Кооперативні зміни конформації протомеров - студопедія

О2 зв'язується з протомеров гемоглобіну через Fe 2+. який з'єднаний з чотирма атомами азоту піррольних кілець тема і атомом азоту

Мал. 1-32. Будова гемоглобіну.

Гіс F8 білкової частини протомеров. Зв'язування О2 з залишилася вільної координаційної зв'язком Fe 2+ відбувається по інший бік від площини гема в області Гіс Е7 (аналогічно тому, як це відбувається у міоглобіну). Гіс Е7 не взаємодіє з О2. але забезпечує оптимальні умови для його зв'язування (рис. 1-33).

У дезоксігемоглобіне завдяки ковалентного зв'язку з білкової частиною атом Fe 2+ виступає з площини гема в напрямку Гіс F8. Приєднання О2 до атому Fe 2+ одного протомеров викликає його переміщення в площину гема, за ним переміщуються залишок Гіс F8 і поліпептидний ланцюг, до складу якої він входить. Так як протомеров пов'язаний з іншими протомеров, а білки володіють конформационной лабільністю, відбувається зміна конформації всього білка. Конформаційні зміни, що відбулися в інших протомеров, полегшують приєднання наступної молекули О2. що викликає нові конформаційні зміни в білку і прискорення зв'язування наступної молекули О2. Четверта молекула О2 приєднується до гемоглобіну в 300 разів легше, ніж перша молекула (рис. 1-34).

Мал. 1-33. Зміна прложенія Fe 2+ і білкової частини гемоглобіну при приєднанні О2.

Мал. 1-34. Кооперативні зміни конформації протомеров гемоглобіну при приєднанні О2.

Зміна конформації (а отже і функціональних властивостей) всіх протомеров олігомерного білка при приєднанні ліганду тільки до одного з них носить назву кооперативних змін конформації протомеров.

Аналогічним чином в тканинах дисоціація кожної молекули О2 змінює конформацію всіх протомеров і полегшує відщеплення наступних молекул О2.

Криві дисоціації О2 для міоглобіну і гемоглобіну

Кооперативность в роботі протомеров гемоглобіну можна спостерігати і на кривих дисоціації О2 для міоглобіну і гемоглобіну (рис. 1-35).

Ставлення зайнятих О2 ділянок зв'язування білка до загальної кількості таких ділянок, здатних до зв'язування, називається ступенем насичення цих білків киснем. Криві дисоціації показують, наскільки насичені дані білки О2 при різних значеннях парціального тиску кисню.

Крива дисоціації О2 для міоглобіну має вигляд простий гіперболи. Це вказує на те, що міоглобін оборотно зв'язується з лігандом, і на це не впливають ніякі сторонні фактори (схема нижче).

Мал. 1-35. Криві дисоціації кисню для міоглобіну і гемоглобіну в залежності від парціального тиску кисню.

Процеси утворення і розпаду оксимиоглобин знаходяться в рівновазі, і ця рівновага зміщується вліво або вправо в залежності від того, додається або видаляється кисень з системи. Міоглобін зв'язує кисень, який в капілярах тканин вивільняє гемоглобін, і сам міоглобін може звільняти О2 у відповідь на зростання потреб у ньому м'язової тканини і при інтенсивному використанні О2 в результаті фізичного навантаження.

Міоглобін має дуже високу спорідненість до О2. Навіть при парціальному тиску О2. рівному 1-2 мм рт. ст. миоглобин залишається пов'язаним з О2 на 50%.

Крива дисоціації О2 для гемоглобіну. З графіка на рис. 1-35 видно, що гемоглобін має значно більш низьку спорідненість до О2; напівнасичення гемоглобіну О2 настає при більш високому тиску О2 (близько 26 мм рт. ст.).

Крива дисоціації для гемоглобіну має сігмоідную форму (S-образну). Це вказує на те, що протомери гемоглобіну працюють кооперативно: чим більше О2 віддають протомери, тим легше йде відщеплення наступних молекул О2.

