Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Железосвязывающие белки - это белки- носители и металлопротеины, которые играют важную роль в метаболизме железа [1] и иммунном ответе. [2] [3] Железо необходимо для жизни.

Железозависимые ферменты катализируют множество биохимических реакций и могут быть разделены на три широких класса в зависимости от структуры их активного центра: негемовые моножелезные, негемовые дижелезные или гемовые центры. [4] Хорошо известное семейство железозависимых ферментов включает оксигеназы, которые способствуют присоединению гидроксильной группы одного или обоих атомов от O 2 . Известные ферменты включают триптофандиоксигеназу, ферредоксин и 2-оксоглутаратдиоксигеназу. [5]

Гемовые белки [ править ]

Группа гема использует четыре экваториальных лиганда в порфириновом кольце, причем два аксиальных лиганда представляют собой боковую цепь гистидина и молекулярный кислород.

Гемовые белки - это протеины, содержащие простетическую группу гема. Гемовая группа состоит из порфиринового кольца, координированного с ионом железа. Четыре атома азота в порфириновом кольце действуют как лиганд для железа в центре. Во многих случаях экваториальный порфирин дополняется одним или двумя аксиальными лигандами. Примером этого является гемоглобин, где порфирин работает вместе с боковой цепью гистидина и связанной молекулой O 2 , образуя октаэдрический комплекс.

Гемоглобин [ править ]

Основная статья: Гемоглобин
Визуальное изображение конформационных изменений, которым подвергается гемоглобин при связывании кислорода.

Гемоглобин - это белок, переносящий кислород, который встречается практически у всех позвоночных. Гемоглобин А - основной тип, обнаруживаемый у взрослых людей. Это тетрамер, состоящий из двух альфа и двух бета-субъединиц. Каждая из четырех мономерных единиц содержит простетическую группу гема, в которой катион трехвалентного железа связан между четырьмя атомами азота порфиринового кольца. Наряду с гистидином апоформа имеет пять лигандов, окружающих атом железа. Кислород связывается с пустой шестой позицией, образуя октаэдрический комплекс в голо форме. [6] Связывание кислорода полностью кооперативно для каждой из субъединиц, потому что, когда первый кислород связывается с одной из четырех гемовых групп, белок претерпевает резкие конформационные изменения, которые резко увеличивают сродство к кислороду трех других субъединиц. [7]

Гемоглобин имеет различное сродство в зависимости от pH, структуры и парциального давления CO 2 . Гемоглобин плода - это вариант, содержащий две гамма-субъединицы вместо двух бета-субъединиц. Гемоглобин плода является преобладающей формой до тех пор, пока младенцу не исполнится несколько месяцев, и он имеет большее сродство к кислороду, чтобы компенсировать низкое кислородное давление крови матери во время беременности. [8] Гемоглобин имеет более низкое сродство к кислороду при низком pH. Это обеспечивает быструю диссоциацию, поскольку оксигенированный гемоглобин транспортируется к клеткам по всему телу. Из-за образования CO 2 и водного образования угольной кислоты в дышащих клетках насыщенный кислородом гемоглобин диссоциирует, чтобы доставить в клетки необходимый кислород. [9]Гемоглобин имеет сродство связывания с оксидом углерода , которое в 250 раз больше, чем с кислородом. Это является причиной отравления угарным газом , поскольку гемоглобин больше не может переносить кислород к клеткам.

Цитохромы [ править ]

Основная статья: цитохром

Цитохромы - это гемсодержащие ферменты, которые действуют как переносчики одиночных электронов, в первую очередь как переносчики электронов при окислительном фосфорилировании и фотосинтезе. Типы хорошо изученных цитохромов включают цитохромы ac, цитохромоксидазу и цитохром P450. [10] Эти белки действуют как переносчики электронов, переключая степень окисления атома железа гема с двухвалентного (Fe 2+ ) на трехвалентное (Fe 3+ ). Различные цитохромы в сочетании с другими окислительно-восстановительными молекулами образуют градиент стандартных восстановительных потенциалов, который увеличивает эффективность взаимодействия энергии во время передачи электронов.

Белки железо-сера [ править ]

Основная статья: железо-серный белок

Белки железо-сера - это белки со структурой железа, которая включает серу. Железо и сера могут принимать различные формы в белках, но наиболее распространенными являются [2Fe 2S] и [4Fe 4S]. Кластеры часто связаны с остатками цистеина в белковой цепи. [11]

Негемовые белки [ править ]

Основная статья: негемовый белок железа

Трансферрин [ править ]

Визуализация структуры трансферрина сыворотки человека.
Основная статья: Трансферрин

Трансферрин содержится в плазме человека и используется для транспортировки и импорта негемового железа. [12] Он свободно перемещается во внеклеточном пространстве. [13] Когда железо необходимо клетке, оно попадает в цитозоль с помощью рецептора трансферрина . Трансферрин может связывать два иона Fe (III) вместе с анионом (обычно карбонатом). Чтобы высвободить железо, карбонатный анион протонируется. Это изменяет взаимодействие карбоната с белком, изменяя конформацию и позволяя переносить Fe (III).

Трансферрин имеет молекулярную массу около 80 кДа. Это гликопротеин, что означает, что к его аминокислотной цепи присоединены сахара.

Лактоферрин [ править ]

Основная статья: лактоферрин

Лактоферрин является членом семейства трансферринов и является преобладающим белком, обнаруживаемым в экзокринных секретах млекопитающих, таких как слезы, молоко и слюна. Он состоит примерно из 700 остатков и существует в основном в виде тетрамера, причем соотношение мономер: тетрамер составляет 1: 4 при концентрациях белка 10 мкМ. [14] Третичная структура состоит из двух долей, называемых долями N и C, каждая из которых содержит один карман для связывания железа. Каждый карман содержит четыре аминокислоты (два тирозина, один гистидин и один аспартат) и вместе с двумя карбонатными или бикарбонатными анионами образует шестичленную координату вокруг катиона железа. Именно эта специфическая комбинация делает лактоферрин сродством к железу в 300 раз больше, чем трансферрин. [15]

Изображение лактоферрина (слева), конкурентно связывающего железо над сидерофором E. coli (справа).

Лактоферрин обладает значительными антимикробными свойствами. Его самая высокая концентрация - 150 нг / мл - содержится в молозиве человека (тип молока, производимого на последних стадиях беременности), что обеспечивает столь необходимую иммунную поддержку новорожденным. [16] Было широко распространено мнение, что лактоферрин был только бактериостатическим агентом из-за его высокого сродства к железу и его способности изолировать свободные атомы железа от патогенных микробов. Однако теперь известно, что основная движущая сила противомикробного действия заключается в бактерицидных свойствах связанного с железом кармана и специфического пептида лактоферрицина, расположенного в N-доле. Лактоферрин может связываться с ЛПС ( липополисахарид) слой бактерий, и в его голо форме атом железа окисляет липополисахариды, лизируя внешнюю мембрану и одновременно производя токсичный перекись водорода. [17] Кроме того, при расщеплении лактоферрина трипсином образуется пептид лактоферрицин, который связывается с H + -АТФазой, нарушая транслокацию протонов и в конечном итоге убивая клетку. [18]

Ферритин [ править ]

Белковая структура полностью собранного ферритина. Одиночная субъединица окрашена в фиолетовый цвет.
Основная статья: Ферритин

Ферритин - это железный резервуар для отдельной клетки. Он обнаружен во всех типах клеток и локализуется в цитозоле. Ферритин - это большой белок, состоящий из 24 субъединиц, окружающих ядро, полное атомов железа. Он способен удерживать от 0 до 4500 атомов железа [19], который может использоваться в качестве резервуара для клеточных нужд. Железо накапливается в избытке и извлекается, когда железо снова требуется. [12] Субъединицы представляют собой смесь H (тяжелая или сердечная) и L (легкая или печеночная). Субъединицы образуют кластер шириной 70-80 ангстрем, который затем заполняется ферригидритом железа. [20]

Ферритин - это высококонсервативный белок во всех сферах жизни. Он настолько консервативен, что субъединицы лошадей и людей могут собираться вместе в функциональный белок. [12] Каждая субъединица состоит из пяти альфа-спиралей.

Ферритин используется для диагностики низкого уровня железа у людей. [19] Его можно использовать для определения уровня биодоступного железа, что полезно для диагностики анемии. Обычный диапазон для мужчин составляет 18–270 нг / мл, а для женщин - 18–160 нг / мл. [21]

См. Также [ править ]

  • Утюг

Внешние ссылки [ править ]

  • Железосвязывающие + белки по медицинским предметным рубрикам Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)

Ссылки [ править ]

