химический каталог




Химия биологически активных природных соединений

Автор Н.А.Преображенский, Р.П.Евстигнеева

привело к установлению структурных формул а- и р-цепей гемоглобина человека (см. стр. 130).

В последующих работах выделенные из нормального человеческого глобина и разделенные методом противоточного распределения а- и р-цепи подвергались расщеплению трипсином, химотрипсином и пепсином. Идентификация полученных пептидов, определение их аминокислотного состава, С- и N-концевых групп полностью подтвердили предложенную ранее структуру а- и р-цепей.

Определение полной химической структуры позволило уточнить молекулярные массы полипептидных цепей и молекулы глобина в целом.

Глобин а2р2 имеет молекулярную массу 61 990 (при определении с помощью центрифуги 66 000—68 000) [52] и состоит из 574 аминокислот.

Электрофорез гемоглобина, выделенного из эритроцитов нормального человека, при рН<7 показывает присутствие трех компонент: основная (90%) — гемоглобин А (Hb А), минорная компонента, движущаяся медленнее Hb А, — гемоглобин А2 (2—3%) и, наконец, минорная компонента, движущаяся быстрее Hb А, — Hb Аз, содержание которого составляет 3—10% и увеличивается при старении красных кровяных телец [53]. Присутствие минорных компонент в гемоглобине подтверждается данными хроматографии.

Молекула гемоглобина А2 состоит из четырех полипептидных цепей: две ю-цепи, те же, что и в гемоглобине А, и две цепи, отличные от р-цепей и названные б-цепями. Формулу Hb А2, таким образом, можно изобразить как a^6Az . Сопоставление триптических гидролизатов Hb А и Hb А2 показало, что б-цепь отличается от р-цепи по меньшей мере четырьмя аминокислотными остатками [54], которые впоследствии были идентифицированы: А1ав б-цепи вместо Clu в р-цепи, Thr (б-)—вместо jSer (р-), Asp (б-) вместо Thr (р-) и Ser (б-) — вместо Thr (Р-). Hb А2 обладает значительно большим сродством к кислороду, чем Hb А, поэтому в случае некоторых заболеваний (например, талассе-мии, когда организм страдает от недостатка кислорода) его количество может увеличиваться вдвое по сравнению с нормальным содержа-

9 —2394

129

Val—Leu—Ser—Pro—Ala—Asp—Lys—Thr—Asn—Val—Lys—Ala—Ala—Try—Gly—Lys—

l-Val- •Gly- -Ala- -His-20 -Ala- -Gly- -Glu- -Tyr- -Gly- -Ala- -Glu- -Ala- -Leu- -Glu—Arg-30 -Met-|

1—Phe- -Leu- -Ser- -Phe- -Pro- -Thr- -Thr- -Lys-40 -Thr- -Tyr- -Phe- -Pro- -His- -Phe—Asp- -Leu—,

l-Ser- -His-50 -Gly- ¦Ser- Ala- -Gln- -Val- Lys— -Gly- His- ¦Gly- -Lys-60 -Lys— -Val—Ala- ¦Asp—1

l-Ala- Leu— -Thr- ¦Asn- -Ala- -Val- 70 -Ala—His- -Val- -Asp- -Asp- -Met- -Pro- -Asn—Ala- —Leu—, 80 1

l-Ser- -Ala- -Leu- -Ser- -Asp- -Leu- -His- -Ala- -His- -Lys-90 -Leu- -Arg- -Val- -Asp—Pro- -Val-.

1—Asn—Phe- -Lys- —Leu-100 —Leu—Ser- -His- -Cys- -Leu- -Leu -Val -Thr- —Leu- -Ala—Ala-110 -His-.

1—Leu- -Pro- -Ala- -Glu- -Phe- -Thr- -Pro- -Ala-120 -Val- -His- -Ala- -Ser- -Leu- -Asp—Lys- -Phe-;

1—Leu- -Ala-130 -Ser- -Val- -Ser- -Thr- -Val- ¦Leu- -Thr- ¦Ser— Lys— -Tyr-140 Arg 141

а-цепь

Val—His— Leu—Thr— Pro—Glu—Glu— Lys— Ser—Ala—Val—Thr—Ala—Leu—,

1—Try—Gly- -Lys— ¦Val- -Asn- -Val- 20 -Asp— -Glu- -Val- -Gly- -Gly- -Glu- -Ala- -Leu—j

1—Gly— Arg-30 -Leu- -Leu- -Val- -Val- -Tyr- -Pro- -Try- -Thr- -Gln- -Arg-40 -Phe- -Phe—.

1—Glu—Ser- Phe—Gly- -Asp- -Leu- -Ser- ¦Thr-50 -Pro- -Asp— -Ala- -Val- -Met- -Gly—j

1—Asn—Pro- -Lys- -Val- 60 -Lys- -Ala- -His- ¦Gly- -Lys- -Lys- -Val- -Leu- -Gly- -Ala—1 70

1—Phe—Ser- -Asp- -Gly- -Leu- -Ala- -His—Leu- -Asp- -Asp-80 -Leu- -Lys- -Gly- -Thr-.

1—Phe—Ala- -Thr- •Leu- -Ser— -Gln- 90 •Leu— •His- -Cys- -Asp- -Lys- -Leu- -His- -Val—|

'—Asp—Pro-100 -Gln- -Asp- -Phe- -Arg- -Leu- -Leu- -Gly- -Asn- -Val- —Leu-110 -Val—Cys-< 1—Val-Leu- -Ala- -His- -His—Phe- -Gly- -Lys-120 -Glu- -Phe- -Thr- -Pro- -Pro- -Val-,

1—Gin—Ala- -Ala- -Tvr-130 -Gln- -Lys- -Val- -Val- -Ala- -Gly- ¦Val- ¦Ala- Asp— ¦Ala — r 140

'—Leu—Ala—His—Lys—Туг—His

146

Р-цепь

нием. Однако известны случаи пониженного содержания НЬ Аг и даже полного его отсутствия. Эти факты показывают, что НЬ Аг является не побочным продуктом и не продуктом катаболизма НЬ А, а синтезируется под самостоятельным генетическим контролем.

Гемоглобин А3 отличается от НЬ А строением р-цепи.

В крови всех здоровых людей находится также в небольшом количестве фетальный гемоглобин НЬ F. Этот гемоглобин составляет основную часть гемоглобина зародыша, откуда и происходит его название (fetus — зародыш, эмбрион), однако уже у новорожденного значигель-, ная часть его заменяется гемоглобином А, а через несколько месяцев после рождения НЬ F составляет уже совсем небольшую часть от общего содержания гемоглобина (0,3—0,4%).

Как показали исследования последних лет, НЬ F состоит из двух а-цепей, идентичных а-цепям НЬ А. и двух одинаковых полипептидных цепей, отличающихся от р-цепеЗ НЬ А по составу и аминокислотной последовательности. Они были названы у-цепями. Формула НЬ F может быть написана в виде a\yF. Была определена первичная структура у-цепи:

Gly—His—Phe—Thr—Glu—Glu—Asp—Lys—Ala—Thr—Не—Thr—

l-Ser- Leu— -Try- •Giy- -Lys- -Val—Asn- -Val-20 -Glu- -Asp- -Ala- -Gly—[

1—Gly- -Glu- -Thr- -Leu- -Gly- -Arg—Leu-30 —Leu -Val -Val- -Tyr- -Pro-.

l-Try- -Thr- -Gln- -Arg-40 -Phe- -Phe—Asp- -Ser- -Phe- -Gly- -Asn- -Leu—|

1— Ser- -Ser-50 -Ala- -Ser— Ala- Ile—Met— Gly- Asn— -Pro—Lys— Val —i 60 |

1—Lys- -Ala- -His- -Gly- -Lys- -Lys—Val- -Leu- -Thr- -Ser— 70 -Leu- -Gly—j

1—Asp- -Ala- -Ile- Lys— -His- -Leu—Asp- -Asp-80 -Leu- —Lys- -Gly- -Thr-,

'—Phe- -Ala- -Gln- -Leu- -Ser- -Glu—Leu-90 -His- -Cys- -Asp- -Lys- -Leu—1

1—His- -Val- -Asp- -Pro-100 -Glu- -Asn—Phe- -Lys- -Leu- -Leu- -Gly- -Asn—.

l-Val- -Leu-110 -Val- -Thr- -Val- -Leu—Ala- -Ile— His- -Phe- Gly- -Lys—1 120 |

1—Glu- -Phe- -Thr- -Pro- -Glu- -Val—Gln- -Ala- —Ser- -Try-130 -Gln- -Lys—.

1—Met- -Val- -Thr- -Gly- -Val- -Ala—Ser- -Ala-140 -Leu- -Ser- -Ser- Arg—|

l-Tyr- -His

146

9* 131

Оказалось, что она в основном совладает с первичной 'Структурой Р-цепи (см. стр. 130), однако некоторые аминокислоты заменены другими; встречается также инверсия чередования аминокислотных остатков (в положениях 21 и 22 последовательность Asp—Glu р-цепи заменена последовательностью Glu—Asp в у-цепи).

