Двухвалентное железо

Двухвалентное железо приобретает способность связывать молекулярный кислород только в сочетании с гемом и глобином. Один гем не может поглощать кислород; для этого необходимо специфическое химическое окружение, создаваемое цепью глобина. Та же самая группа гема в комплексе с другими белками, например с ферментами пероксидазой и каталазой, проявляет совершенно иные химические свойства.

Функции глобина этим, однако, не ограничиваются. Глобин обеспечивает физиологически наиболее выгодное взаимодействие четырех атомов железа в каждой молекуле. Так, если три атома железа соединены с кислородом, то связывание кислорода четвертым атомом ускоряется, и наоборот, при отщеплении кислорода от трех атомов железа для четвертого атома этот процесс облегчается. Благодаря такому характеру взаимодействия молекула гемоглобина способна либо соединяться сразу с четырьмя молекулами кислорода, либо отщеплять их также все сразу; тем самым обеспечивается эффективное снабжение организма кислородом.

Как я уже упоминал, гемоглобин играет важную роль в переносе углекислоты из тканей обратно в легкие. Углекислота не связывается с атомами железа и лишь частично связывается с самим глобином; в основном же она поглощается эритроцитами и плазмой крови в форме бикарбоната.

Перенос бикарбоната облегчается тем, что на каждую молекулу освобожденного кислорода в гемоглобине исчезает кислая группа. При поглощении кислорода в легких вновь возникает кислая группа, что влечет за собой целый ряд химических реакций и, в конце концов, выделение двуокиси углерода.

И наоборот: содержащиеся в тканях бикарбонат и молочная кислота ускоряют освобождение кислорода.

Процесс дыхания выглядит очень простым; тем не менее создается впечатление, что это элементарное проявление жизни основано на взаимодействии многих типов атомов в гигантской молекуле необычайной сложности. Выяснение структуры гемоглобина должно пролить свет не только на строение молекулы, но и на ее функцию.

Принципы рентгеноструктурного анализа

Рентгеноструктурный анализ белков нередко считают доступным пониманию лишь специалистов; однако основные принципы, на которых он основан, настолько просты, что навевают на иных физиков скуку.

В кристаллах гемоглобина и других белков содержится много воды; по мере высушивания они, подобно живым тканям, утрачивают свою упорядоченную структуру.

Во избежание этого кристаллы во время исследования помещают во влажном состоянии в небольшие стеклянные капилляры. Затем на монокристалл направляют узкий монохроматический пучок рентгеновских лучей.

«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
• Подавление α-спиралей
• Структурные изменения гемоглобина и ферментов при соединении со своими субстратами
• Гемоглобин
• Получение дифракционных полос
• Проблема фаз
• Метод введения тяжелых атомов
• Установление структуры
• Структура гемоглобина
• Ослабление электрического поля воды