Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_3 (1123311), страница 17
Текст из файла (страница 17)
ст. Сигмоидные кривые характерны только для ряда мультнмерных дыхательных белков. Миоглобнн н другие мономерные белки обыч- гу. жидкАЕ сРедА ОРГАе!изма 1238 но имеют низкое значение р,м при связывании От. Тетрахтерная форма НЬ человека (аара) имеет, следовательно, две характерные черты: сигмоидную кривую диссоциации НЬОх и высокое значение рыт при связывании Оа. юо бо Рис. 31.7, Крлвые связывания кислорода гемоглобииом: 1 — чистый НЬ, т. е.
в отсутствие ОРО н СОы 2 — НЬ при рсо„=-40 мм рт. ст.; 8 — НЬ в присутствии 1,2 моля ОРЙ на 1 моль НЬ (тетрамера атрт); 4 — НЬ в присутствии ОРО и СОа в тех же коннентрапиях, что н в случаях кривых 2 и 3 соответственно; 5 — кровь прн рсо =40 мм рт. ст. Растворы гемоглобина: рН 7,22 при бог', насышения; кровь: РН 7,4, что соответствует рН 7,22 внутри клеток. (К1!таг11л У.
У., Вг. Меб. Ви!., 32, 209 (!976).) тв 40 во р~, мм ряс сп1. 31.3.2. Вещества„влияющие на соединение гемоглобина с кислородом Связывание гемоглобином Ов зависит не только от ро,, но и от рН, концентрации СОт, 2,3-дифосфоглицерата (0РСг) и некоторых анионов, таких, как С! . Как показано на рис. 31.7, увеличение (СОт1 или (0Рхг) понижает сродство НЬ к От при постоянном рН. Процессы связывания Ом Н+, СОв и 0РО с НЬ взаимозависимы; изменение концентрации одного из этих веществ влияет на связывание НЬ с другими. Взаимозависимость действия этих веществ на НЬ иногда называют кооперативным эффектом гемоглобина.
Связывание гемоглобином Оь его транспорт и доставка к тканям тонко регулируются; Н+, СОа и 0РСг функционируют аналогично эффекторам ферментов, а форма кривых насыщения гемоглобина Ох аналогична сигмоидным кривым зависимости скорости реакции от концентрации субстрата для аллостернческих ферментов (гл. В). Зс ГЕМОГЛОБИН И ХИМИЯ ДЫХАНИЯ 1239 3! Л.2Л. Влннине дноасада углерода н протоноет аффект Вора Из рис. 31.6 и 31.7 видно. что при изменении рсо, в среде, окружающей эритроцит, меняется равновесие системы НЬ вЂ” От; феномен известен как эффект Бора. Этот эффект наблюдается также в растворах чистого НЬ и обусловлен полностью сдвигом рН, связанным с изменением рсо,.
Повышение 1Н+) связано с быстрой гидратацией СО, в эритроцитах 1разд. 31.6); образуется НтСОМ которая при рН крови диссоциирует на Нч и НСОз . СОт+ НтО ~ ~ НтСОт ~-:е Н+ + НСОа Оксигенировапие НЬ приводит к сдвигу кажущегося рК, ряда кислотных групп белка от 7,71 до 6,17; следовательно, НЬОт является более сильной кислотой, чем НЬ. Обратимую реакцию, которая характеризует эффект Бора, схематически можно представить следующим образом: ННЬ++ О, аг=ь НЬО + Н+ Процесс не является стехиометрическим. При связывании 1 экв.
От освобождается приблизительно 0,7 моля Н+. Эффект Бора имеет большое физиологическое значение. Когда .артериальная кровь попадает в зону тканей, СОт диффундирует в эритроциты, понижая 1потенциально) рН и 1поскольку осуществляется реакция Н++НЬОт — ~От+ННЪ') сродство НЬ к Оь В лег.ких потеря СОь в результате которой мог бы потенциально увеличиться рН, повышает сродство НЬ к Оа и, следовательно, способствует насышенню НЬ кислородом в условиях относительно низкого ро . СОт также связывается с НЬ с образованием карбаминогемотлобнна; схематически эту реакцию можно представить следуюшим образом: О т НЬ вЂ” 1ЧНт+СОт «- --— -.а НЬ вЂ” 1ЧН вЂ” С вЂ” О +Н+ Реакция легко обратима, н количество образующегося карбаминогемоглобина определяется рсо,, Оказалось, что СОа связывают только Х-концевые а-аминогрупйы. Это следует нз данных о том, что карбамоилгемоглобнн, образующийся в результате реакции .цнаната с четырьмя а-амниогруппами НЪ О О 1! НЬ вЂ” Ын + С=— 1Ч+ Н~ ~~ НЬ вЂ” 1ЧН вЂ” С вЂ” 1ЧН ие связывает СОт.
Сродство к СОа а-аминогруппы 6-цепей НЬ приблизительно в три раза больше, чем сродство а-аминогруппы гт-цепей. Далее, в идентичных условиях больше СОт связывается с НЬ, чем с НЬОг. 2140 РК ЖИДКАЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА Зцз.2.3. Влияние 2,3-кнфасфоглнцерата Главной фракцией фосфатов в эритроцитах является РРО (равд. 32.2.1), его внутриклеточная концентрация составляет приблизительно от 4 до 5 мМ, т.
е. примерно такая же, как и кон цеитрация НЬ. ПРО связывается с тетрамерным НЬ при нейтрала иом рН, образуя комплекс с соотношением компонентов 1:1, константа связывания К„равна приблизительно 10~ М-'. К„для связывания ПРО с НЬОЗ примерно в 10 раз меньше. Главным следствием различий К, является снижение в присутствии 1)РО сродства НЬ к О,. Это схематично показано в следующем урав венин: НЬО +ЮРЙ я: ь НЬ нпо+Оа Таким образом, при фиксированной 1НЬОЗ1 увеличение ПРО повышает диссоциацию НЬОИ или, наоборот, увеличение ро,, приводящее к образованию НЬОь способствует диссоциации комплекса НЬ.ОРО.
1)РО может служить чувствительным показателем адаптации к гипоксии, и его концентрация значительно возрастает на больших высотах (примерно на 20~А при высоте 15000 футов над уровнем моря). Фитат, гексафосфат миоинозита (равд. 15.7.3), обладает еще более высоким, чем ПРО, сродством к НЬ; он находится в эритроцнтах птиц, которые (при данном ро,) освобождают даже больше Оь чем эритроциты человека.
31.4. Механизм действия гемоглобина Сравнение четвертнчиых структур различных форм гемоглобинов, установленных с помощью рентгеноструктурного анализа высокого разрешения, показало, что между структурами дезоксигемоглобина и гемоглобинов, связанных с лигандами, имеется ряд различий. Сопоставление этих структур и функциональных свойств НЬ и НЬО, в растворе привело к формулированию представлений о вероятном механизме реакций кооперативного связывания, осуществляемых гемоглобнном. В дезоксигемоглобине имеется несколько соленых мостиков, образованных остатками аминокислот, как ноказа|ио схематически на рис. 31.3.
Полагают, что эти мостики способствуют стабилиза. ции дезоксиструктуры и что они разрушаются прн образовании. НЬОР Далее, в НЬ Туг 140 и Туг 145 каждой оцепи погружены в глубь молекулы, а — БН-группа Суз593 находится на поверхности. В оксигемоглобине НЬОЗ четыре остатка тирозина находятся нв поверхности молекулы, а две — БН-группы погружены. Оксигепироваиие НЬ сопровождается также перемещением субъединиц; структурные изменения происходят главным образом в областк 1241 З1.
ГПМОГЛОВИН И ХИМИЯ ДЫХАНИЯ Нзме-а~ 127 1уз (Н!О) асоо ООС-р-г66 Азр (А4) (нсз)аа!41дгй !гамаа~!чй (НА!) Д; М-С вЂ” МНз".". ООС-а!126 Азр (Н9) Н + аСОО .--Н Ме "!О Суа (СЗ) (НСЗ)2!146 Н1~ !ю+ч--. ооой-!ьлар 94 (ГО!) МН 411н (С02)аа4ЗО!о-тСОО=---"Н М-С вЂ” М-а!92Агй (Гцч) Рис. 31.8. Остатки аминокислот НЬ, ооразующие соленые мостики Пунктирные линии показывают волевые мостики между приведенными остатками. Звездочками отмечены группы, участвующие в аффекте Бора. 1гп+ — положительно заряженная имидазольная группа гистидииа.
(ВоЫм!и!. М., Бг. Атее. Бпн., 22, 217 (1976).) а1рз-контактов (рис. 3!.1). Изменении в области а1рз-контактов приводит к повороту субъединиц относительно осей вращения и изменению взаиморасположения субъеднниц. Кроме того, гемовые карманы более раскрыты в НЬОт. У основания центральной полости НЬ (рис. 31.1) ))-цепи образуют участок связывания ()РС, как показано на рис. 31.9.
Ртрицательно заряженная молекула РРС образует солевые мостики с кластером находящихся в этой зоне положительно заряженных групп. Связывание РРО способствует стабилизации четвертичной структуры дезоксягемоглобина, однако оказывает незначительное влияние на третичную структуру субъедпниц.
При оксигенироваиии стенки центральной полости сближаются, при этом разрушается участок связывания РРС и последний освобождается. Полагают, что система соленых мостиков, специфические контакты субъединиц и связывание ()Р() способствуют тому, что четыре группы гема в НЬ находятся в состоянии пониженного сродства к кислороду. В этом дезоксисостоянии, характеризующемся низким сродством к кислороду и называемом Т-структурой, атомы железа гема выступают над плоскостью порфиринового кольца, и размер гемовых $у, жидкая сРедА ОРгАипзмА о» ~нт А Нь нн сн 3143 НВ Ъ Ф' нг сн н' В2на н, ОРС 1А о нн', сн р! Ча! о й .сн Р!43 !!н сн 5» 1А-О,! Им Рис.
