Конформации лигандированного и нелигандированного гемоглобина значительно отличаются друг от друга. При присоединении лиганда происходят изменения в области контактов между a- и b-цепями (69, 163). Существуют два типа контактов между a- и b-цепями, обозначаемые соответственно a1b1- и a1b2-контактами. При переходе гемоглобина из лигандированной в дезоксиформу a1b1-контакт практически не меняется, тогда как a1b2-контакт претерпевает большие структурные изменения. В результате присоединения кислорода одна пара субъединиц ab поворачивается относительно другой пары ab на 15 градусов. Некоторые атомы в этой области раздела перемещаются на расстояние, достигающее 6 А (94, 154, 175, 181). Область контакта a1b2 функционирует как переключатель с одной структуры на другую. Каждая из форм такого контакта стабилизирована собственным набором водородных связей (96, 160, 128, 163, 165).
Контакт a1b2 расположен вблизи гемов. Следовательно, структурные изменения в этой области могут оказывать влияние на гем. Важное значение контакта подтверждается также и тем, что у всех позвоночных он состоит в основном из одних и тех же аминокислотных остатков. Кроме того, практически при всех мутациях, затрагивающих контакт a1b2 взаимодействие гем–гем оказывается сниженным тогда, как при мутациях контакта a1b1 этого не происходит (91, 96, 159, 119).
В лигандированном гемоглобине С-концевые остатки во всех четырех цепях обладают практически полной свободой вращения. В дезоксигемоглобине, напротив, эти концевые группы заякорены. При этом карбоксильный конец a1-цепи взаимодействует с аминоконцом a2-цепи. Боковая цепь аргинина на этом С-конце образует связь с аспартатом a2-цепи. Карбоксильный конец b1-цепи связан с боковой цепью лизина, принадлежащего a2-цепи. Наконец, имидазольная боковая цепь С-концевого остатка b1-цепи взаимодействует с боковой цепью аспартата, также принадлежащего b1-цепи (64, 69, 98, 135, 154).
Пары аминокислотных остатков взаимодействуют между собой и образуют так называемые солевые связи, т.е. нековалентные электростатические связи между противоположно заряженными группами. Из-за образования этих восьми солевых связей дезоксигемоглобин имеет более жесткую, напряженную структуру, чем лигандированный гемоглобин. Четвертичная структура дезоксигемоглобина обозначается как Т-форма (от англ. tensed - напряженная), тогда как четвертичная структура лигандированного гемоглобина - как R-форма (от англ. relaxed - релаксированная) (160, 119, 168, 157, 99).
Известно, что в дезоксигемоглобине атом железа выступает примерно на 0,6 А из плоскости гема вследствие стерического отталкивания, которое возникает между проксимальным гистидином и атомами азота порфиринового кольца. При присоединении лиганда атом железа перемещается в плоскость порфирина, образуя связь с лигандом (69, 159, 131, 154, 181).
При формировании связи с лигандом происходит значительный прирост энергии, который более чем в 10 раз превышает затрату энергии, необходимую для передвижения проксимального гистидина ближе к плоскости гема (69, 115, 113, 118, 154).
Конформационные изменения, которые приводят к образованию R-формы, энергетически более выгодны, чем обратный переход. Поэтому образование R-формы гемоглобина прежде всего зависит от наличия или отсутствия лиганда, в то время как образование Т-формы в большей степени требует дополнительного воздействия (156, 115, 154, 181).
Изучение структуры большого числа синтезированных железопорфиринов показало, что в соединениях, где занято 5 координационных положений, атом железа лежит вне плоскости гема, но если заняты все шесть координационных положений, то атом железа находится в плоскости или почти в плоскости гема (52, 135, 94, 72). Ряд факторов может влиять на локализацию атома железа, а, следовательно, и на предпосылки к образованию R- или Т-формы гемоглобина. В частности локализация атома железа зависит от спина его электронов. Высокоспиновое состояние железа способствует расположению его вне плоскости гема, что создает благоприятные условия для формирования Т-формы гемоглобина (128, 119, 154).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.