НЕРАВНОВЕСНЫЕ СОСТОЯНИЯ МИОГЛОБИНА. НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ФОТОГЕНЕРАЦИЯ, СТРУКТУРА, РЕЛАКСАЦИЯ

Прусаков В. Е., Лэмб Д. К., Парак Ф. Г., Дударева Т. В., Гольданский В. И.
Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН, 117977 Москва; Мюнхенский технический университет, Институт Е17, Гархинг, ФРГ
Метмиоглобин кашалота восстановлен в интервале температур 20 - 180 К трис-2,2ў- дипиридильным комплексом Ru(II), фотовозбужденным 1,2 мкс лазерными импульсами (l = 460 нм) с энергией 33 мДж. При этом образуется неравновесное состояние белка, где восстановленное гемовое Fe(II) сохраняет характерную для Fe(III) в исходном metMb координацию с молекулой воды и является низкоспиновым (S = 0). Оптические абсорбционные спектры показывают, что фотогенерированный восстановленный интермедиат миоглобина идентичен низкоспиновому интермедиату, образующемуся при низкотемпературном (T=90 K) восстановлении metMb термализованными электронами. Особенностью спектра восстановленного низкоспинового интермедиата является расщепление b- и a-полос (при Т = 20 К пики соответственно при 529 и 537 нм и при 557 и 568 нм), что указывает на искажение порфирина. Полоса Сорэ низкоспинового интермедиата сдвигается в коротковолновую область спектра при нагреве образца выше 100 К. Нагрев до 180 К приводит к сдвигу ее пика (Тизм. = 20 К) с ~427,6 до ~425,6 нм. Сделан вывод, что сдвиг полосы Сорэ обусловлен размораживанием в интермедиате выше 100 К локальных структурных изменений в области гема, а именно смещением Fe(II) к плоскости гема. Оптические и мессбауэровские исследования показывают, что ниже 140 К низкоспиновый интермедиат миоглобина метастабилен, но при более высоких температурах релаксирует до дезоксимиоглобина с диссоциацией связи Fe(II) - H2O, переходом Fe(II) в высокоспиновое состояние и r - t изменением конформации белка. Релаксация интермедиата в исследованном интервале температур (150 - 190 К) неэкспоненциальна во времени, указывая на распределение по величине ее активационной энтальпии. Найдено, что кинетику релаксации низкоспинового интермедиата невозможно описать в предположении одного, общего для всех исследованных температур исходного гамма- или гауссова распределения по активационной энтальпии, что можно объяснить структурными изменениями в интермедиате и флуктуационными переходами между конформационными подсостояниями белка, роль которых увеличивается с ростом температуры. Проведены эксперименты по фотолизу связи Fe(II) - H2O в низкоспиновом интермедиате белка. Найдено, что при этом образуется с выходом до 50% вторичный высокоспиновый интермедиат белка, абсорбционные спектры которого сходны со спектрами deoxyMb. Высокоспиновый интермедиат метастабилен при T Ј 20 K, однако выше 20 К связь Fe(II) с молекулой воды восстанавливается с регенерацией низкоспинового интермедиата. Релаксация высокоспинового интермедиата неэкспоненциальна во времени и до 150 К хорошо описывается в предположении одного исходного гамма-распределения по активационной энтальпии. Работа поддержена проектом РФФИ 99-04-48208.