Исследование методами молекулярной динамики и лазерной кинетической спектроскопии миграции молекулы кислорода в изолированной β-цепи гемоглобина человека

Методами молекулярной динамики и лазерной кинетической абсорбционной спектроскопии исследован процесс миграции молекулы кислорода (О₂) в изолированных β-цепях гемоглобина человека. Показано, что встраивание атомов ксенона (Xe) в изолированные β-цепи приводит к уменьшению характеристического времени наиболее медленной компоненты геминальной рекомбинации О₂ с белком. Такое изменение обусловлено уменьшением внутрибелкового пространства, доступного для миграции молекулы O₂ после встраивания инертного газа в Xe-связывающие области белка. Методом молекулярной динамики показано, что за время протекания геминальной рекомбинации в изолированных β-цепях молекула O₂ посещает как Xe2-, так и Xe1-сайт белка. Определены аминокислоты, участвующие в формировании первичного и вторичных сайтов белка. Полученные результаты важны для понимания механизма связывания молекулы О₂ как нативным тетрамером гемоглобина человека, так и искусственными переносчиками кислорода на основе гембелков.

1. E. Antonini, M. Brunori. Hemoglobin and Myoglobin in their Reactions with Ligands, North-Holland Publication Company, Amsterdam, London (1971)

2. M. F. Perutz. Nature, 228 (1970) 726—739

3. Q. H. Gibson. Biochem. J., 71 (1959) 293—303

4. J. S. Philo, J. W. Lary. J. Biol. Chem., 265 (1990) 139—143

5. I. Birukou, R. L. Schweers, J. S. Olson. J. Biol. Chem., 285 (2010) 8840—8854

6. С. В. Лепешкевич, Н. В. Коновалова, Б. М. Джагаров. Биохимия, 68, № 5 (2003) 676—685

7. B. M. Dzhagarov, S. V. Lepeshkevich. Chem. Phys. Lett., 390, N 1-3 (2004) 59—64

8. S. V. Lepeshkevich, N. V. Konovalova, I. I. Stepuro, B. M. Dzhagarov. J. Mol. Struct., 735-736 (2005) 307—313

9. S. V. Lepeshkevich, B. M. Dzhagarov. FEBS J., 272, N 23 (2005) 6109—6119

10. D. A. Duddell, R. J. Morris, N. J. Muttucumaru, J. T. Richards. Photochem. Photobiol., 31 (1980) 479—484

11. R. J. Morris, Q. H. Gibson, M. Ikeda-Saito, T. Yonetani. J. Biol. Chem., 259 (1984) 6701—6703

12. D. A. Chernoff, R. M. Hochstrasser, A. W. Steele. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 77 (1980) 5606—5610

13. B. M. Dzhagarov, V. A. Galievsky, N. N. Kruk, M. D. Yakutovich. Dokl. Akad. Nauk, 366 (1999) 38—41

14. S. V. Lepeshkevich, J. Karpiuk, I. V. Sazanovich, B. M. Dzhagarov. Biochemistry, 43, N 6 (2004) 1675—1684

15. Q. H. Gibson. Biochemistry, 38, N 16 (1999) 5191—5199

16. W. A. Eaton, L. K. Hanson, P. J. Stephens, J. C. Sutherland, J. B. R. Dunn. J. Am. Chem. Soc., 100, N 16 (1978) 4991—5003

17. B. I. Greene, R. M. Hochstrasser, R. B. Weisman, W. A. Eaton. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 75, N 11 (1978) 5255—5259

18. S. V. Lepeshkevich, I. V. Sazanovich, M. V. Parkhats, S. N. Gilevich, B. M. Dzhagarov. Chem. Sci., 12, N 20 (2021) 7033—7047

19. A. Pesce, M. Nardini, S. Dewilde, L. Capece, M. A. Marti', S. Congia, M. D. Salter, G. C. Blouin, D. A. Estrin, P. Ascenzi, L. Moens, M. Bolognesi, J. S. Olson. J. Biol. Chem., 286 (2011) 5347—5358

20. B. A. Springer, S. G. Sligar, J. S. Olson, G. N. Phillips Jr. Chem. Rev., 94 (1994) 699—714

21. J. M. Friedman. Science, 228 (1985) 1273—1280

22. C. Savino, A. E. Miele, F. Draghi, K. A. Johnson, G. Sciara, M. Brunori, B. Vallone. Biopolymers, 91, N 12 (2009) 1097—1107

23. S. V. Lepeshkevich, S. A. Biziuk, A. M. Lemeza, B. M. Dzhagarov. Biochim. Biophys. Acta, 1814, N 10 (2011) 1279—1288

24. M. F. Lucas, V. Guallar. Biophys. J., 102 (2012) 887—896

25. M. S. Shadrina, G. H. Peslherbe, A. M. English. Biochemistry, 54 (2015) 5268—5278

26. M. S. Shadrina, A. M. English, G. H. Peslherbe. J. Am. Chem. Soc., 134 (2012) 11177—11184

27. M. Takayanagi, I. Kurisaki, M. Nagaoka. J. Phys. Chem. B, 117 (2013) 6082—6091

28. S. V. Lepeshkevich, S. N. Gilevich, M. V. Parkhats, B. M. Dzhagarov. Biochim. Biophys. Acta, 1864, N 9 (2016) 1110—1121

29. E. Bucci, C. Fronticelli. J. Biol. Chem., 240 (1965) 551—552

30. R. C. Neuman Jr., W. Kauzmann, A. Zipp. J. Phys. Chem., 77 (1973) 2687—2691

31. S. V. Lepeshkevich, B. M. Dzhagarov. Biochim. Biophys. Acta, 1794 (2009) 103—109

32. S. V. Lepeshkevich, M. V. Parkhats, A. S. Stasheuski, V. V. Britikov, E. S. Jarnikova, S. A. Usanov, B. M. Dzhagarov. J. Phys. Chem. A, 118, N 10 (2014) 1864—1878

33. С. В. Лепешкевич, А. Л. Позняк, Б. М. Джагаров. Журн. прикл. спектр., 72, № 5 (2005) 670—677

34. S. V. Lepeshkevich, M. V. Parkhats, I. I. Stepuro, B. M. Dzhagarov. Biochim. Biophys. Acta, 1794, N 12 (2009) 1823—1830

35. H. J. C. Berendsen, D. Van der Spoel, R. Van Drunen. Comp. Phys. Commun., 91 (1995) 43—56

36. D. Van der Spoel, E. Lindahl, B. Hess, G. Groenhof, A. E. Mark, H. J. C. Berendsen. J. Comp. Chem., 26 (2005) 1701—1719

37. E. Lindahl, B. Hess, D. Van der Spoel. J. Mol. Mod., 7 (2001) 306—317

38. W. Humphrey, A. Dalke, K. Schulten. J. Mol. Graphics, 14 (1996) 33—38

39. Y. Cheng, T.-J. Shen, V. Simplaceanu, C. Ho. Biochemistry, 41 (2002) 11901—11913

40. I. Birukou, J. Soman, J. S. Olson. J. Biol. Chem., 286 (2011) 10515—10529