А Б В Г Д Е Є Ж З І Ї Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ю Я
Гемовое залізо
Гемовое залізо пов'язано з порфіринів в гемоглобіні і міоглобін. На відміну від іонного заліза на його всмоктування не впливають ні фітати, ні фосфати, ні аскорбінова кислота. Гемовое комплекс всмоктується цілими і розщеплюється лише вклітинах епітелію. Гемовое залізо всмоктується швидше іонного. При нестачі цинку в харчуванні, прояв якого детально вивчено в Єгипті та Ірані, відзначено статеве недорозвинення і уповільнення зростання підлітків обох статей. Основним продуктом харчування в цих країнахє дріжджовий хліб з пшеничного борошна тонкого помелу, і одним з факторів, знижуючим засвоєння цинку, може бути зв'язування його фітином. Знижують засвоюваність цинку також продукти реакції Майяра. Уповільнення зростання через нестачу цинку спостерігалося і у дітейсередньозабезпечених сімей США, в раціоні яких було мало м'яса.
До оксидоредуктаз, що містить гемовое залізо, відносяться обширні сімейства пероксидаз і каталази. Пероксидази каталізують окислювальні реакції, в яких в якості окислювача беруть участь перекисводню або заміщені перекису. Лактопероксідаза, виділена спочатку з коров'ячого молока, була виявлена ??потім в слинних, слізних і гарднерових залозах, що володіють, крім того, здатність концентрувати йод. Біологічна роль ферменту недостатня ясна.Він з особливою легкістю каталізує окислення йодидів, у зв'язку з чим використовується в лабораторній практиці для мітки білків радіоактивним йодом. Допускається також його участь в утворенні меланіну.
Зміни в стереохімії железопорфіріна, супроводжуючі змінаспінового стану гемового заліза, не були зареєстровані в ранніх дослідженнях різницевим методом Фур'є похідних міоглобіну кашалота. Враховуючи, що для ряду кристалічних білків різницевий метод Фур'є дав відмінні результати, відсутність змін встереохімії железопорфіріна, що спостерігався в молекулах типу гемоглобіну, у разі міоглобіну може бути обумовлено недостатньою точністю даних.
Крім міді мономерний фрагмент з молекулярною масою 100000 містить 1 моль гемового заліза.
У роботах[150, 153-156]напідставі дослідження температурної залежності магнітної сприйнятливості деяких гемо-протеїнів було показано, що взаємодія каркаса порфірину з навколишнього поліпептидного ланцюгом істотно для регуляції спінового стану гемового заліза.
Цитохром с,що має молекулярну вагу 12400 і містить одну гемовое групу, бере участь в переносі електронів в електрон-транспортного ланцюга від акцептора водню на кисень. Гемовое залізо знаходиться в нізкоспіновом стані як в Fe (II) -, так іPе (Ш) - станах, так що тількиокислений цитохром с має парамагнітний центр.
У тварин з однокамерним шлунком всмоктування заліза відбувається головним чином у дванадцятипалій кишці переважно в двовалентній формі, хоча відомі і з'єднання тривалентного заліза, що володіютьбільш високою біологічною доступністю, ніж деякі фер-роформи. Всмоктуванню негемового заліза передує, по-видимому, розпад його координаційних сполук, тоді як гемовое залізо всмоктується в складі порфіринового макроциклу. Для оптимального всмоктуваннязаліза необхідна нормальна секреція шлункового соку. Прийом соляної кислоти сприяє засвоєнню заліза при ахлоргідрії.
На рис. 15 порівнюються ступеня ромбічності, розраховані для високоспінових феррігемопротеінов. Значна варіація відхилень відтетрагональную свідчить про те, що спотворення тетрагона структури та електронної симетрії оточення катіона гемового заліза змінюється в широких межах як при зміні природи білка, так і для різних високоспінових ферріпроізводних одного і того жбілка. Як показано на рис. 15 ці білки можуть бути поділені на групи в залежності від природи лігандів по п'ятому і шостому координаційним місцям.