31.9. Структура свявывввяцега участка для отрицательно ввряжеявого 2,3-яифосфоглицервтв (17РС) в геыоглооиве человека. 1А11вюгг!и Д 'г» Вг. Ме»1. Вв!1. 32, 2!1 (1976).) карманов несколько меньше, чем в НЬОА. Когда Ов связывается с атомом железа гема первой субъединнцы, ее третичная структура изменяется. Зтн изменения индуцируют структурные изменения в других субъединицах, и при последующем связывании кислорода диссоциирует ОРО, фопмируются характерные для НЬОв контакты между субъедияицами; в результате структурных изменений гемового кармана увеличивается сродство к кислороду неоксигенированных гемовых групп.
НЬОт имеет более релаксировапную, чем НЬ, так называемую К-отру!стуру, обладающую значительно большим, чем Т-структура, сродством к Ов. Эффект Бора также обусловлен структурными различиями между НЬ и НЬОА, которые приводят к изменению характера взаимодействий, в которых участвуют Н1зр!46 и Ъ'а1о1. В НЬ Н)зр146 образует солевые мостики (рис. 31.8), а в НЬОт его имидазольное кольцо не участвует в электростатических взаимодействиях, В НЬ Н)з6146 имеет рК 8, а в НЬОв его рК снижается до 7,1.
Таким образом, при рН 7,4 Н)зр146 в НЬ может акцептировать больше Н+. Н)зр146 ответствен приблизительно за 40"-1о общей величины аффекта Бора. Ча!а!, который также образует соленые мостики 1242 З1 ГЕМОГЛОВИН И ХИМИЯ ДЫХАНИЯ ЧВИ1ВЕРШИЧНВИ сюпйкшнрв двзоисигемогпобин оисигемо" гпобин трегпичиая сшрэипгзри а езоиси- оиси1емогпобин гемоглобин Рис. З1.10. Аллостсрический мехзнизм кооперативного вззимодействив Оз. СОз, Н+ и РРО с гемоглобином. Малыми кввдрвтнкзми обозначены а-субъединипы, более ьрупнмми — й-субъединипы. Линии между субъединипвми обозначают солевые мостики. которые разрушаются при оксигеннровзнии НЬ и отсутствуют в НЬОз. Формы, по-вгшимому слишком нестабильные, чтобы их можно было обнзружнть в растворе, изображены пунктирными лнниямн, (Регп1к М. Г., Вг.
Мед. Впп 32, 16 (1676)3 в НЬ (рис. 31.8), ответствен за 20оо этого эффекта. Остаток Ъ'а1а! вовлечен в сеть электростатических взаимодействий, и которых участвуют С1- и гуанидиновая группа Лупа!41. Эта сеть отсутствует в НЪОз и при образовании НЬОз С! — диссоциирует. РК а-аминогруппы Ъга!а! в НЬ на 0,5 единицы выше, чем в НЬОз, что позволяет этим группам в НЬ акцептировать больше Н+ при 7,4. О стабилизации структуры НЬ хлорид-ионом свидетельствуют данные, показывающие, что в отсутствие С1- уменьшается эффект Бора и увеличивается сродство НЬ к Оз.
Другие группы, имеющие отношение к эффекту Бора, не идентифицированы. СО, также присоединяется к а-аминогруппам НЬ и способствует стабилизации дезоксиструктуры. Когда СОз реагирует с аминогруппами Ъ'а!а1. то образующаяся отрицательно заряженная карбаминогруппа (равд. 31.3.2.1) вытесняет С! из сети электростатических взаимодействий, в которую вовлечена гуанидииовая группа Агна141 (рис. 31.8). Присоединение СОз влияет также на связывание ПРО, поскольку (уРО (так же как и СОз) взаимодействует с а-аминогруппами р-цепи.
На основе перечисленных выше структурно-функциональных корреляций был предложен представленный в виде схемы на рис. 31.10 аллостерическнй механизм обратимого связывания Оз гемоглобином. По идее он подобен механизмам, предложенным для аллостерических ферментов (гл. 8). Как указано на рис. 31.10, определенные концентрации различных эффекторов НЬ и НЬОз 1У. ЖИДКАЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА 1244 смещают равновесия между Т- и м-структурами, а не переводят их полностью либо в одну, либо в другую конформацию. Более того, согласно предлагаемому механизму, переход между структурами может происходить на любой стадии связывания Оь он зависит от концентрации РРО, Н+, СОЕ и С1-; при этом нельзя выделить одну предпочтительную последовательность перехода Т-структур в К-структуры. 31.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
