Миоглобин кашалота

Pu . 3-3S. Первичная структура миоглобина кашалота [232]. [c.412]

Рис. 3-36. Схема структуры миоглобина кашалота с выделением спиральных областей [233].

Поскольку основной интерес заключается не в вероятности получения самих сумм. М, а в вероятности того, что полученная сумма уИ будет означать родство, необходимо сравнивать совокупную вероятность (сумму всех вероятностей) всех сумм, больших или равных М, с совокупной вероятностью всех сумм, меньших М. Последняя кумулятивная вероятность может быть положена равной 1,0, поскольку представляют интерес только высокие значения М, т. е. низкие кумулятивные вероятности всех сумм, больших или равных М, и поскольку сумма обоих типов кумулятивных вероятностей равна 1,0. Распределение кумулятивных вероятностей всех сумм, больших или равных М, приведено на рис. 9.5. При сравнении миоглобина кашалота с а-цепью гемоглобина человека эта кумулятивная вероятность достигает 2 10 [598], что на восемь порядков больше рассчитанной выше априорной вероятности. [c.235]

Рис. 2.3. Первичная структура миоглобина кашалота

Детальный анализ структуры этих белков приводит к важным выводам [ПО—ИЗ]. Внутренность молекулы миоглобина заполнена плотно упакованными неполярными боковыми цепями аминокислотных остатков. То же справедливо для каждой из четырех цепей гемоглобина [114]. Число внутренних остатков равно 36 и включает два Гис, связанных с гемом. С учетом Гли, но не Про, общее число неполярных остатков в цепях гемоглобина лошади равно 72 (в каждой из двух а-цепей) и 78 (в каждой из двух р-цепей). Многие остатки Гли и Ала, будучи слабо гидрофобными, располагаются на поверхности молекулы. Объемистые неполярные боковые цепи, не находящиеся внутри глобулы, спрятаны в выемке вблизи поверхности, что сводит до минимума контакты с водой. Все боковые цепи, ионизуемые при нейтральном pH, находятся на поверхности глобулы. То же справедливо для других полярных боковых цепей, за исключением связанных с гемом Гис и Тре С4, которые соединены водородной связью [ПО]. В целом в миоглобине из 77 полярных групп (включая Три) только 5—6 расположено внутри глобулы, а остальные находятся на ее поверхности [П4]. Изучение гемоглобинов различных видов позвоночных (приматы, лошадь, свинья, кролик, лама, карп, минога) и миоглобинов кашалота и человека показало, что при замещениях 33 внутренних остатков в подавляющем большинстве случаев сохраняется их неполярный характер (табл. 4.12) [П1]. Эти остатки не контактируют с водой. Напротив, на поверхности глобулы имеется 10 инвариантно неполярных остатков. [c.232]

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]

Рис. 8-3. Фотоотпечаток рентгенограммы кристаллического миоглобина кашалота. По расположению и интенсивности дифракционных пятен, возникающих в результате взаимодействия рентгеновского пучка с атомами миоглобина в кристалле, бьша рассчитана точная трехмерная структура миоглобина.

О принадлежности миоглобина и цепей гемоглобина к одному семейству белков свидетельствует также сравнение аминокислотных последовательностей миоглобина кашалота и а- и Р-цепей гемоглобина лошади. Как показано на рис. 8-11, во всех трех цепях имеются 27 эквивалентных положений, в которых находятся идентичные аминокислотные остатки кроме того, в других 40 положениях обнаруживаются близкие по своим свойствам остатки аминокислот, например аспарагиновая и глутаминовая кислоты, или изолейцин и валин. Таким образом, и здесь мы видим, что в аминокислотных последовательностях гомологичных белков имеется ряд инвариантных аминокислотных остатков и что для гомологичных белков характерно сходство их трехмерной структуры. [c.202]

Впервые анализ пространственной структуры белка методом рентгеновской кристаллографии был осуществлен Кендрью и его коллегами для миоглобина кашалота. Наиболее плодотворным подходом для изучения белков оказался метод многократного или однократного изоморфного замещения (см. предыдущий раздел). К сожалению, поиск таких производных не имеет общих рецептов для различных белков. Как указывалось выше, нет пути, позволяющего предсказать, будет ли данное производное изоморфным по отношению к исходному белку, [c.238]

Уточнение белковых структур методом наименьших квадратов. В то время как при применении разностного метода Фурье повышается точность стереохимического описания модифицированного белка по сравнению с описанием структуры исходного белка, определение трехмерной структуры исходного белка продолжает оставаться менее точным. Данные последних лет наводят на мысль, что можно достигнуть той же степени уточнения трехмерной структуры белковых молекул, что и при уточнении структуры малых молекул, методом наименьших квадратов. Можно ожидать, что методы уточнения, впервые предложенные в ранних исследованиях миоглобина кашалота [74], в сочетании с разностным методом Фурье позволят значительно повысить точность стереохимического описания функциональных координационных центров металлов в белках и ферментах. [c.26]

Миоглобин кашалота (орторомбический) [c.54]

Водородные связи пропионовых групп порфирина. Та часть структуры, с помощью которой белковое окружение гемовой группы могло бы управлять ориентацией порфирина, может быть выявлена путем сравнения окружения гема в субъединицах гемоглобина млекопитающих и в миоглобине кашалота. Как показано на рис. 13, значительное структурное различие касается пропионовокислых [c.60]

Остатки с дистальной стороны плоскости указаны заштрихованными кружками, остатки с проксимальной стороны — светлыми кружками. Остатки, образующие водородные связи с про-пионовыми карбоксильными группами, указаны в верхней части рисунка для миоглобина кашалота [11]--слева и гемоглобина лошади [99] —справа (Кендрью [148] и Перутц [147]). [c.61]

Рис. 1.24. Воспроизведение глобулярной структуры миоглобина кашалота по данным рентгеноструктурного анализа.

Сравнения аминокислотных последовательностей, а — распределение кумулятивных вероятностей всех сумм, ббльшнх или равных М, для случайных последовательностей в цепях, состоящих из 142 остатков [598]. О расчете М см. текст. Сумма и соответствующая кумулятивная вероятность для сравнения миоглобина кашалота и а-цепи гемоглобина человека указаны стрелкой. 6 — схема матрицы сравнения двух последовательностей I и II [598]. Оба отрезка AB DEFG и PQRSTUV имеют длину 7 и при сравнении дают одни элемент матрицы. Диагональ показывает корреляцию между последовательностями, которая выявляет вставки в последовательности I в положении айв последовательности II в положении Ь. [c.236]

Вютрих и сотр. [60] сравнили спектры (220 МГц) цианопроизводных миоглобинов тюленя, дельфина и лошади. Они приведены на рис. 14.14 вместе со спектром миоглобина кашалота. Можно видеть, что сигналы всех протонов, имеющих аномальные сдвиги, обусловленные сверхтонким контактным взаимодействием, очень похожи во всех спектрах. Это подтверждает тот факт, что из всех [c.373]

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]

Как связаны те закономерности, которые мы рассматривали с пространственной структурой глобулярных белков Конформационные карты дипептидов содержат разрешенные п запрещенные области и дают информацию о положении минимумов потенциальной энергии по ф и il). Структуры двух белков — миоглобина кашалота [165, 166] и лизоцима яичного белка [167 168], известны теперь уже достаточно хорошо для того, чтобы с точностью 20—30° можно было бы оценигь двугранные углы в каждой пептидной единице [16, 169]. Как мы уже отмечали, Брант и Шиммель [91], Рамачандран и Саси-секхаран [19], а также Шерага [20] рассматривали распределение точек, соответствующих углам ф и ij) в этих белках, на конформационных картах дипептидов. Очевидно, спиральные участки белков не представляют интереса (равно как и области р-структуры в лизоциме), их углы ф и гр находятся вблизи минимумов конформационной карты и потому мы приводим на рис. 26 только точки, относящиеся к неспиральным участкам. Конформационные карты аланинового дипептида построены при этом без учета электростатики и водородных связей (потенциалы Дашевского). [c.150]

Гуццо 1171] нашел, из статистической обработки данных по пространственной структуре миоглобина, что антиспи-ральными остатками являются Про, Асп, Глу, Гис. Однака сформулированный им критерий, заключающийся в том, что любой участок полипептидной цепи будет спиральным, если в нем не содержатся эти остатки, не выдержал проверки на других белках. Кук 175] из статистических расчетов миоглобина кашалота, а- и р-цепей гемоглобина лошади [176] и лизоцима (первые три имеют очень сходное пространственное строение) выделил в качестве спиральных Ала, Лей, Вал, а в качестве антиспиральных—Apr, Асп-МНг, Про. НедавнО Птицын 177] провел статистические расчеты по 6 белкам, т. е. приблизительно по 1000 остаткам кроме тех белков,, которые рассматривал Кук, были включены рибонуклеаза А быка 178] и а-химотрипсин быка 179]. В результате были выделены спиральные остатки Лей, Ала и Глу и антиспи-ральные Тре и A n-NHg, причем отбрасывание двух гомологичных белков — глобинов — не повлияло на результаты. [c.152]

Рис. 8-4. Третичная структура миоглобина кашалота, установленная методом рентгеноструктурного анализа. Показана структура остова молекулы, полученная при разрешении 0,2 нм. Полипептидная цепь, в которой изображен только а-углеродный остов, по своему контуру напоминает колбасу. Пространство между петлями цепи не свободно, а заполнено К-группами (на рисунке не показаны). Молекула миогяобина содержит восемь а-спиральных сегментов. Порфириновое кольцо гемогруппы выделено красным цветом.

