Гемо-группа

Вторичные структуры миоглобина и гемоглобина представлены главным образом а-спиралями. Восемь отрезков полипептидной цепи являются относительно прямолинейными ю-спиралями эти отрезки содержат 80% аминокислотных остатков всей цепи, остальные 20% остатков приходятся на места сгибов, соединяющие между собой ja-спираль-ные отрезки. При укладывании цепи (третичная структура) образуется полость, в которой расположена гем-группа. [c.439]

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]

Молекула гемоглобина человека, подобно гемоглобину других млекопитающих, состоит из четырех полипептидных цепей (каждая из которых содержит одну гем-группу) и способна обратимо присоединять четыре молекулы кислорода. Уже много лет назад было показано, что равновесное связывание кислорода гемоглобином описывается S-образной кривой, приведенной на рис. 15.12, которая отличается от аналогичной кривой для миоглобина. Для миоглобина, содержащего одну гем-группу в молекуле, следует ожидать кривую равновесия, отвечающую реакции [c.440]

Если четыре гем-группы молекулы гемоглобина связывают кислород независимо одна от другой, это уравнение должно быть справедливо и для гемоглобина. Однако наблюдаемая S-образная кривая показывает, что между гем-группами существует взаимодействие — связы- [c.440]

Одно из возможных объяснений этого явления заключается в том, что в результате сильного взаимодействия между гем-группами промежуточные продукты в интервале между НЬ4 и НЬ4(02)4 в заметных [c.441]

Другое простое объяснение заключается в допущении, что сильное взаимодействие между гем-группами осуществляется попарно, а сами пары не взаимодействуют между собой. Тогда соответствующее уравнение равновесия [c.441]

В молекуле гемоглобина гем-группы расположены далеко друг от друга (3000 пм), поэтому прямого взаимодействия между ними недостаточно, чтобы объяснить это явление. Однако было найдено, что присоединение кислорода или другого лиганда изменяет форму свернутой полипептидной цепи и благодаря взаимодействию между соседними цепями этот эффект передается. [c.442]

Многие ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции, содержат атомы железа. Примером могут служить цито-хромы, присутствующие в каждом живом организме. Они содержат гем-группы, связанные с белком иначе, чем в молекулах миоглобина и гемоглобина. Интересным является белок, содержащий негемовое железо (так называемый высокопотенциальный железосодержащий белок), выделенный из клеток нескольких видов пурпурных бактерий. Он может обратимо одноступенчато (путем потери одного электрона) окисляться ионом гексацианоферрат(П1) кислоты [Ре(СК)б] и другими окислителями и, вероятно, катализирует какие-то окислительные процессы, важные для физиологии бактерий. На рисунке, где приведена [c.443]

Мы детально рассмотрим влияние pH (или pD), температуры, растворителя, состояния окисления и связывание малых молекул на спектры отдельных белков, в том числе содержащих гем-группы и другие простетические группы, резонансные сигналы и влияние которых мы еще не рассматривали. Эффект кольцевых токов (см. разд. 1.11), контактные взаимодействия (см. разд. 1.11 и 13.2.5), водородная связь и изменения локального заряда обусловливают наиболее интересные особенности спектров. Мы обсудим также большое число других факторов, влияющих на химические сдвиги, и другие методы наблюдения, которые лучше всего рассматривать в их конкретных приложениях. Большая часть наблюдаемых спектров получена с использованием накопления большого числа прохождений (иногда 100 и более) с помощью накопителя (см. разд. 1.18.3). [c.351]

Миоглобин связывает кислород и сохраняет, его в мышце до тех пор, пока он не потребуется для метаболического окисления. Его особенно много в мышцах млекопитающих-ныряльщиков, способных долгое время оставаться на глубине, таких, как кит и бурый дельфин. Каждая молекула миоглобина представляет собой одну цепь из 153 аминокислотных остатков (молекулярная масса 17800), связанную с одной гем-группой. [c.369]

В молекуле нет дисульфидных мостиков. Известна последовательность аминокислот [47] и конформация цепи [48—51] миоглобина кашалота. Это был первый белок, структура которого определена с помощью рентгеноструктурного анализа. Он отличается от лизоцима и рибонуклеазы тем, что 121 аминокислотный остаток находится в а-спиральных участках [12]. Молекулу можно рассматривать как корзину, состоящую из восьми спиралей, которая содержит гем-группу внутри гидрофобной полости. Выступает на- [c.369]

Остается вопрос, дают ли протоны гем-групп а- и р-цепей гемоглобина идентичные сигналы. Ответ на него был получен [69] при изучении опектров частично окисленного гемоглобина [c.376]

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]

Цитохром с необходим для функционирования всех аэробных клеток и поэтому встречается в большинстве растительных и животных организмов. Он играет роль переносчика электронов, т. е. попеременно окисляется и восстанавливается на конечном этапе окислительной цепи, представляющей собой последние стадии окислительного расщепления питательных веществ в митохондриях. Цитохром с имеет одну гем-группу и одну полипептидную цепь из [c.378]

Рентгеноструктурное исследование цитохрома с пока проведено лишь при низком разрешении [70]. Было установлено, что молекула имеет яйцевидную форму с малым количеством а-спираль-ных участков. Гем-группа расположена в щели, плоскость ху [c.379]

Процесс транспортировки кислорода от легких к мышцам осуществляется следующим образом. Парциальное давление кислорода в легких высоко, поэтому кислород координируется гемоглобином. Затем он транспортируется кровью к ткани, где давление кислорода низкое в этом случае кислород отщепляется от гемоглобина и присоединяется к миоглобину. В молекуле миоглобина полипептидная цепь координирована железом гем-группы так же, как в гемоглобине. Однако в отличие от гемоглобина, где на одну молекулу приходится четыре гем-группы, одна молекула миоглобина содержит одну гемовую единицу. Взаимодействие миоглобина с кислородом [15] можно представить уравнением (15.5) [c.283]

Гемоглобин И миоглобин. Эти два белка весьма родственны. Гемоглобин имеет молекулярную массу 64 500 и состоит из четырех субъединиц, каждая из которых содержит одну гем-группу. Миоглобин очень похож на одну из субъединиц гемоглобина, ту, которая представлена иа рис. 31.2. Гемоглобин выполняет две биологические функции [c.640]

Точное значение п в этом уравнении зависит от pH. Таким образом, для гемоглобина (НЬ) кривая связывания кислорода имеет сигмоидальную форму, представленную на рис. 31,3. Тот факт, что значение п превышает единицу, с физической точки зрения означает, что присоединение кислорода к одной из гем-групп увеличивает константу связывания для следующей молекулы 62, что в свою очередь приводит к повышению константы для следующей и т. д. [c.641]

Хорошее соответствие с экспериментом получается в том случае, если предположить, что гем-группа, присоединившая кислород (НЬОг), повышает константу связывания кислорода в 12 раз на каждую соседнюю группу и что гем-группы расположены по углам квадрата. Фактор 12 согласуется с энергией взаимодействия между гем-группами i rinl2 = 6 кДж-моль-1. [c.442]

У человека существует, однако, несколько известных мутаций, изменяющих аминокислотную последовательность в а-цепи или в -цепи гемоглобина так, что легкость, с которой окисляется атом железа, возрастает, в результате чего и развивается ферригемоглобинемия. Одна из таких мутаций приводит к замене остатка гистидина в положении 58 а-цепи на остаток тирозина. Боковая цепь тирозина содержит оксибензольное кольцо, которое, обладая свойствами кислоты, не притягивает протона и не приобретает положительного заряда. Электростатическое поле, удерживающее электрон железа, в этом случае не образуется, й железо(И) гем-групп в двух цепях молекулы гемоглобина окисляется до железа(III). Возникающее заболевание называют ферригемоглобинемией по а-цепям. [c.468]

Белан фигура изображает полипеттвдную цепь, а серый диск -гемо-группу. Маленькие шарики — это положения различных тяжелых атомов, использованных для определения структуры. Размеры в ангстремах. [c.512]

НетРе — гем-группа гемоглобина крови). [c.210]

Релаксация протонав воды под действием комплексообразова-ния с парамагнитными ионаади, особенно в гем-группах белков, изучалась с целью получения информации о структуре лигандов. Эти работы будут обсуждаться в гл. 14. [c.276]

Спектры всех белков имеют большое сходство, но различаются в деталях, что обусловлено, в частности, связыванием малых молекул, свертыванием и развертыванием цепи и другими структурными изменениями. Общее отнесение резонансных сигналов протонов в спектрах белков подобно тому, которое используется для аналогичных малых молекул — аминокислот и пептидов, описанных в гл. 13 (см. табл. 13.1). Отнесение частот для 20 обычно встречающихся в белках аминокислот приведено на рис. 14.2. Эти данные взяты в основном из тщательно выполненной большой работы Мак-Дональда и Филиппса [11] сделаны лишь некоторые уточнения, учитывающие отклонения химических сдвигов для аминокислот в длинных полипептидных цепях по сравнению со свободными аминокислотами или короткими пептидами. Следует учитывать, что приведенные значения относятся к белковым цепям в полностью развернутом неупорядоченном состоянии в предположении (оно почти всегда соблюдается), что отсутствуют взаимодействия между соседними остатками. Для групп, состояние которых в значительной мере определяется протонированием, указан ожидаемый интервал изменений химических сдвигов в области,pH = 1 13. Это относится к протонам кольца гистидина и метиленовым группам, соседним с амино-группами или карбоксильными группами боковых цепей. Химические сдвиги концевых групп, а также про-стетических групп, таких, как гем-группы, не указаны. Не приводятся также сдвиги протонов групп ЫНг, ОН, СООН и МН-групп имидазола, поскольку их сигналы обычно сливаются с сигналом от растворителя вследствие быстрого обмена (см. разд. 13.3.4). Химические сдвиги специфических остатков (кроме тех, которые зави- [c.349]

