Реферат: Cульфгемоглобин и сульфмиоглобин

4. Сульфгемоглобин и сульфмиоглобин

Рис. 5. ЭСП сульфгемоглобина

Представителями данной группы являются сульфгемоглобин и сульфмиоглобин - неактивные формы дыхательных белков зеленого цвета. Впервые были обнаружены в 1863 году Хоуп-Сейлером, который наблюдал образование зеленого пигмента при воздействии на белки H₂S в присутствии кислорода^[7].

Выше было указано, что за цвет хромопротеидов отвечает их простетическая группа, роль которой в гемоглобине играет гем. Поэтому ответ о наличие ярко-зеленой окраски cульф-гемпротеидов следует искать в структуре сульфгема.

4.1 Сульфгем. Строение

Несмотря на то, что образование сульф-гемпротеидов было обнаружено еще в 1863 году, долгое время точная структура их простетической группы (сульфгема) была неизвестна. Однако было известно, что изменение цвета вызывает наличие дополнительного атома S в структуре гема. С течением времени были предложены различные его модификации (Рис. 6).

Структура Fe-S (Рис. 6, 1) была исключена, так как наличие серы в качестве лиганда не приводит к изменению спектра в видимой области. Так же стал известен тот факт, что сульфгем способен связывать ряд экзогенных лигандов (цианиы, гидроксид, оксид углерода), но при этом все же сохранили характерный зеленый цвет. Изменение цвета гема дает понять, что было нарушено сопряжение системы внутреннего ядра π электронов порфиринового макроцикла. Поэтому также была исключена модификация только заместителей (Рис. 6, 2), которые являются аналогом тиоловых гематопорфиринов. Нахождение атома S в позиции мезо (Рис. 6, 3, либо таутомер 4), также маловероятно, поскольку оксо - (oxophlorins) или тиафлорины (thiaphlorins) с серой не имеют схожих видимых спектров к сульфгему. Позднее было установлено, что видимый спектр сульфгема наиболее похож на феррохлорин. Феррохлорин - ферропорфирин, в котором один из пирролов является пирролином (частично насыщенный по двойной связи пиррол). Такое сопряжение макро-кольца было доказано ЯМР-исследованиями, которые так же показали, что один атомом S ковалентно связывается с гемом, образуя сульфгем (Berzofsky и соавт., 1972а). Отсутствие включения трития, казалось, исключает структруру 5. Основным камнем преткновения в характеристике сульфгема стала его крайняя нестабильность, при отщеплении от белка. Несмотря на это, сульф-гемпротеиды являются достаточно стабильными белками, извлеченный сульфгем быстро разлагается до протопорфирина IX. Структура (Рис. 6, 6) эписульфида оказалась наилучшей из всех рассмотренных гипотез для объяснения структуры сульфгема, так как оказалось, что это хлорин содержащий один атом S, предположительно в достаточно напряженной части, которая внешние по отношению к белку может вернуться к исходному порфирина^[8].

Рис. 6. Предполагаемые модификации сульфгема

Ключевым прорывом стало открытие, что сульфгем, существует различных формах. Это было впервые обнаружено ЯМР-исследованиями сульфмиоглобина (Timkovich и Вавра, 1985). Предполагается, что первым продуктом модификации гема является кинетически предпочтительный вид 1 (Рис. 7), который постепенно переходит в термодинамически более стабильную форму с течением времени (Рис. 7, 2). Третья форма 3 образуется путем циклизации в кольце пиррола В 4-винил группы с одним атомом S с образованием 5-ти членного цикла - 2,5 - дигидротиофена. Следует отметить, что в образовании сульфгема важную роль играет гистидиновый остаток активного центра гемоглобина - дистальный гистидин, не связанный непосредственно с атомом железа (Рис. 7) ^{[3], [9]}.

Рис. 7. Активный центр миоглобина, связанный с кислородом (слева) и сульфмиоглобин (справа)

Таким образом, можно сделать вывод о неоднородности строения сульфгема.

Рис. 8. Структура сульфгема

Отметим, что ни гемоглобин, ни миоглобин не могут быть вновь получены из сульф-форм естественными механизмами в эритроцитах ^[3].

