Структурно-функциональные закономерности в металлобелках на примере цитохромов класса c

• Автор: Дикая, Елена Владимировна
• Шифр специальности: 03.00.04, 02.00.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 130 с. : ил.

Стоит отметить разницу между сравнительно небольшим количеством биологически важных металлов и многообразием функций, которые они выполняют. Окислительновосстановительные ферменты и металлобелки составляют более всех классифицированных Международным союзом биохимии и молекулярной биологии белков. Они играют важную роль в сигнальных процессах, отвечающих за регуляцию генов и их экспрессию, в конверсии энергии в процессах фотосинтеза и дыхания. Изменяя структуру и природу белкового окружения металла в активном центре, живые организмы способны эффективно регулировать физикохимические свойства этих белков. Одной из важнейших функциональных характеристик металлобелков является их окислительновосстановительный потенциал. На его значение влияют множество факторов, в том числе координационная геометрия активного центра металлобелка, природа лигандов железа и доступность активного центра белка для молекул растворителя. В то же время значение потенциала в значительной мере зависит от внешних условий, в том числе, среды, ионного состава и диэлектрических характеристик растворителя. Эта зависимость особенно важна с физиологической точки зрения, т. Цитохромы являются важным классом металлобелков, участвующих в процессах электронного переноса и окислительновосстановительного катализа. Изучение влияния внешних условий на структуру и физикохимические свойства цитохромов позволяет связать структурные особенности этих белков с их функциями, и таким образом, установить их структурнофункциональные особенности. Координационная геометрия металлов и лигандное поле. Во многих важнейших биологических процессах, таких как дыхание, фиксация азота, фотосинтез, нервная трансмиссия, сокращение мускулатуры, клеточная защита от токсичных и мутагенных агентов принимают участие ионы металлов, обычно входящие в состав так называемых металлоцентров белков 1,2,3. Металлоцентры белков включают в себя один или более ион металла, входящие в первую координационную сферу металла боковые цепи белка и экзогенные мостиковые или концевые лиганды. Таблица 1 5. Биологические функции ионов металлов, встречающихся в природе. Металлы, встречающиеся в подобных центрах или металлы, которые можно использовать как заместители природных компонентов, называются биологическими. В таблице 1 перечислены металлы, встречающиеся в природе, и их биологическая роль 5. Металлы, не встречающиеся в природных биологических системах, могут вводится искусственно как для создания диагностических зондов или лекарств, так и для определения структуры и функций биологических систем 6. Некоторые характеристики упоминающихся в тексте металлов приведены в таблице 2 7. Таблица 2. Некоторые характеристики биологически важных металлов. Металл Состояние окисления Электронная конфигурация Ионный радиус А Координационное число Координационная геометрия . Мд 2 Ме 0, 6 Он Ж О 3 5 х ю

Са 2 Аг 1 7 8 НР НР Ж О 7

гп 2 АгЗс 0, 5 6 О 4УОзи Он С и. О Юа

2 Аг3с 0, 5 О зн С . Аг3с6 0, 5 С 4ДЭзн с . Таблица 2 продолжение. Си 1 Аг3. Аг3с8 0, 4 5 6 т4 ь С фОз Оь С . Со 2 Аг3с7 0, 4 5 6 Т С О и С . Мо 3 Аг3с0 0. Другие характеристики взяты из 2 концентрация в океанах приведена в качестве показателя доступности для биологических систем. Геометрия реальных систем значительно отличается от идеальной. Таблица 3 5. Общая геометрия для координационных чисел . Теория кристаллического поля лигандов рассматривает лиганды как точечные заряды и предполагает, что связывание металла и его лигандов имеет электростатическую природу, исключая ковалентные взаимодействия. Она рассматривает действие, оказываемое лигандами на энергию орбиталей. Так как с1орбитали пространственно не эквивалентны, они по разному реагируют на присутствие лигандов. В шестикоординационном октаэдрическом комплексе орбитали, лежащие вдоль осей 6Х2. У2 и сг дестабилизированы лигандами больше, чем орбитали, лежащие между осями с1ху, с, дуг Такие орбитали обозначают соответственно 6д С1х2у2 И С2 И 2д ху, С1уг. ЭлвКТрОНЫ, раСПОЛОЖвННЫв НЭ 2д орбиталях ниже по энергии, чем электроны ед орбиталей.