Хромопротеины состоят из простого белка и связанного с ним окрашенного небелкового компонента, откуда и происходит их название (от греч. Chroma - цвет, краска). К хромопротеинив принадлежат Гэмпэй-ротеины (содержащие как простетической группы гем), хлорофилпротеины (простетической группы - хлорофилл), флавопротеины (как простетической группы содержат производные изоалоксазину), ретинальпротеины (простетической группы - витамин А в альдегидную форму), кобамидпротеины (простетической группы представлена витамином В12) и др..

 

Хромопротеины играют исключительно важную роль в процессах жизнедеятельности организмов. Они участвуют в таких фундаментальных процессах, как фотосинтез, дыхание клеток и организма в целом, транспорт кислорода и углекислого газа, окислительно-восстановительные реакции, свето-и цветовосприятия и т.д..

 

Гемпротеины. В группу гемпротеинив относятся гемоглобин и его производные, миоглобин, ферменты (вся цитохромной системы, ка-талаза, пероксидаза).

 

Характерной структурной особенностью гемпротеинив является их небелковая часть, которая представлена гемом. Но разные по структуре и составу белки гемпротеинив обеспечивают многообразие биологических функций. На их примере прослеживается связь между структурой и функцией белков вообще. Основой строения гема является порфирин. Порфирин состоит из четырех пирольних колец, соединенных между собой а-метиленовыми мостиками (-СН =). В зависимости от химической природы групп, которые находятся в боковой цепи, порфирины имеют много изомеров. С возможно 15 изомеров Протопори-фиринив распространенным оказался протопорфирина IX. Он в положениях 1, 3, 5 и 8 метательные, в положениях 2 и 4 винильные, а в положениях 6 и 7 пропионильни группы.

 

Хелатный комплекс протопорфирина IX с Fe2 + называется прото-гемом или гемом. Fе2 + в геми связано с двумя атомами азота пиррол-ных колец ковалентно и с двумя другими атомами азота пирольних колец координационно. Структура гема была расшифрована в основном благодаря трудам М.В.Ненцького и Е.Фишера. Основные представители гемпротеинив - это гемоглобин и миоглобин. Дж.Кендрю и М.Перутц расшифровали конформацию этих молекул (Нобелевская премия 1962 г.). Гемоглобин имеет четвертичную структуру (тетраэдр) и состоит из четырех молекул гема и четырех полипептидных цепей (субъединиц) - двух альфа (а) и двух бета (?). Они отличаются друг от друга длиной и аминокислотному составу. а-Цепи содержат по 141 аминокислотному остатку, ?-лан-цюгы - по 146. Глобин связывается как с порфиринового кольца гема, так и с атомом железа. Железо связывается с имидазольным радикалом гистидина молекулы белка. Остатки пропионовой кислоты гема образуют один-два ионные связи с белком. Третичные структуры а-и ?-цепей очень похожи. Внутри каждой субъединицы является гидрофобная «карман», в котором располагается гем. Гем прочно удерживается в этой «карманы» благодаря ван-дер-ваальсовых связям между неполярными частями гема и гидрофобными радикалами аминокислот. Связи между субъединицами одного типа имеют ионный или солевой характер.

 

Гемоглобин содержится в эритроцитах позвоночных и выполняет две важные биологические функции: 1) переносит кислород из легких к периферическим тканям, 2) переносит СО2 и протоны от периферических тканей к дыхательным органам для дальнейшего выведения из организма.

 

Гемоглобин связывает четыре молекулы кислорода на тетрамер, т.е. по одной на гем в каждой субъединицы. Кривая насыщения гемоглобина кислородом имеет сигмовидной форму. В молекуле гемоглобина четыре геммы работают согласованно. Такое поведение гемив называется кооперативной. Способность гемоглобина связывать кислород зависит от того, содержатся ли в данном тетрамера другие молекулы кислорода. Если содержат, то следующие молекулы кислорода присоединяются легче. Например, последняя (четвертая) молекула кислорода связывается с гемом в 500 раз быстрее, чем первая.

 

Кинетика оксигенування гемоглобина такая. Первая молекула кислорода соединяется с гемом а1-субъединицы. Вследствие этого два ионных связи а1-а2 разрываются. Субъединицы становятся более подвижными, что облегчает присоединения второй молекулы кислорода к гема а2-субъединицы. Затем следующие а1-а2 ионные связи также разрываются, что дает возможность остальным гемив занять выгодное положение для присоединения кислорода. Третья молекула кислорода соединяется с ?1-субъединицей. Один из ионных ?1-?2-связей разрывается, облегчая доступ кислорода к следующему атома железа гема ?2-субъединицы. При этом разрывается последний ионная связь ?1-?2. Загружен кислородом гемоглобин отдает его сначала трудно, а потом все легче и легче.

 

При оксигенування атом железа, который в дезоксигемоглобини выступает на 0,06 нм за плоскость гемового кольца, втягивается в эту плоскость. Затем с атомом железа ближе к гема передвигается и проксимальный гистидин, а также связанные с ним соседние остатки аминокислот.

 

Оксигемоглобин освобождается от кислорода на 80% вследствие четырехкратного перепада парциального давления кислорода (от 80 мм рт. Ст. До 20 мм рт.ст.). В случае автономного действия гемив такую разгрузку гемоглобина требует 90-кратного перепада давления.

 

Гемоглобин не только переносит кислород от легких к периферическим тканям, но и ускоряет транспорт углекислого газа (СО2) от тканей к легким. Гемоглобин связывает углекислый газ сразу после высвобождения кислорода, около 15% СО2, присутствующий в крови, переносится молекулами гемоглобина. Карбоангидраза, которая находится в эритроцитах, катализирует превращение углекислого газа, поступающего из тканей, в угольную кислоту. Угольная кислота быстро диссоциирует на гидрокарбонат-ион и протон, причем равновесие смещено в сторону диссоциации. Для предотвращения опасного повышения кислотности крови, должна быть буферная система, способная поглощать избыток протонов. Гемоглобин связывает два протона на каждые четыре освободившиеся молекулы кислорода и определяет буферную емкость крови. В легких идет обратный процесс: присоединение кислорода к дезоксигемоглобину сопровождается освобождением протонов, которые связываются с гидрокарбонат-иона-ми, переводя их в угольную кислоту. Далее эффективно действующая карбоангидраза катализирует превращение угольной кислоты в углекислый газ, выдыхаемый из легких.

 

Таким образом, связывание кислорода тесно связано с выдыханием углекислого газа. Это обратимое явление известно как эффект Бора. Эффект Бора - это свойство тетрамерного гемоглобина и определяется гем-гемов взаимодействием, которое лежит в основе кооперативных эффектов.

 

Производные гемоглобина. Как известно, молекула гемоглобина может взаимодействовать с различными лигандами. Результате взаимодействия гемоглобина с кислородом образуется оксигемоглобин (НЬО2), взаимодействия с углекислым газом - карбгемоглобин (НЬСО2). Углекислый газ присоединяется не к гема, а к N-концевых а-аминогрупп аминокислот глобина. Железо в двух формах гемоглобинов остается двухвалентным.

 

Гемоглобин может соединяться с четырьмя молекулами СО (угарный газ) с образованием карбоксигемоглобина (НЬСО). Сродство гемоглобина с оксидом углерода в 300 раз больше, чем с кислородом, то есть для образования НЬСО нужен в 300 раз ниже парциальное давление. В результате этого при вдыхании воздуха, содержащего угарный газ, большая часть гемоглобина превращается в карбок-сигемоглобин; оксигемоглобин не образуется, нарушается перенос О2 от легких к тканям, в чем и заключается механизм отравления угарным газом. Своевременное увеличение парциального давления кислорода может вызвать достаточное преобразования НЬСО в НЬО2.

 

Пероксиды, феррицианидов, оксиды азота, хиноны могут окислять Fe2 + в гемоглобине до Fe3 + с образованием метгемоглобина (Бросим), не присоединяет ни кислород, ни угарный газ. Он в небольших количествах образуется в норме и ферментативным путем восстанавливается до гемоглобина. Образование значительного его количества (например, при отравлении анилин, нитробензол, оксидами азота) влечет кислородное голодание, а в тяжелых случаях - и смерть. Однако метгемоглобин проявляет и другие свойства. Он легко связывает цианиды с образованием цианметгемо-глобина и спасает организм от их смертельного действия. Благодаря этому для лечения отравлений цианидами применяют метгемоглобинутворювачи.


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+