Расположение четырех групп гема в молекуле оксигемоглобина

Самым неожиданным оказалось расположение четырех групп гема в молекуле оксигемоглобина. Исходя из характера их химического взаимодействия, следовало бы ожидать, что они лежат рядом друг с другом. На самом же деле каждая группа гема располагается в отдельном углублении на поверхности молекулы и, по-видимому, совершенно не связана с остальными тремя группами гема.

Итак, структура гемоглобина в том виде, в каком мы ее себе сейчас представляем, не может объяснить нам одно из самых ценных физиологических свойств этого белка.

В 1937 году Ф. Гауровиц, работавший тогда в Праге, провел работу, результаты которой послужили ключом к объяснению физиологического действия гемоглобина на молекулярном уровне. Гауровиц поставил в холодильник суспензию игольчатых кристаллов оксигемоглобина. Когда несколько недель спустя он их вынул оттуда, оказалось, что кислород был весь использован попавшими в суспензию бактериями, и алые иголки превратились в шестиугольные темно-красные пластинки восстановленного гемоглобина. Пока Гауровиц рассматривал кристаллы под микроскопом, кислород, проникший под покровное стекло, вызвал растворение темно-красных пластинок и появление алых иголок гемоглобина. Это наблюдение привело Гауровица к выводу, что взаимодействие гемоглобина с кислородом должно сопровождаться изменением структуры молекулы гемоглобина. В миоглобине, напротив, такие изменения обнаружить не удалось.

Наблюдение Гауровица и загадка, поставленная структурой оксигемоглобина, побудили меня предложить аспирантке Мьюирхед исследовать восстановленный гемоглобин методом рентгеноструктурного анализа при низком разрешении. По чисто техническим причинам мы вначале работали с гемоглобином человека. Впоследствии оказалось, что объект в этом случае не имеет значения, так как восстановленные гемоглобины человека и лошади обладают очень близкой структурой.

В отличие от меня Мьюирхед уложилась в срок, успев выяснить структуру исследуемого ею белка. Анализируя ее первые рентгенограммы, мы искали два вида структурных отклонений: изменения в свертывании отдельных цепей и смещение цепей по отношению друг к другу. Никаких нарушений в свертывании, достаточно заметных, чтобы они превышали ошибку опыта, мы не нашли. Однако нам удалось обнаружить резкое смещение β-цепей. Промежуток между ними расширился, и они разошлись в стороны, так что расстояние между соответствующими атомами железа возросло от 33,4 до 40,3 ангстрем (смотрите рисунок ниже).

Сравнение участков двух β-цепей в «восстановленном»
(свободном от кислорода) гемоглобине человека

Путем сравнения участков двух β-цепей в «восстановленном» (свободном от кислорода) гемоглобине человека (верхний рисунок) с такими же участками «окисленного» гемоглобина лошади (средний рисунок) были обнаружены изменения положения цепей гемоглобина. На нижнем рисунке контуры верхнего и среднего изображений совмещены таким образом, чтобы атомы ртути (Hg₂) и спиральные участки (Е, F, G, Н) двух левых цепей совпали. Атомы железа (Fe₂) полностью не совмещаются.

Видно, что правые цепи смещены по отношению друг к другу.

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

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