Гемоглобин модель

Рис. 8-19. Симметричная ( все или ничего ) и последовательная (индуцированное соответствие) модели кооперативного связывания кислорода гемоглобином. В обеих моделях субъединицы могут находиться в двух различных состояниях. Кружками обозначено состояние, в котором субъединицы имеют низкое сродство к кислороду, а квадратами - состояние с высоким сродством к кислороду. А. Согласно симметричной модели ( все или ничего ), гемоглобин может находиться только в двух формах в одной из них все субъединицы имеют низкое сродство к кислороду, а в другой - высокое. При отсутствии кислорода обе эти формы находятся в равновесии, но форма с низким сродством к кислороду доминирует. Если же кислород присутствует, то он связывается преимущественно с формой гемоглобина, имеющей высокое сродство при этом

Рис. 1.24. Модель гемоглобина (по Перутцу).

Полученное высокомолекулярное соединение обладало следующими общими с гемоглобином и миоглобином свойствами а) хорошей растворимостью в воде, необходимой для достижения высокой концентрации О2 б) способностью благодаря наличию функциональных групп мешать необратимому окислению кислородного комплекса в) служить моделью дистального имидазола. [c.368]

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]

Математическое выражение для скорости процесса V в зависимости от [5] в общих чертах сходно с уравнением (16.20). Отличие состоит в отсутствии линейного члена по [5] в знаменателе и его наличии в числителе. Как показано на примере связывания О2 гемоглобином, в многоцентровых системах сделать выбор между моделями на основании только кинетических данных затруднительно. [c.479]

Химическая модель соединений, обладающих активностью гемоглобина. Синтез модели активного центра гемоглобинов основан на идее замены белка другим полимером [639, 727] (рис. 10.2) или присоединенными к гему гидрофобными боковыми цепями, образующими частокол [797]. Модельные системы такого типа могут быть [c.253]

Оз и СО присоединяются к гемоглобину как изогнутые лиганды. Этот способ присоединения, по-видимому, входит в механизм дискриминации СО. Сродство гемоглобинов к Оз в два раза ниже, чем у простых железопорфириновых моделей, например гема, раст- [c.253]

Основные научные работы — в области молекулярной биологии. Занимался (с 1937) изучением структуры молекулы гемоглобина. Создал (1953) метод изоморфного замещения (введение атомов тяжелых металлов в молекулы кристаллических белков), позволивший использовать рентгеноструктурный анализ для исследования белка гемоглобина. Применив для обработки результатов анализа ЭВМ, расшифровал (1960) пространственное строение молекулы гемоглобина и построил ее модель, дающую представление о положении почти каждого ее атома. [c.388]

Теперь мы рассмотрим гемоглобин более подробно и попытаемся выяснить, чем определяется его способность переносить кислород из легких в ткани, а ионы Н и молекулы СО - из тканей в легкие. Мы увидим, каким образом четвертичная структура гемоглобина помогает регулировать выполнение этих важных транспортных функций. Гемоглобин представляет собой прототип или модель многих других регуляторных олигомерных белков. [c.205]

Все белки являются полимерами аминокислот. Общая формула такого полимера показана в нижней части рис. 21-1, а модель отдельной аминокислоты-на рис. 21-12. Ферменты представляют собой один из классов белков, причем, видимо, наиболее важный. Ферменты имеют компактные молекулы с молекулярной массой от 10000 до нескольких миллионов и диаметром от 20 А и выше. Они выполняют роль катализаторов, регули-руюидах биохимические реакции. Другие компактные молекулы белков, например миоглобин и гемоглобин, выполняют роль переносчиков и накопителей молекулярного кислорода (см. рис. 20-25, 20-26). Цитохромы-это белки, способные к окислительно-восстановительным реакциям и играющие роль промежуточных звеньев при извлечении энергии из пищевых продуктов (см. рис. 20-23). Молекулы гамма-глобулинов с молекулярной массой порядка 160000 представляют собой так называемые антитела, защитное действие которых заключается в том, что они присоединяются к вирусам, бактериям и другим чужеродным телам в живом организме и осаждают их из жидких сред. Все перечисленные белки относятся к глобулярным белкам. [c.313]

Кооперативность связывания кислорода с гемоглобином была открыта очень давно, и, несмотря на это, важность данного явления недооценивали. Оно вновь привлекло к себе широкое внимание в 1965 г., когда Moho, Уаймен и Шанжё [33] описали его математически. Поскольку для многих случаев предложенная авторами модель является сильным упрощением, ниже мы остановимся на более общем подходе к этому вопросу, разработанном Кошландом [60—62]. [c.297]

Синтезированная недавно модель кобальтзамещенного гемоглобина приведена на схеме 6.1 [245]. Длинная боковая цепь обеспечивает координацию пиридинового кольца с центральным атомом кобальта. Комплекс Со(П) и этого так называемого петлеобразного порфирина обратимо реагирует с молекулярны.м кислородом при низких температурах (от —30 до — G0° ), но боковая цепь лишь в незначительной степени увеличивает сродство кислорода к таким модельным соединениям по сравнению с жслсзопорфириновыми системами. [c.371]

Интересно, что эти комплексы связывают кислород с тем же самым сродством, что и кобальтзамещенные миоглобин и гемоглобин в твердом состоянии и в виде раствора в толуоле. Более сложные модели можно получить синтезом огороженных порфирннов с другими стерически затрудненными группами. [c.373]

Многие представления о действии и взаимодействии белков появились в ходе исследования гемоглобина. Многие представления и модели, относящиеся к взаимодействиям белок — лиганд и белок — белок, были развиты в процессе исследований гемоглобина к ним относятся сигмоидное связывание [674—676], коэффициент Хилла [677], константы последовательного связывания лигандов в олигомерных белках [678], кооперативность, основанная на конформационных изменениях [679, 680], и аллостерический контроль белков [92, 681, 682]. Следует отметить, что многие из этих концепций были введены и математически формализованы до того, как стала известна структура какого-либо белка. Очевидно поэтому актуальное значение и полезность этих конце1щий должны подвергаться постоянной проверке. Пример дифосфоглицерата, влияние которого на действие и структуру гемоглобина игнорировалось десятилетиями, свидетельствует о потенциальной опасности жестких формулировок в биологии. [c.259]

В нач. 50-х гг. была выдвинута идея о трех уровнях организации белковых молекул (К. У. Линдерстрём-Ланг, 1952)-первичной, вторичной и третичной структурах. Определены первичные структуры инсулина (Ф. Сенгер, 1953) и рибонуклеазы (К. Анфинсен, С. Мур, К. Хёрс, У. Стайн, 1960). По данным рентгеноструктурного анализа были построены трехмерные модели миоглобина (Дж. Кендрю, 1958) и гемоглобина (М. Перуц, 1958) и, т. обр,, доказано существование в Б, вторичной и третичной структур, в т. ч. а-спирали, предсказанной Л. Полингом и Р, Кори в 1949-51. [c.248]

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]

Л/с. 3-41. Модели четырех протомфных полипептидных цепей гемоглобина (237, 238]. [c.418]

Известно большое число биологических систем, в структуре которых порфирины выполняют функции инициатора того или другого биологического процесса [52, 96, 97]. Наибольшее число исследований посвящено хлорофиллу и фотосинтезу, гемоглобину, его моделям и процессам обратимой фиксации атмосферного кислорода. Большой практический интерес представляет функционирование железопорфиринов в ферментных системах цитохромов, каталаз и пероксидаз [2,98]. [c.283]

Л. Брэггу и М. Перутцу в 1954 г. удалось впервые продемонстрировать возможность расчета знаков рефлексов в дифракционной картине гемоглобина, что означало решение одной из самых трудных проблем кристаллографии белков - проблемы фаз. Это было достигнуто методом изоморфного замещения, идея которого была подсказана авторам Дж. Берналом. Путь к получению трехмерных структур криталлизующихся белков на атомном уровне был открыт. В 1960 г. Дж. Кендрью и сотрудники построили атомную модель молекулы миоглобина с разрешением 2,0 А, а в 1968 г. М. Перутц и сотрудники - модель молекулы гемоглобина с разрешением 2,2 А. Так был завершен титанический труд кристаллографов Кавендишевской лаборатории, продолжавшийся более четверти века. [c.72]

В анализе белков, однако, требовалось рассмотрение не единичных структурных вариантов элементарных звеньев (пусть и правильно предсказанных) гомополипептидов, а множества, причем не независимо, а в сочетании друг с другом. Здесь важно было не упростить расчетную модель, не выхолостить физический смысл и не свести ее к представлению о пространственной структуре белка как ансамбле регулярных канонических форм а-спиралей и (i-складчатых листов. От этого ложного шага автора предостерегли результаты исследования Д. Филлипса трехмерной структуры лизоцима [55], После миоглобина и гемоглобина он бььт третьим белком, у которого было расшифровано с помощью рентгеноструктурного анализа молекулярное пространственное строение. И если трехмерные структуры первых двух белков содержали не менее 15% а-спиральных остатков, то структура лизоцима оказалась существенно [c.108]

