Гемоглобин у бактерий

До недавнего времени специалисты считали, что гемо- глобины есть только у организмов, построенных из высших клеток. Напомним, что гемоглобин — это белковый клубок, в который встроены гемы. Гем — рабочий орган гемоглобина — похож на бутерброд из органических молекул, проложенных ионом железа. Этот двухвалентный ион то присоединяет, то отдает кислород.

Высшие клетки, эукариотические, весьма велики по размерам и перегорожены внутриклеточными мембранами. Диффузия — просачивание кислорода — не обеспечивает им нужной скорости подачи окислителя. Без гемоглобина-кислородоносителя организмы-эукариоты, в том числе и мы с вами, просто бы задохнулись. Эволюционно более древние прокариоты — к ним относятся бактерии и синезеленые водоросли — вдвое- втрое меньше по размерам, перегородок внутри не имеют и, как считалось, им для жизни хватает простой диффузии молекул кислорода.

И вот английский кристаллограф Макс Перуц, который в 1962 году получил Нобелевскую премию за открытие структуры гемоглобина, в одном из недавних номеров международного научного журнала «Нейчур» представил работу своих коллег из Японии и США. Речь шла о нитчатой бактерии витреосцилла. которая живет в стоячих водоемах. Витреосцилла питается, вылавливая из мутной воды аминокислоты и окисляя их. Кислорода на окисление надо много, а в стоячей воде перебои с кислородом — дело обычное. Примерно десять лет назад у витреосциллы был открыт белок, содержащий гем. В существование у прокариотических клеток такого сложного белка, как гемоглобин, сперва не поверили даже первооткрыватели. Но в ходе эксперимента они увидели, что спектр окисленной формы бактериального белка удивительно похож на спектр окисленного гемоглобина и миоглобина.

И вот окончательно расшифрована аминокислотная последовательность гемоглобина витреосциллы. Белок состоит из двух цепей по 146 аминокислот. При сравнении последовательностей оказалось, что в 35 участках бактериальный белок совпадает с гемоглобином хорошо знакомых нам люпинов. Общий предок у бактерий и садового люпина — воистину неисповедимы пути эволюции!

Все известные гемоглобины аминокислотой гистидин сцеплены с атомом железа в геме. Исключение — американский зверек опоссум, у которого вместо гистидина к атому железа присоединяется глютамин. Так вот, у витреосциллы на месте гистидина тоже глютамин — выходит, н сумчатый опоссум произошел от одного эволюционного предка с нею?

Зачем бактерии гемоглобин? Перуц отвечает, что количество его в клетке витреосциллы увеличивается в пятьдесят раз, когда концентрация кислорода в воде падает. Таким образом, бактерия не столько «дышит», сколько запасает кислород на нужды обмена. Возможно, что примитивный гемоглобин появился в процессе эволюции с целью запасать кислород для окисления пищи, для питания, а вовсе не для дыхания.