Большая техническая энциклопедия
2 3 6
A N P Q R S U
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
ГА ГЕ ГИ ГЛ ГН ГО ГР ГУ

Гемовое железо

 
Гемовое железо связано с порфирином в гемоглобине и миоглобине. В отличие от ионного железа на его всасывание не влияют ни фитаты, ни фосфаты, ни аскорбиновая кислота. Гемовый комплекс всасывается нерасщепленным и расщепляется лишь в клетках эпителия. Гемовое железо всасывается быстрее ионного. При недостатке цинка в питании, проявление которого детально изучено в Египте и Иране, отмечено половое недоразвитие и замедление роста подростков обоего пола. Основным продуктом питания в этих странах является бездрожжевой хлеб из пшеничной муки тонкого помола, и одним из факторов, понижающим усвоение цинка, может быть связывание его фитином. Снижают усвояемость цинка также продукты реакции Майяра. Замедление роста из-за недостатка цинка наблюдалось и у детей среднеобеспеченных семей США, в рационе которых было мало мяса.
К оксидоредуктазам, содержащим гемовое железо, относятся обширные семейства пероксидаз и каталаз. Пероксидазы катализируют окислительные реакции, в которых в качестве окислителя участвуют перекись водорода или замещенные перекиси. Лактопероксидаза, выделенная первоначально из коровьего молока, была обнаружена затем в слюнных, слезных и гарднеровых железах, обладающих, кроме того, способностью концентрировать йод. Биологическая роль фермента недостаточна ясна. Он с особой легкостью катализирует окисление йодидов, в связи с чем используется в лабораторной практике для метки белков радиоактивным йодом. Допускается также его участие в образовании меланина.
Изменения в стереохимии железопорфирина, сопровождающие изменение спинового состояния гемового железа, не были зарегистрированы в ранних исследованиях разностным методом Фурье производных миоглобина кашалота. Учитывая, что для ряда кристаллических белков разностный метод Фурье дал отличные результаты, отсутствие изменений в стереохимии железопорфирина, наблюдавшегося в молекулах типа гемоглобина, в случае миоглобина может быть обусловлено недостаточной точностью данных.
Кроме меди мономерный фрагмент с молекулярной массой 100000 содержит 1 моль гемового железа.
В работах [150, 153-156] на основании исследования температурной зависимости магнитной восприимчивости некоторых гемо-протеинов было показано, что взаимодействие каркаса порфирина с окружающей полипептидной цепью существенно для регуляции спинового состояния гемового железа.
Цитохром с, имеющий молекулярный вес 12 400 и содержащий одну гемовую группу, участвует в переносе электронов в электрон-транспортной цепи от акцептора водорода на кислород. Гемовое железо находится в низкоспиновом состоянии как в Fe ( II) -, так и Ре ( Ш) - состояниях, так что только окисленный цитохром с имеет парамагнитный центр.
У животных с однокамерным желудком всасывание железа происходит главным образом в двенадцатиперстной кишке преимущественно в двухвалентной форме, хотя известны и соединения трехвалентного железа, обладающие более высокой биологической доступностью, чем некоторые фер-роформы. Всасыванию негемового железа предшествует, по-видимому, распад его координационных соединений, тогда как гемовое железо всасывается в составе порфиринового макроцикла. Для оптимального всасывания железа необходима нормальная секреция желудочного сока. Прием соляной кислоты способствует усвоению железа при ахлоргидрии.
На рис. 15 сравниваются степени ромбичности, рассчитанные для высокоспиновых ферригемопротеинов. Значительная вариация отклонений от тетрагональности свидетельствует о том, что искажение тетрагональной структуры и электронной симметрии окружения катиона гемового железа меняется в широких пределах как при изменении природы белка, так и для разных высокоспиновых феррипроизводных одного и того же белка. Как показано на рис. 15, эти белки могут быть подразделены на группы в зависимости от природы лигандов по пятому и шестому координационным местам.
Таким образом, на основании исследований молекулы гемоглобина разностным методом Фурье можно утверждать, что обратимая природа структурных изменений, связанных с изменением ориентации порфирина при присоединении и отщеплении лиганда, применима как к координированным [88, 103], так и некоординированным [139] четвертичным конформациям. Из спектроскопических данных следует [133-136], что изменение состояния окисления и лиган-дного окружения железа сопровождается изменениями ориентации порфирина. Учитывая величину этих изменений и связь их с изменениями спинового состояния гемового железа в гемоглобине и учитывая слабо выраженные изменения в миоглобине кашалота ( рис. 11), можно предположить, что они играют важную роль при передаче конфомационных изменений, лежащих в основе кооперативного связывания лиганда. Согласно интерпретации разностных карт Фурье при разрешении 350 пм, предложенной Андерсоном [139], остатки F-спирали, примыкающие к координирующему проксимальному гистидину, влияют преимущественно через изменения вандерваальсовых взаимодействий между белком и пор-фирином.
Это искажение обусловлено ромбической составляющей в поле лигандов донорных атомов в плоскости ху, приводящей к неэквивалентности направлений х и у. Искажение тетрагональной симметрии, называемое ромбичностью [161, 162], вызвано деформацией окружения железа. Эта деформация может возникнуть вследствие механических-шжажений тема, возмущений тс-электрон-ной системы тема или изменения гс-электронного характера связывания лигандов с гемовым железом по пятому и шестому координационным местам.
Гемовое железо связано с порфирином в гемоглобине и миоглобине. В отличие от ионного железа на его всасывание не влияют ни фитаты, ни фосфаты, ни аскорбиновая кислота. Гемовый комплекс всасывается нерасщепленным и расщепляется лишь в клетках эпителия. Гемовое железо всасывается быстрее ионного. При недостатке цинка в питании, проявление которого детально изучено в Египте и Иране, отмечено половое недоразвитие и замедление роста подростков обоего пола. Основным продуктом питания в этих странах является бездрожжевой хлеб из пшеничной муки тонкого помола, и одним из факторов, понижающим усвоение цинка, может быть связывание его фитином. Снижают усвояемость цинка также продукты реакции Майяра. Замедление роста из-за недостатка цинка наблюдалось и у детей среднеобеспеченных семей США, в рационе которых было мало мяса.
Спектр протонного магнитного резонанса белка охватывает узкий интервал частот и представляет собой наложение большого числа резонансных сигналов. Два свойства гемовых белков несколько облегчают решение проблемы. Во-первых, гемовая группа индуцирует сдвиг, обусловленный кольцевыми токами ( по аналогии с бензолом 15, 251), что приводит к смещению резонансных линий ядер, находящихся вблизи тема, в область, отделенную от основной огибающей спектра. Во-вторых, гемовое железо может быть парамагнитным и тогда оно индуцирует изменения химических сдвигов и уши-рение резонансных сигналов, соответствующих ядрам в ближайшей окрестности гемовой группы. На практике это приводит к тому, что спектр ЯМР распространяется на интервал частот, примерно в 5 раз превышающий интервал частот в спектрах ЯМР обычных белков.
Аналогично взаимодействие белка с порфириновым кольцом через остатки, участвующие в вандерваальсовых взаимодействиях, не только позволяет регулировать ориентацию порфирина, но и контролирует спиновую мультиплетность центрального катиона. Как указывалось ранее, катион металла в миоглобине проявляет более выраженную тенденцию к тому, чтобы оставаться смещенным из плоскости порфиринового кольца. Безусловно, это свойство отражает накладываемые белком стерические ограничения, которые благоприятствуют максимальной спиновой мульти-плетности. Этот структурный эффект дает некоторое представление о том, каким образом структурные искажения полипептидной цепи, происходящие при изменении природы поверхностных остатков, могут передаваться к порфириновому центру, чтобы управлять спиновым состоянием гемового железа.
Гемовые белки выполняют ряд специализированных функций. Например, гемоглобин переносит кислород, а многие цитохромы участвуют в процессах переноса электронов. Естественно, сразу же возникает проблема установления корреляции между структурой и функцией этих белков. К той же группе проблем относится вопрос о том, какие изменения конформации в трех субъединицах тетра-мерного белка гемоглобина вызывают связывание кислорода гемом четвертой из субъединиц, или вопрос о том, каким образом электрон проходит через белковую глобулу к гемовому железу, а затем от железа к акцептору электронов.
Из структурных данных для низкомолекулярных кислородных комплексов следует, что электронная структура связанного кислорода определяется не только стереохимическими деталями. Модели Полинга [173, 174] и супероксид-аниона [179, 180] приводят к одинаковой стереохимии координированного кислорода с расстоянием О-О, большим, чем в свободной молекуле кислорода. В этом мономерном кислородном комплексе угол Со-О - О составляет 126 и расстояние О-О ( 126 пм) практически совпадает с расстоянием, наблюдаемым для супероксид-аниона. Гриффита [175], наблюдается увеличение расстояния О-О до 130 пм. Следовательно, на основании только стереохимических данных нельзя однозначно определить электронную структуру связи, образующейся при обратимом присоединении молекулы кислорода к гемовому железу.

Путем применения таких современных методов, как изолированные энтероциты и пузырьки мембраны исчерченной каемки ( ПМИК), было установлено, что первоначальное поступление железа в эпителий слизистой оболочки является пассивным процессом, не требующим затраты энергии, но зависит от величины рН, температуры и ингибируется реагентами, образующими хелаты с этим элементом пропорционально их концентрации. Поступление железа в ПМИК характеризуется кинетикой насыщения, свидетельствующей о существовании специфического переносчика для этого элемента, находящегося под биологическим контролем. После поступления в энтероцит железо включается в систему внутриклеточного транспорта, переносящую его в базальный отдел клетки и оттуда в плазму крови. В цитозоле энтероцита некоторое количество железа включается в ферритин, большая часть его теряется при слущивании клеток слизистой оболочки, происходящем каждые 3 - 4 дня, и лишь небольшая часть переходит в плазму крови. Железо может поступать в энтероцит и из крови, о чем свидетельствует наличие ферритина в бокаловидных клетках и макрофагах слизистой оболочки, которая таким образом может служить и местом его выделения. Гемовое железо, поступившее в энтероцит, отщепляется от тема гемоксигеназой слизистой оболочки. Перед включением в ферритин или трансферрин двухвалентное железо превращается в трехвалентное.
 
Loading
на заглавную 10 самыхСловариО сайтеОбратная связь к началу страницы

© 2008 - 2014
словарь online
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11