Таким чином, на підставі досліджень молекули гемоглобіну різницевим методом Фур'є можна стверджувати, щооборотна природа структурних змін, пов'язаних із зміною орієнтації порфірину при приєднанні і отщеплении ліганда, застосовна як до координованих[88, 103], Так і некоординовані[139]четвертинним конформації. З спектроскопічних даних слід[133-136],що зміна стану окислення і Ліга-дного оточення заліза супроводжується змінами орієнтації порфірину. Враховуючи величину цих змін і зв'язок їх зі змінами спінового стану гемового заліза в гемоглобіні і враховуючи слабо виражені зміни вміоглобіні кашалота (рис. 11), можна припустити, що вони відіграють важливу роль при передачі конфомаціонних змін, що лежать в основі кооперативного зв'язування ліганда. Згідно інтерпретації різницевих карт Фур'є при дозволі 350 пм, запропонованої Андерсоном[139],залишки F-спіралі, що примикають до координуючого проксимальному гістидин, впливають переважно через зміни вандерваальсови взаємодій між білком і пір-фіріном.
Це спотворення обумовлено ромбічної складової в полі лігандів донорних атомів вплощині ху, що приводить до нееквівалентності напрямків х і у. Спотворення тетрагона симетрії, зване ромбічностью[161, 162], Викликане деформацією оточення заліза. Ця деформація може виникнути внаслідок механічних-шжаженій тема, збурень тс-електрон-ноїсистеми тема або зміни гс-електронного характеру зв'язування лігандів з гемовим залізом по п'ятому і шостому координаційним місцям.
Гемовое залізо пов'язано з порфіринів в гемоглобіні і міоглобін. На відміну від іонного заліза на його всмоктування не впливають ніфітати, ні фосфати, ні аскорбінова кислота. Гемовое комплекс всмоктується цілими і розщеплюється лише в клітинах епітелію. Гемовое залізо всмоктується швидше іонного. При нестачі цинку в харчуванні, прояв якого детально вивчено в Єгипті та Ірані, відзначеностатеве недорозвинення і уповільнення зростання підлітків обох статей. Основним продуктом харчування в цих країнах є дріжджовий хліб з пшеничного борошна тонкого помелу, і одним з факторів, знижуючим засвоєння цинку, може бути зв'язування його фітином. Знижують засвоюваністьцинку також продукти реакції Майяра. Уповільнення зростання через нестачу цинку спостерігалося і у дітей середньозабезпечених сімей США, в раціоні яких було мало м'яса.
Спектр протонного магнітного резонансу білка охоплює вузький інтервал частот і являє собоюнакладення великого числа резонансних сигналів. Два властивості гемових білків кілька полегшують рішення проблеми. По-перше, гемовое група індукує зсув, обумовлений кільцевими струмами (за аналогією з бензолом 15251), що призводить до зміщення резонансних ліній ядер,знаходяться поблизу тема, в область, відокремлену від основної огинаючої спектра. По-друге, гемовое залізо може бути парамагнітним і тоді воно індукує зміни хімічних зсувів і вуха-ширення резонансних сигналів, відповідних ядрам в найближчій околиці гемовоегрупи. На практиці це призводить до того, що спектр ЯМPпоширюється на інтервал частот, приблизно в 5 разів перевищує інтервал частот у спектрах ЯМPзвичайних білків.
Аналогічно взаємодію білка з порфіринового кільця через залишки, які беруть участь увандерваальсови взаємодіях, не тільки дозволяє регулювати орієнтацію порфірину, але і контролює спінових мультіплетность центрального катіона. Як зазначалося раніше, катіон металу в міоглобін проявляє більш виражену тенденцію до того, щоб залишатисязміщеним з площини порфіринового кільця. Безумовно, це властивість відображає накладаються білком стерические обмеження, які сприяють максимальному спінової мульти-плетності. Цей структурний ефект дає деяке уявлення про те, яким чиномструктурні спотворення поліпептидного ланцюга, що відбуваються при зміні природи поверхневих залишків, можуть передаватися до порфіринового центру, щоб управляти спіновим станом гемового заліза.
