от кислорода металлу. В не-оксигенированном гемоглобине ферро-ион находится в «высокоспиновом» состоянии; четыре из пяти 3?/-орбиталей валентной оболочки иона железа содержат по одному неспаренному электрону. Присоединение кислорода переводит железо в «низкоспиновое» состояние, в котором все электроны спарены. Именно эта потеря гемоглобином парамагнетизма при его оксигенировании уже с давних пор привлекла внимание химиков. По имеющимся представлениям, устойчивость гем-кислороднмх комплексов усиливается «наведенной двойной связью», образующей^ благодаря переключению электронной пары одной из d-орбиталей атома железа на образование я-связи с ближайшим атомом кислорода Символически это можно изобразить следующим образом:

M.OfrrO: -«—> М::0—б:

Из этих структур, основанных на предположении, что начальная связь с металлом образуется за счет неподеленной пары электронов молекулы Ог, следует как наиболее вероятная наклонная геометрия образующейся структуры, которая недавно была однозначно подтверждена для одного из модельных комплексов [8]:

/° Fe—СК

Выдвигалась также идея о том, что в образовании начальной связи принимает участие одна из пар я-электронов кислорода [4]:

б: М: : |

О:

Однако реально наблюдаемая геометрия, по-видимому, исключает наличие такой структуры.

Во всех кислородпереносящих гемопротеидах одно из координационных положений железа, находящееся на противоположной стороне от участка связывания кислорода, занято имидазольной группой боковой цепи гистидина. При отсутствии такой группы гем не может присоединять кислород; как известно, координация с гетероциклическими азотсодержащими соединениями благоприятна для образования низкоспиновых комплексов железа. Было получено несколько очень простых соединений, в которых к одному из колец гема присоединена цепь, несущая на конце имидазольную группу; выяснилось, что при подходящей длине цепи эти соединения весьма хорошо воспроизводят способность миоглобина связывать кислород [7, 8].

Подобные же соединения, имеющие в пятом координационном по-.ложении пиридиновое кольцо, имеют низкое сродство к кислороду. Таким образом, поляризуемое имидазольное кольцо, по-видимому, тоже играет существенную роль, способствуя связыванию кислорода. Высказывалось предположение, что в связывании с железом принимают участие я-электроны имидазольного кольца [уравнение (10-2)] [7]. Система л-связей, охватывающих атом железа, позволяет ему образовывать «более прочную связь с атомом кислорода, занимающим шестое координационное положение.

Н—N \/

Ъ=0—Н— N N+—Fe+'

Н—г/

ю- Н

^N N=Fe (10-2)

J л

Схема, приведенная в уравнении (10-2), иллюстрирует еще одно «свойство, часто наблюдаемое у гемопротеидов. N—Н-группа имидазола связана водородной связью с С=0-группой остова пептидной цепи. Далее уже нетрудно представить себе цепь изменений, порождаемых оксигенированием, включая изменение в положении протона, участвующего в упомянутой водородной связи, и дальнейшее перераспределение заряда в сети водородных связей белка1).

Было сделано необычайно интересное открытие, заключающееся в том, что координация гемового железа с гистидином, по всей видимости, лежит в основе кооперативности при связывании гемоглобина с кислородом [9, 10]. Радиус высокоспинового железа как в ферри-, так и в ферросостоянии столъ велик, что железо не помещается в центре порфиринового кольца и Смещается в сторону координационно связанной с ним имидазольной группы на расстояние, составляющее для Fe(II) 0,06 нм. Таким образом, в дезоксигемоглобине и железо, и имидазольная группа находятся от плоскости кольца дальше, чем в оксиге-моглобине. В последнем железо находится в центре порфиринового кольца, так как переход в низкоспиновое состояние сопровождается уменьшением ионного радиуса [9, 11]. Изменение конформации белка, индуцированное небольшим смещением иона железа, уже было описано (гл. 4, разд. Д, 5), Однако истинная природа «пускового механизма», приводящего к этим изменениям, пока в точности не ясна. С некоторым шриближением эти изменения можно рассматривать как чисто механи} Карбонильная группа, показанная в уравнении (10-2), в гемоглобинах входит в состав F-спирали и связана водородной связью с другими амидными группами. 'Оттягивание электрона в гем-кислородный комплекс приведет к усилению водородной связи, показанной в уравнении (10-2), и к ослаблению конкурирующей с ней внутриспиральной водородной связи. Следствием этого будет перераспределение заряда ьв верхней части F-спирали, способствующее возникновению конформационных изменений, с последующей перестройкой структуры, показанной на рис. 4-19. Непосредственно -за F- и G-спиралями находится б.аг-контакт, в области которого происходят изменения т системе водородных связей.

ческие последствия укорочения расстояния между порфириновым кольцом и F-спиралью гемоглобина (рис. 4-17). Высказывались соображения, что это укорочение вызывает наклон гема, ослабляющий некоторые водородные связи в структуре белка и приводящий в