5.15. Мутации в области контактов нарушают аллостерические взаимодействия

Для функционирования гемоглобина в качестве эффективного переносчика кислорода необходимо сохранение всех его аллостерических свойств. Целостность участка, связывающего гем, и правильная укладка субъединиц гемоглобина - условие необходимое, но отнюдь не достаточное для полноценного функционирования. Важная роль принадлежит аминокислотным остаткам, локализованным в области контактов между субъединицами, так как некоторые из этих остатков передают информацию от одной субъединицы к другой. Контакты между одноименными субъединицами гемоглобина немногочисленны и по своей природе полярны, тогда как контакты между разноименными субъединицами обширны и в основном неполярны. Существуют два типа контактов между а- и -цепями, обозначаемые соответственно а и а. Как уже отмечалось, -контакт играет, по-видимому, ключевую роль в передаче аллостерических взаимодействий, судя по тому, что именно в этой области наблюдается значительное перемещение атомов при оксигенировании гемоглобина. Об этом свидетельствует и тот факт, что почти все гемоглобины с заменами в области контактов проявляют пониженную кооперативность. Более того, обычно и сродство этих гемоглобинов к кислороду отличается от нормы.

Рис. 5.18. Молекула гемоглобина принимает нормальную структуру, только если в положении стоит остаток глицина. Поскольку именно в этом участке перекрещиваются спирали для большей, чем у глицина, боковой цепи нет места.

Например, гемоглобин Kempsey характеризуется торр, тогда как для нормального гемоглобина равно 26 торр. При этой мутации аспартат в положении в -цепи заменен аспарагином. Почему такая замена проявляется в значительном повышении сродства к кислороду? Вспомним, что в дезоксигемоглобине область а -контакта в норме стабилизирована водородной связью между остатками аспартата и тирозина в -цепи (разд. 4.9). Эта водородная связь обеспечивает устойчивость -состояния (tense, напряженное), характерного для нормального дезоксигемоглобина. Отсутствие указанной водородной связи в гемоглобине Kempsey уменьшает стабильность -состояния, сродство к кислороду в результате повышается. В обратной ситуации в тех же случаях, когда в результате мутации нарушается стабильность R (релаксированного) состояния, следует ожидать снижения сродства к кислороду. Действительно, гемоглобина Kansas равен 70 торр. У больных с таким гемоглобином резко выражен цианоз, поскольку уровень насыщения кислородом их

артериальной крови составляет 0,6 против 0,97 в норме. В гемоглобине Kansas произошла замена аспарагина на треонин, вследствие чего не образуется той водородной связи, которая в норме стабилизирует оксигемоглобин.