Hemoglobin and myoglobin as reducing agents in biological systems. Redox reactions of globins with copper and iron salts and complexes


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

In addition to reversible O2 binding, respiratory proteins of the globin family, hemoglobin (Hb) and myoglobin (Mb), participate in redox reactions with various metal complexes, including biologically significant ones, such as those of copper and iron. HbO2 and MbO2 are present in cells in large amounts and, as redox agents, can contribute to maintaining cell redox state and resisting oxidative stress. Divalent copper complexes with high redox potentials (E0, 200-600 mV) and high stability constants, such as [Cu(phen)2]2+, [Cu(dmphen)2]2+, and CuDTA oxidize ferrous heme proteins by the simple outer-sphere electron transfer mechanism through overlapping π-orbitals of the heme and the copper complex. Weaker oxidants, such as Cu2+, CuEDTA, CuNTA, CuCit, CuATP, and CuHis (E0≤ 100-150 mV) react with HbO2 and MbO2 through preliminary binding to the protein with substitution of the metal ligands with protein groups and subsequent intramolecular electron transfer in the complex (the site-specific outer-sphere electron transfer mechanism). Oxidation of HbO2 and MbO2 by potassium ferricyanide and Fe(3) complexes with NTA, EDTA, CDTA, ATP, 2,3-DPG, citrate, and pyrophosphate PPi proceeds mainly through the simple outer-sphere electron transfer mechanism via the exposed heme edge. According to Marcus theory, the rate of this reaction correlates with the difference in redox potentials of the reagents and their self-exchange rates. For charged reagents, the reaction may be preceded by their nonspecific binding to the protein due to electrostatic interactions. The reactions of LbO2 with carboxylate Fe complexes, unlike its reactions with ferricyanide, occur via the site-specific outer-sphere electron transfer mechanism, even though the same reagents oxidize structurally similar MbO2 and cytochrome b5 via the simple outer-sphere electron transfer mechanism. Of particular biological interest is HbO2 and MbO2 transformation into met-forms in the presence of small amounts of metal ions or complexes (catalysis), which, until recently, had been demonstrated only for copper compounds with intermediate redox potentials. The main contribution to the reaction rate comes from copper binding to the “inner” histidines, His97 (0.66 nm from the heme) that forms a hydrogen bond with the heme propionate COO group, and the distal His64. The affinity of both histidines for copper is much lower than that of the surface histidines residues, and they are inaccessible for modification with chemical reagents. However, it was found recently that the high-potential Fe(3) complex, potassium ferricyanide (400 mV), at a 5 to 20% of molar protein concentration can be an efficient catalyst of MbO2 oxidation into metMb. The catalytic process includes binding of ferrocyanide anion in the region of the His119 residue due to the presence there of a large positive local electrostatic potential and existence of a “pocket” formed by Lys16, Ala19, Asp20, and Arg118 that is sufficient to accommodate [Fe(CN)6]4–. Fast, proton-assisted reoxidation of the bound ferrocyanide by oxygen (which is required for completion of the catalytic cycle), unlike slow [Fe(CN)6]4– oxidation in solution, is provided by the optimal location of neighboring protonated His113 and His116, as it occurs in the enzyme active site.

Об авторах

G. Postnikova

Institute of Cell Biophysics

Автор, ответственный за переписку.
Email: gb_post@icb.psn.ru
Россия, Pushchino, Moscow Region, 142290

E. Shekhovtsova

Institute of Cell Biophysics

Email: gb_post@icb.psn.ru
Россия, Pushchino, Moscow Region, 142290

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Pleiades Publishing, Ltd., 2016

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».