  1. ^ Брок JH (1989). «Железосвязывающие белки». Acta Paediatrica Scandinavica. Дополнение . 361 : 31–43. DOI : 10.1111 / apa.1989.78.s361.31 . PMID  2485582 . S2CID  44752615 .
  2. ^ Де Соуза М, Breedvelt Ж, Dynesius-Трентам R, Трентам D, Lum J (1988). «Железо, железосвязывающие белки и клетки иммунной системы». Летопись Нью-Йоркской академии наук . 526 (1): 310–22. Bibcode : 1988NYASA.526..310S . DOI : 10.1111 / j.1749-6632.1988.tb55515.x . PMID 3291685 . S2CID 12756539 .  
  3. Перейти ↑ Kaplan J, Ward DM (август 2013 г.). «Сущность использования и регулирования железа» . Текущая биология . 23 (15): R642-6. DOI : 10.1016 / j.cub.2013.05.033 . PMC 3928970 . PMID 23928078 .  
  4. ^ Соломон Э.И., Брунольд Т.С., Дэвис М.И., Кемсли Дж. Н., Ли С. К., Ленерт Н., Низ Ф., Скулан А. Дж., Ян Ю. С., Чжоу Дж. (Январь 2000 г.). «Геометрическая и электронная структура / взаимосвязь функций в негемовых ферментах железа». Химические обзоры . 100 (1): 235–350. DOI : 10.1021 / cr9900275 . PMID 11749238 . 
  5. ↑ Cheng AX, Han XJ, Wu YF, Lou HX (январь 2014 г.). «Функция и катализ 2-оксоглутарат-зависимых оксигеназ, участвующих в биосинтезе флавоноидов растений» . Международный журнал молекулярных наук . 15 (1): 1080–95. DOI : 10.3390 / ijms15011080 . PMC 3907857 . PMID 24434621 .  
  6. ^ Menis, Оскар (1968). «Техническая нота 454» . Аналитическая химия Координация Раздел: Резюме деятельности июля 1967 года по июнь 1968 года . Гейтерсбург, доктор медицины: Отдел аналитической координационной химии Отдел аналитической химии Институт исследования материалов. DOI : 10.6028 / nbs.tn.454 .
  7. ^ Михайлеску MR, Руссу IM (март 2001). «Признак перехода T ---> R в гемоглобине человека» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (7): 3773–7. Bibcode : 2001PNAS ... 98.3773M . DOI : 10.1073 / pnas.071493598 . PMC 31128 . PMID 11259676 .  
  8. ^ Берг JM, Tymoczko JL, Stryer L (2002). Биохимия (5-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 0716730510. OCLC  48055706 .
  9. ↑ Hasselbalch KA (декабрь 1964 г.). «Расчет концентрации ионов водорода в крови в зависимости от связывания свободного и связанного диоксида углерода и кислорода в зависимости от Ph». Обзор анестезиологии . 8 (6): 607–32. DOI : 10.1097 / 00132586-196412000-00059 .
  10. ^ Л., Ленингер, Альберт (2000). Принципы биохимии Ленингера . Нельсон, Дэвид Л. (David Lee), 1942-, Кокс, Майкл М. (3-е изд.). Нью-Йорк: Издательство Worth. ISBN 1572591536. OCLC  42619569 .
  11. ^ Джонсон, Дебора С .; Дин, Деннис Р .; Смит, Арчер Д .; Джонсон, Майкл К. (18 февраля 2005 г.). «Структура, функции и формирование биологических кластеров железа и серы». Ежегодный обзор биохимии . 74 (1): 247–281. DOI : 10.1146 / annurev.biochem.74.082803.133518 . ISSN 0066-4154 . PMID 15952888 .  
  12. ^ a b c Aisen P, Enns C, Wessling-Resnick M (октябрь 2001 г.). «Химия и биология метаболизма железа в эукариотах». Международный журнал биохимии и клеточной биологии . 33 (10): 940–59. DOI : 10.1016 / s1357-2725 (01) 00063-2 . PMID 11470229 . 
  13. ^ «TF - предшественник серотрансферрина - Homo sapiens (человек) - ген и белок TF» . www.uniprot.org . Проверено 11 ноября 2018 .
  14. ↑ Baker EN, Baker HM (ноябрь 2005 г.). «Молекулярная структура, связывающие свойства и динамика лактоферрина». Клеточные и молекулярные науки о жизни . 62 (22): 2531–9. DOI : 10.1007 / s00018-005-5368-9 . PMID 16261257 . 
  15. ^ Mazurier J, Spik G (май 1980). «Сравнительное исследование железосвязывающих свойств трансферринов человека. I. Полное и последовательное насыщение железом и десатурация лактотрансферрина». Biochimica et Biophysica Acta . 629 (2): 399–408. DOI : 10.1016 / 0304-4165 (80) 90112-9 . PMID 6770907 . 
  16. Перейти ↑ Sánchez L, Calvo M, Brock JH (май 1992 г.). «Биологическая роль лактоферрина» . Архив болезней детства . 67 (5): 657–61. DOI : 10.1136 / adc.67.5.657 . PMC 1793702 . PMID 1599309 .  
  17. ^ Farnaud S, Evans RW (ноябрь 2003). «Лактоферрин - многофункциональный белок с антимикробными свойствами». Молекулярная иммунология . 40 (7): 395–405. DOI : 10.1016 / S0161-5890 (03) 00152-4 . PMID 14568385 . 
  18. ^ Kuwata H, Yip TT, Yip CL, Tomita M, Hutchens TW (апрель 1998 г.). «Бактерицидный домен лактоферрина: обнаружение, количественное определение и характеристика лактоферрицина в сыворотке с помощью аффинной масс-спектрометрии SELDI». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях . 245 (3): 764–73. DOI : 10.1006 / bbrc.1998.8466 . PMID 9588189 . 
  19. ^ а б Эндрюс NC (июль 2008 г.). «Ковка поля: золотой век биологии железа» . Кровь . 112 (2): 219–30. DOI : 10.1182 / кровь-2007-12-077388 . PMC 2442739 . PMID 18606887 .  
  20. ^ Крайтон RR, Charloteaux-Wauters M (май 1987). «Транспортировка и хранение железа». Европейский журнал биохимии . 164 (3): 485–506. DOI : 10.1111 / j.1432-1033.1987.tb11155.x . PMID 3032619 . 
  21. ^ «Что такое анализ крови на ферритин? Что означают результаты?» . WebMD . Проверено 11 ноября 2018 .