Гемоглобины животных значительно отличаются от гемоглобина человека по аминокислотному составу. Однако все они успешно выполняют функцию транспорта кислорода. Несмотря на различия в аминокислотном составе вторичнал и третичная структуры гемоглобинов из различных источников подобны. N-Концевые аминокислоты у ряда гемоглобинов также одинаковы.

Хотя и в у, и в б-цепях ряд аминокислот заменен другими, как Hb F, так и НЬ А2 успешно выполняют те же самые физиологические функции, что и НЬ А. Однако в некоторых случаях замена только одной аминокислоты ведет к резкому изменению физико-химических свойств молекулы, что в свою очередь приводит к тяжелым физиологическим последствиям.

Аномальные гемоглобины. Замена аминокислоты может иметь место как в а-, так и в р-цепи. Аномальные гемоглобины [53], получающиеся в результате этой замены, отличаются от НЬ А поведением при электрофорезе и хроматографии на карбоксиметилцеллюлозе и могут быть таким образом идентифицированы и выделены.

Так, например, была определена структура Hb S, имеющего большую электрофоретическую подвижность, чем НЬ А, и отличающегося от НЬ А тем, что у него в положении 6 р-цепи глутаминовая кислота заменена валином; формула этого гемоглобина а^Р^Уа|. В Hb G (af PJGly) глутаминовая кислота в положении 7 заменена глицином; в Hb Е (a?PfLys) глутаминовая кислота в положении 26 — лизином; в НЬ «Цюрих» (а? гистидин в положении 63 — аргинином. Возможны

замещения аминокислот и в а-цепи.

Приведенные выше аномальные гемоглобины являются модификациями НЬ А, так как их молекулы содержат видоизмененные а- или р-цепи. Однако нарушения в синтезе a-цепи вызывают появление модификаций и других нормальных компонент гемоглобина человека, т. е. появления аномальных гемоглобинов F и А2. Действительно, известны аномальный гемоглобин А2, так называемый гемоглобин Russ (Hb Russ), содержащий видоизмененную a-цепь (а^'бг), и аномальный фетальный гемоглобин с модифицированной a-цепью (агуг).

Нарушения в синтезе у- и б-цепей также приводят к аномальным гемоглобинам F и А2. Примером аномальной компоненты А2 с измененной б-цепью является НЬ В2 (а26Ьа) и Hb flat (а2б?а().

Существуют аномальные гемоглобины, которые содержат только р-или у-цепи и совсем не имеют а-цепей, например Hb Н (р?) и НЬ Барта

Структура молекулы гемоглобина

Рентгеноструктурные исследования последних лет внесли почти полную ясность в структуру Hb А [55] и другого близко родственного ему дыхательного гемопротеида — миоглобина [56].

Изучение строения молекулы гемоглобина методом рентгеноструктурного анализа было проведено Перутцем с сотрудниками [57] на примере оксигемоглобина лошади. Молекула гемоглобина лошади

132

представляет собой в (первом приближении сфероид с длиной 6,4 нм, шириной 5,5 нм и высотой 5,0 нм*. Она состоит из четырех субъединиц, попарно идентичных, — двух а- и двух р-полипептидных цепей.

При помощи рентгеноструктурного анализа с разрешением 0,55 нм удается проследить общее расположение в пространстве каждой полипептидной цепи (третичная структура) (рис. 10). Конфигурации обоих видов полипептидных цепей почти одинаковы. Однако еще более поразительным является то, что эта сложная и неправильная форма полипептидной цепи почти целиком 'Совпадает с конфигурацией молекулы миоглобина, определенной ранее.

Рис. 10. Третичная структура Р-цепи гемоглобина.

Как а, так и р-полипептидные цепи состоят из восьми спиралей, соединенных неспиральными участками (вторичная структура) (рис. 11). Именно в местах неопиральных участков полипептидная цепь делает повороты, в результате чего и возникает сложная пространственная структура (третичная структура). Для указания структурного положения аминокислотных остатков в определенных участках полипептидной цепи эти участки обозначают .буквами: спиральные участки — латинскими буквами от А до Н, начиная с N-конца, неспиральные — двумя буквами, указывающими спирали, которые они соединяют (например, ВС, EF), неспиральные N- и С-концевые участки — соответственно NA и НС. Остатки внутри каждого спирального и неспираль-ного участка нумеруют с N-конца. Обозначение Lys Е 10 (66) показывает, что в 66 положении р-цепи находится остаток лизина, который занимает 10 место в спирали Е.

Группа тема лежит в «кармане», образованном складками лолипед-тидной цепи, между спиралями F и Е.

Данные рентгеноструктурного анализа с разрешением 0,28 нм позволяют локализовать практически все атомы молекулы гемоглобина и выявить тонкие детали взаимодействия гема с полипептидной цепью,

* 1 нм=10-9 м.

133

а также самих полипептидиых цепей [58]. Неполярные заместители гема находятся внутри клубка полипептидной цепи в окружении неполярных аминокислотных остатков, а карбоксильные группы — у поверхности и, таким образом, взаимодействуют с водой. Гем удерживается в кармане полипептидной цепи (F 8) координационной связью между железом гема и азотом имидазола ближайшего гистидина (87а й 92р), так называемого проксимального гистидина. Кроме того, группа гема удерживается за счет неполярных 'взаимодействий с полипептидной цепью. Между гемом и полипептидной цепью имеется около 60 контактов, причем все они, за исключением одного в а-цепи и двух в Р-цепи, являются неполярными. Полярные взаимодействия включают карбоксил остатка пропионовой кислоты гема и His CD 3 (45) в а-цепи и контакты карбоксильных групп с Ser CD 3 (44) и Lys Е 10 (66)

HNA-i 1-А-1 АВ I-В-1 I-с-1

¦—-н--I |—нс —I

12 3 4 5 6 7 8 9 10 V 12 13 П 15 16 17 18 19 20 2122 23 2<> 25 I 2 3*5

Рис. 11. Вторичная структура глобина:

волнистой линией показаны а-спиральные участки, прямой линией — неспиральные участки; 9 — неполярные остатки аминокислот; X — пролины или комбинация пролина с серином н треонином, аспарагиновой кислотой или аспарагииом; О — остальные аминокислотные остатки.

в р-цепи. С противоположной стороны от проксимального '.гистидина, между железом гема и His Е 7 и Val Е 11, в кармане полипептидной цепи имеется свободное пространство; в а-цепи это пространство достаточно велико и в него свободно входит молекула кислорода; в р-цепи, напротив, мало, и для реакции с кислородом необходимо изменение конформации полипептидной цепи.

Свертывание полипептидной цепи обусловлено распределением полярных и неполярных аминокислотных остатков между поверхностью 'Молекулы и ее внутренней частью. Во внутреннем пространстве молекулы находятся неполярные аминокислотные остатки (аланин, валия, лейцин, фенилаланин и др.), на поверхности лежат электрически заряженные или полярные группы. Такая упаковка боковых групп обеспечивает наименьшую свободную энергию белковой молекулы. Дополнительный вклад в стабилизацию конфигурации полипептидной цепи вносит группа гема.

Четвертичная структура гемоглобина (т. е. расположение четырех полипептидиых цепей относительно друг друга), разработанная Пе-рутцем с сотр. на основе рентгеноструктурного анализа, показана на

134

рис. 12. В центре молекулы имеется достаточно широкое отверстие, через которое могут проходить молекулы воды и электролитов. N-Концы полипептидных цепей выходят к вершинам молекулы, а С-концы спрятаны в ее глубине; а- и В-цепи имеют многочисленные контакты, которые удерживают их вместе. Наиболее многочисленны aiBi-контакты, которые включают около 110 атомов 34 аминокислотных остатков; подавляющее большинство из них является неполярными. Контакты слРг включают около 80 атомов 19 аминокислотных остатков, причем взаимодействия также в основном являются неполярными.

Четвертичные структуры окси- и дезоксигемоглобинов различны: можно говорить об окси- (R-) и дезокси- (Т) конформациях*. Повышенная устойчивость дезо/сси-конфор-мации достигается за счет солевых мостиков: а-карбоксил аргинина НС 3 (141) щ связан с а-аминогруппой ва-лина NA 1 (1) аг, а его гуанидиниевая группа — с остатком аспарагиновой кислоты Н 9 (126) «г", а-карбоксил гистидина НС 3 (146) Bi взаимодействует с е-аминогруппой лизина С 5 (40) d2, а его имидазольный цикл — с остатком аспарагиновой кислоты FG 1 (94) Вь Все четыре остатка тирозина, находящиеся на предпоследних местах в полипептидных цепях, удерживаются в' «карманах» между спиралями F и Н частично силами Ван-дер-Ваальса, частично водородными связями между гидроксильными группами тирозина и

карбонильной группой валина F

страница 18
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69

Скачать книгу "Химия биологически активных природных соединений" (6.60Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
кресло-кровати длиной 180 см
капиллярный датчик температуры купить
выкладка сыра на витрине фото
чистка кондиционера домашнего домодедово

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(18.01.2017)