4.2 Связывание с кислородом

Включение атома серы в макро-кольцо гема и образование хлорина способствует перераспределению электронной плотности от двухвалентного железа к периферии кольца хлорина, что снижает сульфгема к молекуле кислорода. Коэффициент Хилла для сульфгемоглобина равен 1.

Последующие исследования показали, что на самом деле, сульфгем-протеины способны связывать обратимо кислород, но с более низкой аффинностью, чем немодифицированные белки. Отметим, что связывание кислорода в сульфмиоглобином в 2500 раз, а случае сульфгемоглобина в 135 раз меньше, по сравнению с нативными гем-протеидами^{[3], [10]}.

гемоглобин оксигенация сульфагем

Выше уже говорилось о таком заболевании, как сульфгемоглобинемия, при которой, образованный по разным причинам H₂S взаимодействует с гемом гемоглобинов, меняя его структуру. Подобная конверсия приводит к нарушению способности гемоглобина связывать кислород.

Сульфгемоглобанемия достаточно редкое заболевание, симптомы которого выражаются в голубоватом или зеленом оттенках цвета крови, кожи и слизистых оболочек. Причиной возникновения данного состояния, как правило, является прием лекарственных средств, содержащих сульфаниламиды и сульфасалазин (например, суматриптана). Другой возможной причиной является постоянные контакты с соединениями серы связанные с профессиональной деятельностью^[II].

Известны тяжелые случаи сульфгемоглобанемии. Так летом 2008 года в больницу Святого Павла канадского города Ванкувер поступил 42-летний мужчина, с тяжелым случаем синдромом сдавливания нижних конечностей. Пациент был направлен в операционную, где перед началом операции у него был взят анализ крови. Какого же было удивление врачей, когда они обнаружили, что кровь пациента имела зеленый цвет. Образец крови был направлен в лабораторию, где было установлено, что причиной зеленой крови является сульфгемоглобанемия, вызванная передозировкой суматриптана.

Список использованной литературы и информации

1.   Блюменфельд, Л.А. Гемоглобин // Соросовский образовательный журнал. - 1998. - №4 - C. 33-38.

2.      Марри, Р.К. Биохимия человека: в 2-х томах / Роберт К. Марри, Дерил К. Граннер, Питер А. Мейес, Виктор В. Родуэлл; под общ. ред. Л.М. Гинодмана; Т. 1. Пер. с англ.: - М.: Мир, 1993. - 384 с., ил. - C. 52 - 61.

ISBN 5-03-001774-7

3.   Pietri, R. Hydrogen Sulfide and hemeproteins: knowledge and mysteries / R. Pietri, E. Roman-Morales, J. Lуpez-Garriga // Forum review. - 2010. - P. 1-47.

4.      Szabó, C. Hydrogen sulphide and its therapeutic potential / C. Szabó // Nature reviews. - 2007. - Vol. 6. - Р. 917 - 935.

.        Kabil, O. Redox Biochemistry of Hydrogen Sulfide / O. Kabil, R. Banerjee // J. Biol. Chem. - 2010. - Vol. 285. - №29. - P. 21903-21907.

.        Berzofsky, J.A. Sulfheme Proteins. Part I. Optical and magnetic properties of sulfmyoglobin and its derivatives / J.A. Berzofsky, J. Peisach, W.E. Blumberg // J. Bio. Chem. - 1971. - Vol. 246 - №10 - P. 3367-3377.

.        Sykes A.G. Advances in inorganic chemistry / A.G. Sykes, Volume 51. - Academic Press. San Diego, California, 2001. - P 37-39. - ISBN 0-12-0236571-6

.        Bondoc, L.L. Structure of a Stable Form of Sulfheme / L.L. Bondoc, Mei-Hing Chau, Mary Ann Price, R. Timkovich // Biochemistry - 1986. - Vol. 25 - P. 8458-8466.

.        Chatrield, M.J. Proton NMR Characterization of Isomeric Sulfmyoglobins: Praparation, Interconvertion, Reactivity Patterns and Structural Features / M.J. Chatrield, G.N. La Mar, R.J. Kauten // Biochemistry - 1987. - Vol. 26 - №22 - P. 6939-6949.