Гемовие білки виконують ряд спеціалізованих функцій.Наприклад, гемоглобін переносить кисень, а багато цитохроми беруть участь у процесах перенесення електронів. Природно, відразу ж виникає проблема встановлення кореляції між структурою і функцією цих білків. До тієї ж групи проблем відноситься питання про те, які зміни конформації в трьох субодиниць тетра-мірного білка гемоглобіну викликають зв'язування кисню гемом четвертої з субодиниць, або питання про те, яким чином електрон проходить через білкову глобул до гемового заліза, а потім від заліза до акцептор електронів.
Із структурних даних для низькомолекулярних кисневих комплексів випливає, що електронна структура зв'язаного кисню визначається не тільки стереохімічні деталями. Моделі Полінга[173, 174]і супероксид-аніона[179, 180]призводять до однакової стереохімії координованого кисню з відстанню О-О, більшим, ніж у вільній молекулі кисню. У цьому мономерних кисневому комплексі кут Со-О - О становить 126 і відстань О-О (126 пм) практично збігається з відстанню, спостережуваним для супероксид-аніона. Гріффіта[175], Спостерігається збільшення відстані О-О до 130 пм. Отже, на підставі тільки стереохимічеських даних не можна однозначно визначити електронну структуру зв'язку, що утвориться при оборотному приєднання молекули кисню до гемового заліза.
Шляхом застосування таких сучасних методів, як ізольовані ентероцита і бульбашки мембрани покреслений облямівки (ПМІК), було встановлено, що первинне надходження заліза в епітелій слизової оболонки є пасивним процесом, що не вимагає витрати енергії, але залежить від величини рН, температури та інгібується реагентами, створюючими хелати з цим елементом пропорційно їх концентрації. Надходження заліза в ПМІК характеризується кінетикою насичення, що свідчить про існування специфічного переносника для цього елемента, що знаходиться під біологічним контролем. Після надходження в ентероціт залізо включається в систему внутрішньоклітинного транспорту, переносить його в базальний відділ клітини і звідти в плазму крові. У цитозолі ентероцита деяка кількість заліза включається в феритин, велика частина його втрачається при злущування клітин слизової оболонки, що відбувається кожні 3 - 4 дні, і лише невелика частина переходить у плазму крові. Залізо може надходити в ентероціт і з крові, про що свідчить наявність феритину в келихоподібних клітинах і макрофагах слизової оболонки, яка таким чином може служити і місцем його виділення. Гемовое залізо, яке надійшло в ентероціт, відщеплюється від тема гемоксигенази слизової оболонки. Перед включенням в феритин або трансферин двовалентне залізо перетворюється в тривалентне.
До оксидоредуктаз, що містить гемовое залізо, відносяться обширні сімейства пероксидаз і каталази. Пероксидази каталізують окислювальні реакції, в яких в якості окислювача беруть участь перекисводню або заміщені перекису. Лактопероксідаза, виділена спочатку з коров'ячого молока, була виявлена ??потім в слинних, слізних і гарднерових залозах, що володіють, крім того, здатність концентрувати йод. Біологічна роль ферменту недостатня ясна.Він з особливою легкістю каталізує окислення йодидів, у зв'язку з чим використовується в лабораторній практиці для мітки білків радіоактивним йодом. Допускається також його участь в утворенні меланіну.
Зміни в стереохімії железопорфіріна, супроводжуючі змінаспінового стану гемового заліза, не були зареєстровані в ранніх дослідженнях різницевим методом Фур'є похідних міоглобіну кашалота. Враховуючи, що для ряду кристалічних білків різницевий метод Фур'є дав відмінні результати, відсутність змін встереохімії железопорфіріна, що спостерігався в молекулах типу гемоглобіну, у разі міоглобіну може бути обумовлено недостатньою точністю даних.
Крім міді мономерний фрагмент з молекулярною масою 100000 містить 1 моль гемового заліза.
У роботах[150, 153-156]напідставі дослідження температурної залежності магнітної сприйнятливості деяких гемо-протеїнів було показано, що взаємодія каркаса порфірину з навколишнього поліпептидного ланцюгом істотно для регуляції спінового стану гемового заліза.
Цитохром с,що має молекулярну вагу 12400 і містить одну гемовое групу, бере участь в переносі електронів в електрон-транспортного ланцюга від акцептора водню на кисень. Гемовое залізо знаходиться в нізкоспіновом стані як в Fe (II) -, так іPе (Ш) - станах, так що тількиокислений цитохром с має парамагнітний центр.
У тварин з однокамерним шлунком всмоктування заліза відбувається головним чином у дванадцятипалій кишці переважно в двовалентній формі, хоча відомі і з'єднання тривалентного заліза, що володіютьбільш високою біологічною доступністю, ніж деякі фер-роформи. Всмоктуванню негемового заліза передує, по-видимому, розпад його координаційних сполук, тоді як гемовое залізо всмоктується в складі порфіринового макроциклу. Для оптимального всмоктуваннязаліза необхідна нормальна секреція шлункового соку. Прийом соляної кислоти сприяє засвоєнню заліза при ахлоргідрії.
На рис. 15 порівнюються ступеня ромбічності, розраховані для високоспінових феррігемопротеінов. Значна варіація відхилень відтетрагональную свідчить про те, що спотворення тетрагона структури та електронної симетрії оточення катіона гемового заліза змінюється в широких межах як при зміні природи білка, так і для різних високоспінових ферріпроізводних одного і того жбілка. Як показано на рис. 15 ці білки можуть бути поділені на групи в залежності від природи лігандів по п'ятому і шостому координаційним місцям.
Таким чином, на підставі досліджень молекули гемоглобіну різницевим методом Фур'є можна стверджувати, щооборотна природа структурних змін, пов'язаних із зміною орієнтації порфірину при приєднанні і отщеплении ліганда, застосовна як до координованих[88, 103], Так і некоординовані[139]четвертинним конформації. З спектроскопічних даних слід[133-136],що зміна стану окислення і Ліга-дного оточення заліза супроводжується змінами орієнтації порфірину. Враховуючи величину цих змін і зв'язок їх зі змінами спінового стану гемового заліза в гемоглобіні і враховуючи слабо виражені зміни вміоглобіні кашалота (рис. 11), можна припустити, що вони відіграють важливу роль при передачі конфомаціонних змін, що лежать в основі кооперативного зв'язування ліганда. Згідно інтерпретації різницевих карт Фур'є при дозволі 350 пм, запропонованої Андерсоном[139],залишки F-спіралі, що примикають до координуючого проксимальному гістидин, впливають переважно через зміни вандерваальсови взаємодій між білком і пір-фіріном.
Це спотворення обумовлено ромбічної складової в полі лігандів донорних атомів вплощині ху, що приводить до нееквівалентності напрямків х і у. Спотворення тетрагона симетрії, зване ромбічностью[161, 162], Викликане деформацією оточення заліза. Ця деформація може виникнути внаслідок механічних-шжаженій тема, збурень тс-електрон-ноїсистеми тема або зміни гс-електронного характеру зв'язування лігандів з гемовим залізом по п'ятому і шостому координаційним місцям.
Гемовое залізо пов'язано з порфіринів в гемоглобіні і міоглобін. На відміну від іонного заліза на його всмоктування не впливають ніфітати, ні фосфати, ні аскорбінова кислота. Гемовое комплекс всмоктується цілими і розщеплюється лише в клітинах епітелію. Гемовое залізо всмоктується швидше іонного. При нестачі цинку в харчуванні, прояв якого детально вивчено в Єгипті та Ірані, відзначеностатеве недорозвинення і уповільнення зростання підлітків обох статей. Основним продуктом харчування в цих країнах є дріжджовий хліб з пшеничного борошна тонкого помелу, і одним з факторів, знижуючим засвоєння цинку, може бути зв'язування його фітином. Знижують засвоюваністьцинку також продукти реакції Майяра. Уповільнення зростання через нестачу цинку спостерігалося і у дітей середньозабезпечених сімей США, в раціоні яких було мало м'яса.
Спектр протонного магнітного резонансу білка охоплює вузький інтервал частот і являє собоюнакладення великого числа резонансних сигналів. Два властивості гемових білків кілька полегшують рішення проблеми. По-перше, гемовое група індукує зсув, обумовлений кільцевими струмами (за аналогією з бензолом 15251), що призводить до зміщення резонансних ліній ядер,знаходяться поблизу тема, в область, відокремлену від основної огинаючої спектра. По-друге, гемовое залізо може бути парамагнітним і тоді воно індукує зміни хімічних зсувів і вуха-ширення резонансних сигналів, відповідних ядрам в найближчій околиці гемовоегрупи. На практиці це призводить до того, що спектр ЯМPпоширюється на інтервал частот, приблизно в 5 разів перевищує інтервал частот у спектрах ЯМPзвичайних білків.
Аналогічно взаємодію білка з порфіринового кільця через залишки, які беруть участь увандерваальсови взаємодіях, не тільки дозволяє регулювати орієнтацію порфірину, але і контролює спінових мультіплетность центрального катіона. Як зазначалося раніше, катіон металу в міоглобін проявляє більш виражену тенденцію до того, щоб залишатисязміщеним з площини порфіринового кільця. Безумовно, це властивість відображає накладаються білком стерические обмеження, які сприяють максимальному спінової мульти-плетності. Цей структурний ефект дає деяке уявлення про те, яким чиномструктурні спотворення поліпептидного ланцюга, що відбуваються при зміні природи поверхневих залишків, можуть передаватися до порфіринового центру, щоб управляти спіновим станом гемового заліза.
Гемовие білки виконують ряд спеціалізованих функцій.Наприклад, гемоглобін переносить кисень, а багато цитохроми беруть участь у процесах перенесення електронів. Природно, відразу ж виникає проблема встановлення кореляції між структурою і функцією цих білків. До тієї ж групи проблем відноситься питання про те, які зміни конформації в трьох субодиниць тетра-мірного білка гемоглобіну викликають зв'язування кисню гемом четвертої з субодиниць, або питання про те, яким чином електрон проходить через білкову глобул до гемового заліза, а потім від заліза до акцептор електронів.
Із структурних даних для низькомолекулярних кисневих комплексів випливає, що електронна структура зв'язаного кисню визначається не тільки стереохімічні деталями. Моделі Полінга[173, 174]і супероксид-аніона[179, 180]призводять до однакової стереохімії координованого кисню з відстанню О-О, більшим, ніж у вільній молекулі кисню. У цьому мономерних кисневому комплексі кут Со-О - О становить 126 і відстань О-О (126 пм) практично збігається з відстанню, спостережуваним для супероксид-аніона. Гріффіта[175], Спостерігається збільшення відстані О-О до 130 пм. Отже, на підставі тільки стереохимічеських даних не можна однозначно визначити електронну структуру зв'язку, що утвориться при оборотному приєднання молекули кисню до гемового заліза.
Шляхом застосування таких сучасних методів, як ізольовані ентероцита і бульбашки мембрани покреслений облямівки (ПМІК), було встановлено, що первинне надходження заліза в епітелій слизової оболонки є пасивним процесом, що не вимагає витрати енергії, але залежить від величини рН, температури та інгібується реагентами, створюючими хелати з цим елементом пропорційно їх концентрації. Надходження заліза в ПМІК характеризується кінетикою насичення, що свідчить про існування специфічного переносника для цього елемента, що знаходиться під біологічним контролем. Після надходження в ентероціт залізо включається в систему внутрішньоклітинного транспорту, переносить його в базальний відділ клітини і звідти в плазму крові. У цитозолі ентероцита деяка кількість заліза включається в феритин, велика частина його втрачається при злущування клітин слизової оболонки, що відбувається кожні 3 - 4 дні, і лише невелика частина переходить у плазму крові. Залізо може надходити в ентероціт і з крові, про що свідчить наявність феритину в келихоподібних клітинах і макрофагах слизової оболонки, яка таким чином може служити і місцем його виділення. Гемовое залізо, яке надійшло в ентероціт, відщеплюється від тема гемоксигенази слизової оболонки. Перед включенням в феритин або трансферин двовалентне залізо перетворюється в тривалентне.