Biokhimia_T1_Strayer_L_1984 (1123302), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Эти регуляторы оказывают сильнейшее влияние на способность гемоглобина связывать кислород, несмотря на то что они присоединяются к белку в участках, отстоящих далеко от гема. Вообще так называемое алдостерическое взаимодейсгавие, т.е. взаимодействие между пространственно разделенными участками, имеет место во многих белках. Аллостерические эффекты играют важнейшую роль в регуляции и интеграции молекулярных процессов в биологических системах. Гемоглобин является наиболее изученным аллостерическим белком, и потому имеет смысл более подробно рассмотреть его структуру и функцию.
висит от рН, тогда как миоглобин такой зависимости не проявляет. Молекулы СО также влияют на способность гемоглобина связывать кислород. 3. Сродство гемоглобина к кислороду регулируется органическими фосфорными соединениями, в частности бисфосфоглицератом. В результате гемоглобин проявляет меньшее сродство к кислороду, чем миоглобин. 4.2. Кооперативность связывания кислорода гемоглобииом Отношение занятых кислородом участков связывания к их общему числу представляет собой степень насыщения, или просто насыщение гемоглобина кислородом, и обозначается У. Значение У изменяется от 0 (все участки свободны) до 1 (все участки заняты).
График зависимости У от парциального да- 4.1. Функциональные различия между мипглебииом и гемоглпбииом Гемоглобин — аллостерический белок, миоглобин таковым не является. Это различие выражается тремя пу~ями: 1. Присоединение Оз к гемоглобииу повышает связывание дополнительных молекул О, той же молекулой гемоглобина. Другими словами, кислород связывается с гемоглобином кооперативно.
Связывание кислорода миоглобином, напротив, является некооперативным. 2. Сродство гемоглобина к кислороду за- Модель гемоглобина при низком разрешении. а-Цепи представлены желтым, (3-цепи — синим, тем-красным. (Репки М.Р., ТЬе Ьешоя)оЬш гпо!ссп!е, Бс1епгй)с Ашепсап, 1пс., 1964.) 4. Гемоглобин: аллостерический белок Торр— единица давления, численно равная тому давлению, которое производит столбик ртути высотой 1 мм при 0 С и стандартном ускорении силы тяжести (1 мм Н8).
Названа в честь Эванджелисты Торричелли (1608 — 1647), изобретателя ртут- вается следующим уравнением: МЬОг,— МЬ + Ог. [ ПОЛ [МЬОД (2) [МЬОх( [МЬО13 + [МЬ] ' (3) 1,0 [Ог) [Од+ К (4) й о,а Ю б Х 0 10 20 30 40 60 рог, терр РОг РОг + Рзо (5) Рис. 4.2. Диссоциационная кривая кислорода для миоглобина и гемоглобина.
Насьпценность участков, связывающих кислород, показана как функция парциального давления кислорода в окружающем растворе. Часть ! Коиформацив и дввамииа 70 аления кислорода рОг называется кривой диссоииа1)ии кислорода. Кривые диссоциации кислорода для гемоглобина и миоглобина различаются в двух отношениях (рис. 4.2 и 4.3).
Во-первых, при любом РОг для миоглобина насыщение У выше, чем для гемоглобина. Другими словами, миоглобин обла- ного барометра. Второе различие состоит в том, что кривая диссоциа1(ии кислорода в случае миоглобина имеет гиперболическую форму, а в случае гемоглобина — сигмоидную. Как будет указано ниже, сигмоидная форма кривой идеально соответствует физиологической роли гемоглобина как переносчика кислорода в крови.
На молекулярном уровне сигмоидность формы означает, что связывание кислорода гемоглобином происходит кооперативно, т.е. присоединение кислорода к одному гему облегчает его присоединение к остальным. Рассмотрим кривые диссоциации кислорода с количественной с~проны, начав с миоглобина как более простого. Связывание кислорода с миоглобином (МЬ) описы- дает более высоким сродством к О, чем гемоглобин. Сродство к кислоролу характеризуют величиной Р,в, численно равной парциальному давлению кислорода, при котором насыщены 50 н участков связывания (т.е. У=0,5). Для миоглобина Р„составляет обычно 1 торр, а для гемоглобина-26 торр.
Константа равновесия процесса лиссоциа- ции оксимиоглобина составит где [МЬОг) — концентрация оксимиоглобина, [МЬ) — концентрация дезоксимиоглобина, [О13-концентрация свободного кислорода, причем все эти величины выражены в молях на литр. Степень насыщения Уопределяется как Производя замещения в уравнении (3) на основе равенства (2), получаем Поскольку Π— это газ, удобнее выражать его концентрацию в виде РОз, т.е. парциального давления кислорода (в торрах) в окружаю1цей рве~вор атмосфере. Тогда уравнение (4) принимает следующий вид: Уравнение (5) графически выражается гиперболой.
В самом деле, кривая диссоциации кислорода, рассчитанная по уравнению (5) при Р,в, равном 1 торр, хорошо соответствует экспериментальной кривой, полученной для миоглобина. В отличие от этого для гемоглобина кривая диссоциации кислорода имеет сигмоид- !.о (6) [НЬ| [ОД4 [НЬ (О,)е) Рис. 4.4 (8) 1,0 й О,б Й х (рОл) (10) (РОд' + (Р. )" 80 100 РО а легочных альвеолах Рис.
4.3. ную форму и не совпадает ни с одной кривой, описываемой уравнением (5). Это свидетельствует о кооперативном связывании О молекулой гемоглобина. Рассмотрим крайний случай, когда имеются только дезоксигемоглобнн н гемоглобин (НЬ), содержащий 4 связанные молекулы О,: НЬ (Оа)4 ка НЬ + 4О Константа равновесия этой гипотетической реакции составит и далее (рО )4 (ро,)' + (Р„)'' Графически уравнение (8) выражается сигмондной кривой (рис.
4.4). Заметим, однако, что расчетная кривая идет круче, чем кривая, полученная экспериментально. Другими словами, схема процесса, описанная 0 20 40 60 РО, гоРР 2' рса а халилллрах работающеи мылцы Кривая диссоциация кислорода для гемоглобина. На осн абсцисс отмечены значения РО,, характерные для капилляров работающей мьшщы и для альвеол легких. Обратите внимание, что Р, для гемоглобина в физиологических условиях лежит между этими величинами. Я е л о. в л й х 0 10 20 30 40 ВО РОИ терр Кривая насыщения гемоглобина кислородом лежит между диссоциационными кривыми, рассчитанными для и = 1 (не- кооперативное связывание) и л = 4 (полностью кооперативное связывание). уравнением (6), является крайностью. Как же тогда охарактеризовать процесс связывания с промежуточной степенью кооперативности? В 1913 г.
Арчибальд Хилл показал, что кривая, построенная по данным определения связывания кислорода гемоглобином, описывается уравнением, соответствующим гипотетическому процессу: НЬ(О,)„~ НЬ + лО,. (9) Насыщение У в этом случае составит После преобразований получим Последнее уравнение показывает, что отношение оксигема (У) к дезокснгему (1 — У) равно возведенному в л-ю степень отношению рО, к Р„.
Прологарифмируем это уравнение: У 18 — ~ = л 1йрО, — я 18 Р„. (12) 1,1 — У/ Подчеркнем, что зависимость 18[У/(!в — У)1 от !йрОх выразится примоя с !гглом наклона п. Такой график называется графиком Хилла, а величина наклона п в точке полунасыщения кислородом (У= 0,5) составляет коэффициент Хилли. Миоглобин дает линейный график Хилла с и= 1, 0, тогда как гемоглобин — с п = 2,8 (рис.
4.5). Наклон, равный 1,0, означает, что молекулы кислорода присоединяются к миоглобииу независимо друг от друга, как это описано в уравнении (1). С другой стороны, коэффициент Хилла, равный 2,8, указывает на кооперативное связывание кислорода гемоглобин ам. Присоединение О к одному гему облегчает присоединение кислорода к другим гемам того же тетрамера, и обратно: отщепление кислорода от одного тема облегчает его отщепление от остальных.
Другими словами, в молекуле гемоглобина имеется взаимосвязь между гемами. Кооперативность связывания кислорода гемоглобином называют иногда взаимодействием гем — гем. Механизм его мы обсудим ниже. 1О (РОг) График Хилла для связывания кислорода миоглобином и гемоглобнном. Наклон 2,8 для гемоглобина свидетельствует о кооперативном связывании кислорода)миоглобин,напротив, связывает кислород не- кооперативно, о чем свидетельствует наклон кривой, равный 1„0.
72 Часть 1 Коиформапия я дииамвиа 4.3. Кооперативное связывание кислорода гемоглобвиом увеличввает транспорт кислорода Ксюперативное связывание кислорода повыйает эффективность гемоглобина как переносчика кислорода. При изменении парциального давления кислорода насыщение нм гемоглобина меняется быстрее, чем это происходило бы в случае независимости всех участков связывания друг от друга. Рассмотрим такой пример. Допустим, что рО, в альвеолах легких составляет 100 торр, а в капиллярах работающей мышцы — 20 торр.
Пусть Р,ь = 30 торр и и= 2,8. Тогда Ув капиллярах альвеол составит 0,97, а в капиллярах мьшщ — 0,25. Количество высвободившегося в тканях кислорода пропорционально разнице в величинах У, т.е. 0,72. Теперь сделаем тот же расчет для гипотетического переносчика кислорода, который характеризуется тем же Рвв = 30 торр, но не- кооперативно связывает кислород (и = 1). В этом случае У„, „„= 0,77, У„„= 0,41 и ЛУ= 0,3б. Отсюда ясно видно, что кооперативное связывание кислорода гемоглобином по сравнению с некооперативны.н позволяет удвоить высвобождение кислорода в тканях. 4.4. Н+ и СО, способствуют высвобожпеишо Ог (эффект Бора) Изменения рН в широком диапазоне, а также содержание СО, ие оказывают заметного действия на связывание кислорода миоглобином.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