Мы уже видели, что в гомологичных белках из разных видов, например в ряду цитохромов с, в определенных положениях полипептидных цепей находятся инвариантные, т. е. всегда одни и те же, аминокислотные остатки, тогда как в других положениях аминокислотные остатки могут бьггь разными (см. рис. 6-14). То же справедливо и для миоглобинов, выделенных из разных видов китов, тюленя и некоторых наземных позвоночных. Это уже само по себе является серьезным основанием считать, что все миоглобины произошли от общего предшественника и потому имеют определенное сходство в укладке полипептидных цепей. Но еще более веским подтверждением гипотезы общем происхождении миоглобинов служат результаты рентгеноструктурного анализа миоглобинов некоторых других видов они показали, что по третичной структуре все эти белки сходны с миоглобином кашалота. Сходство третичной структуры различных миоглобинов и гомология их аминокислотньк последовательностей позволяют сделать вывод, что аминокислотная последова- [c.192]

Рис. 8-11. А. Положение инвариантных аминокислотных остатков (красные черточки), общих для а- и Р-цепей гемоглобина лошади и миоглобина кашалота. Черными черточками показаны положения, занятые идентичными аминокислотными остатками в а- и Р-цепях гемоглобина. Б. Сходство третичных структур р-цепи гемоглобина лошади и миоглобина кашалота. Красный диск - гемогруппа.

Такое разрешение давало 400 рефлексов. Используя быстро-действуюш,ую электронно-вычислительную машину, Кендрью и его сотрудники смогли интерпретировать карту электронной плотности. Проведенный ими анализ позволил установить структуру молекулы в обш,их чертах, показал, что обширные участки ее имеют форму а-спирали, и позволил продемонстрировать их ориентацию относительно друг друга. Общий вид молекулы, полученный,при таком разрешении, представлен на рис. 10.8, а. Осколки, содержащие гем, анализировались методом электронного спинового резонанса, что позволило также получить данные относительно ориентации этой группы. Скоулоуди занималась изучением миоглобина тюленя. Она получила различные изоморфные производные и обнаружила, что при разрешении 6 А пространственная структура миоглобина тюленя существенно не отличается от миоглобина кашалота, изучавшегося Кендрью и его коллегами. [c.239]

Изменения в стереохимии железопорфирина, сопровождающие изменение спинового состояния гемового железа, не были зарегистрированы в ранних исследованиях разностным методом Фурье производных миоглобина кашалота. Что касается структуры высокоспинового (акво) метмиоглобина, эти исследования включали трехмерные разностные синтезы Фурье азидметмиоглобина с разрешением 200 пм [70] и дезоксимиоглобина с разрешением 280 пм [91 ], а также серии высоко- и низкоспиновых производных метмиоглобина с разрешением 280 пм, рассчитанные только для центросимметричных проекций [92]. Учитывая, что для ряда кристаллических белков разностный метод Фурье дал отличные результаты, отсутствие изменений в стереохимии железопорфирина, наблюдавшегося в молекулах типа гемоглобина, в случае миоглобина может быть обусловлено недостаточной точностью данных. [c.47]

Рис. 13. Схематическое сравнение аминокислотных остатков, вовлекаемых в неполярные вандерваальсовы контакты с порфирииовым каркасом, миоглобина Кашалота (верхний ряд) и а- и Р-субъединиц гемоглобина лошади (второй и третий ряды соответственно).

Возможно, что контакты групп —СН2СН2СООН с поверхностными остатками в молекуле миоглобина кашалота обеспечивают значительно более жесткое закрепление одновременно как с проксимальной, так и с дистальной сторон гемовой группы, препятствующее изменению ориентации порфирина. В частности, по этой причине возможно ограничение движения порфирина при изменении состояния окисления и лигандного окружения в миоглобине кашалота. Аналогично объясняется несколько большая вращательная степень свободы порфиринового кольца при соответствующих изменениях спинового состояния в миоглобине тюленя (рис. 11). В этом белке остаток аргинина-45 замещен лизином [149]. При этом укорачивается боковая цепь аминокислоты, предоставляющей аминогруппу для образования водородной связи, и, следовательно, можно ожидать уменьшения прочности связи пропионовой карбоксильной группы с лизином по сравнению со связью с остатком аргинина. [c.62]

Рис. 16. Схема расположения азидного лиганда относительно гемовой группы в миоглобине кашалота, а — угол между атомами Fe—равен 111°. Кратчайшее расстояние между атомами и и плоскостью порфиринового кольца составляет около 300 пм. б — проекция азид-иона на плоскость гема в направлении от железа к атому углерода одного мостиков между пиррольными кольцами (Стриер и др. [70]).

При интерпретации карт разностной электронной плотности было предположено [142], что положение атома молекулы кислорода, координирующего с атомом железа, соответствует положению, занимаемому кислородом молекулы воды в метмиоглобине. Поскольку, согласно модели Полинга, с точки зрения электронной структуры атом железа должен образовывать резонансную двойную связь с координирующим атомом кислорода, следует ожидать некоторого уменьшения длины связи железо — кислород. Кроме того, в модели Полинга (рис. 17) требуется удлинение связи 0—0 вследствие образования простой связи между атомами координированного кислорода. Разностный синтез Фурье оксимиоглобина относительно метмиоглобина [142] не обладает достаточной точностью для определения столь детальных стереохимических соотношений. Кроме того, хотя образование водородной связи с остатком дистального гистидина может приводить к стабилизации молекулы в данном миоглобине, вообще говоря, она вовсе не обязательна. Как эритрокруорин hironomus [177], так и миоглобин Aplysia [178] не имеют остатка дистального гистидина, соответствующего остатку в миоглобине кашалота или гемоглобинах млекопитающих. [c.73]

Гемоглобины и миоглобины образуют группу белков, которые лучше всего подходят для исследования влияния белков на константу равновесия в процессе связьшания одного лиганда, а именно кислорода. Все эти белки содержат один и тот же железопор-фириновый комплекс и, за исключением некоторых весьма редких мутантов, один и тот же аксиальный лиганд. Кроме того, все белки, о которых идет речь, обладают весьма сходной третичной структурой. Тем не менее величина константы равновесия связьшания кислорода, а также гомотропное и гетеротропное взаимодействия для них изменяются в широких пределах. Начиная с новаторской работы Кендрью и Перутца с сотрудниками по миоглобину кашалота и гемоглобинам человека и лошади, наиболее детальные сведения о структуре ряда гемоглобйнов и миоглобинов получены методом рентгеноструктурного анализа. Благодаря тому интересу, который представляют для медицины мутантные белки, за последние годы многие мутантные формы гемоглобина были выделены и изучены, так что можно исследовать влияние замены даже одной аминокислоты на структуру белка и его сродство к кислороду. [c.141]

Впервые третичная структура была установлена на примере миоглобина кашалота с разрешением 600 пм в работе Кендрью и сотр. [26] в 1959 г. Молекулы белка имеют примерно сферическую форму, полипептидная цепь содержит восемь спиральных сегментов, а железопорфириновый комплекс находится в гидрофобном кармане вблизи поверхности глобулы. Позже практически такая же структура была найдена для миоглобинов тюленя [202], желтоперого тунца [142], для а- и р-цепей гемоглобйнов лошади и человека 127, 152, 172], для мономерных гемоглобйнов морской миноги [c.149]

Для того чтобы увеличить разрешение во всех трех измерениях втрое, необходимо проанализировать во много раз больше рефлексов. В 1960 г. был проведен рентгеноструктурный анализ миоглобина кашалота с разрешением в 2 А. Для этого были рассчитаны фазы 9600 рефлексов. Анализ этого огромного числа данных потребовал применения быстродействующих вычислительных машин. Было найдено распределение электронной плотности в 48 параллельных сечениях элементарной ячейки, расположенных на расстоянии 7з А друг от друга. Белковая цепь, имевшая при разрешении 6 А вид жгута высокой электронной плотности, при разрешении в 2 А превратилась в спираль (имеются в виду прямо-яинейные участки жгута) с шагом вдоль оси, равным 5,4 А, характерным для а-спирали. С помощью Фурье-синтеза было установлено, что все прямолинейные участки (всего их восемь) представляют собой правые а-спирали число аминокислотных остатков в этих прямолинейных участках равно 24, 20, 19, 16, 16, 9, 7,7. Всего в спиральные участки входит 118 аминокислот, что составляет 77% всех аминокислот в белке. Таким образом, правая а-спираль является существенным элементом структуры не только фибриллярных, но и некоторых глобулярных белков. [c.263]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология