Структура гемоглобинов и миоглобинов

Наибольший успех был достигнут в изучении структуры гемоглобина и миоглобина сердца лошади. [c.544]

Белковая структура гемоглобина более сложна. Гемоглобин млекопитающих (в том числе человека) имеет мол. массу 64 500 и состоит из четырех полипептидных цепей, каждая из которых содержит свой собственный гем. Преобладающая форма гемоглобина у взрослых людей — гемоглобин А —имеет две пары полипептидных цепей а-цепей, каждая из которых состоит из 141 аминокислотного остатка, и р-цепей — по 146 остатков в каждой. В содержащемся в небольшом количестве у взрослых людей гемоглобине Аг и в зародышевом гемоглобине Р Р цепи замещены другими полипептидами. Несмотря иа то что аминокислотные последовательности полипептидных цепей гемоглобина и миоглобина в значительной степени различаются, трехмерные структуры их чрезвычайно сходны и гемы в молекулах того и другого занимают гидрофобные полости внутри свернутых полипептидных цепей. Проксимальный и дистальный остатки гистидина входят в число девяти аминокислот, которые одинаковы во всех миоглобинах и гемоглобинах у ряда изученных в этом отношении видов животных. [c.169]

Изучение гемоглобина, миоглобина и их комплексов с различными лигандами дало важные подтверждения рентгенографических данных. Тем самым четко показано тождество структур этих белков в кристалле и растворе, установлено отсутствие [c.341]

Известны первичные структуры гемоглобина и миоглобина ряда видов животных, а также многих мутантных гемоглобинов человека (см. 2.5). Расшифровка строения МЬ и НЬ и выявление конформационных изменений, возникающих при их оксигенации, имеют принципиальное значение. Именно для этих белков проблема связи между строением и свойствами изучена сегодня наиболее подробно. [c.424]

Для глобулярных белков более характерна а-спираль-ная структура, а цепи их изогнуты в пространстве так, что макромолекула приобретает форму сферы. Глобулярные белки растворяются в воде и солевых растворах с образованием коллоидных систем. Примеры глобулярных белков — альбумин (яичный белок), глобин (белковая часть гемоглобина), миоглобин, почти все ферменты. [c.376]

Третичная и четвертичная структуры белков определяются при помощи рентгеноструктурного анализа, который впервые был проведен применительно к миоглобину и гемоглобину Дж. Кендрью и М. Перутцем в Кембридже. Значение рентгеноструктурного анализа белков трудно переоценить, так как именно этот метод дал возможность впервые получить своеобразную фотографию белковой молекулы. Для получения информативной рентгенограммы необходимо было иметь полноценный кристалл белка с включенными в него атомами тяжелых металлов, так как последние рассеивают рентгеновские лучи сильнее атомов белка и изменяют интенсивность дифрагированных лучей. Таким образом можно определить фазу дифрагированных на белковом кристалле лучей и затем электронную плотность белковой молекулы. Это впервые удалось сделать М. Перутцу в 1954 г, что явилось предпосылкой Д 1я построения приближенной модели молекулы белка, которая затем была уточнена при помощи ЭВМ. Однако первым белком, пространственная структура которого была полностью идентифицирована Дж. Кендрью, оказался миоглобин, состоящий из 153 аминокислотных остатков, образующих одну полипептидную цепь, В результате было экспериментально подтверждено предположение Л. Полинга и Р. Кори о наличии в молекуле миоглобина а-спиральных участков, а также М. Перутца и Л. Брэгга о том, что они имеют цилиндрическую форму Несколько позднее М. Перутцем была расшифрована структура гемоглобина, состоящая из 574 аминокислотных остатков и содержащая около [c.43]

Спектры гемоглобинов различного происхождения (быка, кролика, барана, лошади) заметно отличаются друг от друга [66, 68], в отличие от спектров миоглобинов (см. разд. 14.2.4.1), в которых раопределение спиновой плотности в геме не чувствительно к изменениям в последовательности аминокислот. Это может означать, что в более рыхлой и подвижной структуре гемоглобина изменения последовательности остатков, удаленных от гем-групп, могут тем не менее влиять на спиновую плотность в этих группах. [c.378]

Мышечные ткани содержат миоглобин, который, грубо говоря, является четвертушкой гемоглобина. Миоглобин имеет только одну субъединицу, структура которой идентична структуре р субъединицы гемоглобина. Миоглобин связывает кислород значительно сильнее, чем гемоглобин, и служит кислородным депо при недостатке кислорода. [c.74]

За свои работы по исследованию структуры гемоглобина и миоглобина Перутц и Кендрью были удостоены в 1962 г. Нобелевской премии. Эти работы дали чрезвычайно много для понимания строения белков. В результате многолетнего труда над совершенствованием метода рентгеноструктурного анализа удалось создать прямой метод расшифровки структуры, позволяющий проверять результаты, полученные другими физическими или химическими методами. Метод Перутца и Кендрью в настоящее время применяется и для определения пространственной структуры других белков. Чтобы полностью оценить значение этих исследований, читателю следует обратиться к оригинальным р а бот а м 12, 37 5 ]. [c.268]

Помимо изгибов, определяющих вторичную структуру, в полипептидных цепях белка, как правило, имеются изгибы, обусловленные внутримолекулярными силами, характер которых не является ни регулярным, ни периодическим это так называемая третичная структура молекулы, определяющая тип свертывания цепи данного белка в целом. Благодаря такому свертыванию молекулы многих глобулярных белков, например гемоглобина, хотя и состоят из длинных полипептидных цепей, тем не менее имеют почти сферическую форму. В большинстве случаев свертывание происходит в результате взаимодействия боковых групп белка, однако его причиной могут быть также и взаимодействия групп, составляющих остов полипептидной цепи. Глобулярный белок может иметь одновременно и вторичную и третичную структуры (например, миоглобин) или обладать ярко выраженной третичной структурой и лишь в малой степени вторичной (например, р-лактоглобулин). [c.272]

Почти одновременно М. Перутцу и его сотрудникам удалось получить трехмерное изображение другого белка — гемоглобина, при разрешающей способности 5,5 А [355]. Перутц показал, что полная молекула гемоглобина состоит из четырех полипептидных цепей (пара так называемых а-цепей и пара р-цепей), каждая из которых содержит одну группу гемина и образует одну субъединицу гемоглобина. Этот результат подтверждает возможность построения более крупных молекул глобулярных белков из нескольких субъединиц. Пространственное соединение таких индивидуальных субъединиц приводит к образованию комплекса, который называют четвертичной структурой молекулы белка. Расшифровка четвертичной структуры гемоглобина базировалась на результатах расшифровки третичной структуры миоглобина, которая оказалась чрезвычайно близкой третичной структуре отдельной субъединицы гемоглобина. Перутц установил, что четвертичная структура гемоглобина очень проста и симметрична. Субъединицы гемоглобина располагались по вершинам лишь слегка деформированного тетраэдра. [c.151]

Исследования Д. Кендрью и М. Перутца позволили сделать весьма интересные предположения о важном и общем значении нерегулярного строения полипептидной цепи в глобулярных белках. Дело в том, что объектами исследования этих ученых, обнару живших такое поразительное сходство, были родственные белки группы гемоглобина, но полученные из совершенно разных, систематически весьма отдаленных видов животных — лошади и кашалота. Это открытие, биологический смысл которого ие ясен до сих пор, было подкреплено результатами исследований еще одного белка, оказавшегося чрезвычайно близким по своей структуре молекуле миоглобина лошади,— миоглобина тюленя [23]. [c.151]

Таким образом, третичная структура цитохрома с совершенно отличается от структуры гемоглобина и миоглобина. Это соответствует полному различию специфических биологических функций данных гемопротеидов. [c.164]

Например, третичная структура молекулы гемоглобина (миоглобина), включающая гем с атомом железа, представляет собой шарообразный клубок (глобулу). Часть пептидной цепи, которая не образует спирали, содержит аминокислоты с отрицательным зарядом. [c.535]

Гемоглобин представляет собой образование из четырех миоглобино-подобных молекул (рис. 20-26). Структуры молекул миоглобина и гемоглобина удалось установить лишь в последнее десятилетие методом дифракции рентгеновских лучей. Было показано, что четыре компонента- [c.261]

К составным белкам, а конкретно к металлопротеидам, относятся близкие по своей структуре миоглобин и гемоглобин. Эти глобулярные белки содержат небелковую компоненту, пигмент крови —гел1 (разд. 7.9.2.4), и поэтому называются также гемопротеидами. Имеющиеся в теме двухвалентное железо способно связывать молекулярный кислород или диоксид углерода, поэтому оба белка осуществляют перенос этих газов в крови (гемоглобин) и мышцах (миоглобин). Степень окисления железа при таком переносе не изменяется, и оно остается двухвалентным. Структура миоглобина более простая, чем структура гемоглобина. Оба этих белка имеют красную окраску (присутствующий в мышцах миоглобин обусловливает их красную окраску, подобно тому как гемоглобин в красных кровяных тельцах обусловливает красный цвет крови). В растительном мире (Rhizobium) известен гемопротеид — леггемоглобин, который по своей структуре близок к миоглобину. [c.195]

Под названием гемоглобин объединяют многие виды белка, осуществляющего перенос кислорода. Гемоглобин имеет молекулярный вес порядка 64000, каждая его молекула содержит четыре группы гема, четыре атома железа и при насыщении связывает четыре молекулы кислорода. Миоглобин — это белок, который служит как депо кислорода. Он выделен из мышц. Его молекулярный вес равен 16000, каждая молекула содержит одну группу гема, один атом железа и при насыщении связывает одну молекулу кислорода. Миоглобин был первым белком, для которого была установлена детальная молекулярная структура (методом дифракции рентгеновских лучей, Кендрю, 1959 г.). Молекулярная структура гемоглобина также найдена с помощью этого метода. В действительности гемоглобин представляет собой тетрамер, все четыре составляющие которого имеют молекулярный вес порядка 16000 каждая и очень сходны с миоглобином как по аминокислотному составу, так и по пространственной конформации. [c.231]

Гемоглобин эритроцитов обеспечивает обратимое связывание и транспорт кислорода от легких во все органы и клетки живых существ. Миоглобин сохраняет запасенный кислород в мышцах. В этих гемопротеидах молекула белка-протеина связана с одной или несколькими молекулами гема(У), представляющего собой комплекс Ре(П) с протопорфирином. В настоящее время известен аминокислотный состав и последовательность аминокислот в протеине гемоглобина, место присоединения частиц гема, пространственная структура гемоглобина. Гем, РеПП, локализован в расщелине между спиралями белковой молекулы. По соседству с гемом находится так называемый проксимальный (соседний) фрагмент имидазола (Im) гистидино-вого (His) остатка, а на известном удалении с противоположной стороны от атома железа гема находится так называемый гисталь-ный (удаленный) имидазол другой гистидиновой молекулы. В отсутствие О2 атом Ре(П) в гемоглобине прочно связан с порфирином четырьмя донорно-акцепторными связями Fe-N и намного менее прочной [c.286]

Исследование реакций комплексообразования природных металлопорфиринов с нейтральными электронодонорными (-акцепторными) молекулярными лигандами представляет несомненный интерес как в теоретическом, так и в практическом плане. Многообразие полезных функций металлопорфиринов в первую очередь связано с их координационными свойствами, под которыми понимают дополнительную координацию заряженных или нейтральных частиц на центральном атоме металла. Механизмы протекания данных процессов в значительной степени определяются особенностями формирования сольватного окружения металлопорфиринов в биологических структурах и модельных растворах. В биоструктурах молекулы металлопорфиринов окружены псевдосольватной оболочкой, сформированной за счет универсальных и специфических взаимодействий с гидрофобными и гидрофильными фрагментами аминокислотных остатков белковой части хромопротеинов. Так, Ре(П)протопорфирин, являющийся простетической группой хромопротеинов (гемоглобин, миоглобин, цитохромы, пероксидазы) живых организмов [1], за чет электростатических взаимодействий пропионовых остатков связан с полярными фрагментами белка. При этом центральный атом металла вступает в дополнительное координационное взаимодействие с имидазольным остатком проксимального гистидина [33]. В гемоглобине (рис. 6.5) щестое координационное место остается открытым для взаимодействия с молекулами газообразных веществ (О2, СО, N0) и ионов окислителей (N02, Оз). В цитохромах (рис. 6.5) как пятое, так и шестое координационные места заняты за счет донорно-акцепторного взаимодействия с аминокислотными электронодонорными радикалами (например, гистидина и метионина). В результате проявляется новое свойство металлопорфирина - способность участвовать в легкообратимом окислительновосстановительном процессе переноса электрона, сопровождающемся обратимым изменением степени окисления иона железа Ре " Ре . [c.312]

