Таким образом, перемещение атома железа в плоскость гема способствует переключению четвертичной структуры с Т- на R-форму. Известно, что очень важную роль в этом механизме играет проксимальный гистидин (69, 96, 148, 132, 154). Ключевой элемент передачи структурных изменений от гема одной субъединицы к другой субъединице - боковая цепь проксимального гистидина, которую тянет за собой перемещающийся атом железа. Гем и проксимальный гистидин образуют тесные контакты с боковыми цепями 15 аминокислотных остатков, поэтому при оксигенировании меняются структуры некоторых внутримолекулярных связей. Эти сдвиги передаются затем на области межсубъединичных контактов (69, 96, 159, 115, 154). Известно, что тирозин НС2, располагавшийся в кармане между спиралями F и Н, выдвигается наружу, что приводит к разрыву солевых связей между цепями. В результате равновесие между двумя четвертичными структурами при присоединении лиганда сдвигается в сторону R-формы. Таким образом, изменение структуры внутри одной субъединицы (лигандирование) приводит к изменению структуры в области контактов субъединиц. Этот механизм приводит к тому, что присоединение лиганда к одному гему передается на отдаленные от этого гема части молекулы (169, 156, 160, 115, 154).
При присоединении кислорода к гемоглобину существует так называемый механизм кооперативного связывания кислорода. При этом четвертая молекула кислорода связывается гемоглобином примерно в 300 раз прочнее, чем первая. Для того, чтобы представить суть этого механизма, нужно помнить, что дезоксигемоглобин имеет жесткую структуру, усиленную восемью ионными связями между четырьмя субъединицами (31, 64). Когда происходит присоединение кислорода, лишь разрыв каких-то из этих связей позволит атому железа переместиться в плоскость гема. Т.е. присоединение кислорода может произойти только при условии разрыва солевых связей внутри молекулы гемоглобина. Количество связей, которые должны разорваться при присоединении молекулы лиганда, зависит от того, какая по счету молекула должна присоединиться (96, 168, 103, 145). Известно, что для связывания первой молекулы необходимо разорвать больше связей, чем для связывания предыдущих. Для того, чтобы разорвать солевые связи, требуется определенное количество энергии, поэтому ясно, что присоединение первой молекулы лиганда энергетически менее выгодно, чем присоединение остальных. Поэтому присоединение первой молекулы лиганда требует максимального количества энергии. Присоединение лиганда ко второй и третьей субъединицам занимает промежуточное положение по количеству необходимой энергии. Минимальное количество энергии требуется для присоединения четвертой молекулы лиганда (169, 156, 84, 113, 118).
Почти все молекулы дезоксигемоглобина находятся в Т-форме. Когда происходит последовательное связывание молекул лиганда, возрастает вероятность переключения четвертичной структуры гемоглобина на R-форму. Известно, что передвижение проксимального гистидина в плоскости гема имеет гораздо больше ограничений, когда гемоглобин находится в Т-форме. Это объясняется большим наклоном проксимального гистидина к плоскости гема, что приводит к увеличению стерического отталкивания, препятствующего его перемещению (69, 91, 154, 72). В R-форме положение проксимального гистидина более симметричное, что облегчает его приближение к гему. Помимо этого играет определенную роль то, что в Т-форме участок связывания лиганда в b-субъединице заслонен валином Е11 в большей степени, чем в R-форме (169, 96, 160, 168, 131).
При своем превращении из лигандированной в дезоксиформу гемоглобин связывает протоны водорода. Очевидно, что при этом должно возрастать сродство определенных участков к Н+. В частности, при превращении из лигандированной в дезоксиформу должно увеличиваться значение рК отдельных групп, поскольку увеличение рК означает более сильное связывание Н+. Оказалось, что эффект Бора обеспечивается, в основном, гистидином-146 обеих b-цепей. В R-форме гемоглобина гистидин-146 свободно вращается, а в Т-форме этот концевой остаток участвует в ряде взаимодействий. При этом известно, что особенно важное значение имеет взаимодействие имидазольного кольца этого гистидина с отрицательно заряженным аспартатом-94 в той же b-цепи. Непосредственная близость этой отрицательно заряженной группы повышает вероятность связывания протона гистидином (69, 98, 139, 154).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.