Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Математика, химия, физика arrow БИОХИМИЯ: СТРОЕНИЕ И РОЛЬ БЕЛКОВ ГЕМОГЛОБИНОВОГО ПРОФИЛЯ
Посмотреть оригинал

Строение, биологическая роль и классификация гемов

По химическому строению гем относится к группе порфи- ринов.

Под названием порфирины объединяют семейство молекул, центральным фрагментом которых является порфин — четыре пиррольных кольца, связанных между собой метеновыми мостиками и образующих ароматическое ядро, имеющее 26-электронную систему тг-сопряжения.

В зависимости от структуры и положения заместителей у порфина различают несколько типов порфиринов: протопор- фирины, этиопорфирины, мезопорфирины, копропорфирины. Характерным свойством порфиринов является их способность образовывать комплексы с ионами металлов, связывающимися с атомами азота пиррольных колец. Примерами служат железо- порфирины, в частности гем, и магнийсодержащий порфирин хлорофилл — пигмент растений, участвующий в фотосинтезе.

Все многообразие порфиринов обеспечивается различием в положении и строении боковых радикалов. Возможны 15 вариантов расположения боковых цепей, но в составе гемопротеинов присутствует только один изомер, называемый протопорфи- рин IX (рис. 2.1).

Гем (Fe-)

Рис. 2.1. Гем (Fe-)

В молекуле протопорфирина IX порфиновое ядро содержит четыре метальные группы (в положениях 1, 3, 5, 8), две винильные группы (в положениях 2 и 4) и две пропионильные боковые цепи (в положениях 6 и 7). В центре тетрапирроль- ной ароматической системы гема обязательно содержится ион железа.

Гем (протогем) — тетрапиррольная ароматическая структура протопорфирина IX, в состав которого обязательно входит ион Fe2+. 8Р2-гибридные атомы С и N тг-электронной системы порфиринового лиганда обеспечивают его плоскостную структуру (см. рис. 2.1, 2.2).

Гем гемоглобина (по Л. Страйеру)

Рис. 2.2. Гем гемоглобина (по Л. Страйеру)

Тем не менее кристаллографические исследования свидетельствуют, что порфириновый остов деформируется и образует «куполообразные» или «гофрированные структуры».

Биологическая роль гема. Гем — простетическая группа железосодержащих белков (гемоглобина, миоглобина цитохро- мов, пероксидазы, каталазы и др.). Именно гем обеспечивает этим белкам их главные функции: связывание (миоглобин и гемоглобин) и транспорт кислорода (гемоглобин), участие в цепи переноса электронов (цитохромы), восстановление кислорода до воды (цитохромоксидаза), микросомальное окисление (цитохром Р450), разложение перекисей (каталаза и пероксидаза).

Этимология приставок геми- и гемо- связана с названиями железопорфириновых группировок: комплекс порфирина с двухвалентным железом называют гемом, а порфириновый комплекс с Fe трехвалентным — гемином.

Классификация. Выделяют множество типов гемов, различающихся структурой порфиринового ядра, наиболее распространенными из которых являются гемы типов: а, Ь, с. Эти типы подразделяются на подтипы, которые, как правило, обозначаются теми же буквами с цифровыми индексами.

Первым и наиболее хорошо изученным гемом был гем Ъ. Протопорфирин IX является его ароматическим планарным лигандом. Поэтому гем Ъ часто называют Fe2+ протопорфи- рином, протогемом или просто гемом. Молекулярный состав гема: C34H3204N4Fe с ионом Fe2+ в центре.

Гемы типов а и с имеет почти ту же структуру, что и гем Ъ, лишь с некоторыми незначительными отличиями в строении и положении некоторых боковых заместителей, или в формировании некоторых связей. Гем а отличается от гема Ъ тем, что во втором положении у гема а вместо винильной группы находится 1-окси-2-этильная группа, а в положении 8 вместо метильной группы — формильная группа. В геме с остатки цистеина связаны тиоэфирными связями с С-]/-атомами этиль- ных групп во 2 и 4 положениях порфиринового блока.

В биологических системах все типы гемов связаны с белками и могут присутствовать в биологических средах в свободном состоянии только в минорных количествах. В качестве примера могут служить гемовые группы цитохромов дыхательной цепи, относящихся к группе гемопротеидов.

Цитохромы, за исключением цитохромоксидазы, классифицируются как анаэробные дегидрогеназы. Их идентификация и изучение облегчается тем обстоятельством, что в восстановленном состоянии они имеют характерные полосы в спектре поглощения, которые исчезают при окислении. В дыхательной цепи они служат переносчиками электронов от убихи- нона к цитохромоксидазе. Цитохромы являются железосодержащими гемопротеинами, у которых атом железа переходит из состояния Fe2+ в Fe3+ и обратно в процессе окисления и восстановления.

В состав дыхательной цепи входят цитохромы b, cl, с, аа3 или цитохромоксидаза. Из них растворимым является только цитохром с. Помимо дыхательной цепи цитохромы имеются в эндоплазматическом ретикулуме (цитохром Р-450), в растительных клетках, бактериях и дрожжах.

Названия цитохромов дыхательной цепи сформированы в зависимости от типа гема, входящего в их молекулу (цитохромы с и cl, а и а3). Анализ строения цитохромоксидазы (цитохром аа3) показывает, что белок является мультимером, в состав которого входят 2 глобулы цитохрома а и 4 глобулы цитохрома аЗ. Каждый из шести протомеров этого белка имеет по одной простетической группе гема а. Методом ультрафиолетово-спектрального анализа доказана идентичность всех шести групп гема цитохромоксидазы.

Типичным цитохромом по структуре и физико-химическим свойствам является цитохром с. Это первый и наиболее полно изученный белок группы цитохромов. Цитохромами с называются такие цитохромы, у которых гем связан с белком ковалентно через боковую цепь порфирина.

Цитохромы с из эукариот обладают следующими свойствами:

  • 1) молекулярной массой, близкой к 12 000 Д;
  • 2) наличие одного гема на молекулу;
  • 3) величиной Ev 7, близкой 0,25 В;
  • 4) изоэлектрической точкой при pH 10;
  • 5) высокой скоростью реакции с препаратами цитохромок- сидазы из тканей млекопитающих.
 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы