Cтраница 4
Кислород связывается в гемоглобине и миоглобине путем координации с высокоспиновым пентакоординационным железо ( П) пор-фириновым комплексом, содержащим в качестве лиганда гистидин. Такое обращение обычного соотношения между константами ( К Kz, по-видимому, связано с изменением спинового состояния. Следовательно, белок должен не только связывать железопорфирин с высокой константой связывания, но и обеспечить присоединение к атому железа одного и только одного аксиального лиганда. Для связывания железопорфиринов с апоНЬ и апоМЬ получены очень высокие константы ( 1010 М 1), однако-очень близкие величины сродства получены и для порфиринов, не содержащих металла. Таким образом, основной вклад в энергию связывания дают вандерваальсовы взаимодействия между порфи-риновым лигандом и неполярными остатками белка. Эти силы обеспечивают более высокое значение константы равновесия, чем. Кроме того, это позволяет белку регулировать число и природу аксиальных лигандов, связанных с железом, поскольку энергий взаимодействия между порфирином и белком гораздо выше, чем. В результате стереохимические факторы взаимодействия порфирина с белком доминируют над стереохимическими параметрами взаимодействия железа с его лигандами ( разд. [46]
Таким образом, различия в константах равновесия между двумя белками могут быть обусловлены различиями между энергиями конформационного перехода и сольватации двух участвующих в равновесии комплексов ( например, Fe11 и FenO2) в каждом из этих белков. Одинаковые константы равновесия могут быть, например, у белка, в котором два компонента равновесия имеют сильно искаженную структуру, и у белка, где такое искажение структуры не имеет места. Все это крайне затрудняет любую попытку поиска корреляций физических и химических свойств. Еще два фактора ограничивают возможность выделения в чистом виде эффектов различной природы. Во-первых, пока не удалось получить и исследовать ни одного небелкового и ненапряженного железопорфирина, который содержал бы только один связанный имидазол ( или гисти-дин), чтобы его можно было использовать как основу при сравнении свойств. [47]
Существование этих четырех совершенно различных групп белков дает прекрасный пример того, как природа решает некоторые проблемы координационной химии ( в данном случае обратимой координации кислорода) не одним, а несколькими способами. Даже механизм, связывающий константу равновесия со степенью оксиге-нации всего белка, был создан природой не только для гемоглобина, но и для гемоцианина. Однако полученные недавно функционально активные кобальтсодержащие аналоги гемоглобина и миоглобина показывают, что природа перепробовала не все возможные решения этой проблемы даже в пределах комплексов из тех металлов, аминокислот и других лигандов, которые имеются в ее распоряжении. Кобальтовые аналоги характеризуются меньшим сродством к кислороду, чем нативные белки [207], но рН и дифосфоглицерат влияют на них примерно так же, как и в случае гемоглобинов. Кобальтовые аналоги получены путем диссоциации гемоглобина или миоглобина на белок и железопорфирин ( разд. [48]
Необходимо подчеркнуть, однако, что изменения стереохимии железопорфирина в миоглобине значительно меньше, чем изменения, наблюдаемые в молекуле гемоглобина. Хотя невозможно сделать количественную оценку вкладов различных ошибок, например неточности нахождения фаз при определении стереохимии тема в миоглобине кашалота по сравнению с аналогичными эффектами в многочисленных исследованиях гемоглобина, данные рентгенострук-турного анализа свидетельствуют о том, что конфигурационные и стереохимические изменения тема ярче выражены в гемоглобине. Падлан [95] и Падлан и Лав [97] наблюдали изменения стереохимии железопорфирина при изменении спинового состояния, рассчитанные разностным методом Фурье только для центросиммет-ричной проекции с разрешением 300 пм - для мономерного гемоглобина glycera. При изучении проекций разностным методом Фурье в случае миоглобина кашалота с разрешением 280 пм [92] не наблюдалось практически никаких изменений. Кроме того, хотя изменений величин смещения атома железа из плоскости порфирина для метэритрокруорина и дезоксиэритрокруорина не ожидалось, тем не менее трехмерным разностным методом Фурье с разрешением 250 пм [96] были обнаружены изменения стереохимии железопорфирина и конфигурации порфирина при связывании окиси углерода дезоксипроизводным. Возможно, что более выраженная тенденция к меньшим изменениям стереохимии гемовой группы при изменении состояния окисления и лигандного окружения иона железа в миоглобине отражает фундаментальные свойства структуры, отличающие миоглобины от молекул типа гемоглобина. Тенденция к неизменности плоскостной структуры порфирина в миоглобине кашалота была недавно подтверждена спектроскопическими исследованиями. Более подробно результаты этих исследований будут обсуждены ниже ( разд. [49]