Строительные исследования
страница - 0
Выбор кластерных моделей для исследования электронной структуры и динамики атомного остова гемсодержащих белков методами QM/MM и ONIOM
Романова Т. А. (1), Краснов П. О. (2), Аврамов П. В. (paul@iph.krasn.ru) (2)
(1) Институт вычислительного моделирования СО РАН, г. Красноярск (2)Институт физики им. Л. В Киренского СО РАН, г. Красноярск
Основные функции железа в биологических системах - транспорт кислорода и участие в цепи переноса электрона. В этих случаях железо входит в структуру гема, который тесно связан с молекулой белка. Хелатный комплекс протопорфирина с Fe (II) называется протогемом или просто гемом, аналогичный комплекс с Fe (III) - гемин или гематин.
Гемоглобин, миоглобин и цитохромы содержат протопорфирин IX (четыре метильные группы, две винильные группы и два остатка пропионовой кислоты). В геме четыре лигандные группы порфирина образуют комплекс с железом, а оставшиеся пятая и шестая координационные связи железа расположены перпендикулярно плоскости порфиринового кольца. [Коттон Ф., Уилксон Дж. (1979)].
В молекуле гемоглобина гем-группа присоединяется к белку за счет координации по атому азота аминокислоты гистидина (His). Транс-положение по отношению к гистидиновому азоту занято молекулой воды в неокисленном состоянии, или молекулой кислорода в окисленной форме. Присоединение кислорода к одной их гем-групп гемоглобина увеличивает константу связывания для следующей молекулы кислорода и так далее
В миоглобине гем как бы вставлен внутрь структуры молекулы, при этом с водой контактирует только его ребро, погруженное в белок, как в своего рода корзину, образованную двумя а-спиралями и выстланную гидрофобными боковыми цепями аминокислот. Гем не имеет коваленитых связей с белком, удерживаясь нековалентными взаимодействиями. Всего насчитывается 80
Рис. 1. Молекула цитохрома с (структура взята из PDB) содержит 2 активных центра. Всего 3539 атомов.
Предполагается, что в молекуле цитохрома Р-450 (Рис.2) (катализатора первой стадии биотранформации экзогенных и эндогенных веществ в клетках) цистеин (Cys), а также гомологичные ему цистеины у других изоформ цитохрома Р450 являются 5-ым аксиальным лигандом гема. Таким образом, обнаруживается высокая степень гомологии гем-связывающего участка у различных форм гемопротеинов. Исследования спектральных и каталитических свойств мутантных белков позволили выявить функциональную значимость аминокислот, формирующих микроокружение гема. Неполярные аминокислоты фенилаланин (Phe-449), лейцин (Leu-451 ), глицин (Gly-452), изолейцин
который может находиться в разных частях белковой цепи. Поэтому потенциальная способность атома железа к связыванию кислорода подавлена [Ленинджер А., (1974)]
(Ile-457), глицин (Gly-458) необходимы для встраивания гема в апофермент цитохрома Р450. Предполагается, что гистидин участвует в связывании субстратов, а лизин (Lys-394, 402, 453), а также другие лизины 139, 144 и 251 могут быть центрами взаимодействия Р450 с другими белками-партнерами. Аминокислоты, содержащие гидроксильные группы, в частности тирозин (Tyr-380), претендуют на роль 6-ого транстиолатного лиганда железа гема. Но наиболее вероятным кандидатом на эту роль является атом кислорода молекулы воды.
Рис.2. Молекула цитохрома P450cam (PDB), содержащая один активный центр, с которым связана молекула камфоры (6430 атомов).
На 1 -ой стадии оксигеназного цикла (цикл а) происходит связывание субстратов с окисленной формой Р450 с образованием фермент-субстратных комплексов. При этом в зависимости от субстратов могут появляться три типа изменений в оптических спектрах: I, II и модифицированный II. [Арчаков А.И., Карузина И.И., (2000)]. В зависимости от гидрофобности кармана, к активному центру гема цитохрома Р-450 подходит и, затем, взаимодействует
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2]