У капілярах покояться м'язів, де тиск О2 становить близько 40 мм рт. ст. велика частина кисню повертається в складі оксигемоглобина назад в легені. При фізичній роботі тиск О2 в капілярах м'язів падає до 10-20 мм рт. ст. Саме в цій області (від 10 до 40 мм рт. Ст.) Розташовується "крута частина" S-подібної кривої, де найбільшою мірою проявляється властивість кооперативної роботи протомеров.

Отже, завдяки унікальній структурі кожен з розглянутих білків пристосований виконувати свою функцію: миоглобин - приєднувати О2. вивільняється гемоглобіном, накопичувати в клітці і віддавати в разі крайньої необхідності; гемоглобін - приєднувати О2 в легенях, де його насичення доходить до 100%, і віддавати О2 в капілярах тканин в залежності від зміни в них тиску О2

4. Перенесення Н + і С02 з тканин в легені
за допомогою гемоглобіну. ефект Бора

Окислення органічних речовин з метою отримання енергії відбувається в мітохондріях клітин з використанням О2. доставляється гемоглобіном з легких. В результаті окислення речовин утворюються кінцеві продукти розпаду - СО2 і Н2 О, кількість яких пропорційно інтенсивності процесів окислення. СО2. утворився в тканинах, транспортується в еритроцити. Там під дією ферменту карбангідрази відбувається збільшення швидкості утворення Н2 СО3. Слабка вугільна кислота може диссоциировать на Н + і НСО3 -

Рівновага реакції в еритроцитах, що знаходяться в капілярах тканин, зміщується вправо, так як утворюються в результаті дисоціації вугільної кислоти протони можуть приєднуватися до специфічних ділянок молекули гемоглобіну: до радикалам Гіс146 двох? -ланцюгів, радикалам Гіс122 і кінцевим? -аминогруппами двох? -ланцюгів. Всі ці 6 ділянок при переході гемоглобіну від окси- до дезоксіформ набувають більшу спорідненість до Н + в результаті локального зміни амінокислотного оточення навколо цих ділянок (наближення до них негативно заряджених карбоксильних груп амінокислот).

Приєднання 3 пар протонів до гемоглобіну зменшує його спорідненість до О2 і підсилює транспорт О2 в тканини, що потребують ньому (рис. 1-36, А). Збільшення звільнення О2 гемоглобіном в залежності від концентрації Н + називають ефектом Бора (по імені датського фізіолога Християна Бора, що вперше відкрив цей ефект).

У капілярах легенів високий парціальний тиск О2 призводить до дизельні гемоглобіну і видалення 6 протонів. Реакція СО2 + Н2 О - Н2 СО3 - Н + + НСО3 - зсувається вліво і утворюється СО2 виділяється в альвеолярне простір і видаляється з повітрям, що видихається (рис. 1-36, Б). Отже, молекула гемоглобіну в ході еволюції придбала здатність сприймати і реагувати на інформацію, що отримується з навколишнього середовища. Збільшення концентрації протонів в середовищі знижує спорідненість О2 до гемоглобіну і підсилює його транспорт в тканини (рис. 1-37).

Велика частина СО2 транспортується кров'ю у вигляді бікарбонату НСО3 -. Невелика кількість

Мал. 1-36. Перенесення Н + і СО2 з кров'ю. Ефект Бора. А - вплив концентрації СО2 і Н + на вивільнення О2 з комплексу з гемоглобіном в тканинах (ефект Бора); Б - дизельні дезоксигемоглобина в легенях, освіту і виділення СО2.

Мал. 1-37. Вплив рН на криву дисоціації О2 для гемоглобіну.

СО2 (близько 15-20%) може переноситися в легені, оборотно приєднуючись до неіонізованій кінцевим? -аминогруппами. R-NH2 + СО2 = R-NH-COO + Н +. в результаті утворюється карбогемоглобін, де R - поліпептидний ланцюг гемоглобіну. Приєднання СО2 до гемоглобіну також знижує його спорідненість до О2.

5. 2,3-біфосфогліцератом - аллостертескій регулятор спорідненості гемоглобіну до О2

2,3-біфосфогліцератом (БФГ) - речовина, що синтезується в еритроцитах з проміжного продукту окислення глюкози 1,3-біфосфогліцератом.