В 1962 г. М. Перутц и Дж. Кендрью (Кембриджский университет) были удостоены Нобелевской премии по химии за работу по установлению структуры гемоглобина и родственного ему миоглобина — молекулы, способной хранить кислород. На основании данных рентгеноструктурного анализа и зная аминокислотную последовательность (стр. 1050), они определили трехмерную структуру этих очень сложных молекул совершенно точно для миоглобина и почти точно для гемоглобина. Они установили, например, что молекула закручена в а-спираль на протяжении шестнадцати звеньев, начиная с концевого Ы-звена, после чего цепь поворачивает под прямым углом. Исследователи смогли даже сказать, почему она поворачивает в углу находится звено аспарагиновой кислоты, карбоксильная группа которой нарушает водород >ые связи, необходимые для продолжения спирали, что и приводит к изменению формы цепи. Четыре сложенные цепи гемоглобина образуют вместе сфероидную молекулу с размерами 64 А х 55 А х 50 А. Четыре плоские группы гема, каждая из которых содержит атом железа, способный связывать молекулу кислорода, укладываются в отдельных карманах в этой сфере. Когда переносится кислород, то цепи слегка смещаются, в результате чего эти карманы становятся немного меньше по размеру Перутц описал гемоглобин как дышащую молекулу . Эти карманы оторочены углеводородными остатками аминокислот подобное неполярное окружение предотвращает перенос электронов между кислоредом-и-ионом железа и допускает комплексеобразование, необходимое для переноса кислорода. [c.1061]

Второе издание этого атласа, опубликованное в 1967—1968 гг., вдвое больше первого и представляет собой исключительно ценную сводку результатов работ по расшифровке последовательности. Там приведены последовательности цитрохрома с, ферредоксина, цепей гемоглобина, миоглобина, различных иммуноглобулинов и их L-цепей, трипсиногена, трипсина, химотрипсиногена, химотрипсина, субтилизина, а-лакталь5умина, триптофан-синтазы, лизоци-мов, рибонуклеазы, ингибитора трипсина, пептидных гормонов, ядов, токсинов, вирусных белков и т. д. Включая видовые вариации, число белков с расшифрованной структурой достигает почти двухсот. [c.40]

Миоглобин и гемоглобин. Эти два белка часто называют дыхательными ферментами. Взаимодействие нх с субстратом — кислородом выяснено детально, прежде всего на основу рентгеноструктурного анализа высокого разрешения. Трехмерная структура миогло-бина была определена Дж. Кендрью в 1961 г., а трехмерная структура гемоглобина — М. Перутцем в 1960 г. Молекула миоглобина име- [c.205]

Аллостерическая регуляция осуществляется воздействием не на активный центр молекулы Б, а на другой (аллостерич.), посредством к-рого осуществляется регуляция яктивного центра, напр, активация присоединения кислорода к гемоглобину. Гемоглобин пока единственный Б, с четвертичной структурой для к-рого определена структура с разрешением 0,3 нм (3 А) Этот Б. состоит из двух пар субъединиц (а- и Р-цепи), каждая из к-рых по своей третичной структуре практически идентична миоглобину и имеет такой же, как в миоглобине, активный центр. Присоединение первой молекулы кислорода активирует присоединение молекул кислорода к остальным трем атомам железа гем-групп др, субъединиц. Зависимость насыщения кислорода от его парциального давления имеет S-образный вид. Как показал Перутц (1960), присоединение и отдача кислорода сопровождается существенными кон-формационными изменениями четвертичной структуры — смещением субъединиц на расстояние порядка 0,7 пм (7 А) Родственный гемоглобину миоглобин, не имеющий четвертичной структуры, подобным свойством не обладает Второй сравнительно хорошо изученный пример аллостерич. Б.— фермент аспартаткарбамоилтрансферааа — первый фермент в цепи реакций биосинтеза пиримидиновых производных. Этот фермент (мол. масса 300 ООО) состоит из двух субъединиц с мол. массой 90 ООО, осуществляющих катализ, и четырех регуляторных субъединиц с мол. массой по 30 ООО. Конечный продукт указанной цепи реакций (цитидинтрифосфат) взаимодействует с регуля-торйыми субъединицами, в результате чего активность фермента снижается и вся цепь реакций прекращается (регуляция по типу обратной связи). [c.123]

Но теперь снова возникает ряд вопросов. В чем состоит особенность структуры гемоглобина, обеспечивающая эти выгодные для организма изменения сродства гемоглобина к кислороду, находящиеся в обратной зависимости от его сродства к СО2 и ионам Н Как информация о связывании лиганда передается от одной полипептвдной субъединицы гемоглобина к другой Почему гемоглобин обладает такими свойствами, а миоглобин нет [c.210]

Гемоглобин — кислороднереносящий пигмент крови млекопитающих — в структурном отношении гораздо сложнее миоглобина, хотя он и близок к нему. Молекула гемоглобина (мол. вес 65 ООО) состоит из двух пар идентичных ценей, обозначаемых как а- и р-ценн. При изучении структуры гемоглобина был использован почти такой же подход, как и в случае миоглобина. Однако хотя работы эти были начаты на несколько лет раньше, чем опыты с миоглобином, детальную структуру гемоглобина вследствие ее большей сложности удалось расшифровать только в самое последнее время. [c.108]

Константы равновесия гемоглобйнов и миоглобинов, изученных к настоящему времени, находятся в интервале Дlg/ (или Р1/2) 6, причем около 4,5 единицы этого интервала никак не связаны с изменениями природы аксиального лиганда, представляемого белком, и по крайней мере 2,4 единицы определяются изменениями четвертичной структуры гемоглобина. Изменение энтальпии при связывании кислорода варьирует еще в более широких пределах, от - -4 до —75 кДж/моль (от +1 ДО —18 ккал/моль), хотя для гемоглобинов с наиболее высокими значениями констант равновесия соответствующие термодинамические данные не получены (разд. 7.5). В настоящее время получено достаточно данных, чтобы в общих чертах описать механизм регулировки величины К, хотя ряд деталей остается неясным. Рентгеноструктурные и спектроскопические данные указывают на следующие эффекты смещение атома металла и лигандов в каждой из форм комплекса Ре или Ре Ог в результате несоответствия стереохимических свойств полипептида и металлокомплекса некоторые различия в положении металла и лигандов между различными белками изменения третичной структуры полипептидных цепей и четвертичной структуры гемоглобйнов [c.190]

В настоящее время первичная структура известна для ограниченного числа белков, а именно для инсулина, адренокортико-тропина, рибонуклеазы, ВТМ, химотрипсина, трипсина, цитохро-л а С, гемоглобина, миоглобина и лизоцима. [c.87]

Первым глобулярным белком, для которого была определена пространственная структура, был миоглобин кашалота, исследованный Дж. Кэндрью и сотр. Опубликован прекрасный обзор этих работ [5]. Кроме того, можно рекомендовать четыре более поздние публикации, описывающие структуры белков из других источников. Структуры миоглобина, гемоглобина, лизоцима, рибонуклеазы, химотринсина, папаина и карбоксипептидазы А обсуждаются в иллюстрированной книге Дикерсона и Рейса [6]. Исследование карбоксипептидазы А, химотрипсиногена, химо-трипсина, эластазы, папаина и субтилнзина обсуждается в одном из томов Ферментов [7]. Структуры гемоглобина и миоглобина, а также различные свойства этих белков послужили темой еще одной книги [8]. Наконец, не так давно была описана структура цитохрома с [9]. Многие из этих статей иллюстрированы рисунками-стереопарами, дающими объемное изображение молекул при рассматривании их через специальные очки. [c.491]

Новые успехи применения рентгеноструктурного анализа в расшифровке строения глобулярных белков были неразрывно связаны с его дальнейшим методическим усавершенствованием. Рентгеноструктурный анализ глобулярных белков двинулся вперед семимильными шагами после того, как в 1953 г. Перутц разработал принципы получения таких производных гемоглобина, которые содержали тяжелые атомы и которые кристаллизовались изоморфно с исходным белком, но заметно различались по дифракционным картинам своих кристаллов [354]. Этот прием позволил разработать и усовершенствовать так называемый метод изоморфного замещения, который дал исследователям принципиальную возможность однозначно определять белковые структуры. В продолжение 1953—1960 гг. метод был использован для изучения многих кристаллических белков, главным образом гемоглобина, миоглобина, инсулина, рибонуклеазы и лизоцима. Наиболее трудным было получение кристаллов соответствующих изоморфных производных белков, содержащих тяжелые атомы-заместители. [c.149]

Миоглобин (Mb) является сложным белком, входящим в состав мышц большинства животных организмов. Его молекула состоит из одной полипептидной цепи, связанной с одной группой протогема. Атом двухвалентного железа, входящий в состав гема, способен соединяться с кислородом. Однако в отличие от.гемоглобина миоглобин дезоксиге-нируется при значительно более низких парциальных давлениях кислорода, что позволяет ему выполнять функцию резервного источника кислорода в мышцах. Единственная полипептидная цепь миоглобина состоит из 153 аминокислотных остатков. Такая относительная несложность молекулы миоглобина, доступность его из разнообразных источников, а также способность образовывать кристаллы позволили в короткий срок определить аминокислотную последовательность и полную структуру молекулы этого белка. Строение миоглобина стало известно благодаря работам Эдмундсона и Хирса, изучавших аминокислотную последовательность белка, и Кендрью с сотрудниками, которые провели рентгеноструктурный анализ миоглобина кашалота, используя метод изоморфного замещения, впервые примененный Перутцем с сотрудниками в изучении гемоглобина. [c.139]

Какие свойства характерны для гемоглобина а) наличие одной геминовой труппировки б) молекулярная масса в четыре раза больше, чем у миоглобина в) из четырех полипептидных цепей гемоглобина две одинаковые г) каждая из субъединиц молекулы гемоглобина напоминает по своей третичной структуре молекулу миоглобина [c.40]

Расшифровка первичной структуры белка имеет большое практическое значение, так как открывает возможность синтеза его в лаборатории. Благодаря расшифровке структуры гормона инсулина (Сенгер, 1954) и иммуноглобулина (Эдельман и Портер, 1972) эти белки получают синтетически и широко применяют в медицине. Изучение первичной структуры гемоглобина позволило выявить изменения его структуры у людей при отдельных заболеваниях. В настоящее время расшифрована первичная структура более 1000 белков, в том числе ферментов рибонуклеазы, кар-боксипептидазы, миоглобина, цитохромов и многих других. [c.237]

Атомы тяжелых металлов, таких, как золото, ртуть, серебро и т. д., дают на рентгенограммах рефлексы, которые легко идентифицировать. Это можно использовать при изучении структуры белков в случае, если введение в специфические участки молекул белков атомов тяжелых металлов приводит к образованию изоморфных (кристаллографически тождественных) кристаллов. Метод изоморфного замещения впервые был предложен и с успехом использован Перутцем для изучения структуры гемоглобина лошади, а вскоре применен Кендрью для исследования строения миоглобина спермы кита. При этом существенное значение имело увеличение разрешающей способности рентгеновских установок, применение автоматических дифрактометров и использование электронносчетных машин для обработки получаемой информации. [c.150]

Атом железа(П) в составе протопорфирина IX координационно ненасыщен (имеет вакантные -орбитали) и способен присоединять один или два дополнительных электронодонорных или электроноакцепторных лиганда по оси, перпендикулярной плоскости макроцикла. В таких случаях координационное число Fe(II) равно 5 или 6. Такой тип координации у МР называется аксиальным (от греч. ахоп — ось), а соответствующие координируемые дополнительные лиганды — аксиальными. Именно это свойство гема и определяет способность молекул гемоглобина и миоглобина к присоединению молекулярного кислорода и других лигандов, лежащую в основе жизненно необходимых функций данной группы сложных белков. Формирование и стабилизация пространственной структуры гемоглобина и миоглобина происходят благодаря образованию аксиальных связей между Fe(II) и аминокислотными остатками полипептидных цепей этих хромопротеинов. При этом аминокислотный остаток гистидина занимает пятое координационное положение Fe(II) в составе МР (рис. 5.4). Такой остаток гистидина получил название проксимальный (от лат.proximus — ближайший). Второй остаток гистидина глобиновой полипептидной цепи — дистальный гистидин (от лат. disto — отстою) находится близко к кислородсвязывающему участку гема, но не имеет непосредственной связи с ним. [c.207]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология