Гемоглобин

Гемоглобин можно сравнить с кислородным баллоном или, лучше, с молекулярным легким. Две из четырех цепей молекулы способны сближаться и раздвигаться, так что промежуток между ними становится то уже — когда гемоглобин связан с кислородом, то шире — когда кислород освобождается. Структурные изменения, связанные с химической активностью, были известны и раньше — не только для гемоглобина, но и для других белков; однако на примере гемоглобина впервые была непосредственно изучена природа таких изменений. Говоря об изменении формы молекулы гемоглобина, мне хочется назвать его «дышащей» молекулой; парадокс здесь в том, что она расширяется, освобождая кислород, а не поглощая его.

В работе над диссертацией меня все время вдохновлял пример трех исследователей. Я имею в виду прежде всего сэра Фредерика Гоуленда Гопкинса, удостоенного в 1929 году Нобелевской премии за выяснение роли витаминов в качестве ростовых факторов; именно он привлек наше внимание к центральной роли ферментов как катализаторов химических реакций, протекающих в живой клетке. К 1936 году было выделено всего несколько ферментов, и все они оказались белками. Д. Кейлин, открывший некоторые ферменты, катализирующие процессы дыхания, установил, каким образом химическое сродство и каталитические свойства атомов железа изменяются в результате их соединения с разными белками.

Моим руководителем был Дж. Бернал, который совместно с Дороти Кроуфут Ходжкин за год-два до моего прихода в Кембриджский университет получил первые рентгенограммы белков в кристаллическом состоянии, что указывало на высокую упорядоченность белковых макромолекул. Множество четких дифракционных пятен, даваемых монокристаллом фермента, например пепсина, подсказывает следующее объяснение: каждый, или почти каждый, из 5000 атомов в молекуле пепсина занимает определенное положение, одинаковое для всех молекул пепсина, упакованных в кристалле. Сейчас мы уже сжились с этим представлением, но в то время, когда белки рассматривали как «коллоиды» неопределенной структуры, открытие Бернала и Ходжкин вызвало настоящую сенсацию.

В конце 30-х годов нуклеиновым кислотам еще не отводилось важной роли; поэтому я имел все основания считать, что «секрет жизни» связан, по-видимому, со структурой белков. Из всех же химических и физических методов только рентгеноструктурный анализ давал какие-то, пусть весьма отдаленные, надежды на выяснение белковой структуры.

В то время число белков, полученных в кристаллическом виде, не превышало дюжины; из них наибольшее внимание исследователей привлекал гемоглобин — в силу его физиологического значения, доступности и легкости, с которой он кристаллизуется.

Так или иначе, когда темой своей диссертации я выбрал рентгеноструктурный анализ гемоглобина, мои товарищи не могли смотреть на меня без сожаления. В ту пору самым сложным органическим веществом, структура которого была установлена с помощью рентгеноструктурного анализа, оставалась молекула красителя фталоцианина, состоящая из 58 атомов. Как мог я надеяться выяснить расположение тысяч атомов в молекуле гемоглобина?

«Молекулы и клетки», под ред. Г.М.Франка

• Расположение четырех групп гема в молекуле оксигемоглобина
• Наблюдения изменений положений цепей в свободном от кислорода гемоглобине человека
• Построение модели α- и β-цепей гемоглобина
• Сравнение аминокислотных последовательностей в молекулах гемоглобина и миоглобина
• Пятна на рентгенограммах кристаллов белков
• Рентгенограмма монокристалла гемоглобина
• Функция гемоглобина
• Ослабление электрического поля воды
• Подавление α-спиралей
• Структурные изменения гемоглобина и ферментов при соединении со своими субстратами
• Двухвалентное железо
• Получение дифракционных полос
• Проблема фаз
• Метод введения тяжелых атомов
• Установление структуры
• Структура гемоглобина