Гем-белки присутствуют во всех живых организмах и играют важную роль в процессах переноса кислорода, а также как переносчики электронов в окислительно-восстановительных реакциях и как ферменты. Гем-группа входит в активный центр всех таких белков, но характер биологической функции каждого из них зависит от природы связанных с гемом лигандов, структуры и конформации окружающих его полипептидных цепей, с которыми он взаимодействует, а также от степени окисления атома железа в центре порфиринового кольца. Гем-группа в миоглобине и гемоглобине— это железосодержащий протопорфирин или протогем IX , в котором железо связано с четырьмя атомами азота. [c.367]

Одним из аксиальных лигандов является гистидильный остаток полипептидной цепи. Шестое положение могут занимать разные лиганды в зависимости от функции и состояния белка. Оно и является активным центром. Заместителями в гем-группе являются метильные группы (а), жезо-протоны (Ь), пропионатные группы [c.368]

Как мы видели, один из аксиальных лигандов в гем-группе гем-белков — это остаток Гис. В миоглобине это Гис-93 (или Гис-8 в / -спирали [12]). Существует и другой остаток —Гис-64 (или Гис-7 в -спирали [12]) в аксиальном положении с другой стороны гема, но его имидазольный цикл слишком удален от атома железа, и координация невозможна. Имеется щель, которую в оксимиоглобине занимает кислород Оа или другие лиганды, такие, как СО и N0, при подходящих условиях. (Окись углерода связывается в 50 раз прочнее, чем кислород). При отсутствии таких малых молекул шестое координационное место в ферромиоглобине остается свободным. В ферримиоглобине это положение занимает молекула воды. Гем-группа ковалентно не связана с белком, и при осторожной обработке ее можно удалить и заменить другими типами гемо1В, что мы увидим в дальнейшем. [c.370]

Линии в слабом поле —это резонансные сигналы протонов гема и имидазола Гис-93 (Гис-/ 8), сдвинутые вследствие сверхтонкого контактного взаимодействия. Их отнесение было сделано по интенсивностям путем сопоставления со спектрами модифицированных миоглобинов, содержащих гем-группы, в которых места винильных групп протопорфирина IX занимали протоны и этильные группы [59], а также на основании наблюдаемого влияния ксенона и циклопропана на спектр цианоферримиоглобина [61]. Эти молекулы, хотя они инертны, способны связываться миоглоби-ном, присоединяясь к гидрофобной части молекулы с обратной стороны гем-группы, т. е. со стороны Гис- 8. При отнесении сигналов учитывались также пространственные эффекты и влияние токов циклопропапового кольца, которые мы здесь не будем обсуждать. Пики а с интенсивностью, соответствующей трем прото- [c.370]

А от гема, и эти различия не меняют существенно конформацию полипептидной цепи вблизи гема или в любой другой области молекулы. Кроме того, было обнаружено, что алкилирование бром-ацетатом остатков гистидина, способных вступать в эту реакцию (7 из 12 в миоглобине кашалота), оказывает очень малое влияние на спектр. Следовательно, все эти остатки также удалены от гема более чем на 10 А. Остатки гистидина (Гис-64, Гис-93 и Гис-97), связанные с гемом ван-дер-ваальсовым взаимодействием, не алки-лируется. Все это показывает, что изменения в участках молекулы белка, удаленных от порфиринового кольца на расстояния, на которых уже не проявляются ван-дер-ваальсовы взаимодействия, не оказывают влияния на распределение спиновой плотности в гем-группе. В процессе эволюции структурные изменения не затрагивали ту часть молекулы, где расположен гем, так что оставалась неизменной и биологическая функция молекулы. [c.374]

Гемоглобин состоит из двух а-цепей и двух р-цепей, которые отличаются друг от друга и от цепи миоглобина лишь небольшими деталями, но в основных чертах имеют большое сходство с последней. Каждая из четырех составляющих гемоглобин цепей содержит гем-группу, образуя вокруг нее гидрофобную полость, как и в миоглобине. а-Цепь состоит из 141 аминокислотного остатка, а р-цепь — из 146 остатков. Молекулярная масса гемоглобина равна примерно 64500. Отдельные цепи не связаны ковалентно, но удерживаются друг возле друга, по-видимому, в основном за счет гидрофобных связей. Подобно мпоглобинам, гемоглобины различного происхождения несколько отличаются последовательностью аминокислот в цепях. Кроме того, известно много разновидностей патологических видоизменений гемоглобина человека. Детальную информацию о последовательности аминокислотных остатков и структур пептидных цепей можно найти в работе Дикерсона и Гейса [12]. [c.375]

