Роль радикалов гистидина в гемоглобине

Структура и функция аминокислот с полярным (заряженным положительно) радикалом

1. Структура и функция аминокислот с полярным (заряженным положительно) радикалом. Роль радикалов гистидина в гемоглобине и

СТРУКТУРА И ФУНКЦИЯ АМИНОКИСЛОТ С ПОЛЯРНЫМ

(ЗАРЯЖЕННЫМ ПОЛОЖИТЕЛЬНО) РАДИКАЛОМ. РОЛЬ

РАДИКАЛОВ ГИСТИДИНА В ГЕМОГЛОБИНЕ И ФЕРМЕНТАХ.

РОЛЬ РАДИКАЛОВ ЛИЗИНА В СТРУКТУРАХ КОЛЛАГЕНА И

ЭЛАСТИНА. ГИСТОНЫ.

2. Аминокислоты с полярными положительно заряженными радикалами

АМИНОКИСЛОТЫ С ПОЛЯРНЫМИ

ПОЛОЖИТЕЛЬНО ЗАРЯЖЕННЫМИ

РАДИКАЛАМИ

Дополнительную положительно заряженную группу в радикале имеют

лизин и аргинин. У лизина вторая аминогруппа, способная присоединять

Н+, располагается в ε-положении алифатической цепи, а у аргинина

положительный заряд приобретает гуанидиновая группа. Кроме того,

гистидин содержит слабо ионизированную имидазольную группу, поэтому

при физиологических колебаниях значений рН (от 6,9 до 7,4) гистидин

заряжен либо нейтрально, либо положительно. При увеличении количества

протонов в среде имидазольная группа гистидина способна присоединять

протон, приобретая положительный заряд, а при увеличении концентрации

гидроксильных групп — отдавать протон, теряя положительный заряд

радикала. Положительно заряженные радикалы — катионы.

3. Гистидин

ГИСТИДИН

Гистидин — аминокислота, которая нужна организму в период роста, при стрессе и в

периоды восстановления после болезней и травм. Он использует эту аминокислоту

для выработки гистамина, уменьшающего чувствительность к аллергенам (тем не

менее организм не может вырабатывать весь необходимый гистамин). Аминокислота

также способствует усвоению некоторых минералов, таких, как цинк, и препятствует

усвоению меди.

Поглощает ультрафиолетовые лучи.

Важен для производства красных и белых кровяных телец, применяется для лечения

анемии.

Применяется для лечения аллергических заболеваний, ревматоидных артритов и язв

желудка и кишечника.

Недостаток и избыток гистидина.

Исследователи указывают на зависимость между недостатком гистидина в организме

и симптомами фибромиалгии (болей или воспаления в мышцах).

Избыток гистина может способствовать возникновению дефицита меди в организме.

4.

Остаток гистидина входит в состав активных центров

множества ферментов. Гистидин является предшественником

в биосинтезе гистамина. Одна из незаменимых аминокислот,

способствует росту и восстановлению тканей. В большом

количестве содержится в гемоглобине; используется при

лечении ревматоидных артритов, язв и анемии. Недостаток

гистидина может вызвать ослабление слуха.

Содержание в продуктах

Гистидином богаты такие продукты как тунец, лосось, свиная

вырезка, говяжье филе, куриные грудки, соевые бобы, арахис,

чечевица. Кроме того, гистидин включается в состав

многих витаминных комплексов и некоторых иных

медикаментов.

5.

Гем соединяется с белковой субъединицей,

во-первых, через

связью железа,

остаток

гистидина

координационной

во-вторых, через гидрофобные связи пиррольных колец и

гидрофобных аминокислот.

Гем располагается как бы «в кармане» своей цепи и

формируется гемсодержащий протомер.

6. Роль гистидина Е7 в функционировании миоглобина и гемоглобина

РОЛЬ ГИСТИДИНА Е7 В

ФУНКЦИОНИРОВАНИИ

МИОГЛОБИНА

И

ГЕМОГЛОБИНА

Гем имеет высокое сродство к оксиду углерода (СО). В водной среде свободный от белковой

части гем связывается с СО в 25 000 раз сильнее, чем О2. Высокая степень сродства гема к СО

по сравнению с О2 объясняется разным пространственным расположением комплексов

Fe2+ гема с СО и О2.

В комплексе Fe2+ гема с СО атомы Fe2+, углерода и кислорода расположены на одной прямой,

а в комплексе Fe2+ гема с О2 атомы железа и кислорода расположены под углом, что отражает

их оптимальное пространственное расположение.

В миоглобине и гемоглобине над Fe2+ в области присоединения О2 расположен Гис Е7,

нарушающий оптимальное расположение СО в центре связывания белков и ослабляющий его

взаимодействие с гемом. Напротив, тот же Гис Е7 создаёт оптимальные условия для

связывания О2. В результате сродство гема к СО в белках всего в 200 раз превышает его

сродство к О2.

Снижение сродства гемсодержащих белков к СО имеет важное биологическое значение. СО

образуется в небольших количествах при катаболизме некоторых веществ, в частности гема.

Этот эндогенно образующийся СО блокирует около 1% гемсодержащих белков. Если бы

сродство тема к СО не уменьшалось под влиянием белкового окружения, эндогенный оксид

углерода мог бы вызывать серьёзные отравления.

7. Лизин

ЛИЗИН

— Лизин часто применяется как средство для профилактики и лечения герпеса

(эта аминокислота оказывает действие, противоположное действию другой

аминокислоты — аргинина, который активизирует и обостряет симптомы

герпеса). Его нехватка может замедлить синтез протеина в мышцах и

соединительной ткани.

Лизин и витамин С вместе образуют L-карнитин — вещество, которое помогает

мышцам более эффективно использовать кислород, повышая их выносливость.

Способствует росту костей, помогает вырабатывать коллаген — волокнистый

протеин, входящий в состав костей, хрящей и других соединительных тканей.

Вместе с чесноком, витамином С и ниацином лизин может понизить уровень

холестерина. Известен позитивный эффект лизина как средства,

предотвращающего заболевания зубов.

8.

Эластин у млекопитающих кодируется геном ELM и синтезируется

фибробластами. Синтез эластина начинается в фибробластах с

образования предшественника эластина — белка тропоэластина.

Тропоэластин является растворимым мономером, гидрофильные

участки которого обогащены остатками лизина. В межклеточном

матриксе при участии медьзависимой лизилоксидазы остатки лизина

окисляются до аллизина, которые формируют поперечные сшивки,

стабилизирующие молекулу эластина. В результате других

посттрансляционных модификаций остатков лизина в составе молекул

эластина также появляются нетипичные аминокислоты десмозин и

изодесмозин, способные входить в состав нескольких пептидных цепей

одновременно. За счет этого эластиновые нити объединяются в сетку

прочными ковалентными связями.

9.

Гистоны — обширный класс ядерных белков, выполняющих две основные функции: они

участвуют в упаковке нитей ДНК в ядре и в эпигенетической регуляции таких ядерных

процессов, как транскрипция, репликация и репарация. Существует пять различных

типов гистонов h2/Н5, H2A, H2B, H3, H4. Гистоны H2A, H2B, H3, H4, называемых

кóровыми гистонами (от англ. core — сердцевина), формируют нуклеосому,

представляющую собой белковую глобулу, вокруг которой накручена нить ДНК. Гистон

h2/H5, называемый линкерным гистоном (от англ. — связь), связывается с внешней

стороной нуклеосомы, фиксируя на ней нить ДНК. В хроматине гистоны составляют 2540 % сухого веса. Благодаря высокому содержанию лизина и аргинина гистоны

проявляют сильно оснóвные свойства. Гистоны непосредственно контактируют с ДНК и

способны нейтрализовать отрицательный заряд фосфатных групп ДНК за счёт

положительных зарядов аминокислотных остатков. Последовательность аминокислот в

этих белках является консервативной и практически не различается в организмах

различных таксонов. Гистоны присутствуют в ядрах эукариотических клеток; у бактерий

гистонов нет, но они выявлены у архей группы Euryarchaea.

Гистоны обнаружены в 1884 году немецким биохимиком Альбрехтом Косселем.

10. Модификации и варианты гистонов

МОДИФИКАЦИИ И ВАРИАНТЫ ГИСТОНОВ

Гистоны имеют подвижный N-концевой фрагмент («хвост») из 20 аминокислот, который

выступает из нуклеосом и важен для поддержания структуры хроматина и контроля за

генной экспрессией. Так, например, некоторые модификации гистонов (фосфорилирование

и ацетилирование), как известно, локализованы преимущественно на участках хроматина с

активными генами.

Детали механизма регуляции до конца не выяснены. Каждый тип гистонов, кроме гистона

H4, представляет собой группу, состоящую из канонических гистонов и гистоновых

вариантов.

Роль гистоновых вариантов состоит в том, чтобы сохраняя нуклеосомную укладку

хроматина, увеличивать или уменьшать её устойчивость, создавать особый контекст в

каждом конкретном участке хроматина и тем самым управлять процессами транскрипции,

репликации и репарации.

Источник

1

, . . . , IX ( , ). , , , , , .

. , . Fe (II) , Fe (III) . , , [ ., . 1979].

. (HbO2), 2. . 2 . CO NO , .

. , , . ( ): b, , 1, , 3, — b5. ( ).

(2). 2 Q- , (), -, (FeSI 1a, FeSI 1b, FeSI 2, FeSI 3, FeSI 4). 2 Q- Q. Q2 Q-, FeS- III (FeSiii) b ( bh bi ). Q2 FeSiii. 1 . , ( 3) Cu [, 1974]. +3 1, , . +3 , . , 3 .

, , — . . , , , , , [ . ., 1989]. , — , -. , , .

NO-

-450 -450-, , , . NO N-L-. NO N-L- 3- [Fucuto J. M., 1996].

, () , . 6000 12000. , . . [ ., 1974].

, . . b- , a-. , 36 . . , , , , . , , .

, — His. — . — , .

. , , , a- . , . 80 , .

, , , (.1). 8- a- , . , . , a-, , . , . , . . ., (4 , 5- His), . [ . ., 1996].

, , , , . , , . . , — . , . . , — — , . , , . .

: 42 b- , , . .

: a- , , [ . ., . ., 1994]

is 93 Cys, . His 93 — Cys — . His 64 Gly Val , — , 22 [Watanabe Y. , 1996].

. , , . , — , -. , , [ . ., 1989].

, Q , b , . , , — . . , , , -, , [ . ., 1989, A., 1974].

. , . [ ., ., 19791]. R- , , [ ., 1974 ].

. (.2), . , b , .

+3() , , 1) 8 , 2) 5, 3) 2 15- (.3). , , , [ ., 1974 ]. 3 , . . +3. [ . ., 1989].

b5 — 5- 6- (His 39 His 63) [ . ., . ., 1981].

-450 . . . , 5- -450. , . Phe-449, Leu-451, Gly-452, Ile-457, Gly-458 450, Arg-451 . , , Lys- 394, 402, 453, 139, 144 251 450 -. , , Tyr-380, 6- . . 450 P. putida. ; Arg-112, Arg-229 His-335, , , : . 0,8 . () Tyr-96. 0,4 A IX, . Tyr-96 (.4). [Guengerich F.P., 2000]

,

dx2-y2-, . . , , , , , 0,7-0,8 Å. His. (. 5).

, , His. , , d- dxy, dzx dyz. d x2-y2 , , . .

, 0,75 Å . , , , , . , — . , — , .

Fe O2. . (1). . , (2). (3).

, , , . , , , . , , 0,4 0,8 Å , . , , . a- . . , , .

(II), a III. [ ., ., 1979; . ., 1996].

, . . , (). +3 (Fe III) , Fe II, Fe III, . +3 , . , 3 . Cu (II) Cu (I). 3, , , . . +3.

, 2 , Fe(II), , [Boffi A., Chiancone El., et al., 1997]. , NO-.

-450

1- ( ) 450 — . : I, II II, . (. 6).

I 450 . I .

II , , . . , .

II . I 450, , , II .

2- 450-. 450 NADPH- . . — 450. 450 , ( ). . , . ( ) (FeO) , , . — . , . 450. . ( ). , , 450, [ .., 2000].

NO-

, 2, NO . O2 NO . , . [Rousseau D. L., 1996].

( ) Fe(III)- . Fe . Fe(II)- . NO. 6- NO Fe(II)- 5- . NO , . NO [Abu-Soud H. M., Wu Ch., Ghosh D. K., et al., 1998].

, . NO-, NO , . , NO- NO () [ . ., 1998].

. NO 100 . NO (III) (II). NO ( E. Coli), b (, , 2, 3, — , -450), d1 (). , , .

— -450 NO. , NO P-450 , , P -420 NO [ ., 1998].

NO Hb, N [Henry Y., Guissani A., 1955]. ONOO- , [Okada Sh., Takehara Y., Yabuki M., et al., 1996], . NO , [Lin Z., Miao M., Wang X., Zhu Ch., 1997]. NO , NO- [Bates T. E., Loesh A., Burnstick G., Clarc J. B., 1996]. NO -450 in vitro . NO -450, — -450, , , NO. -450 -420 NO [ ., 1998].

NO , SH-.

NO , , . NO (2-) , , () . NO — [ . ., . ., . ., 1998].

NO , ( , NO ). s- — NO, . , p- NO d- , ( ) .

Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Mo, V , . NO ( ) -. , NO Fe (II) , Fe (III) , (II) (III).

NO , NO . , () +3 NO NO. NO :

Hb (Fe) 2+ O2 + NO = Hb (Fe) 3+ + NO 3- [ . .; 1998].

NO . . Fe(III)- . Fe . Fe(II)- . NO. 6- NO Fe(II)- 5- . NO , . NO .

— —

. , . (2, NO) ( ) .

— . , , , — , , , , . , . , — .

— . ( — , , — , — , ) . , , . —. , , . , , , . k- i- . — ( ). . , , . , , : . — ( 0.01 0.001 /) , , , .

— . , , . , —, , ( , ), . , — , . .

— , . , , . , ( 2, ). — ( RHF), — (UHF). , RHF , , , , . , , , . , — .

, , ( 77, ) . , , , ( , .). , ( , — .), , , . , . , — , .

, -. , — . , [Shaitan K.V. et al. (1994-20000], [Car R, Parinello M. (1985), Bloechl P.E., Parinello M. (1992)]. , ( ). , , . , , , , — — [ .., .., .., 1995].

, , , . . b- , a-.. , 36 . . , , , , . , , . , 4-5 , ( ). , , , .

, , . , , , ( 70-100 ). , .

— , ( QM/MM ONIOM). , , 5- 6- ( 150 ), ab initio , DFT. , — (.7). — . : 10Å, .

-450 — «» (.8), . . , , — .

Polak-Ribiere 0,001 /. — 3 .

— 3 , 6- His 5- ( ) 2 NO ( .

NO, 2, (.9). . , Fe His , . (. 1). , 0,046 Å, , NO 0,064 Å, NO Fe .

1

His

: : 1 2 — , N- His.

(. 2)

2 , NO. , , , NO.

2

, , .. , NO + 0,3, NO . , N , Fe — .

O2 NO p- . , ( ). d- Fe, Fe NO, O2. (. 3).

3

: % — d- Fe

, , (DE) . , , . , , NO (.3).

— (heme_His_NO_md.hin, heme_Gly_NO_md.hin, heme_Gly_O2_md.hin, heme_Cys_O2_md.hin)

— (310) , ( 0,06Å) (. 4), — .

4

: , — (310). , — ( 0 ).

NO p- (NO), d- (.10). — 310. . — 0,01 ., . , 310 dz2 — . 2 d- .

, :

1. NO 1.5 , O2, .

2. O2, , , NO , NO d- , d7, . , NO , O2 .

3. (310) d- p- NO, .

5- (-) . , , 5- . 6- , ( b), ( -450 [Guengerich F.P., 2000]), ( Rsp. Viridis b5 [ . ., . ., 1981; . ., 1989].

. is Cys — — . His Gly Val , 22, — [Watanabe Y., 1996].

5- .

His, Gly Cys . His , , Cys . 2 His 1,815 Å, Cys 1,706 Å — (. 11). — .

, His , -Cys. , — His Cys (1,881 Å 2,451 Å ).

-Cys, , -, (. 5). — [Watanabe Y., 1996], .

-Gly , 2 , His Cys (. 5), .

5

: N (S) () , ; -Cys -Gly 2, .

(.6).

6

—

NO . (.5) N His Cys, ( ) , .. NO . His Gly , , N .

— ( 2 NO) Fe, . — d- , . , -, , (, , NO) ( ), d- .

-His 2 , NO (. 7). , , , NO, — . , , .. , NO +0,3, NO . , N , Fe — [ .., .., .., 2001]. , (2, NO), His .

7

-Cys, , , , . -Cys, .

, Cys Gly His.

, — , .

5- 6- , .

— ( ). () . — ( , ), , . — (.8).

8

—

, — , 0,93 ( ) (. 12), , 0,60 (. 13).

, , — 0,26 (.14). — , — , , , .

, , , . , , , , . , ( ) . , , . ( — ). , — , , — , .

( ). , — (. 15, 16), .

, , 5- 6- — , , , , . . , — . . -450, .

1

1. ., . // .: , 1979, 677 .

2. . : , .: , 1974 ., 957

3. . . . // .: , 1996, 335 .

4. . . // .: , 1989, 565 .

5. . ., . . NO- .. . 1998, . 63, . 7, 1029 — 1040.

6. Fucuto J. M. The conversion of arginine to citruline and notric oxide by nitric oxide synthase // 11th Int. Symp. Microsomes and Drug. Oxid., Los Angeles, Calif, 1996, p. 48.

7. Rousseau D. L. Substrste-ligand interaction in nitric oxide synthase // 11th Int. Symp. Microsomes and Drug. Oxid., Los Angeles, Calif, 1996, p. 50.

8. . . NO // , 1998, . 63, . 7, . 881-904.

9. . -450 // , 1998, . 63, . 7, . 984-991.

10. . ., . . // , 1981, . 91, . 1, . 74-89.

11. .., .. -450 — .: , 1995, 102 .

12. Guengerich F.P. Common and uncommon cytochrome P450 reaction to bolism and chemical toxicity // Chem. Res. Toxicol., on Web 00/00/000 Pege est: 39.7

13. Finean J. B., Coleman R., Michell R.H. Membrane and their cellular s // Blackwell Scientific Publications, 1984, 227 p.

14. Henry Y., Guissani A. Les lloproteins, cibes cellulares du monoxyde dazote: Une revue succincte // C. R. Seanse Soc. boil., 1955, 189, N 6, p. 1039-1057.

15. Okada Sh., Takehara Y., Yabuki M., et al. Nitric oxide a physiological modulator of mitochondrial // Physiol. Chem and Phus and Med NMR., 1996, 28, N 2, . 69.

16. Lin Z., Miao M., Wang X., Zhu Ch. Endogenosus nitric oxide on mitochondial oxigen consumption after cerebal ischemic reperfusion // J. Med. Coll. PLA., 1997, 12, N. 3,. . 196-199.

17. Bates T. E., Loesh A., Burnstick G., Clarc J. B. Motichondrial nitric oxode sinthase: A ubiquitous regulator of oxidative phosphorilation? // Bioch. And Biophys. Res. Comm., 1996, 218, N 1, . 40-44.

18. . ., . ., . . : // , 1998, . 63, . 7, . 905-923.

19. Watanabe Y. Roles of amino acid residues around heme on the formation of high valent intertes // 11th Int. Symp. Microsomes and Drug. Oxid., Los Angeles, Calif, 1996, p. 84.

20. Boffi A., Chiancone El., Takahashi S., Rousseau D. L. Stereochemistry of the Fe(II)- and Fe(III)-cyanide complexes of the homodimeric Scapharca inaequivavalvis hemoglobin. A resonance Raman and FTIR stady // Biochemistry, 1997, 36, N.15, p. 4505-4509.

21. Doussiere J., Gaillard J., Vignais P. Electron transfer across the O2- generating flavocytochrome b of neutrophils. Evidence for a transition from a low-spin e to a high-spin e of the heme iron component // Biochemistry, 1996, 35, N. 41, . 13400-13410.

22. Rousseau D. L. Substrste-ligand interaction in nitric oxide synthase // 11th Int. Symp. Microsomes and Drug. Oxid., Los Angeles, Calif, 1996,. p. 50.

23. Abu-Soud H. M., Wu Ch., Ghosh D. K., et al. Stopped-flow analis of CO and NO binding to inducible nitric oxide synthase // Biochemistry, 1998, 37, N 11, p. 3777 3786.

24. . ., . . // : , 1994. 384 .

25. DePillis G. D., Decatur S. M., Barrick D., Boxer S. G. // J. Am. Chem. Soc. 1994. . 116. . 6981-6982.

26. Schmidt M.W., Baldridge K.K., Boatz J.A., Elbert S.T., Gordon M.S., Jensen J.H., Koseki S., Matsunaga N, Nguyen K.A., Su S.J., Windus T.L, Dupuis M.,. Montgomery J.A. // J. Comp. Chem., 1993, V.14, .1347-1363.

27. .., .., .. » «, 781-791, 2001, https://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2001/070.pdf.

28. Romanova T., Krasnov P. Modification of electronic structure of heme under formation of complex with nitric oxide and dynamics of atomic base under physiological temperature // Abstract 4th International conference on biological physics, July 30-August 3, 2001, Kyoto, Japan, p. 113.

29. .., .., .. // , 2001, . 47, . 3, . 308-315.

30. .., .., . // , 2001, . 380, 2, . 319-622.

Источник