ys-Tyr-Leu-Glu-Phe- lie -Ser-Glu-Ala-G2 G3 G4' G5 G6 G7 G8 G9 G10 Gil

lie - lie -His-Val-Leu-His-Ser-Arg-His-Pro130

G12 G13 G14 G15 G16 G17 G18 G19 GH1 GH2

140

Gly-Asn-Phe-Gly-Ala-Asp-Ala-Gln-Gly-Ala-GH3 GH4 GH5 GH6 H1 H2 H3 H4 H5 H6

Met-Asn- Lys-Ala -Leu-Glu-Leu-Phe-Arg- Lys150

H7 H8 H9 НЮ H11 H12 H13 H14 H15 H16

Asp- lie -Ala-Ala-Lys-Tyr-Lys-Glu-Leu-GlyH17 H18 H19 H20 H21 H22 H23 H24 HC1 HC2

Tyr-Gln-Gly

НСЗ HC4 HC5

153

Рис. 3.13.

Аминокислотная последовательность миоглобина кашалота. Цифры и буквы под каждым остатком указывают на его положение в ос-спиралях или в неспирализованных участках между ними. Например, В4 обозначает четвертый остаток в спирали В; EF7-7-U остаток в неспирализованном участке между спиралями Е и F. [Edmundson А. Е., Nature, 205, 883 (1965); Watson Н. С, Prog. Stereochem., 4, 299-333 (1969).]

СН,

CH,

N Н

н3с он

Снаружи Триптофан

Снаружи СНН

Снаружи

Треонин Тирозин

цепей глутаминовой и аспарагиновой кислот, глутамина, аспарагина, лизина или аргинина. Аминокислотные остатки, имеющие полярную и неполярную части, а именно треонин, тирозин и триптофан ориентированы так, что внутрь обращены их неполярные участки. Есть только два полярных остатка внутри молекулы миоглобина-это два гистидина, расположенные в активном центре и играющие главную роль в функциональной активности. На наружной стороне молекулы расположены как полярные, так и неполярные аминокислотные остатки.

3.5. Участок связывания кислорода в мио-глобине

I

N Fe Оа

I

Группа гема локализуется в углублении на молекуле миоглобина. Высокополярные пропионатные боковые цепи гема расположены на поверхности молекулы. При физиоГистидин F8

п

с

N С

Гистидин Е7

Плоскость расположения гема

Рис. 3.14.

Схематическое изображение участка связывания кислорода в миоглобине. Пятое координационное положение занято гистидином F8 (проксимальный гистидин); кислород связывается в шестом координационном положении; гистидин Е7 (дистальный гистидин) расположен вблизи шестого координационного положения.

Гистидин Е7

6-е координационное положение, участок связывания кислорода

Гем

Рис. 3.15. Модель участка связывания кислорода в миоглобине. Показаны гем, проксимальный гистидин (F8) и дистальный гистидин (Е7).

логическом значении рН они находятся в ионизированном состоянии. Остальные части гема погружены внутрь молекулы миоглобина, где ее окружают неполярные, за исключением двух гистидинов, аминокислотные остатки. Атом железа в геме присоединен непосредственно к одному из этих гистидинов, а именно к остатку F8 (рис. 3.14 и 3.15). Этот остаток, занимающий пятое координационное положение, называется проксимальным гистидином. Атом железа примерно на 0,3 А выступает над плоскостью порфирина на стороне гистиди-Ha-F8. Участок связывания кислорода расположен по другую сторону плоскости в шестом координационном положении. Рядом располагается второй остаток гисти-дина (Е7), называемый дистальным. Остаток дистального гистидина-Е7 с гемом не связан. На рис. 3.16 показан участок карты электронных плотностей, включающий область гема. Были исследованы три физиологически значимые формы миоглобина: дезоксимио-глобин, оксимиоглобин и ферримиоглобин. По конформации они очень сходны во всем, кроме шестого координационного положения (табл. 3.1). В ферримиоглобине в этом положении стоит вода; в дезоксимиоглоби-не оно свободно; в оксимиоглобине это положение занято кислородом. Связь с 02 находится под углом к связи железо - кислород (рис. 3.17). Атом железа при оксигени-ровании пододвигается к плоскости гема примерно на 0,2 А. Важно отметить, что гем, таким образом, не является жесткой структурой. Более того, перемещение атома железа при оксигенировании играет ключевую роль в функционировании гемоглобина, что будет показано в следующей главе (разд. 4.11).

В контакт с гемом входят аминокисТаблица 3.1. Окружение гема

Чем занято

Форма Ва- 5-коор- 6-е коордилент- динаци- национное ность онное положение железа положение

Дезоксимиоглобин + 2 His F8 Свободно

Оксимиоглобин + 2 His F8 О2

Ферримиоглобин + 3 His F8 Н20

I

Фрагмент карты электронной плотности миоглобина вблизи участка связывания кислорода. Электронноплотная область, тянущаяся вдоль нижней части карты,- спираль Е. (Печатается с любезного разрешения д-ра* J. Kendrew.)

Плоскость расположения гема 44

Ч

N—Fe—О.

I

Наклон и ориентация связи кислорода с атомом железа в оксимиоглобине. Угол между осью 02 и связью Fe—О составляет 12Г.

лотные остатки, принадлежащие разным участкам линейной последовательности, в частности остатки С4 и HI4, соответствующие аминокислотам 39 и 138 линейной последовательности. Отсюда видно, что участок, связывающий гем, в своей значительной части имеет трехмерную структуру3.6. Жесткое окружение гема обеспечивает обратимость оксигенирования

На долю участка, в котором происходит связывание кислорода, приходится лишь небольшая часть