Важной особенностью гемоглобина, которая обусловлена наличием нескольких гем-групп, является форма кривой связывания кислорода не простая гиперболическая кривая насыщения, как для миоглобина, а S-образная. Сродство гемоглобина к кислороду возрастает с давлением. Поэтому при умеренных давлениях гемоглобин эффективно связывает кислород в легких, но отдает его миоглобину при низких давлениях в тканях. При потере кислорода образуется дезоксигемоглобин, субъединицы молекулы слегка смещаются относительно друг друга и поворачиваются так, что два р-гема удаляются друг от друга на расстояние около 6,5 А. Эта конформационная перестройка, несомненно, тесно связана с кооперативным взаимодействием гемов, которое позволяет им более прочно связывать кислород, когда молекула уже частично окислена. Однако детали этого взаимодействия еще не ясны. В концентрированных солевых растворах (например, в 4 М Na l) молекула [c.375]

Пэтел и сотр. [69] кроме спектров миоглобина (см. разд. 14.2.4.1) исследовали также спектры водных растворов окси-и дезоксигемоглобинов в области от О до —5 т. В спектрах свободных р-цепей были обнаружены резонансные сигналы обменивающихся NH-протонов индольного кольца триптофанов Л-12 и С-3 при —0,2 и —0,5 т. Их положение фактически не зависит от степени окисления гем-групп или от ассоциации в некооперативный Р4-тетрамер. Ни для одного из состояний Р-цепей не было обнаружено сигналов в области ниже —0,6т, в отличие от миоглобина (см. предыдущий раздел). Триптофан Л-12 из а-цепей в этой области не дает сигнала обменивающегося протона. В частности, примечательно, что триптофановые остатки действительно слишком удалены от гем-группы, чтобы можно было ожидать значительных сдвигов за счет сверхтонкого взаимодействия или эффектов кольцевого тока, что согласуется с этими наблюдениями. Тем не менее спектры окси- и дезокси-форм кооперативного тетрамера (ар)г, т. е. интактного гемоглобина, заметно различаются. Было высказано предположение, что смещение пика при —2,18 т, соответствующего одному протону в спектре оксигемоглобина НЬОг, к —4,14 г при дезоксигенации указывает на перестройку четвертичной структуры, которая сопровождает это превращение (см. с. 375), или на изменение третичной структуры, связанное с этой перестройкой. [c.378]

Ферредоксин представляет собой железосодержащий белок — переносчик электронов, по биологической функции сходный с цитохромом с, но отличающийся от него тем, что железо в нем связано не с гем-группой, а координировано атомами серы цистеино- [c.382]

Одним из наиболее важных химических превращений кольцевой системы порфирина является расщепление, которое приводит к тетрапиррольным соединениям с открытой цепью. Средний срок службы частицы крови около 120 дней после этого, повинуясь неизвестному триггеру, простетическая гемо-группа (12) гемоглобина или миоглобина разрущается, образуя сначала биливердин-1Ха, а затем билирубин-1Ха и другие продукты восстановления и повторного окисления, которые выделяются с экскрементами [номенклатура 1Ха введена Фишером и указывает, что порфирин типа IX — с открытой цепью, образованный путем разрыва связи у углеродного атома а (5)]. Многократно используется только атом железа. Интересно, что почти все природные пигменты желчи обладают ориентацией заместителей типа 1Ха, единственное исключение из этого правила представляет покровный пигмент гусеницы белой капустницы, который является били-вердином-1Х7. В настоящее время рассматриваются две основные теории катаболизма гема, но последние работы указывают, что это энзиматический процесс (дальнейшую дискуссию по поводу пигментов желчи см. в гл. 17.1). Общепринято, что интермедиатом [c.401]

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]

Сплошная линия — полипептид яая цепь. Ясно видны отдельные спиральные участки. Точками на этой линии показаны атомы а-С. Гем-группу можно видеть вверху справа от центра. Железо. обозначено. бдльшим черным кружком. Координированный гистидин боковой цепи помечен F8, Это значит, что он является восьмым остатком в F-спирали. [c.640]

Гем-группа как в гемоглобине, так и в миоглобине присоединяется к белку за счет координации по атому азота гистидина Р8, как показано на рис. 31.2. транс-Положение по отношению к гистидиновому азоту занято молекулой воды в неокисл енном состоянии или молекулой кислорода в окисленной форме. Строение фрагмента Ре—Ог до сих пор точно неизвестно, но изменение окислительного состояния железа и присоединение к нему кислорода (и других лигандов) вызывают важные изменения в структуре гема, которые мы опишем ниже. [c.640]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология