Special Focus 469O2 Binds to the Mb

Special Focus 469
O2 Binds to the Mb Heme Group
Iron prefers to interact with six ligands, four of which share a common plane. The
fifth and sixth ligands lie above and below this plane (see Figure 15.23). In heme, four
of the ligands are provided by the nitrogen atoms of the four pyrroles. A fifth ligand
is donated by the imidazole side chain of amino acid residue His F8. When myoglo-
bin binds O2 to become oxymyoglobin, the O2 molecule adds to the heme iron ion as
the sixth ligand (Figure 15.23). O2 adds end on to the heme iron, but it is not ori-
ented perpendicular to the plane of the heme. Rather, it is tilted about 60° with re-
spect to the perpendicular.
O2 Binding Alters Mb Conformation
What happens when the heme group of myoglobin binds oxygen? X-ray crystallog-
raphy has revealed that a crucial change occurs in the position of the iron atom rel-
ative to the plane of the heme. In deoxymyoglobin, the ferrous ion actually lies
0.055 nm above the plane of the heme, in the direction of His F8. The iron–
porphyrin complex is therefore dome-shaped. When O2 binds, the iron atom is
pulled back toward the porphyrin plane and is now displaced from it by only
0.026 nm. The consequences of this small motion are trivial as far as the biological
role of myoglobin is concerned. However, as we shall soon see, this slight movement
profoundly affects the properties of hemoglobin.
Cooperative Binding of Oxygen by Hemoglobin Has Important
Physiological Significance
The relative oxygen affinities of hemoglobin and myoglobin reflect their respective
physiological roles (see Figure 15.20). Myoglobin, as an oxygen storage protein, has a
greater affinity for O2 than hemoglobin at all oxygen pressures. Hemoglobin, as the
oxygen carrier, becomes saturated with O2 in the lungs, where the partial pressure of
O2 (pO2) is about 100 torr.1 In the capillaries of tissues, pO2 is typically 40 torr, and oxy-
gen is released from Hb. In muscle, some of it can be bound by myoglobin, to be
stored for use in times of severe oxygen deprivation, such as during strenuous exercise.
Hemoglobin Has an -
22 Tetrameric Structure
As noted, hemoglobin is an 22 tetramer. Each of the four subunits has a conforma-
tion virtually identical to that of myoglobin (Figure 15.21). The subunits pack in a
tetrahedral array, creating a roughly spherical molecule 6.4 -
5.5 -
5.0 nm. The four
heme groups, nestled within the easily recognizable cleft formed between the E and F
helices of each polypeptide, are exposed at the surface of the molecule. The heme
groups are quite far apart; 2.5 nm separates the closest iron ions, those of hemes 1
and 2, and those of hemes 2 and 1. The subunit interactions are mostly between dis-
similar chains: Each of the -chains is in contact with both -chains, but there are few
– or – interactions.
Oxygenation Markedly Alters the Quaternary Structure of Hb
Crystals of deoxyhemoglobin shatter when exposed to O2. Furthermore, X-ray crystal-
lographic analysis reveals that oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin differ markedly
in quaternary structure. In particular, specific -subunit interactions change. The 
contacts are of two kinds. The 11 and 22 contacts involve helices B, G, and H and
the GH corner. These contacts are extensive and important to subunit packing; they
remain unchanged when hemoglobin goes from its deoxy to its oxy form. The 12
and 21 contacts are called sliding contacts. They principally involve helices C and G
and the FG corner (Figure 15.24). When hemoglobin undergoes a conformational
N
Fe
N1
N2 N3
N4 II
I
III
IV
N
6
O
O
5
The heme plane
His F8
FIGURE 15.23 The six liganding positions of an iron ion.
F
F
A
H
F
E
C
D
B
2
2
G
G
B
H
A
C
E
F
FIGURE 15.24 Side view of one of the two -dimers in
Hb, with - packing contacts indicated in blue. The
sliding contacts made with the other dimer are shown
in yellow. The changes in these sliding contacts are
shown in Figure 15.25. (Illustration: Irving Geis. Rights owned
by Howard Hughes Medical Institute. Not to be reproduced
without permission.)
1The torr is a unit of pressure named for Torricelli, inventor of the barometer. One torr corresponds
to 1 mm Hg (1/760th of an atmosphere).

Kết quả (Việt) 1:

Đặc biệt tập trung 469O2 Liên kết với nhóm Heme MbSắt thích để tương tác với các ligand sáu, bốn đều chia sẻ một máy bay thông thường. CácThứ năm và thứ sáu ligand nằm ở trên và dưới mặt phẳng này (xem hình 15.23). Ở heme, bốncủa các ligand được cung cấp bởi các nguyên tử nitơ của bốn pyrroles. Một phối tử thứ nămđược tặng bởi dãy imidazole phụ của axit amin dư lượng của ông F8. Khi myoglo -bin gắn bó với O2 để trở thành oxymyoglobin, các phân tử O2 thêm vào heme ion sắt nhưphối tử thứ sáu (hình 15.23). O2 thêm kết thúc vào sắt heme, nhưng nó không phải là ori-ented vuông góc với mặt phẳng của heme. Thay vào đó, nó nghiêng khoảng 60° với re-SPECT để vuông góc. O2 Ràng buộc Alters Mb ConformationNhững gì sẽ xảy ra khi nhóm heme myoglobin gắn bó với ôxy? X-quang crystallog-raphy đã tiết lộ rằng một sự thay đổi quan trọng xảy ra ở vị trí của sắt atom relAnh với mặt phẳng của heme. Trong deoxymyoglobin, các ion kim loại màu, thực sự nằm0.055 nm trên mặt phẳng của heme, theo hướng của ông F8. Sắt-porphyrin phức tạp do đó mái vòm hình. Khi O2 liên kết, nguyên tử sắt làkéo về hướng máy bay porphyrin và bây giờ thay thế từ nó bởi duy nhất 0.026 nm. Hậu quả của chuyển động nhỏ này là tầm thường như xa như sinh họcvai trò của myoglobin là có liên quan. Tuy nhiên, như chúng ta sẽ sớm thấy, này chuyển động nhẹsâu sắc ảnh hưởng đến tính chất của hemoglobin. Các ràng buộc hợp tác xã oxy bởi Hemoglobin đã quan trọngTầm quan trọng sinh lýDuyên tương đối oxy của hemoglobin và myoglobin phản ánh tương ứng của họvai trò sinh lý (xem hình 15,20). Myoglobin, là một protein lưu trữ oxy, có mộtái lực lớn hơn cho O2 hơn hemoglobin ở tất cả ôxy áp suất. Hemoglobin, như cácvận chuyển oxy, trở nên bão hòa với O2 trong phổi, nơi áp suất thành phần củaO2 (pO2) là khoảng 100 torr.1 trong các mao mạch của mô, pO2 thường là 40 torr, và oxy-gen được giải phóng khỏi Hb. Trong cơ bắp, một số của nó có thể bị ràng buộc bởi myoglobin, phảilưu trữ cho sử dụng trong thời đại của thiếu thốn oxy nghiêm trọng, chẳng hạn như trong thời gian tập thể dục vất vả.Hemoglobin có một -2 cấu trúc tetrameric 2Như đã nêu, hemoglobin là một 2 2 tetramer. Mỗi bốn subunits có một conforma-tion hầu như giống hệt nhau của myoglobin (hình 15.21). Các subunits đóng gói trong mộtmảng tứ diện, tạo ra một hình cầu khoảng phân tử 6.4 - 5,5- 5,0 nm. Bốnheme nhóm, nép mình trong hàm ếch dễ thành lập giữa E và Fhelices của mỗi polypeptide, được tiếp xúc trên bề mặt của các phân tử. HemeNhóm là khá xa nhau; 2.5 nm ngắt các ion sắt gần nhất, những người hemes 1và 2, và những người hemes 2 và 1. Sự tương tác tiểu đơn vị chủ yếu là giữa dis-tương tự như dây chuyền: mỗi người trong số các - chuỗi là tiếp xúc với cả hai - chuỗi, nhưng có vài- hoặc -tương tác.Oxy hóa đáng kể làm thay đổi cấu trúc Đệ tứ của HbCác tinh thể deoxyhemoglobin vỡ khi tiếp xúc với O2. Hơn nữa, x-quang pha lê-lographic phân tích cho thấy rằng oxyhemoglobin và deoxyhemoglobin khác nhau rõ rệttrong cấu trúc Đệ tứ. Đặc biệt, cụ thể - tương tác tiểu đơn vị thay đổi. Cácđịa chỉ liên lạc của hai loại. 1 1 và 2 2 địa chỉ liên lạc liên quan đến helices B, G, và H vàgóc GH. Các địa chỉ liên lạc được mở rộng và quan trọng đối với các tiểu đơn vị đóng gói; họvẫn không thay đổi khi hemoglobin đi từ deoxy của nó vào các hình thức oxy. 1 2và liên hệ với 2 1 địa chỉ liên lạc được gọi là trượt. Họ chủ yếu liên quan đến helices C và Gvà FG góc (hình 15.24). Khi hemoglobin trải qua một conformationalNFeN1N2 N3N4 IITôiIIIIVN6OO5Máy bay hemeF8 của mìnhCon số 15.23 sáu liganding vị trí của một ion sắt.FFAHFECDB22GGBHACEFCon số 15.24 cái nhìn bên của một trong hai - nguyên trongHB, với - đóng gói địa chỉ liên lạc chỉ ra màu xanh lam. CácTrượt các địa chỉ liên lạc được thực hiện với dimer khác được hiển thịmàu vàng. Những thay đổi trong các danh bạ trượtHiển thị trong hình 15,25. (Tác giả: Irving Geis. Quyền sở hữubởi Howard Hughes Medical Institute. Không được sao chépmà không có sự cho phép.)1The torr là một đơn vị của áp lực được đặt tên theo Torricelli, nhà phát minh của thước đo. Một torr tương ứngđể 1 mm Hg (1/760th của một bầu không khí).