Cтраница 1
Гемовое железо связано с порфирином в гемоглобине и миоглобине. В отличие от ионного железа на его всасывание не влияют ни фитаты, ни фосфаты, ни аскорбиновая кислота. Гемовый комплекс всасывается нерасщепленным и расщепляется лишь в клетках эпителия. Гемовое железо всасывается быстрее ионного. При недостатке цинка в питании, проявление которого детально изучено в Египте и Иране, отмечено половое недоразвитие и замедление роста подростков обоего пола. Основным продуктом питания в этих странах является бездрожжевой хлеб из пшеничной муки тонкого помола, и одним из факторов, понижающим усвоение цинка, может быть связывание его фитином. Снижают усвояемость цинка также продукты реакции Майяра. Замедление роста из-за недостатка цинка наблюдалось и у детей среднеобеспеченных семей США, в рационе которых было мало мяса. [1]
К оксидоредуктазам, содержащим гемовое железо, относятся обширные семейства пероксидаз и каталаз. Пероксидазы катализируют окислительные реакции, в которых в качестве окислителя участвуют перекись водорода или замещенные перекиси. Лактопероксидаза, выделенная первоначально из коровьего молока, была обнаружена затем в слюнных, слезных и гарднеровых железах, обладающих, кроме того, способностью концентрировать йод. Биологическая роль фермента недостаточна ясна. Он с особой легкостью катализирует окисление йодидов, в связи с чем используется в лабораторной практике для метки белков радиоактивным йодом. Допускается также его участие в образовании меланина. [2]
Изменения в стереохимии железопорфирина, сопровождающие изменение спинового состояния гемового железа, не были зарегистрированы в ранних исследованиях разностным методом Фурье производных миоглобина кашалота. Учитывая, что для ряда кристаллических белков разностный метод Фурье дал отличные результаты, отсутствие изменений в стереохимии железопорфирина, наблюдавшегося в молекулах типа гемоглобина, в случае миоглобина может быть обусловлено недостаточной точностью данных. [3]
Кроме меди мономерный фрагмент с молекулярной массой 100000 содержит 1 моль гемового железа. [4]
В работах [150, 153-156] на основании исследования температурной зависимости магнитной восприимчивости некоторых гемо-протеинов было показано, что взаимодействие каркаса порфирина с окружающей полипептидной цепью существенно для регуляции спинового состояния гемового железа. [5]
Цитохром с, имеющий молекулярный вес 12 400 и содержащий одну гемовую группу, участвует в переносе электронов в электрон-транспортной цепи от акцептора водорода на кислород. Гемовое железо находится в низкоспиновом состоянии как в Fe ( II) -, так и Ре ( Ш) - состояниях, так что только окисленный цитохром с имеет парамагнитный центр. [6]
У животных с однокамерным желудком всасывание железа происходит главным образом в двенадцатиперстной кишке преимущественно в двухвалентной форме, хотя известны и соединения трехвалентного железа, обладающие более высокой биологической доступностью, чем некоторые фер-роформы. Всасыванию негемового железа предшествует, по-видимому, распад его координационных соединений, тогда как гемовое железо всасывается в составе порфиринового макроцикла. Для оптимального всасывания железа необходима нормальная секреция желудочного сока. Прием соляной кислоты способствует усвоению железа при ахлоргидрии. [7]
На рис. 15 сравниваются степени ромбичности, рассчитанные для высокоспиновых ферригемопротеинов. Значительная вариация отклонений от тетрагональности свидетельствует о том, что искажение тетрагональной структуры и электронной симметрии окружения катиона гемового железа меняется в широких пределах как при изменении природы белка, так и для разных высокоспиновых феррипроизводных одного и того же белка. Как показано на рис. 15, эти белки могут быть подразделены на группы в зависимости от природы лигандов по пятому и шестому координационным местам. [8]
Таким образом, на основании исследований молекулы гемоглобина разностным методом Фурье можно утверждать, что обратимая природа структурных изменений, связанных с изменением ориентации порфирина при присоединении и отщеплении лиганда, применима как к координированным [88, 103], так и некоординированным [139] четвертичным конформациям. Из спектроскопических данных следует [133-136], что изменение состояния окисления и лиган-дного окружения железа сопровождается изменениями ориентации порфирина. Учитывая величину этих изменений и связь их с изменениями спинового состояния гемового железа в гемоглобине и учитывая слабо выраженные изменения в миоглобине кашалота ( рис. 11), можно предположить, что они играют важную роль при передаче конфомационных изменений, лежащих в основе кооперативного связывания лиганда. Согласно интерпретации разностных карт Фурье при разрешении 350 пм, предложенной Андерсоном [139], остатки F-спирали, примыкающие к координирующему проксимальному гистидину, влияют преимущественно через изменения вандерваальсовых взаимодействий между белком и пор-фирином. [9]
Это искажение обусловлено ромбической составляющей в поле лигандов донорных атомов в плоскости ху, приводящей к неэквивалентности направлений х и у. Искажение тетрагональной симметрии, называемое ромбичностью [161, 162], вызвано деформацией окружения железа. Эта деформация может возникнуть вследствие механических-шжажений тема, возмущений тс-электрон-ной системы тема или изменения гс-электронного характера связывания лигандов с гемовым железом по пятому и шестому координационным местам. [10]
Гемовое железо связано с порфирином в гемоглобине и миоглобине. В отличие от ионного железа на его всасывание не влияют ни фитаты, ни фосфаты, ни аскорбиновая кислота. Гемовый комплекс всасывается нерасщепленным и расщепляется лишь в клетках эпителия. Гемовое железо всасывается быстрее ионного. При недостатке цинка в питании, проявление которого детально изучено в Египте и Иране, отмечено половое недоразвитие и замедление роста подростков обоего пола. Основным продуктом питания в этих странах является бездрожжевой хлеб из пшеничной муки тонкого помола, и одним из факторов, понижающим усвоение цинка, может быть связывание его фитином. Снижают усвояемость цинка также продукты реакции Майяра. Замедление роста из-за недостатка цинка наблюдалось и у детей среднеобеспеченных семей США, в рационе которых было мало мяса. [11]
Спектр протонного магнитного резонанса белка охватывает узкий интервал частот и представляет собой наложение большого числа резонансных сигналов. Два свойства гемовых белков несколько облегчают решение проблемы. Во-первых, гемовая группа индуцирует сдвиг, обусловленный кольцевыми токами ( по аналогии с бензолом 15, 251), что приводит к смещению резонансных линий ядер, находящихся вблизи тема, в область, отделенную от основной огибающей спектра. Во-вторых, гемовое железо может быть парамагнитным и тогда оно индуцирует изменения химических сдвигов и уши-рение резонансных сигналов, соответствующих ядрам в ближайшей окрестности гемовой группы. На практике это приводит к тому, что спектр ЯМР распространяется на интервал частот, примерно в 5 раз превышающий интервал частот в спектрах ЯМР обычных белков. [12]
Аналогично взаимодействие белка с порфириновым кольцом через остатки, участвующие в вандерваальсовых взаимодействиях, не только позволяет регулировать ориентацию порфирина, но и контролирует спиновую мультиплетность центрального катиона. Как указывалось ранее, катион металла в миоглобине проявляет более выраженную тенденцию к тому, чтобы оставаться смещенным из плоскости порфиринового кольца. Безусловно, это свойство отражает накладываемые белком стерические ограничения, которые благоприятствуют максимальной спиновой мульти-плетности. Этот структурный эффект дает некоторое представление о том, каким образом структурные искажения полипептидной цепи, происходящие при изменении природы поверхностных остатков, могут передаваться к порфириновому центру, чтобы управлять спиновым состоянием гемового железа. [13]
Гемовые белки выполняют ряд специализированных функций. Например, гемоглобин переносит кислород, а многие цитохромы участвуют в процессах переноса электронов. Естественно, сразу же возникает проблема установления корреляции между структурой и функцией этих белков. К той же группе проблем относится вопрос о том, какие изменения конформации в трех субъединицах тетра-мерного белка гемоглобина вызывают связывание кислорода гемом четвертой из субъединиц, или вопрос о том, каким образом электрон проходит через белковую глобулу к гемовому железу, а затем от железа к акцептору электронов. [14]
Из структурных данных для низкомолекулярных кислородных комплексов следует, что электронная структура связанного кислорода определяется не только стереохимическими деталями. Модели Полинга [173, 174] и супероксид-аниона [179, 180] приводят к одинаковой стереохимии координированного кислорода с расстоянием О-О, большим, чем в свободной молекуле кислорода. В этом мономерном кислородном комплексе угол Со-О - О составляет 126 и расстояние О-О ( 126 пм) практически совпадает с расстоянием, наблюдаемым для супероксид-аниона. Гриффита [175], наблюдается увеличение расстояния О-О до 130 пм. Следовательно, на основании только стереохимических данных нельзя однозначно определить электронную структуру связи, образующейся при обратимом присоединении молекулы кислорода к гемовому железу. [15]