Молекулярная биология. Структура и функция белков - Степанов В.М.
ISBN 5-06-002573-Х
Скачать (прямая ссылка):
Существует два главных типа глобинов: миоглобин, содержащийся в мышцах и обеспечивающий хранение кислорода, и гемоглобин — белок, сосредоточенный в эритроцитах и ответственный за перенос кровью кислорода от легких к тканям. Изучение строения и функциональных черт глобинов, в котором особо важная роль принадлежит рентгеноструктурным исследованиям М.Перутца, Дж.Кендрью и их сотрудников, оказало большое влияние на4формирование современных пред-, ставлений о структуре, функции и эволюции белков.
8.1. МИОГЛОБИН
i ¦ /,
Миоглобин и субъединицы гемоглобина" имеют очень близкую третичную структуру, их пептйдные цеп!* свернуты в пространстве сходным образом. Вполне определенное, хотя и, заметно меньшее, сходство обнаруживают и их первичные структуры. В то же время ююглобин лишея четвертичной структуры и его функция ограничивается только хранением кислорода. Таким образом, миоглобин — более простой белок, более древний, чем гемоглобин. «. *
Пептидная цепь миоглобина млекопитающих состоит из 153 аминокислотных остатков. Сравнение первичных структур миоглобинов 24 видов животных показывает, что 82 положения во всех этих белках занимают одни и *е же аминокислоты. Следовательно, примерно половина остатков в указанной выборке миоглобинов неизменна, инвариантна, другие же остатки могут заменяться, что, однако, практически. не отражается на укладкё полипептидной цепи, ее третичной структуре. Впрочем, многие из замен не изменяют существенным образом химической природы данного остатка — гидрофильные аминокислоты заменяются гидрофильными, гидрофобные — гидрофобными, т.е. наблюдаются по преимуществу так называемые консервативные замены.
Миоглобин, как и другие глобины, — четко выраженный и-спиралъ-ный белок (рис. 8.1). Его пространственная структура образована восемью Of-спиралями, последовательно обозначаемыми буквами от А до Н (от аминного к карбоксильному концу цепи). В о-спиралях содержится 75% всех аминокислотных остатков, остальные приходятся на повороты и неупорядоченные концевые остатки пептидной цепи. Неспираль-ные участки обозначают двумя буквами, соответствующими спиралям, между которыми расположен поворот, или спирали и* аминному (N) либо карбоксильному (С) концу пептидной цепи. Например, НС соответствует участку между последней спиралью tt и С-концевой аминокислотой. Для аминокислотных остатков миоглобина принято указывать буквенное обозначение а-спиралИ, в которой данный остаток находится, и ёго порядковый номер в ней:
Около 30 аминокислотных остатков, точнее — их боковые цепи, образуют внутреннее гидрофобное ядро миоглобина, стабилизирующее его пространственную структуру. Ядро, в котором можно выделить три сегмента, или "кластера", содержит остатки валина, лейцина, изолей-цина, фенилаланина и аланина. 'Упаковка боковых цепей этих аминокислот в кластерах достаточно плотна и в то же время допускает определенную свободу их движения друг относительно друга. В одном из кластеров есть, впадина, достаточная, например, для размещения атома1
164
Рис. 8.1. Пространственная структура* миоглобина Показаны только С0-*томы. Между спиралями. Е и F расположен гём (указан стрелкой). Близкую структуру имеют субъединицы гемоглобина
ксенона. Кластеры объединяет в гидрофобное ядро планарная молекула гема, как бы вставленная внутрь структуры миоглобина.
При этом с водой контактирует только ребро молекулы гема, погруженной в белок, как в своего рода корзинку, образованную двумя а-спиралями (Е й F) и выстланную гидрофобными боковыми цепями аминокислот. Гем не имеет ковалентных связей с белком, удерживаясь нековалентными взаимодействиями.. Всего насчитывается 80 межатомных контактов между белком и гемом, что обеспечивает достаточно прочное удерживание последнего.
С обеих сторон плоскости гема, "над" и "под" атомом железа, располагаются имидазольные кольца двух остатков гистидина (рис. 8,2). Один из них, занимающий восьмое положение в о-спирали F (His F8) и наиболее приближенный к атому железа, называют проксимальным. Атом азота его имидазольного кольца находится в контакте с атомом железа, так что можно думать об образований между ними ковалентной связи. Другой остаток гистидина, занимающий седьмое
165
I
Рис. 8.2. Зона присоединения кислорода в миоГлобине и субъединицах Гемоглобинов * . :с
Находящийся в центре порфирина атом-железа (Fe2+) свя-
* зан с атомом азота имидазольного кольца проксимального гистидина F8. Молекула кислорода располагается при ввязывании между группой N-Н имидазольного кольца дистального гистидина Е7 и атомом железа под углом к плоскости гема I
I
положение в о-спирали .? (His Е7), называют дистальным, так как он относительно удален от атома железа. Между последним и имидазоль-ной группой этого остатка есть,свободное пространство, в котором и размещается связываемая миоглобином молекула кислорода, причем один из ее атомов непосредственно подходит к железу, 'другой — к имидазолу His Е7. Замена, дистального гистидина глицином ухудшает связывание кислорода в 1000 раз. * ,
