Молекулярная биология. Структура и функция белков - Степанов В.М.
ISBN 5-06-002573-Х
Скачать (прямая ссылка):
• *д У
движение всей спирали F и поворот FG
171
Дезоксиформа
Рис. 8.7. Передача эффекта смещения спирали F на С-концёвой аргинин
Б&совая цепь тирозина Туг НС2 иэ-аа сближения спиралей F и С оказывается "вытолкнутой" из пространства между ними, что приводит в движение С-концевой остаток аргинина (показано пунктиром). Это влечет за собой разрыв солевых мостиков, в которых участвуют концевые остатки аминокислот
Рис. 8.8. Схема электростатических взаимодействий (показаны тойкими линиями) в молекуле гемоглобина
Субъединицы условно изображены стрелками, направленными к С-кон-
- цам. При присоединении кислорода (оксигенировании) эти связи утрачиваются
Оксиформа
Аналогично, в результате присоединения молекулы кислорода к Гему /2-субъединицы (/92) происходит конформационная перестройка, ¦-начинающаяся со сближения дистального гистидина с железом гема. Се итогом оказывается разрыв солевых связей С-концевого остатка Hi8-146. Одна из них — между карбоксилат-ионом С-концевого гистидина и протонированной аминогруппой лизина Lys-40 цепи al, другая — между имидазолий-катионом His-146 и карбоксилатом Asp-04 в той же цепи 02. Это влечет за собой ослабление контакта al — 02 (рис. 8.8).
8.2.3. Функциональная роль четвертичной структуры гемоглобина
В общей сложности при переходе от дезоксигемоглобина к полностью оксигенированной, насыщенной кислородом молекуле утрачивается восемь ионных связей как внутри субъединиц, так и между ними, причем затрагиваются относительно слабые контакты al — а2 и 01 ~ 02. Ослабление последних приводит к релаксации молекулы гемоглобина и дает возможность ее половинам — a — /^димерам — изменить свою ориентацию друг относительно друга. Это смещение достигает 7 А (см. рис. 8.6); при этом наиболее прочный контакт al — 01 практически не затрагивается.
Перемещение димеров a — 0 происходит как бы скачком, так как существует два способа организации нековалентных взаимодействий на контакте al —. у??2. Его поверхность можно огрубленно представит*, в виде ласточкина хвоста (рис. 8.0), причем в одной (дезокси-, или Т) форме относительное расположение субъединиц стабилизируется, в частности водородной связью между ТугС7 al-субЪединицы и карбоксилом AspGl субъединицы 02. При переходе в окси(И)-форму эта связь утрачивается, зато карбоксильная группа AepGl al-субъединицы, оказавшись в стерйчески благоприятном положении после перемещения димеров друг относительно друга, дает водородную связь с AsnG4 субъединицы 02.. Таким образом, контакт al — 02 работает как своеобразный переключатель, способный принимать одно из двух состояний в зависимости от того, присоединился или нет кислород к соответствующим субъединицам.
Итак, присоединение молекулы кислорода к субъединице гемоглобина вызывает целую последовательность структурных, изменений, распространяющихся от гема к периферии глобулы Я смещающих ионизованные группы на ее поверхности. Речь идет о типичном для % третичной структуры белка явлении — передаче эффекта на значительные расстояния. Если бы такой эффект оставался только в рам-
173 '
1
Оксигеииромние
Рис. 8.9, Переход а1 ^2-контакта при оксигенировали гемоглобина
Контакт, имеющий форму "ласточкина хвоста", при оксигенировании и переходе молекулы из Т— в R- состояние может также находиться в Одном из Двух состояний. Утрата водородной связи Туг С7—Asp G1 между al- и -субъединицами компенсируется установлением связи между Asp G1 и Asn G4
ках' третичной структуры, '> его вклад , был бы ре столь значительным. Однако в гемоглобине он приводит к изменению ионцых взаимодействий. в слабом контакте между субъединицами, изменяя его и способствуя кооперативному .'переходу четвертичной структуры в иное состояние, )
Следовательно* изменения, происшедшие в одной ^из субъединиц при присоединении кислорода, могут быть переданы на остальные субъединицы, которым будет выгодно изменить конформацию так, > чтобы их третичная структура соответствовала пере-ми ровавшей с я четвертичной, а значит, стала бы благоприятной для присоединения молекул кислорода. Понятно, что такая перестройка четвертичной структуры, ее переход из свойственной дезоксигемоглобину Т (от антл. tight — стянутый)-формы в характерную для. оксигемоглобина релаксированную R - - (оу англ. те1ахес!)-форму маловероятны (хотя в какой-то мере и “Возможны), если . молекула кислорода присоединилась только к одной того, необходимость , описанных , противоречащих Т-структуре
из четырех субъединиц. Более изменений третичной структуры гемоглобина, препятствует присоединению первой молекулы кислорода и благоприятствует ее отщеплению.
Следовательно, присоединение первой и в меньшей мере второй молекулы. кислорода будет протекать с трудом. Д^я него потребуется заметно большее парциальное давление кислорода, чем для насыщения миоглобина, где таких задержек нет. Действительно, этот процесс — начало насыщения гемоглобина кислородом — происходит в альвеолах легкие где парциальное давление кислорода велико.
