Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 76
Текст из файла (страница 76)
Такой тип связывания гораздо более чувствителен к концентрации лиганда и используется во многих мультисубъединичных белках. Принципы аллостеричсского взаимодействия применимы также и к регуляторным ферментам, как мы увидим Лалсс в гл. 6. 51 Обратимое связываниебелковсамуилами:белки,связывающие кислород !зЗ0! 0 1Ц" 1 — 0 Ка (5-15) Р+ п1.
= Р1 (5-12) 1Р1.„! 1РПЦ" (5-13) 0= 1Ц" [Ц" + Кл ° (5-14) Кооперативные копформационные изменения зависят от различий в структурной стабильности отдельных частей белка, обсуждавшихся в гл. 4. Центр связывания аллостерического белка обычно построен из устойчивых фрагментов, поблизости от которых расположены сравнительно лабильные участки, способные часто менять свою конформацию или находящиеся в беспорядочном перемещении (рис.
5-13). При связывании лигацда подвижные части центра связывания стабилизируются в определенной конформации, что вызывает изменение конформации прилежащих участков полипептидной цепи. Если бы весь центр связывания имел жестко зафиксированную структуру, то при связывании лиганда лишь небольшие структурные изменения могли бы возникать в нем самом и распространяться на другие участки белка. Подобно миоглобину, гемоглобин может связывать не только кислород, но и другие лиганды.
Важным примером является связывание моно- оксида углерода (угарного газа), который связывается с гемоглобином примерно в 250 раз лучше, чем кислород. Вдыхание СО может вызвать очень тяжелые последствия для здоровья человека (доп. 5-1). Кооперативное связывание яиганаа кожно описать количественно Кооперативное связывание кислорода с гемоглобином впервые было проанализировано Арчибальдом Хиллом в 1910 г.
Именно на этой работе основан общий подход к изучению кооперативного взаимодействия лигапдов с мультнсубъсднннчными белками. Для белка, имеющего н центров связывания, уравнение 5-1 можно привести к виду з выражение для константы ассоциации можно записать следующим образом: Аналогично уравнению 5-8 запишем выражение лля О Произвелсм перестановку и возьмем логарифм обеих частей уравнения: !я(, — — ) = л!я! Ц вЂ” !ккя 9 (5-13) 0 где Кз= !Ц"ял Выражение 5-16 называют уравнением Хилла, а график в координатах!810/(1 — 0)~ от 181Ц называют графиком Хилла. В соответствии с уравнением угол наклона графика Хилла должен быть равен н.
Но угол наклона, определенный на основании экспериментальных данных, на самом леле отражает нс число центров связывания, а степень взаимолействия между ними. Поэтому угол наклона графика Хилла, названный коэффициентом Хилла (нн), является мерой кооперативности. Если коэффициент Хилла равен единице, связывание лиганда нс кооперативное, что возможно даже в мультисубъсдиничном белке, если его субъединицы нс взаимодействуют лруг с другом. Значение пн > 1 указывает на наличие положитсльной кооперативности прн связывании лиганда. Именно такая ситуация наблюдается в случае гемоглобина, когда связывание одной молекулы лиганда способствует связыванию других молскул.
Теоретический верхний предел значения нн равен и. В подобном случае взаимодействие полностью кооперативное: все центры связывания на молекуле белка должны связывать лиганд одновременно, и не должно существовать частично насыщенных лигандом молекул белка. На практике этот предел никогла не достигается; измеряемое значение пл всегда меньше реального числа центров связывания лиганда в белке. Значение пл( 1 говорит об отрицательной кооперативности, т.
е. о явлении, при котором связывание одной молекулы лиганда препятствует связыванию остальных. Детально описанных случаев отрицательной кооператинности известно мало. Для того чтобы применить уравнение Хилла к связыванию кислорода с гемоглобином, нам следует заменить! Ц на рОз и Кз на Р"зл.' [24>0] Часть 1.
5. Функции белков Озеро Пауэлл, Аризона, СШЛ, август 2000 г. Семья проводила каникулы ца арендованной плавучей барже. Они включили электрический генератор, поскольку пользовались кондиционером и смотрели телевизор. Пример>ю через четверть часа два брата в возрасте 8 и 11 лет спрыгнули в воду с кормовой палубы. Прямо под ней находилась вытяжка генератора.
Всего за две минуты оба мальчика надышались угарным газом, накопившимся в пространстве под палубой, и утонули. Этот случай, а также многие другие, произошедшие в 1990-е гг. на плавучих баржах подобной конструкции, привели к тому, что эти сула были от< званы для реконструкции вытяжки генераторов. Монооксид углерода (СО, угарный газ) — газ без цвета и запаха; во всем мире ежегодно более половины умерших от отравления погибли от действия угарного гьза. Сродство СО к гсмоглобину примерно в 250 раз превышает сродство кислорода. В результате сравнительно невысокий уровень СО в воздухе может привести к трагическим последствиям.
Комплекс, образующийся при связывании СО с гемоглобином, называют карбоксигсмоглобином (СОНЬ). Некоторое количество СО образуется в результате естественных процессов, однако локальное высокое содержание этого газа в воздухе, как правило, является результатом деятельности человека. Очень болыпой вклад в повышение уровня СО вносят выхлопные газы и шаоабркзные отходы производств„поскольку СО— побочный пролукг неполного сторания ископаемого топлива. Только в СП1А ежегодно <жало 4000 человек становятся жертвой отравления СО (как случайно, так и преднамеренно). Многие несчастные случаи связаны с накоплением СО в замкнутых пространствах, например в домах при неаккуратном протапливапии печи.
Однако отравиться СО можно и на открытом воздухе, влыхая выхлопы генераторов, лодочных моторов, тракторов, различных транспортных средств или газонокосилок. Концентрация СО в атмосфере редко достигает опасного уровня: обычно она колеблется от 0,05 ррш (частей на миллион) в отдаленных и малонаселенных районах до 3 — 4 ррш в некоторых городах северного полушария. По нормам, принятым в СШЛ, количеств> поглощенного человеком за восьмичасовой рабочий день СО не должно превышать 50 ррш.
Высокое сродсти> СО к гемоглобину означает, что СОНЬ может накапливаться в организме человека, постоян- но находнщегося вблизи источника СО, пусть даже с низким уроннем содержания этого газа. В среднем у здоровоп> человека до 1% общего гемоглобина крови связано в комплексе СОНЬ. Поскольку СО содержится в табачном дыме, у многих курильщиков уровень связанного в виде СОНЬ гемоглобина составляет 3 — 8%, а у заядлых курилыцнкоа может достигать 15%. У лк>дей, которые на протяжении нескольких часов пышат воздухом с солержаннем 570 ррш СО, уровень СОНЬ достигает 50%.
Были разработаны точные методы, позволяющие определять у(ювеиь СОНЬ в крови па основании содержания СО в атмосфере (рис. 1). На плавучих баржах, имеющих генератор с таким выхлопным устройством, как то, что послужило причиной смерти мальчиков па озере Пауэлл, уровень СО под кормовой палубой л<ктигал 6 — 30 тыс. ррш, а уровень кислорода там щ<ижен г 21 до 12%. Даже на кормовой палубе концентрация СО составляла около 7200 ррш; этого вполне достаточно, чтобы вызвать смерть за считанные минуты. Как влияет СОНЬ на состояние человека? Если в кол<плексе связано менее 10% всего гемоглобина, то симптомы практически не наблк>даются. При уровне 15% у некоторых людей начинаются головные боли, а при 20 — 30% щи боли становятся очень сильными н обычно сопровождаются тошнотой, п>ловокружспием, 14 12 10 ж 6 ж <з О 4 0 0 20 40 60 60 100 Содержание СО (ррш> Рис.
1. Соотношение между уровнеи СОНЬ в крови и концентрацией СО а воздухе. Зксперименты проводили а четырех типах условий, причем сравнивали резуль>зтк краткого и длительного воздействия СО, а также воздействие СО на человека в состоянии покоя и при физической нагрузке. 53 Обратимое связывание белков с ли»андами: белки, связывающие кислород 12411 нарушением ориентации и зрения. Подобные симптомы обычно исчезают, сели пациенту дают дышать кислородом. При уровне СОНЬ от 30 до 50% нсврологичгские проявления становятся более тяжелыми, а при 50% СОНЬ человек теряет сознание и может впасть в кому; возможна остановка дыхания.
Если человек подвсргался воздействию СО длительное время, ж> некоторыс нарушения могут стать необратимыми. Смерть обычно наступает при уровне СОНЬ выше 60%. Вскрытие тел мальчиков, погибших на озере Пауэлл, показало, что уровень СОНЬ у них составлял 59 и 52%. На связывание СО с гемоглобином оказывают влияние несколько факторов, в том числе физическая нагрузка(рис. 1) и изменение давления воздуха на разной выатге над уровнем моря. Из-за высоков> базовога уровня СОНЬ в крови курильщики часто ощущают симптомы от возлействия СО быстрее, чем пекуря»цис.
Люди с заболеваниями сердца, легких и крови, при которых снижается доступ кислорода к тканям, также >жгут ощущать симптомы отравления при более пизхои уровне СО, чем здоровые люди. Особенно высокому риску при повышении уровня СО подагр»ается плод в утробе матери, поскольку гемоглобин плода кисет ешс более высокое сродство к СО, чем гсмоглоб>»и взрослого. Известны случаи отравления угарным >юом беременных жен>цип, когда пло>» поп»бал, а мать оставалась жива. Может показаться странным, что связывание половины гемоглобина в комплексе СОНЬ приводит к гибели, в то время как люди с тяжелой анемией, при которой уровень НЬ снижен вдвое, живут практически нормально Дело заключается в тол», что связывание СО не только узк»яст часть гемоглобина, способного переносить кислород.
но и воздействует на сродство к кислороду сво(юдных субъелиниц гемоглобина. При связывании СО с одной или двумя субъедииицами тетрамера гемоглобика сродство к О> у остальных субъединиц повышается (рис. 2). Такой гемоглобин может аффективно связывать цклород в легких, но очень неохотно высвобождает его в тканях.
Недостаток кислорода в тканях быстро привод»т к тяжелым пк>»едствиям. Кроме того, воздействие нее»ран ичи вается только связыванием гемоглобина; СО юаимолсйствует с другими гслювыми белками и мпогиии мезаллопротеинами. Все детали этих взаимодействий гюе нс выяашны, однако считается, что именно здесь к(естся причина некоторых долгосрочных проявлений мтроп>, но нс смертельного отравления СО.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