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]

Гемсодержащие белки являются переносчиками электронов или малых молекул, таких, как О2. В гемоглобинах функция гема и окружающей его полипептидной цепи состоит в обеспечении связывания молекулярного кислорода железом и в защите координированного ферроиона от окисления [639]. В цитохроме с функция атома железа в геме заключается не в координации малой молекулы, а в переносе электронов в ходе метаболизма энергии железо ферментативно восстанавливается (Fe —>- Fe " ) и окисляется соответствующими белками — партнерами цитохрома с [509]. Цитохром 65 — составная часть другой группы электронпереносящих белков, которые участвуют в расщеплении жирных кислот и других химических реакциях [297]. Было выдвинуто предположение [640], что цитохром 5 может взаимодействовать in vivo с цитохромом с. Однако пока установлено, что восстановление цитохрома с цитохромом bs может происходить только in vitro. Недавно была предложена структурная модель этого взаимодействия [640]. [c.249]

Поразительные изменения свойств могут проистекать в результате замены всего лишь одной аминокислоты на другую в молекуле белка. Так, замена остатка глутаминовой кислоты на валин в одной из четырех полипептидных цепей гемоглобина резко изменяет его свойства и приводит к болезни — серповидной анемии. Изменение других аминокислотных остатков может, однако, давать незначительный эффект или вовсе не влиять на биологическую активность. Интересный пример такого рода эффектов можно наблюдать среди различных молекул цитохрома с, выделенных из организмов, которые находятся на очень различных стадиях эволюционного статуса [12]. Цитохромы действуют при биологическом окислении как переносчики электронов и один из них, цитохром с, может быть легко растворен и выделен. Полная аминокислотная последовательность цитохрома с была определена для белков из примерно 40 видов проведено сопоставление между различными последовательностями, а также с трехмерной (по данным рентгенографии) моделью цитохрома с сердца лошади. По-видимому, цитохром с не подвержен радикальным эволюционным изменениям, однако отдельные участки (особенно положения 70— 80 в последовательности из 104 аминокислот) совершенно неизменны, тогда как другие допускают изменения в довольно широких пределах. Важно, что участок аминокислотной последовательности, ответственный за перенос электронов, содержит шесть или более остатков различных аминокислот в различных видах. [c.223]

Очевидно, что именно изучение релаксационного спектра дает наиболее непосредственные сведения об ЭКВ, позволяя раздельно изучать быстрые и медленные движения в ФСК. Выло бы особенно интересно исследовать оксигенацию гемоглобина с целью прямой проверки динамической модели, предложенной Перутцом (см. стр. 430). Можно думать, что широкое развитие релаксационных исследований — дело ближайшего будущего. Эффективные методы быстрых возмущений системы и скО рост-ной регистрации релаксационных процессов успешно применяются [123—127, 129, 130, 129, 130], однако нет сомнений в том, что здесь имеется много неиспользованных возможностей. [c.479]

Глобулярные белки. Несмотря на свою важность, глобулярные белки изучены не так основательно, как фибриллярные. К ним принадлежат, например, альбумин и гемоглобин. Во всех предлагавшихся моделях за одним исключением предусматривается существование Н-связи. Это исключение, циклольная теория Ринч (см., например, [2202—2204]), вызвала лишь преходящий интерес, но отметим, что основанием для отказа от этой теории послужило расхождение с опытом, указывающим на присутствие Н-связи (ИК-спектры). Критику циклольной теории см. в работе [1602]. [c.273]

Последующие исследования Б. в общем подтвердили правильность теоретич. положений Полинга, одиако во многих случаях стенень спирали-зации полипептидной цепи оказалась далекой от возможной. Если в миоглобине и гемоглобине степень я-снирализации достигает 75%, то в лизоциме она равняется 40%, а в химо-трипсине 3%. Это объясняется деформирующим действием остатков пролииа, а также значительным взаимодействием боковых групп остатков аминокислот между собой. Последнее обстоятельство пе учитывалось в идеализированной модели Полиига. Таким образом, по [c.125]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология