Строение олигомерных белков на примере гемоглобина
Âëèÿíèå ÷åòâåðòè÷íîé ñòðóêòóðû íà ôóíêöèîíàëüíûå ñâîéñòâà áåëêà. Ñðàâíèòåëüíàÿ õàðàêòåðèñòèêà ìèîãëîáèíà è ãåìîãëîáèíà, èõ ñòðóêòóðà è çíà÷åíèå. Êîîïåðàòèâíûå èçìåíåíèÿ êîíôîðìàöèè ïðîòîìåðîâ. Ðåãóëÿòîðíûå ñâîéñòâà îëèãîìåðíîãî áåëêà ãåìîãëîáèíà.
Ñòóäåíòû, àñïèðàíòû, ìîëîäûå ó÷åíûå, èñïîëüçóþùèå áàçó çíàíèé â ñâîåé ó÷åáå è ðàáîòå, áóäóò âàì î÷åíü áëàãîäàðíû.
Ðàçìåùåíî íà https://www.allbest.ru/
Ðàçìåùåíî íà https://www.allbest.ru/
Ðåôåðàò
Îñîáåííîñòè ôóíêöèîíèðîâàíèÿ îëèãîìåðíûõ áåëêîâ íà ïðèìåðå ãåìîãëîáèíà
Îëèãîìåðíûå áåëêè ïðîÿâëÿþò ñâîéñòâà, îòñóòñòâóþùèå ó ìîíîìåðíûõ áåëêîâ. Âëèÿíèå ÷åòâåðòè÷íîé ñòðóêòóðû íà ôóíêöèîíàëüíûå ñâîéñòâà áåëêà ìîæíî ðàññìîòðåòü, ñðàâíèâàÿ ñòðîåíèå è ôóíêöèè äâóõ ðîäñòâåííûõ ãåìñîäåðæàùèõ áåëêîâ: ìèîãëîáèíà è ãåìîãëîáèíà. Îáà áåëêà èìåþò îáùåå ýâîëþöèîííîå ïðîèñõîæäåíèå, ñõîäíóþ êîíôîðìàöèþ îòäåëüíûõ ïîëèïåïòèäíûõ öåïåé è ñõîäíóþ ôóíêöèþ (ó÷àñòâóþò â òðàíñïîðòå êèñëîðîäà), íî ìèîãëîáèí – ìîíîìåðíûé áåëîê, à ãåìîãëîáèí – òåòðàìåð. Íàëè÷èå ÷åòâåðòè÷íîé ñòðóêòóðû ó ãåìîãëîáèíà ïðèäà¸ò ýòîìó áåëêó ñâîéñòâà, îòñóòñòâóþùèå ó ìèîãëîáèíà.
Ìèîãëîáèí ñîäåðæèò íåáåëêîâóþ ÷àñòü (ãåì) è áåëêîâóþ ÷àñòü (àïîìèîãëîáèí).
Ãåì – ìîëåêóëà, èìåþùàÿ ñòðóêòóðó öèêëè÷åñêîãî òåòðàïèððîëà, ãäå 4 ïèððîëüíûõ êîëüöà ñîåäèíåíû ìåòèëåíîâûìè ìîñòèêàìè è ñîäåðæàò 4 ìåòèëüíûå, 2 âèíèëüíûå è 2 ïðîïèîíàòíûå áîêîâûå öåïè. Ýòà îðãàíè÷åñêàÿ ÷àñòü ãåìà íàçûâàåòñÿ ïðîòîïîðôèðèíîì. Âîçìîæíû 15 âàðèàíòîâ ðàñïîëîæåíèÿ áîêîâûõ öåïåé, íî â ñîñòàâå ãåìîïðîòåèíîâ ïðèñóòñòâóåò òîëüêî îäèí èçîìåð, íàçûâàåìûé ïðîòîïîðôèðèí IX.  ãåìå 4 àòîìà àçîòà ïèððîëüíûõ êîëåö ïðîòîïîðôèðèíà IX ñâÿçàíû ÷åòûðüìÿ êîîðäèíàöèîííûìè ñâÿçÿìè ñ Fe2+, íàõîäÿùèìñÿ â öåíòðå ìîëåêóëû.
Àïîìèîãëîáèí – áåëêîâàÿ ÷àñòü ìèîãëîáèíà; ïåðâè÷íàÿ ñòðóêòóðà ïðåäñòàâëåíà ïîñëåäîâàòåëüíîñòüþ èç 153 àìèíîêèñëîò, êîòîðûå âî âòîðè÷íîé ñòðóêòóðå óëîæåíû â 8 à-ñïèðàëåé. à-Ñïèðàëè îáîçíà÷àþò ëàòèíñêèìè áóêâàìè îò À äî Í, íà÷èíàÿ ñ N-êîíöà ïîëèïåïòèäíîé öåïè, è ñîäåðæàò îò 7 äî 23 àìèíîêèñëîò. Òðåòè÷íàÿ ñòðóêòóðà èìååò âèä êîìïàêòíîé ãëîáóëû, îáðàçîâàííîé çà ñ÷¸ò ïåòåëü è ïîâîðîòîâ â îáëàñòè íåñïèðàëèçîâàííûõ ó÷àñòêîâ áåëêà. Âíóòðåííÿÿ ÷àñòü ìîëåêóëû ïî÷òè öåëèêîì ñîñòîèò èç ãèäðîôîáíûõ ðàäèêàëîâ, çà èñêëþ÷åíèåì äâóõ îñòàòêîâ Ãèñ, ðàñïîëàãàþùèõñÿ â àêòèâíîì öåíòðå.
Ñâÿçûâàíèå ãåìà ñ àïîìèîãëîáèíîì.
Ãåì – ñïåöèôè÷åñêèé ëèãàíä àïîìèîãëîáèíà, ïðèñîåäèíÿþùèéñÿ ê áåëêîâîé ÷àñòè â óãëóáëåíèè ìåæäó äâóìÿ à-ñïèðàëÿìè F è Å. Öåíòð ñâÿçûâàíèÿ ñ ãåìîì îáðàçîâàí ïðåèìóùåñòâåííî ãèäðîôîáíûìè îñòàòêàìè àìèíîêèñëîò, îêðóæàþùèìè ãèäðîôîáíûå ïèððîëüíûå êîëüöà ãåìà. Äâå áîêîâûå ãðóïïû ïðîïèîíîâûõ êèñëîò, èîíèçèðîâàííûå ïðè ôèçèîëîãè÷åñêèõ çíà÷åíèÿõ ðÍ, âûñòóïàþò íà ïîâåðõíîñòè ìîëåêóëû.
 àêòèâíûé öåíòð àïîìèîãëîáèíà êðîìå ãèäðîôîáíûõ àìèíîêèñëîò âõîäÿò òàêæå 2 îñòàòêà Ãèñ (Ãèñ64 è Ãèñ93 èëè Ãèñ Å7 è Ãèñ F8), èãðàþùèå âàæíóþ ðîëü â ôóíêöèîíèðîâàíèè áåëêà. Îíè ðàñïîëîæåíû ïî ðàçíûå ñòîðîíû îò ïëîñêîñòè ãåìà è âõîäÿò â ñîñòàâ ñïèðàëåé F è Å, ìåæäó êîòîðûìè ðàñïîëàãàåòñÿ ãåì. Àòîì æåëåçà â ãåìå ìîæåò îáðàçîâûâàòü 6 êîîðäèíàöèîííûõ ñâÿçåé, 4 èç êîòîðûõ óäåðæèâàþò Fe2+ â öåíòðå ïðîòîïîðôèðèíà IX (ñîåäèíÿÿ åãî ñ àòîìàìè àçîòà ïèððîëüíûõ êîëåö), à 5-ÿ ñâÿçü âîçíèêàåò ìåæäó Fe2+ è àòîìîì àçîòà èìèäàçîëüíîãî êîëüöà Ãèñ F8 (ðèñ. 2).
Ãèñ Å7 õîòÿ è íå ñâÿçàí ñ ãåìîì, íî íåîáõîäèì äëÿ ïðàâèëüíîé îðèåíòàöèè è ïðèñîåäèíåíèÿ äðóãîãî ëèãàíäà – Î2 ê ìèîãëîáèíó.
Àìèíîêèñëîòíîå îêðóæåíèå ãåìà ñîçäà¸ò óñëîâèÿ äëÿ äîâîëüíî ïðî÷íîãî, íî îáðàòèìîãî ñâÿçûâàíèÿ Î2 ñ Fe2+ ìèîãëîáèíà. Ãèäðîôîáíûå îñòàòêè àìèíîêèñëîò, îêðóæàþùèå ãåì, ïðåïÿòñòâóþò ïðîíèêíîâåíèþ â öåíòð ñâÿçûâàíèÿ ìèîãëîáèíà âîäû è îêèñëåíèþ Fe2+ â Fe3+. Òð¸õâàëåíòíîå æåëåçî â ñîñòàâå ãåìà íå ñïîñîáíî ïðèñîåäèíÿòü Î2.
Ñòðóêòóðà è ôóíêöèè ãåìîãëîáèíà.
Ãåìîãëîáèíû – áåëêè, íàõîäÿùèåñÿ â ýðèòðîöèòàõ ÷åëîâåêà è ïîçâîíî÷íûõ æèâîòíûõ. Ýòè áåëêè âûïîëíÿþò 2 âàæíûå ôóíêöèè:
– ïåðåíîñ Î2 èç ë¸ãêèõ ê ïåðèôåðè÷åñêèì òêàíÿì;
– ó÷àñòèå â ïåðåíîñå ÑÎ2 è ïðîòîíîâ èç ïåðèôåðè÷åñêèõ òêàíåé â ë¸ãêèå äëÿ ïîñëåäóþùåãî âûâåäåíèÿ èç îðãàíèçìà.
Êðîâü åæåäíåâíî äîëæíà ïåðåíîñèòü èç ë¸ãêèõ â òêàíè îêîëî 600 ë Î2. Òàê êàê Î2 ïëîõî ðàñòâîðèì â âîäå, òî ïðàêòè÷åñêè âåñü êèñëîðîä â êðîâè ñâÿçàí ñ ãåìîãëîáèíîì ýðèòðîöèòîâ. Îò ñïîñîáíîñòè ãåìîãëîáèíà íàñûùàòüñÿ Î2 â ë¸ãêèõ è îòíîñèòåëüíî ëåãêî îòäàâàòü åãî â êàïèëëÿðàõ òêàíåé çàâèñÿò êîëè÷åñòâî ïîëó÷àåìîãî òêàíÿìè Î2 è èíòåíñèâíîñòü ìåòàáîëèçìà. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, Î2 – ñèëüíûé îêèñëèòåëü, èçáûòîê ïîñòóïëåíèÿ Î2 â òêàíè ìîæåò ïðèâåñòè ê ïîâðåæäåíèþ ìîëåêóë è íàðóøåíèþ ñòðóêòóðû è ôóíêöèé êëåòîê. Ïîýòîìó âàæíåéøàÿ õàðàêòåðèñòèêà ãåìîãëîáèíà – åãî ñïîñîáíîñòü ðåãóëèðîâàòü ñðîäñòâî ê Î2 â çàâèñèìîñòè îò òêàíåâûõ óñëîâèé.
Ãåìîãëîáèíû îòíîñÿò ê ãåìîïðîòåèíàì, íî îíè èìåþò ÷åòâåðòè÷íóþ ñòðóêòóðó (ñîñòîÿò èç 4 ïîëèïåïòèäíûõ öåïåé), áëàãîäàðÿ êîòîðîé âîçíèêàåò âîçìîæíîñòü ðåãóëÿöèè èõ ôóíêöèé.
Ãåìîãëîáèíû ÷åëîâåêà.
Ðàçëè÷àþò íåñêîëüêî âèäîâ ãåìîãëîáèíà ÷åëîâåêà. Ðàññìîòðèì ñòðîåíèå ãåìîãëîáèíà À.
Êîíôîðìàöèÿ îòäåëüíûõ ïðîòîìåðîâ ãåìîãëîáèíà óäèâèòåëüíî íàïîìèíàåò êîíôîðìàöèþ ìèîãëîáèíà, íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî â ïåðâè÷íîé ñòðóêòóðå èõ ïîëèïåïòèäíûõ öåïåé èäåíòè÷íû òîëüêî 24 àìèíîêèñëîòíûõ îñòàòêà. Ïðîòîìåðû ãåìîãëîáèíà, òàê æå êàê è àïîìèîãëîáèí, ñîñòîÿò èç 8 ñïèðàëåé, ñâ¸ðíóòûõ â ïëîòíóþ ãëîáóëÿðíóþ ñòðóêòóðó, ñîäåðæàùóþ âíóòðåííåå ãèäðîôîáíîå ÿäðî è «êàðìàí» äëÿ ñâÿçûâàíèÿ ãåìà. Ñîåäèíåíèå ãåìà ñ ãëîáèíîì (áåëêîâîé ÷àñòüþ) àíàëîãè÷íî òàêîâîìó ó ìèîãëîáèíà – ãèäðîôîáíîå îêðóæåíèå ãåìà, çà èñêëþ÷åíèåì 2 îñòàòêîâ Ãèñ Å7 è Ãèñ F8 (ðèñ. 3). Îäíàêî òåòðàìåðíàÿ ñòðóêòóðà ãåìîãëîáèíà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé áîëåå ñëîæíûé ñòðóêòóðíî-ôóíêöèîíàëüíûé êîìïëåêñ, ÷åì ìèîãëîáèí.
Ðîëü ãèñòèäèíà E7 â ôóíêöèîíèðîâàíèè ìèîãëîáèíà è ãåìîãëîáèíà.
Ãåì èìååò âûñîêîå ñðîäñòâî ê îêñèäó óãëåðîäà (ÑÎ).  âîäíîé ñðåäå ñâîáîäíûé îò áåëêîâîé ÷àñòè ãåì ñâÿçûâàåòñÿ ñ ÑÎ â 25 000 ðàç ñèëüíåå, ÷åì Î2. Âûñîêàÿ ñòåïåíü ñðîäñòâà ãåìà ê ÑÎ ïî ñðàâíåíèþ ñ Î2 îáúÿñíÿåòñÿ ðàçíûì ïðîñòðàíñòâåííûì ðàñïîëîæåíèåì êîìïëåêñîâ Fe2+ ãåìà ñ ÑÎ è Î2 (ðèñ. 3, À).
 êîìïëåêñå Fe2+ ãåìà ñ ÑÎ àòîìû Fe2+, óãëåðîäà è êèñëîðîäà ðàñïîëîæåíû íà îäíîé ïðÿìîé, à â êîìïëåêñå Fe2+ ãåìà ñ Î2 àòîìû æåëåçà è êèñëîðîäà ðàñïîëîæåíû ïîä óãëîì, ÷òî îòðàæàåò èõ îïòèìàëüíîå ïðîñòðàíñòâåííîå ðàñïîëîæåíèå.
 ìèîãëîáèíå è ãåìîãëîáèíå íàä Fe2+ â îáëàñòè ïðèñîåäèíåíèÿ Î2 ðàñïîëîæåí Ãèñ Å7, íàðóøàþùèé îïòèìàëüíîå ðàñïîëîæåíèå ÑÎ â öåíòðå ñâÿçûâàíèÿ áåëêîâ è îñëàáëÿþùèé åãî âçàèìîäåéñòâèå ñ ãåìîì. Íàïðîòèâ, òîò æå Ãèñ Å7 ñîçäà¸ò îïòèìàëüíûå óñëîâèÿ äëÿ ñâÿçûâàíèÿ Î2 (ðèñ. 3, Á).  ðåçóëüòàòå ñðîäñòâî ãåìà ê ÑÎ â áåëêàõ âñåãî â 200 ðàç ïðåâûøàåò åãî ñðîäñòâî ê Î2.
Ñíèæåíèå ñðîäñòâà ãåìñîäåðæàùèõ áåëêîâ ê ÑÎ èìååò âàæíîå áèîëîãè÷åñêîå çíà÷åíèå. ÑÎ îáðàçóåòñÿ â íåáîëüøèõ êîëè÷åñòâàõ ïðè êàòàáîëèçìå íåêîòîðûõ âåùåñòâ, â ÷àñòíîñòèãåìà. Ýòîò ýíäîãåííî îáðàçóþùèéñÿ ÑÎ áëîêèðóåò îêîëî 1% ãåìñîäåðæàùèõ áåëêîâ. Åñëè áû ñðîäñòâî òåìà ê ÑÎ íå óìåíüøàëîñü ïîä âëèÿíèåì áåëêîâîãî îêðóæåíèÿ, ýíäîãåííûé îêñèä óãëåðîäà ìîã áû âûçûâàòü ñåðü¸çíûå îòðàâëåíèÿ.
×åòâåðòè÷íàÿ ñòðóêòóðà ãåìîãëîáèíà.
×åòûðå ïîëèïåïòèäíûå öåïè, ñîåäèí¸ííûå âìåñòå, îáðàçóþò ïî÷òè ïðàâèëüíóþ ôîðìó øàðà, ãäå êàæäàÿ à-öåïü êîíòàêòèðóåò ñ äâóìÿ â-öåïÿìè (ðèñ. 4).
Òàê êàê â îáëàñòè êîíòàêòà ìåæäó à1- è â1-, à òàêæå ìåæäó à2- è â2-öåïÿìè íàõîäèòñÿ ìíîãî ãèäðîôîáíûõ ðàäèêàëîâ, òî ìåæäó ýòèìè ïîëèïåïòèäíûìè öåïÿìè ôîðìèðóåòñÿ ñèëüíîå ñîåäèíåíèå çà ñ÷¸ò âîçíèêíîâåíèÿ â ïåðâóþ î÷åðåäü ãèäðîôîáíûõ, à òàêæå èîííûõ è âîäîðîäíûõ ñâÿçåé.  ðåçóëüòàòå îáðàçóþòñÿ äèìåðû à1â1, è à2â2. Ìåæäó ýòèìè äèìåðàìè â òåòðàìåðíîé ìîëåêóëå ãåìîãëîáèíà âîçíèêàþò â îñíîâíîì ïîëÿðíûå (èîííûå è âîäîðîäíûå) ñâÿçè, ïîýòîìó ïðè èçìåíåíèè ðÍ ñðåäû â êèñëóþ èëè ùåëî÷íóþ ñòîðîíó â ïåðâóþ î÷åðåäü ðàçðóøàþòñÿ ñâÿçè ìåæäó äèìåðàìè. Êðîìå òîãî, äèìåðû ñïîñîáíû ëåãêî ïåðåìåùàòüñÿ îòíîñèòåëüíî äðóã äðóãà.
Òàê êàê ïîâåðõíîñòü ïðîòîìåðîâ íåðîâíàÿ, ïîëèïåïòèäíûå öåïè â öåíòðàëüíîé îáëàñòè íå ìîãóò ïëîòíî ïðèëåãàòü äðóã ê äðóãó, â ðåçóëüòàòå â öåíòðå ôîðìèðóåòñÿ «öåíòðàëüíàÿ ïîëîñòü», ïðîõîäÿùàÿ ñêâîçü âñþ ìîëåêóëó ãåìîãëîáèíà.
Ñâÿçûâàíèå ãåìîãëîáèíà ñ Î2 â ë¸ãêèõ è åãî äèññîöèàöèÿ èç êîìïëåêñà â òêàíÿõ.
Îñíîâíàÿ ôóíêöèÿ ãåìîãëîáèíà – äîñòàâêà Î2 îò ë¸ãêèõ ê òêàíÿì. Îëèãîìåðíàÿ ñòðóêòóðà ãåìîãëîáèíà îáåñïå÷èâàåò áûñòðîå íàñûùåíèå åãî êèñëîðîäîì â ë¸ãêèõ (îáðàçîâàíèå îêñèãåìîãëîáèíà – Íb(Î2) 4), âîçìîæíîñòü îòùåïëåíèÿ êèñëîðîäà îò ãåìîãëîáèíà â êàïèëëÿðàõ òêàíåé ïðè îòíîñèòåëüíî âûñîêîì ïàðöèàëüíîì äàâëåíèè Î2, à òàêæå âîçìîæíîñòü ðåãóëÿöèè ñðîäñòâà ãåìîãëîáèíà ê Î2 â çàâèñèìîñòè îò ïîòðåáíîñòåé òêàíåé â êèñëîðîäå.
Êîîïåðàòèâíûå èçìåíåíèÿ êîíôîðìàöèè ïðîòîìåðîâ.
Î2 ñâÿçûâàåòñÿ ñ ïðîòîìåðàìè ãåìîãëîáèíà ÷åðåç Fe2+, êîòîðûé ñîåäèí¸í ñ ÷åòûðüìÿ àòîìàìè àçîòà ïèððîëüíûõ êîëåö òåìà è àòîìîì àçîòà Ãèñ F8 áåëêîâîé ÷àñòè ïðîòîìåðà. Ñâÿçûâàíèå Î2 ñ îñòàâøåéñÿ ñâîáîäíîé êîîðäèíàöèîííîé ñâÿçüþ Fe2+ ïðîèñõîäèò ïî äðóãóþ ñòîðîíó îò ïëîñêîñòè ãåìà â îáëàñòè Ãèñ Å7 (àíàëîãè÷íî òîìó, êàê ýòî ïðîèñõîäèò ó ìèîãëîáèíà). Ãèñ Å7 íå âçàèìîäåéñòâóåò ñ Î2, íî îáåñïå÷èâàåò îïòèìàëüíûå óñëîâèÿ äëÿ åãî ñâÿçûâàíèÿ (ðèñ. 4).
 äåçîêñèãåìîãëîáèíå áëàãîäàðÿ êîâàëåíòíîé ñâÿçè ñ áåëêîâîé ÷àñòüþ àòîì Fe2+ âûñòóïàåò èç ïëîñêîñòè ãåìà â íàïðàâëåíèè Ãèñ F8. Ïðèñîåäèíåíèå Î2 ê àòîìó Fe2+ îäíîãî ïðîòîìåðà âûçûâàåò åãî ïåðåìåùåíèå â ïëîñêîñòü ãåìà, çà íèì ïåðåìåùàþòñÿ îñòàòîê Ãèñ F8 è ïîëèïåïòèäíàÿ öåïü, â ñîñòàâ êîòîðîé îí âõîäèò. Òàê êàê ïðîòîìåð ñâÿçàí ñ îñòàëüíûìè ïðîòîìåðàìè, à áåëêè îáëàäàþò êîíôîðìàöèîííîé ëàáèëüíîñòüþ, ïðîèñõîäèò èçìåíåíèå êîíôîðìàöèè âñåãî áåëêà. Êîíôîðìàöèîííûå èçìåíåíèÿ, ïðîèçîøåäøèå â äðóãèõ ïðîòîìåðàõ, îáëåã÷àþò ïðèñîåäèíåíèå ñëåäóþùåé ìîëåêóëû Î2, ÷òî âûçûâàåò íîâûå êîíôîðìàöèîííûå èçìåíåíèÿ â áåëêå è óñêîðåíèå ñâÿçûâàíèÿ ñëåäóþùåé ìîëåêóëû Î2. ×åòâ¸ðòàÿ ìîëåêóëà Î2 ïðèñîåäèíÿåòñÿ ê ãåìîãëîáèíó â 300 ðàç ëåã÷å, ÷åì ïåðâàÿ ìîëåêóëà (ðèñ. 6).
Èçìåíåíèå êîíôîðìàöèè (à ñëåäîâàòåëüíî è ôóíêöèîíàëüíûõ ñâîéñòâ) âñåõ ïðîòîìåðîâ îëèãîìåðíîãî áåëêà ïðè ïðèñîåäèíåíèè ëèãàíäà òîëüêî ê îäíîìó èç íèõ íîñèò íàçâàíèå êîîïåðàòèâíûõ èçìåíåíèé êîíôîðìàöèè ïðîòîìåðîâ.
Àíàëîãè÷íûì îáðàçîì â òêàíÿõ äèññîöèàöèÿ êàæäîé ìîëåêóëû Î2 èçìåíÿåò êîíôîðìàöèþ âñåõ ïðîòîìåðîâ è îáëåã÷àåò îòùåïëåíèå ïîñëåäóþùèõ ìîëåêóë Î2.
2,3 – Áèôîñôîãëèöåðàò – àëëîñòåðòåñêèé ðåãóëÿòîð ñðîäñòâà ãåìîãëîáèíà ê Î2.
2,3 – Áèôîñôîãëèöåðàò (ÁÔÃ) – âåùåñòâî, ñèíòåçèðóåìîå â ýðèòðîöèòàõ èç ïðîìåæóòî÷íîãî ïðîäóêòà îêèñëåíèÿ ãëþêîçû 1,3 – áèôîñôîãëèöåðàòà.
ãåìîãëîáèí áåëîê ìèîãëîáèí îëèãîìåðíûé
2,3 – Áèôîñôîãëèöåðàò
Áèñôîñôîãëèöåðàò â êàïèëëÿðàõ òêàíåé, ñâÿçûâàÿñü ñ äåçîêñèãåìîãëîáèíîì, îáëåã÷àåò äèññîöèàöèþ Î2 èç îêñèãåíèðîâàííîãî ÍÜ. öåíòðå òåòðàìåðíîé ìîëåêóëû ãåìîãëîáèíà íàõîäèòñÿ ïîëîñòü. Åå îáðàçóþò àìèíîêèñëîòíûå îñòàòêè âñåõ 4 ïðîòîìåðîâ (ðèñ. 4).
 ìîëåêóëå äåçîêñèãåìîãëîáèíà ïî ñðàâíåíèþ ñ îêñèãåìîãëîáèíîì èìåþòñÿ äîïîëíèòåëüíûå èîííûå ñâÿçè, ñîåäèíÿþùèå ïðîòîìåðû. Âñëåäñòâèå ýòîãî ðàçìåðû öåíòðàëüíîé ïîëîñòè ìåíÿþòñÿ: óâåëè÷èâàþòñÿ â äåçîêñèãåìîãëîáèíå è óìåíüøàþòñÿ â îêñèãåìîãëîáèíå.
Öåíòðàëüíàÿ ïîëîñòü ÿâëÿåòñÿ ìåñòîì ïðèñîåäèíåíèÿ 2,3 – áèñôîñôîãëèöåðàòà (2,3 – ÁÔÃ) ê ãåìîãëîáèíó (ðèñ. 7). Èç-çà ðàçëè÷èÿ â ðàçìåðàõ öåíòðàëüíîé ïîëîñòè 2,3 – ÁÔà ìîæåò ïðèñîåäèíÿòüñÿ òîëüêî ê äåçîêñèãåìîãëîáèíó.
2,3 – ÁÔà ïðèñîåäèíÿåòñÿ ê ãåìîãëîáèíó â èíîì ïî ñðàâíåíèþ ñ Î2 ó÷àñòêå. Òàêîé ëèãàíä íàçûâàåòñÿ àëëîñòåðè÷åñêèì. Öåíòð, ãäå ñâÿçûâàåòñÿ àëëîñòåðè÷åñêèé ëèãàíä, íàçûâàåòñÿ àëëîñòåðè÷åñêèì öåíòðîì.
Ðåãóëÿòîðíûå ñâîéñòâà îëèãîìåðíîãî áåëêà ãåìîãëîáèíà
Òàêèì îáðàçîì, îëèãîìåðíûé áåëîê ãåìîãëîáèí, â îòëè÷èå îò ìîíîìåðíîãî ðîäñòâåííîãî áåëêà ìèîãëîáèíà, ñïîñîáåí ïðèñîåäèíÿòü ê ñïåöèôè÷åñêèì ó÷àñòêàì 4 ðàçëè÷íûõ ëèãàíäà: Î2, Í+, ÑÎ2 è ÁÔÃ. Âñå ýòè ëèãàíäû ïðèñîåäèíÿþòñÿ ê ïðîñòðàíñòâåííî ðàçîáù¸ííûì ó÷àñòêàì, íî êîíôîðìàöèîííûå èçìåíåíèÿ áåëêà â ìåñòå ïðèñîåäèíåíèÿ îäíîãî ëèãàíäà ïåðåäàþòñÿ íà âåñü îëèãîìåðíûé áåëîê è èçìåíÿþò ñðîäñòâî ê íåìó äðóãèõ ëèãàíäîâ. Òàê, êîëè÷åñòâî ïîñòóïàþùåãî â òêàíè Î2 çàâèñèò íå òîëüêî îò ïàðöèàëüíîãî äàâëåíèÿ Î2, íî è êîíöåíòðàöèè àëëîñòåðè÷åñêèõ ëèãàíäîâ, ÷òî óâåëè÷èâàåò âîçìîæíîñòü ðåãóëÿöèè ôóíêöèé ãåìîãëîáèíà. Ñëåäîâàòåëüíî, áëàãîäàðÿ âîçäåéñòâèþ ðåãóëÿòîðíûõ ëèãàíäîâ îëèãîìåðíûå áåëêè ñïîñîáíû ïðèñïîñàáëèâàòü ñâîþ êîíôîðìàöèþ è ôóíöèþ ê èçìåíåíèÿì, ïðîèñõîäÿùèì â îêðóæàþùåé ñðåäå.
Ëèòåðàòóðà
ãåìîãëîáèí áåëîê ìèîãëîáèí îëèãîìåðíûé
1. Áèîõèìèÿ: Ó÷åáíèê/ Ïîä. ðåä. Å.Ñ. Ñåâåðèíà. – Ì.: – ÃÝÎÒÀÐ-ÌÅÄ, 2003. – ñ. 45-53.
2. Ð. Ìàððè, Ä. Ãðåííåð, Ï. Ìåéåñ, Â. Ðîäóýëë. Áèîõèìèÿ ÷åëîâåêà:  2-õ òîìàõ. Ò.1. Ïåð. ñ àíãë.: – Ì.: Ìèð, 1993. – ñ. 52.
3. https://idoktor.info/biohimiya/stroenie-svoistva-i-funktsii-belkov
Ðàçìåùåíî íà Allbest.ru
…
Четверичная
структура (или
субъединичная, доменная) —способ
укладки в пространстве отдельных
полипептидных цепей, обладающих
одинаковой (или разной) первичной,
вторичной или третичной структурой, и
формирование единого в структурном и
функциональном отношениях макромолекулярно-го
образования. Многие функциональные
белки состоят из нескольких полипептидных
цепей, соединенных не главновалентными
связями, а неко-валентными (аналогичными
тем, которые обеспечивают стабильность
третичной структуры). Каждая отдельно
взятая полипептидная цепь, получившая
название протомера, мономера или
субъединицы, чаще всего не обладает
биологической активностью. Эту способность
белок приобретает при определенном
способе пространственного объединения
входящих в его состав протомеров, т.е.
возникает новое качество, не свойственное
мономерному белку. Образовавшуюся
молекулу принято называть олигомером
(или мультимером). Олигомерные белки
чаще построены из четного числа протомеров
(от 2 до 4, реже от 6 до 8) с одинаковыми или
разными молекулярными массами – от
нескольких тысяч до сотен тысяч. В
частности,молекула
гемоглобина
состоит из двух одинаковых α- и двух
β-полипептидных цепей, т.е. представляет
собой тетрамер. Молекула гемоглобина
содержит четыре полипептидные цепи,
каждая из которых окружает группу гема
– пигмента, придающего крови ее
характерный красный цвет. Основной
вклад во взаимодействие субъединиц
вносят гидрофобные
взаимодействия. И α, и β-цепи относятся
к α-спиральномуструктурному
классу, так как содержат
исключительноα-спирали.
Каждая цепь содержит восемь спиральных
участков.Простетическая
группанековалентно связана с
гидрофобной впадиной молекулы гемоглобина
13.Лабильность пространственной структуры белков и их денатурация. Факторы, вызывающие денатурацию.
Под
лабильностью
пространственной структуры
белка понимают способность структуры
белковой молекулы претерпевать
конформационные изменения под действием
различных физико-химических факторов.
Под
денатурацией
следует
понимать нарушение общего плана
уникальной структуры нативной молекулы
белка, преимущественно ее третичной
структуры, приводящее к потере характерных
для нее свойств (растворимость,
электрофоретическая подвижность,
биологическая активность и т.д.) Внешние
проявления денатурации сводятся к
потере растворимости, особенно в
изоэлектрической точке, повышению
вязкости белковых растворов, увеличению
количества свободных функциональных
SH-групп и изменению характера рассеивания
рентгеновских лучей. Наиболее характерным
признаком денатурации является резкое
снижение или полная потеря белком его
биологической активности (каталитической,
антигенной или гормональной). При
непродолжительном действии и быстром
удалении денатурирующих агентов возможна
ренатурация белка с полным восстановлением
исходной трехмерной структуры и нативных
свойств его молекулы, включая биологическую
активность. Таким образом, при денатурации
белковая молекула полностью теряет
биологические свойства, демонстрируя
тем самым тесную связь между структурой
и функцией.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
21.05.2015184.29 Кб23Bazovaya_SLR_u_detey_33.pdf
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
1. Многие белки имеют в своем составе несколько полипептидных цепей. Такие белки называют олигомерными, а отдельные цепи — протомерами.
Протомеры в олигомерном белке соединены множеством слабых, нековалентных связей (гидрофобных, ионных, водородных).
Взаимодействие протомеров осуществляется благодаря комплементарности их контактирующих поверхностей.
Количество протомеров в белках может сильно варьировать: гемоглобин содержит 4 протомера, фермент аспартаттранскарбамоилаза — 12 протомеров, в белок вируса табачной мозаики входит 2120 протомеров, соединенных нековалентными связями. Следовательно, белки с четвертичной структурой могут иметь очень большую молекулярную массу.
2. Взаимодействие одного протомера с другими можно рассматривать как частный случай взаимодействия белка с лигандом. Каждый протомер служит лигандом для других протомеров.
3. Количество и порядок соединения протомеров в белке называется четвертичной структурой.
ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОЛИГОМЕРНЫХ БЕЛКОВ
1.Олигомерные белки могут содержать разное количество протомеров (например, димеры, тетра-меры, гексамеры и т. д.).
2. В состав олигомерных белков могут входить одинаковые или разные протомеры, например го-модимеры – белки содержащие 2 одинаковых протомера, гетеродимеры – белки, содержащие 2 разных протомера.
3. Различные по структуре протомеры могут связывать разные лиганды.
4. Взаимодействие одного протомера со специфическим лигандом вызывает конформационные изменения всего олигомерного белка и изменяет сродство других протомеров к лигандам. Это явление носит название кооперативных изменений конформации протомеров.
5. У олигомерных белков появляется новое по сравнению с одноцепочечными белками свойство — способность к аллостерической регуляции их функций.
Гемоглобин — олигомерный белок, функция которого регулируется различными лигандами.
1.Гемоглобин (НЬ) — сложный олигомерный белок, содержащийся в эритроцитах. Он состоит из 4 протомеров, соединенных нековалентными связями.
2. НЬ — белок, родственный миоглобину. Вторичная и третичная структуры миоглобина и протомеров НЬ очень сходны, несмотря на то что в первичной структуре полипептидных цепей идентичны только 24 аминокислотных остатка (каждый протомер содержит 8 ос-спиралей, обозначаемых буквами от А до Н).
Следовательно, белки, значительно различающиеся по аминокислотной последовательности, могут приобретать сходные пространственные структуры.
3. Каждый протомер НЬ в белке связан с небелковой частью — гемом и 3 другими протомерами.
4. Соединение белковой части НЬ с гемом аналогично таковому у миоглобина: гидрофобные части гема окружены гидрофобными радикалами аминокислот, за исключением Гис F8 и Гис Е7, которые расположены по обе стороны от плоскости гема и играют важную роль в связывании гемоглобина с 02.
Гемоглобины человека
Гемоглобин А — тетрамер: (2а2р). Составляет около 98% гемоглобина эритроцитов взрослого человека.
Гемоглобин А2 — тетрамер (2а28). Его содержание в эритроцитах взрослого человека равно 2%.
Гемоглобин эмбриональный — тетрамер (2а2е). Обнаруживается на ранних этапах развития плода.
Гемоглобин F— тетрамер (2ос2у). Приходит на смену раннему гемоглобину плода на 6-м месяце развития.
Таким образом, все типы гемоглобина содержат одинаковую ос-цепь и различаются по второй цепи. Основная функция гемоглобина – транспорт 02 из легких в ткани. Структура гемоглобина обеспечивает:
1) быстрое насыщение гемоглобина кислородом в легких;
Рис. 1.16. Изменение конформации протомера
гемоглобина при соединении с 02.
2) способность НЬ отдавать 02 в капиллярах тканей при относительно высоком парциальном давлении 02 (20—40 мм рт. ст.);
3) возможность регуляции сродства НЬ к 02, что отличает его от близкого по структуре, но мономерного белка — миоглобина.
Кооперативные изменения конформации протоме-ров НЬ ускоряют нагрузку белка 02 в легких и разгрузку в тканях.
Рис. 1.17. Связывание 02 и СО с гемом НЬ
1.02 связывается с протомерами НЬ через Fe2+, который соединен с 4 атомами азота пиррольных колец гема и образует одну координационную связь с Гис F8 белковой части протомера (рис. 1.16).
2. В дезоксигемоглобине благодаря этой связи атом Fe2+ выступает из плоскости гема в направлении Гис F8. Связывание 02 с оставшейся свободной координационной связью Fe2+ происходит по другую сторону плоскости гема в области Гис Е7.
3. Гис Е7 не взаимодействует с 02, но обеспечивает оптимальные условия для его связывания (рис. 1.17).
Рис. 1.18. Взаимодействие гемоглобина с 02.
4. Присоединение 02 к атому Fe2+ одного протомера вызывает его перемещение в плоскость гема, перемещение остатка Гис F8, связанного с ним, и изменение конформации этой и связанных с ней других полипептидных цепей.
5. Изменение конформации облегчает взаимодействие следующего протомера с 02, что вновь вызывает кооперативные изменения конформации протомеров и ускорение связывания с очередной молекулой 02.
Четвертая молекула 02 присоединяется к гемоглобину в 300 раз легче, чем первая молекула (рис. 1.18).
В тканях каждая последующая молекула 02 отщепляется легче, чем предыдущая, также за счет кооперативных изменений конформации протомеров.
Роль Гис Ё7 в функционировании гемоглобина
Гему свойственно высокое сродство к СО, его связывание со свободным гемом происходит примерно в 25 000 раз сильнее, чем связывание 02.
В составе гемоглобина сродство СО к гему превышает сродство к 02 всего в 200 раз.
Гис Е7 создает оптимальные условия для связывания 02 с гемом и ослабляет взаимодействие гема с СО (см. рис. 1.17).
Бисфосфоглицерат в капиллярах тканей, связываясь с дезоксигемоглобином, облегчает диссоциацию 02 из оксигенированного НЬ.
1.В центре тетрамерной молекулы гемоглобина находится полость. Ее образуют аминокислотные остатки всех 4 протомеров (рис. 1.19).
2. В молекуле дезоксигемоглобина по сравнению с оксигемоглобином имеются дополнительные ионные связи, соединяющие протомеры. Вследствие этого размеры центральной полости меняются: увеличиваются в дезоксигемоглобине и уменьшаются в оксигемоглобине.
3. Центральная полость является местом присоединения 2,3-бисфосфоглицерата (2,3-БФГ) к гемоглобину. Из-за различия в размерах центральной полости 2,3-БФГ может присоединяться только к дезоксигемоглобину.
Рис. 1.19. Центральная полость в гемоглобине.
4. 2,3-БФГ присоединяется к гемоглобину в ином по сравнению с 02 участке. Такой лиганд называется аллостерическим. Центр, где связывается аллостерический лиганд, называется аллостерическим центром.
2,3-Бисфосфоглицерат — вещество, синтезируемое в эритроцитах из промежуточного продукта окисления глюкозы – 1,3-бисфосфоглицерата.
В нормальных условиях БФГ присутствует в довольно высоких концентрациях в эритроцитах и его суммарная концентрация (БФГ+НЬБФГ) при циркуляции крови из легких в ткани и обратно не меняется. Количество БФГ в эритроцитах может увеличиваться при недостатке 02 в тканях.
5. 2,3-БФГ имеет сильный отрицательный заряд и взаимодействует с 5 положительно заряженными группами 2(3-цепей: а-аминогруппой валина на N-конце (3-цепей, Лиз82 и Гис14з (рис. 1.20).
В результате взаимодействия 2,3-БФГ с дезок-сигемоглобином образуется 5 дополнительных ионных связей, что снижает сродство гемоглобина к 02.
Рис. 1.20. БФГ в центральной полости дезоксигемоглобина. БФГ
связывается с 3 положительно зараженными группами в каждой b-цепи.
6. В легких при высоком парциальном давлении кислород взаимодействует с НЬ, изменяется конформация белка, уменьшается центральная полость и происходит вытеснение 2,3-БФГ.
легкие НЬ02+2,ЗБФГ < > НЬ 2,3-БФГ+02
ткани
С02 и Н+, образующиеся при катаболизме органических веществ, уменьшают сродство гемоглобина к 02 пропорционально их концентрации.
Образование в тканях продуктов катаболизма органических веществ
Окисление органических веществ происходит в митохондриях клеток с использованием 02, доставляемого гемоглобином из легких.
В результате окисления веществ образуются основные конечные продукты распада: С02 и Н20, количество которых пропорционально интенсивности процессов окисления.
1. С02 в эритроцитах под действием фермента карбангидразы превращается в угольную кислоту, которая диссоциирует на протон и ион бикарбоната:
С02 + Н20 -> Н2С03->Н+ + НСО’з
2. Н+ способны присоединяться к радикалам Гис14б в а- и (3-цепях гемоглобина, т.е. в участках, удаленных от гема. Протонирование гемоглобина снижает его сродство к 02 и увеличивает поступление 02 в ткани.
3. Увеличение освобождения 02 гемоглобином в зависимости от концентрации Н+ называется эффектом Бора (по имени датского физиолога Христиана Бора, впервые открывшего этот эффект). 4. В легких связывание 02 с дезоксигемоглобином приводит к уменьшению сродства гемоглобина к Н+. Под действием карбангидразы в эритроцитах освободившиеся протоны взаимодействуют с бикарбонатами с образованием С02:
Н+ + НС05 -> Н2С03-> С02 + Н20
Образовавшийся С02 поступает в альвеолярное пространство и удаляется с выдыхаемым воздухом. Таким образом, количество освобождаемого гемоглобином 02 в тканях регулируется продуктами катаболизма органических веществ: чем интенсивнее распад веществ и выше концентрация С02 и Н+, тем больше 02 получают ткани за счет воздействия этих лигандов на гемоглобин и снижения его сродства к 02.
Резюме. Олигомерные белки обладают новыми по сравнению с мономерными белками свойствами. Присоединение лигандов в участках, пространственно удаленных друг от друга (аллостериче-ских), способно вызывать конформационные изменения во всем белке. Благодаря этому воздействие регуляторных лигандов может приспосабливать конформацию и функцию белка к изменениям, происходящим в среде.