химический каталог




Химия биологически активных природных соединений

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

олипептидной цепи имеются участки

160

¦

AcNH—Gly—Asp—Val—Glu—Lys—Gly—Lys—Lys—He—Phe—Val—Gin—Lys— 1 10

I—Cys—Ala—Gin—Cys—His—Thr—Val—Glu—Lys—Gly—Gly—Lys—

1—His—Lys—Thr—Gly—Pro—Asn—Leu—His—Gly—Leu—Phe—Gly—1 30 |

1—Arg—Lys—Thr—Gly—Gin—Ala— Pro—Gly— Phe—Thr—Tyr—Thr—i 40

1—Asp—Ala—Asn—Lys—Asn—Lys—Gly—I le—Thr—Tyr—Lys—Glu—1 50 60 | 1—Glu—Thr—Leu—Met—Glu—Tyr—Leu—Glu—Asn—Pro—Lys—Lys— 70 1

1—Tyr—He—Pro—Gly—Thr—Lys—Met—He—Phe—Ala—Gly—He—i 80 1—Lys—Lys—Lys—Thr—Glu—Arg—Glu—Asp—Leu—He—Ala—Tyr — 90 1

'—Leu— Lys— Lys— Ala—Thr— Asn— Glu— COOH 100 104

с резко различной полярностью, что, по-видимому, должно определять специфическую третичную структуру цитохрома с.

Полипептидная цепь цитохрома с сильно отличается от а- и р-цепей гемоглобина и от цепи миоглобина. Гем присоединен тиоэфирными связями к остаткам цистеина в положениях 14 и 17 и находится, таким образом, гораздо ближе к N-концу, чем нековалентно связанный гем в гемоглобине и миоглобине.

Цитохромы с, обладающие подобными свойствами и способностью реагировать с соответствующими окислительно-восстановительными ферментными системами, были выделены из различных природных источников: млекопитающих, птиц, рыб и растительных клеток. Все они имеют молекулярную массу порядка 12 000—13 000, окислительно-восстановительный потенциал +0,250 В и являются основными белками.

Уже на ранних этапах исследования строения цитохромов с было установлено, что гемопептиды, получающиеся при гидролизе цитохромов с из различных видов, обладают сходной структурой.

Установление строения цитохрома с из сердца человека показало почти полное подобие его лошадиному гемопротеиду. Он также состоит из 104 аминокислот, причем N-концевой глицин ацетилирован; положение и характер присоединения гема к полипептидной цепи, распределение основных и гидрофобных остатков одинаковы в обоих белках; наконец, большие участки полипептидных цепей полностью идентичны. Цитохром с человека отличается от цитохрома с лошади 12 аминокислотными остатками, причем ряд аминокислот замещен подобными (например, Glu в положении 62 на Asp), а ряд — совершенно отличными аминокислотными остатками (Glu в положении 92 на Ala):

11—2394

161

AcNH—Gly—Asp—Val—Glu— Lys—Gly—Lys— Lys— He— Phe— 1 le— Met— 1 10

'—Lys—Cys—Ser—Gin—Cys—His—Thr—Val—Glu—Lys—Gly—

1—Gly- -Lys- -His- -Lys- -Thr— Gly- -Pro-30 -Asn- -Leu- -His- -Gly- -Leu—|

1—Phe- -Gly- -Arg- -Lys- -Thr—Gly-40 -Gln- -Ala- -Pro- -Gly- -Tyr- -Ser—|

L Tyr- -Thr- -Ala-50 -Ala- -Asn— Lys- -Asn- -Lys- -Gly- -Ile- -Ile- -Тут—j

1—Gly— 60 -Glu- -Asp- -Thr- -Leu— Met- -Glu- -Tyr- -Leu- -Glu- -Asn-70 -Pro—|

l-Lys- -Lys- -Tyr- -Ile- Pro—Gly- ¦Thr- Lys— Met-80 -Ile- Phe- ¦Val —|

1— Gly- -Ile- Lys— Lys- -Lys—Glu— -Glu-90 Arg- Ala- ¦Asp- -Leu- -He—|

I—Ala—Tyr—Leu—Lys—Lys—Ala—Thr—Asn—Glu—COOH 100 104

По-вндимому, замещения подобными аминокислотными остатками имеют место в участках полипептидной цепи, играющих решающую роль в определении третичной структуры, в то время как совершенно отличные замещения происходят в местах, несущественных для определения конформации белковой молекулы. Для этих белков характерна также различная последовательность аминокислот вблизи гема, между двумя цистеиновыми остатками; это может означать, что для свойств данных гемопротеидов большее значение имеет общая пространственная конфигурация полипептидной цепи в области гема, а не природа отдельных аминокислотных остатков.

Несомненный интерес представляет также сравнение строения белков, выделенных из далеко отстоящих видов, например млекопитающих и пресмыкающихся. Определение структуры цитохрома с из сердечной мышцы гремучей змеи показало, что он состоит из 104 аминокислотных остатков, имеет N-концевой ацетилированный глицин, гем, присоединенный к остатку цистеина в положениях 14 и 17, и отличается от белка человека только 14 аминокислотными остатками: 11 из них приходятся на 24 остатка с С-конца; это может свидетельствовать о несущественной роли значительного отрезка полипептидной цепи у С-конца в определении функциональных свойств молекулы. Таким образом, даже у столь отдаленных видов, как человек и гремучая змея, структура цитохромов с оказывается сходной. В то же время цитохром с, выделенный из дрожжей, несколько отличается от цитохромов позвоночных. К остатку глицина, который в белках позвоночных является N-конце-вым, вместо ацетильной группы у него присоединена дополнительная последовательность из четырех аминокислот; остатки в С-концевой последовательности также отличаются.

162

Можно ожидать, однако, что только установление полной пространственной структуры цитохрома с даст ключ к выяснению механизма действия этого белка в организме.

Рентгеноструктурный анализ при разрешении в 0,4 нм позволил определить основные черты третичной структуры цитрохрома с [73]. Метод, примененный для исследования феррицитохрома с (окисленной формы цитохрома с), выделенного из сердечной мышцы лошади, был

Рис. 17. Схема молекулы феррицитохрома с из сердечной мышцы лошади.

полностью аналогичен методам, использованным Перутцем для установления строения гемоглобина и Кендрью — для миоглобина. Использование изоморфных производных платины и ртути дало возможность построить пространственную модель феррицитохрома с (рис. 17). Молекула представляет собой вытянутый сфероид размером 2,5X2,5X3,7 нм. На одной стороне ее имеется довольно широкая щель, в которой помещается гем, причем плоскость гема перпендикулярна поверхности молекулы; большая часть гема находится, таким образом, внутри белковой молекулы, и порфирин только с одной стороны доступен для растворителя. Недалеко от вершины щели находятся остатки цистеина (14 и 17), к которым гем присоединен тиоэфирными связями. Боковые цепи пропионовых кислот гема в отличие от молекул гемоглобина и миоглобина не имеют контакта с растворителем, они находятся в кармане внутри белковой молекулы, причем одна группа — ближе к поверхности молекулы, а другая — дальше от нее; вероятно, эти группы ассоциированы с основными боковыми цепями внутри кармана. По обеим сторо-

П*

163

нам щели расположены лиганды, занимающие 5 и 6 координационные положения железа гема. Одним из них является имидазол остатка гистидина в положении 18, другим — метионин в положении 80.

Центр молекулы феррицитохрома с состоит из плотно упакованных гидрофобных боковых цепей. Вокруг этого ядра находится оболочка, образованная полипептидной цепью, которая обвита таким образом, что возникает плотный гладкий слой. Он нарушен только в трех местах: там, где помещается щель с группой гема, и в местах внедрения двух «каналов». Эти «каналы» не являются каналами в обычном смысле слова, т. е. свободным пространством, доступным для молекул растворителя. Они представляют собой плотно упакованные боковые цепи, по-зидимому, гидрофильные, которые внедряются в глубь белковой Молекулы, не встречая на своем пути оболочки, образованной полипептидной цепью. Один такой «канал» проходит вниз от вершины молекулы параллельно оси, другой уходит внутрь от той стороны поверхности гема, с которой находится имидазольный лиганд. Наконец, снаружи плотной оболочки лежит слой, образованный гидрофильными боковыми цепями, непосредственно взаимодействующими с молекулами воды и электролитов. Таким образом, структура молекулы цитохрома с является очень хорошим примером часто предлагаемой для сложных белков модели «гидрофобной капли».

Для полипептидной цепи молекулы цитохрома с характерно почти полное отсутствие а-спиральных участков. Только один участок цепи с той стороны гема, с которой расположен лиганд, не являющийся имидазолом (по-видимому, метионин), может содержать от одного до полутора витков а-спирали.

Таким образом, третичная структура цитохрома с совершенно отличается от структуры гемоглобина и миоглобина. Это соответствует полному различию специфических биологических функций данных гемопротеидов.

Другие цитохромы группы С изучены гораздо меньше, хотя для некоторых из них кроме спектральных данных определены молекулярные массы и окислительно-восстановительные потенциалы.

Наибольший интерес из таких цитохромов представляют бактериальные цитохромы. Различные пурпурные фотосинтетические бактерии содержат два главных вида растворимых цитохромов с: цитохромы с2, которые напоминают цитохромы с млекопитающих, и цитохромы сс', имеющие две группы гема, ковалентно связанные с одной полипептидной цепью, примерно в два раза большей по размеру, чем цепь цитохромов с2. Спектры поглощения и химические свойства цитохромов сс' ¦отличны от спектров и свойств цитохромов с млекопитающих. Цитохромы сс' относились ранее к цнтохромам типа RHP (группа D по более старой классификации Мортона). Характерной особенностью цитохромов сс' по сравнению с цитохромами с является гораздо большая реакционная способность по отношению к кислороду и окиси углерода, что указывает на иной характер связи темного железа с азотсодержащими группами белка. Если в цитохроме с две координационные связи между атомом железа и донорными атомами (азотом имидазола гистидина и серой метионина) довольно прочны, то в цитохромах типа сс' эти ¦связи или совсем отсутствуют, или очень слабы. Цитохромы типа сс' являются, как правило, дигемопротеидами, однако выделен моногемо-протеид, который обладает свойствами, характерными для цитохромов типа сс'.

164

ЦИТОХРОМЫ ГРУППЫ D

Эта группа включает цитохром d (старое название цитохром а2) и цитохром d\ (щ).

Цитохром d (полосы поглощения 630, 552 и 518 нм) выполняет роль конечной оксидазы у Aerobacter aerogenes и аэробных культур некоторых других бактерий. Простетической группой его является гем а2. При действии разбавленных растворов соляной кислоты железо удаляется и образуется хлорин а2 (полосы поглощения при 653, 598, 534, 503, 405 нм). Каталитическое гидрирование с последующим окислением дает порфирин, похожий по свойствам на мезопорфирин. При восстановлении иодистоводородной кислотой получается порфирин, подобный 2-оксиэтил-4-этилдейтеропорфирину. Наличие гидроксильной группы показано также бумажной хроматографией: Rf при хроматографии в системе керосин — пропанол ниже, чем у аналогичного хлорина, не имеющего гидроксильной группы (мезохлорин), и возрастает при ацетилиро-вании. Присоединение диазоуксусного эфира показывает наличие винильной группы. На основании сравнения хлорина а2 с другими пор-фиринами была предложена его формула (R или R' и R" скорее всего представляют собой не атомы водорода, а алкильные боковые цепи, учитывая липофильные свойства хлорина а2\ дополнительные водородные атомы помещены в кольцо IV по аналогии с хлорофиллами):

СН2 СН2

>НООССН2 лСН2СООН

Цитохромоксидаза из Pseudomonas'aeruginosa имеет две простети-ческие группы — гем а2 и замещенный мезогем, присоединенный ковалентными тиоэфирными связями к полипептидной цепи. Этот цитохром относят поэтому как в группу С, так и в группу D; он получил название цитохрома cd.

ХЛОРОФИЛЛЫ

Хлорофилл — пигмент, придающий растениям зеленую окраску. Благодаря его уникальным свойствам растения, используя энергию солнца, из воды и двуокиси углерода создают разнообразные органические вещества (глюкозу, крахмал, жиры, белки и другие соединения).

