтобы можно было отличить друг от друга промежуточные состояния. [c.132]

В самой общей форме характер действия металлических ионов на ферментные системы можно разделить на следующие виды 1) образование специфической структуры активного центра 2) образование структуры в системе активный центр-субстрат 3) поляризация групп активного центра и субстрата. Благодаря этому могут осуществляться процессы 1) воздействия на определенные группы субстрата — атаки молекул воды и других у ферментов типа гидролаз и фосфорилаз 2) процессы переноса (электронов и групп атомов) 3) процессы фиксации и переноса без глубоких изменений в переносимой молекуле (перенос кислорода гемоглобином). [c.363]

Молекулярная структура кислородиереносящих белков удивительна в процессе биологической эволюции природа создала несколько типов молекул для переноса кислорода. Все они ярко окрашены. Кислородпереносящие белки можно разделить на три больших семейства гемоглобин, хорошо знакомое красное вещество в крови человека и многих других животных гемоцианин, голубой пигмент в крови многих моллюсков и членистоногих гемэритрин , белок вишневого цвета в физиологических л<идко-стях организмов некоторых мелких беспозвоночных. Все они относятся к металлопротеинам. Гемоглобины содержат железо в составе гема гемоцианины имеют в активных центрах два атома меди (разд. 6.5), а гемэритрипы — два атома железа. Гемоглобин— это красный белок красных кровяных телец, который переносит кислород из легких к тканям иа долю гемоглобина крови приходится примерно три четверти содержания железа в человеческом теле [232]. [c.359]

Большое значение имеет комплексообразование железа с биолигандами [2, с. 165—184]. Особенно важен гемоглобин — железосодержащая белковая молекула, выполняющая в крови животных и человека функции переносчика кислорода. Гемоглобин содержит белок глобин и четыре гема , представляющих собой порфириновый комплекс железа (II), где атом железа образует связь с четырьмя атомами азота порфиринового кольца и одну связь с атомом азота гистидина— аминокислоты, входящей в состав б1елка глобина. Шестое место в координационной сфере железа (II) может быть занято молекулярным кислородом О2, а также лигандами типа СО, СЫ и др. Если гемоглобин вступил во взаимодействие, например, с СО, он теряет способность обратимо присоединять О2. В таком случае организм погибает от гипоксии. Этим объясняется высокая токсичность СО, СК - и подобных им лигандов. [c.134]

Первичная структура обоих типов цепей довольно близка — примерно половину одних и тех же мест в цепях занимают одинаковые остатки (обратите внимание на выпадение гистидина между положениями 1 и 2 в а-цепи). Молекулы гемоглобинов некоторых беспозвоночных состоят из цепи только одного типа. [c.440]

Кровь и клетки, выстилающие кровеносные сосуды, иногда рассматриваются как ткань пятого типа. У человека в 1 мл крови содержится 5-10 эритроцитов (красных кровяных клеток), что в пересчете на общее количество крови в организме (5 л) составляет 2,5-10 клеток. Эритроциты быстро синтезируются в костном мозге. Зрелые эритроциты человека и других млекопитающих лишены ядра и почти целиком заполнены гемоглобином. Средняя продолжительность жизни этих клеток составляет 125 дней они разрушаются лейкоцитами в селезенке и печени. [c.54]

В тетрамерном гемоглобине сродство гема к Оа контролируется концентрациями О2, СО2, и 2,3-дифосфоглицерата. Что же было достигнуто в результате эволюции мономерного гемоглобина типа миоглобина в сложный гемоглобин млекопитающих Основное преимущество заключается в возросшей физиологической приспособляемости тетрамерного белка, которая достигнута за счет постепенного перевода сродства к кислороду, свойственного центру связывания, под контроль внеии1их влияний [276, 549, 667] (рис. 10.4). [c.257]

При одном из таких нарушений, например, организм начинает синтезировать гемоглобин, белок которого вместо глутаминовой кислоты содержит валин. Нарушение как будто незначительное, но боковая цепь аминокислоты — валина не имеет отрицательного заряда (в отличие от глутаминовой кислоты), и поэтому у гемоглобина, содержащего валин (его обозначают НЬЗ, а нормальный гемоглобин НЬА), распределение зарядов иное. Мы знаем, как влияют величины зарядов частиц белка на его растворимость. Действительно, при отщеплении кислорода от гемоглобина типа НЬ5 получается продукт менее растворимый, чем в случае НЬА. Пока кислорода достаточно, гемоглобин НЬ5 в большом количестве связан с кислородом и концентрация его свободной формы ( дезоксигенированного гемоглобина ) невелика. Но если человек, которого природа наделила этим дефектным гемоглобином, находится в условиях недостатка кислорода (например, в горах на большой высоте), то гемоглобин НЬ5 накапливается в эритроцитах и начинает выпадать в осадок. В результате эритроциты сморщиваются и принимают форму серпиков (отсюда название болезни, о которой мы уже упоминали в главе о белках,— серповидная анемия). Эритроциты неправильной формы с трудом проходят через капилляры, закупоривают их это может служить причиной многих болей, вести к легким инфарктам и отмиранию тканей. [c.181]

Комплекс (от лат. omplexus — сочетание, обхват) — см. Комплексные соединения. Комплексные соединения (координационные соединения) — соединения, или ионы, которые образуются в результате присоединения к данному иону (или атому), называемому комплексообразователем, нейтральных молекул или других ионов, называемых лигандами (аддендами). К. с. мало диссоциируют в растворе (в отличие от двойных солей). К. с. могут содержать комплексный малодиссоциирую-щий анион [Fe( N)oP , комплексный катион [Ag(NH.i)a]+ либо вообще не диссоциировать на ионы (соединения типа неэлектролитов). К. с. разнообразны и многочисленны. Они применяются в химическом анализе, в технологии при получении ряда металлов (золота, серебра, металлов платиновой группы и др.), для разделения смесей элементов, напр, лантаноидов. К. с. играют большую роль в жизнедеятельности организмов напр., гемоглобин, хлорофилл являются комплексными соединениями. См. также Координационная теория, Внутрикомплексные соединения. [c.69]

Предковым геном был ген, кодировавший миоглобин. Примерно 500 млн. лет назад он дуплицировался, после чего произошли мутации, давшие начало примитивной р-цепи, которая могла в результате агрегации образовать примитивную молекулу гемоглобина, состоявшую из четырех р-цепей. Следующим шагом, имевшим место 380 млн. лет назад, была дупликация гена, детерминировавшего этот примитивный р-гемоглобин, за которой последовала мутация, давшая начало гену, кодирующему а-цепь. Это создало возможность для образования более эффективного гемоглобина типа А (огрг). Следующий шаг произошел примерно 150 млн. лет назад, когда ген р-цепи еще раз дуплицировался и в конечном счете дал начало гену, кодирующему у-цепь. И наконец, примерно 35 млн. лет назад в предковой линии высших приматов возникла еще одна дупликация, которая дала начало гену, кодирующему б-цепь. На примере этих глобинов можно видеть, каким образом из предковых генов в процессе эволюции возникают новые гены (и новые функции). В рассмотренном случае синтез предковой молекулы — миоглобина — продолжается. В других случаях исходная молекула могла быть утрачена в результате нехватки, хотя продемонстрировать такое событие трудно. [c.115]

Анализ нуклеотидных последовательностей ДНК и аминокислотных последовательностей позволяет уточнить представление о механизмах возникновения мутаций. При этом особенно информативными оказались варианты гемоглобина человека (разд. 4.3). Большинство известных мутаций возникло в результате замены одного основания на другое меньшинство возникает вследствие делеций нескольких пар оснований, сдвига рамки считывания, элонгации полипептидной цепи, обусловленной мутацией в терминирующем кодоне, и рекомбинационных событий, приводящих к мутационноподобным эффектам (гемоглобин типа Lepore). При переходе на молекулярный уровень снова возникает множество вопросов, некоторые из которых нам уже известны из обсуждения исследований на фенотипическом уровне. [c.185]

Такие белки по типу микроструктуры относятся к а-спиралям. а-Спираль рибонуклеазы, а также, по-видимому, гемоглобина состоит из одной полипептидной цепочки а-спираль инсулина состоит из двух полииептидных цепочек и т. п. Полипептидная спираль, закрученная по часовой стрелке, имеет длину одного витка [c.176]