В природе встречается несколько видов хлорофиллов. В листьях растений находятся хлорофиллы а и b в соотношении приблизительно 3:1. Диатомеи, дипофлагеллаты и бурые водоросли содержат хлорофиллы а и с. Хлорофилл d найден в водорослях наряду с хлорофиллом а. Из зеленых бактерий выделен хлоробиум-хлорофилл, в пурпурных и красных серных бактериях содержится еще один хлорофилл — бак-

165

териохлорофилл, родственный хлорофиллам высших растений и водорослей.

В отличие от железопорфиринов — гемоглобина и цитохромов — в основе хлорофиллов лежит магниевый комплекс частично гидрированного порфинового ядра — дигидропорфина или хлорина.

сн2=сн сн3 ciwVvyc.H.

CH3 H

( К )

снч=сн

хлорофилл а СНО

/

СНз-Л fA-C2Hs

СН.

/ "Н/ ° СНо СООСНз

I *

СООСзоНзэ хлорофилл Ь

СН

^О СН СООСН.,

I

СООСН,

r= сн=сн2; с2н5

хлорофилл г

CHs

СНО сн3

\ /

/Ч / СН3 )—К N-

W -I *>—СНя

СООС20 Н39 хлорофилл d

СН3 СОСНз \ "н

V-Nx N CH3YV NN /

н-

СН-,

I "

СН3

СООСН,

СООС20Н89 бактериохлорофилл.

168

Характерной особенностью структуры хлорофиллов является наличие циклопентанонового кольца (изоциклическое кольцо) и остатка пропионовой кислоты в кольце IV, этерифнцированного фитолом. Как и гемоглобин, хлорофилл связан с молекулой белка, и только в такой форме он физиологически активен.

Приведенная выше структурная формула хлорофилла а рассматривается только как простетическая группа сложного фотофермента, включающего в себя белковолипидный компонент. До настоящего времени не выделен специфический белок, образующий с хлорофиллом соединение типа фермента. Неизвестно также стехиометрическое соотношение между простетической группой и молекулой белка.

Микроскопическое изучение строения листа показывает, что хлорофилл распределен не по всей протоплазме, а сосредоточен в хлоропла-стах. С помощью электронного микроскопа было обнаружено, что внутри хлоропластов имеются еще более мелкие тельца — гранулы, которые и содержат хлорофилл. Помимо хлорофилла в составе хлоропластов обнаружены белки, липиды, углеводы, ферменты, витамины, вещества неорганического происхождения и ряд пигментов, например каротиноиды. Предполагают, что белок в хлоропластах также участвует в фотосинтезе благодаря наличию системы цистин—цистеин (сульф-гидрильные группы — промежуточные переносчики ионов водорода).

Идея о связи хлорофилла с белком принадлежит русским ученым. Еще М. С. Цвет указывал на то, что хлорофилл в пластиде не свободен, а адсорбционно связан с белком. Им был предложен довольно удачный термин — хлороглобин, подчеркивающий сходство между гемоглобином и хлорофилл-белковым комплексом.

Дальнейшие исследования подтвердили это предположение. Для выяснения природы связи хлорофилл — белок изучали спектры комплексов хлорофилла с белками и более простыми пептидами (глицил-лей-цин, пептон, альбумин, протамины). Показано, что молекулы хлорофилла связаны химическими связями с кислотными и основными группами белка. В целом вопрос о типе связи хлорофилл — белок остается пока открытым. Еще нет метода, позволяющего определить точную ориентацию молекул пигмента и других молекул внутри хлоропласта.

Электронные микрофотографии хлоропластов различных растений дают хорошее качественное подтверждение ламеллярной (пластинчатой) структуры хлоропластов. Они состоят из 20—30 параллельных ли-пидных слоев, отделенных от водно-белковых слоев мономолекулярными пленками хлорофилла, причем гидрофильная порфириновая «головка» каждой молекулы хлорофилла входит в водно-белковый комплекс, а липофильный фитольный «хвост» — в липидный слой. Каждый липид-ный слой имеет толщину 5,0 нм, разделяющие же их водно-белко

страница 23
< 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
где можно обучиться программе corol drawe
конвекторы сира
Прикроватные тумбочки ЛДСП
рамка перевёртыш своими руками

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
(03.12.2016)