Фирма Bio-Rad тоже выпускает два слабых ионообменника на основе агарозы DEAE Bio-Gel А и СМ Bio-Gel А . Их главное отличие от агарозных ионообменников фирмы Pharma ia — значительно меньшая емкость 0,02 мэкв/мл по низкомолекулярным ионам и 45 мг/мл по гемоглобину (для обоих типов). Для крупных белков уменьшенная емкость может оказаться предпочтительной. [c.275]

Способность обратной транскриптазы копировать молекулы РНК имела важное значение для- получения цепей ДНК с теми же последовательностями, что и уникальные молекулы РНК (например, мРНК, синтезируемая в высокоспециализированных клетках типа предшественников эритроцитов, в которых образуется только один гемоглобин). Полученные таким способом ДНК-копии (иногда их называют кДНК) могут быть использованы в самых различных биохимических исследованиях. При соответствующих условиях ДНК-полимераза I также может точно копировать последовательность РНК [241]. [c.289]

Эритроидные стволовые клетки служат предшественниками содержащих гемоглобин эритроцитов. Вспомним (гл. 4, разд. Д, 7), что гемоглобины млекопитающих состоят из двух а-цепей и еще двух других цепей — либо , либо у, либо б, либо е. Гемоглобин взрослых в основном имеет структуру а2 2, но имеется также небольшое количество гемоглобина 0202. Для эмбриона на ранних стадиях развития характерен гемоглобин 0282, но на последующих стадиях е-цепи замещаются двумя другими, свойственными эмбриональному гемоглобину цепями, а именно °Y и Генетические исследования показали, что гены е-, у-, - и 6-глобина тесно сцеплены [188]. Почему же в отдельном эритроците присутствует гемоглобин только одного типа Видимо, дело в том, что для данного набора генов существует только один промотор. Если после каждого гена имеется сигнал-терминатор, то очевидно, что будет идти транскрипция только того гена, который ближе всех прилегает к промотору. В случае потери на каком-то этапе развития этого гена начнет транскрибироваться следующий ген и т. д. таким образом могут происходить нарастающие постепенные изменения в выражении гена в эритроцитах. Еще одна особенность процесса дифференцировки эритроцитов — это его чувствительность к гормону эритропоэти-ну, гликопротеидному гормону, образующемуся в почках [184—186]. Под действием эритропоэтина в дифференцирующих стволовых клетках начинается интенсивный синтез гемоглобина, и они окончательно превращаются в эритроциты [186а]. [c.364]

Рассмотренные выще механизмы способны описывать многие сложные эффекты, и кинетическое уравнение может иметь очень сложную форму. Но в общем случае концентрация [ЕЗ] не может возрастать быстрее, чем растет [3]. Однако при некоторых экспериментальных условиях субстраты или ингибиторы оказывают большее влияние на концентрацию комплекса. Другими словами, получаются 3-образные кривые типа кривой связывания кислорода гемоглобином (разд. 7.13). В особенности это относится к ферментам, играющим важную роль в регулировании обмена веществ. Подобные кооперативные эффекты встречаются в случае ферментов с несколькими активными центрами, поскольку кооперативный эффект подразумевает возрастание сродства второго активного центра к субстрату, когда первый центр занят. Как и в случае гемоглобина, взаимодействия такого типа сопровождаются структурными изменениями. Согласно модели Моно — Шанжо — Ваймана, фермент с несколькими активными центрами может находиться по крайней мере в двух состояниях. Это, вероятно, слишком упрощенная картина, но два является минимальным числом состояний, необходимым для объяснения наблюдаемых эффектов. Предполагается, что в обоих состояниях конформации всех субъединиц одинаковы. Воздействующая на систему молекула (эффектор), которая может быть молекулой субстрата, смещает равновесие в сторону одного или другого из этих двух состояний. Если эффектор смещает равновесие в направлении увеличения скорости реакции, то такой эффектор называется активатором. Если же его действие приводит к снижению скорости реакции, то он называется ингибитором. Как и в случае гемоглобина, воздействие усиливается тем, что одна молекула эффектора оказывает влияние на несколько каталити-21 [c.323]

Аннелиды (Annelida, кольчатые черви) считаются эволюционными предками членистоногих. Существующие в настоящее время виды этого типа включают дождевых червет , пиявок и около 10 видов морских полихет (многощетинковых червей). У кольчатых червей имеется полость тела, отделенная от пищеварительного тракта и выстланная специальным слоем эпителиальных клеток. Они обладают также хорошо развитой кровеносной системой, причем в их крови обычно содержится гемоглобин или родственное соединение — эритрокруорин. [c.53]

Способность к специфическим взаимодействиям определяется наличием в молекулах порфиринов и металлопорфиринов разнообразных центров специфической сольватации, к которым, в первую очередь, следует отнести сопряженную л-систему макрокольца, реакционный центр лиганда порфирина, центральный атом металла в составе металлопорфиринов, гетероатомы, входящие в состав периферийных заместителей. В биологических структурах молекулы металлопорфиринов, как правило, принимают участие в нескольких типах последовательных или параллельных специфических взаимодействий, которые могут иметь конкурентный характер. Например, я-система и периферийные заместители железо(П)протопорфирина - простетического фрагмента гемоглобина и цитохромов вступают в специфические взаимодействия с алифитическими и ароматическими радикалами аминокислотных остатков протеина или других органических молекул (лекарственных препаратов, токсинов и т.д.), которые оказывают влияние на координационные свойства центрального атома железа и биологическую активность хромопротеина в целом [1, 2]. При этом существенное влияние имеют pH и электролитный состав среды, температура [3]. Очевидно, что изучение природных макрообъектов и анализ результатов, полученных для таких сложных многокомпонентных систем, в большинстве случаев представляет трудноразрешимую задачу и не позволяет выявить роль каждого компонента. Поэтому исследования, позволяющие вскрыть факторы, влияющие на активность металлопорфиринов и механизмы их биохимического поведения, проводятся на упрощенных модельных системах. Эти системы содержат металлопорфирин и активный молекулярный лиганд, помещенные [c.298]

Многие ферменты, чехлы вирусов и более сложные молекулярные структуры построены из протомерав двух или большего числа типов. Наиболее детально изучен гемоглобин — тетрамерный белок (02 2), построенный из двух хотя и похожих, но не идентичных субъединиц, аир (обе имеют мол. вес, равный 16100). Аминокислотные последовательности субъединиц весьма сильно различаются, и тем не менее укладка полипептидных цепей в обеих субъединицах гемоглобина почти одинакова (и весьма сходна с укладкой полипептидной цепи в мономерном миоглобине) [56]. Если бы не эти различия, молекула гемоглобина была бы высокосимметричной с указанным на рис. 4-9, В типом взаимодействий и тремя осями симметрии 2-го порядка. Принято говорить, что молекула гемоглобина имеет одну истинную ось симметрии 2-го порядка и две оси псевдо-2-го порядка. В ней имеется два набора чисто изологических взаимодействий (между двумя а-субъеди-ницами и двумя р-субъединицами) и две пары несимметричных взаимодействий (между а- и р-субъединицами). На прекрасных рисунках Дикерсона и Гейса [57] ясно видна почти симметричная ориентация различных участков полипептидной цепи. [c.296]

Даже у человека существует несколько типов гемоглобина. Кроме миоглобина и гемоглобина А ( 2 2) у взрослых, известен также минор-,ный гемоглобин kiiaibi). В крови человеческого плода содержится другой тип гемоглобина — гемоглобин F ( 2 2). В присутствии 2,3-ди-фосфоглицерата он обладает более высоким сродством к кислороду, чем гемоглобин А, что способствует выполнению его функции — снабжению плода кислородом. Через несколько месяцев после рождения гемоглобин F исчезает и заменяется гемоглобином А. Гемоглобины человека различаются по аминокислотному составу и последовательности. У других видов аминокислотный состав гемоглобинов различается еще сильнее. Взаимодействия между субъединицами также варьируют, а у одного из типов гемоглобинов, эритрокруоринов, обнаруживаемых у некоторых беспозвоночных, имеется 192 субъединицы [79]. [c.314]

Экстракоординация (более узкое понятие - аксиальная координация) молекул и ионов на металлопорфиринах является результатом дальнейшего координационного насыщения химического сродства центрального атома металла и проявляется наиболее сильно в биологически активных комплексах с лигандами порфиринового типа, а именно в хлорофилле, геме крови в составе гемоглобина, в цитохро-моксидазах, каталазах и пероксидазах, в витамине В 2 и др. [1, 2, 3]. [c.254]

Подробнее остановимся на свойствах цитохрома Р-450 (цитохром типа Ь). Он выделяется в лаборатории из клеток печени, коры надпочечников, бактерий и др. Ферментная система цитохрома Р-450, гидроксилирующая связи С-Н субстратов, содержит три компоненты. Первая - это ассоциат из НАДФ (см. XVI), из цитохрома Р-450 вторая - цитохром Р-450 и третья - это фосфолипиды. Исследователи наиболее глубоко проникли в структуру, функции и механизм действия этой ферментной системы. Однако вопросы механизма активации молекулы О2 этим ферментом не решены. Известно, что при функционировании Р-450 происходит экстракоординация фазу двух лигандов -атома S цистеинового остатка белка и О2. Следует учесть то, что атом серы в тиоспиртах и тиоэфирах является слабым экстралигандом даже для атома железа, имеющего достаточное сродство к S и образующего сульфиды с низким значением произведения растворимости. В отличие от имидазола, атом S, подобно гемоглобину, не обеспечивает прочного связывания О2. Поэтому механизм окислительного воздействия О2 должен быть связан с изменением окислительного состояния железа в цитохроме. На рис. 5.4 приведен каталитический цикл цитохрома Р-450. Координационные взаимодействия на атоме железа (экстракоординация) выступают здесь также четко, как в фотосинтезе и фиксации-переносе О2. [c.290]

Время 1950-1960-х годов можно смело отнести к одному из самых романтических периодов в истории биологии, Воображение исследователей поражала не только многочисленность фундаментальных достижений устанавливающих универсальность морфологических, физиологических и эволюционных принципов живой природы, но, быть может еще в большей мере, открывающиеся благодаря этим достижениям удивительная целесообразность и мудрая простота структурной организации элементарных биосистем, как и захватывающая перспектива дальнейших исследований. Действительно, нельзя было не удивляться несложным химическим типам белков, ДНК и РНК. Расшифрованные первыми 1рех-мерные структуры миоглобина и гемоглобина, хотя и имели иррегулярную молекулярную конструкцию, тем не менее, более чем на три четверги состояли из регулярных а-спиралей, ранее обнаруженных у фибриллярных белков и гомополипептидов. Э. Чаргаффом были выведены очень простые соотношения между нуклеотидными остатками ДНК, а Дж. Уотсоном и Ф. Криком сконструирована изящная и чрезвычайно рационально построенная модель двойной С1шрали ДНК. Для многих исследователей успехи романтического периода послужили не только вдохновляющим примером, но и породили у них поверхностное представление о том, что изучение элементарных биосистем непременно должно приводить к быстрым и простым решениям, что от молекулярной биологии можно ждать любых чудес. Вера в почти неограниченные возможности данной области знаний, причудливым образом переплетаясь с многими другими сферами сознания людей, часто служила причиной появления различных коллизий человеческого ума со свойственными ему фантазиями, ошибками и заблуждениями. Касаясь этой темы, Ф.М. Достоевский писал- "Да, иногда самая дикая мысль, самая с виду невозможная мысль, до того сильно укрепляется в голове, что ее принимаешь, наконец, за что-то осуществимое... Мало того если идея соединяется с сильным, страстным желанием, то, пожалуй, иной раз примешь ее, наконец, за нечто фатальное, необходимое, предназначенное, за нечто такое, что уже не может не быть и не случиться Может быть, тут есть еще что-нибудь, какая-нибудь комбинация предчувствий, какое-нибудь необыкновенное усилие воли, самоотравление собственной фантазией..." [343. С. 369]. [c.528]

Из четырех основных типов биополимеров — нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов и белков — последние наиболее изучены к настоящему времени, поскольку они доступнее для выделения и анализа. Белки оказались на переднем крае исследования биополимеров более столетия назад, когда Кюне [1] выделил и охарактеризовал фермент трипсин, а Хоппе-Сейлер [2] получил кристаллы гемоглобина. Эти опыты показали, что белки имеют вполне определенную структуру, что, однако, не было общепризнанным до тех пор, пока не удалось непосредственно наблюдать детали их атомного строения с помощью дифракции рентгеновских лучей. [c.8]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология