Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 77
Текст из файла (страница 77)
г>О> в легких рО> в тканях 0,8 0,8 0,4 0,2 4 8 12 рОх (к»»а) Рис. 2. Кривые связывания кислорода для нормального гемоглобинц гемоглобина пациента с анемией, у которого функционирует лишь 50ук гемоглобина„а также гемоглобина пациента, у которого 50уа субъединиц гемоглобина образуют комплексы с СО. Указаны значения рО, в легких и тканях человека. При подозрении на отравление угарным газом необходимо как можно быстрее удалить пострадавп»сто от источника СО, однако это не всегда приводит к быстрой нормализации состояния. При перемещении пострадавшего в нормальную атмосферу кислород начинает вытеснять СО из комплекса с гемоглобипом.
Но солержанис СОНЬ снижается довольно мсллснно: время полувыведеиия СО составляет от 2 до 65 ч в зависимости от индивида и факторов окружающей среды. Если пациенту через маску вводят чистый кислород, то скорость выведения СО увеличивается приГ>лизи- тельно в четыре рава. Если подавать чистый кислород под да»ьзс>»исм 3 атм (303 кПа), то время замены СО па О, сокращается до нескольких лесятков л»пнут. Таким образом, при отравлении СО нсоГ>ходима быстрая и специализированная медицинская помощь.
В предотвращении отравлений могут быть полезны домашние детекторы СО. Это простой и недорогой способ защиты от возможной трагедии. После подготовки материала для дан>юго дополнения мы сами незамедлительно приобрслн несколько новых детекторов СО лля своих квартир. 1242] Чапь1. 5. Функции белков ь ь ! 0: ы -2:. -2 -1 0 ! 2 3 !ядОв Рис.
5-14. Графики Хилла для связывания кислорода с миоглобинои и гемоглобииом. В случае и„= 1 кооперативность не наблюдается. В случае гемоглобина максимальная степень кооперативности л„= 3. Хотя это значение указывает на высокую степень кооперативности, оно все же ниже числа центров связывания кислорода в молекуле гемоглобина. Это обычная ситуация для белков с аллосгерическим механизмом действия. Графики Хилла для миоглобина и гемоглобина представлены на рис. 5-14. Две модели кооперативного связывания Биохимикам уже многое известно относительно Т- и К-состояний гемоглобина, однако механизм переходаТ- Кясен пело конца.
Большой вкладв решение этой проблемы внесли две модели, описывающие кооперативное связывание лиганлов с белками, имеющими несколько центров связывания. Первая модель была предложена Жаком Моно, Джеффри Уаймепом и Жаном-Пьером П!анже в 1965 г, и называется моделью МоноУаймена — Шанже или симметричной моделью (рис. 5-15, а).
В данной модели прелполагается, что субъединицы белка, участвующего в кооперативном взаимодействии с лигандом, функционально идентичны, что каждая субъединица может существовать, по крайней мере, в двух конформациях, и что все субъелиницы одновременно переходят из одной конформации в другую. В рамках данной модели не допускается, что белок может иметь субьедици- цы, находящиеся в разных конформациях. Две конформации находятся между собой в равновесии. Лиганд способен связываться с любой конформацией, но с разным сродством.
Последовательное связывание молекул лнганда с белком в низкоаффпнной конформации (которая наиболее устойчива в случае отсутствия лиганда) повышает вероятность перехола в высокоаффинное состояние. В соответствии со второй моделью, называемой последовательной моделью, предложенной Данизлем Кошландом с коллегами в 1966 г., связывание лнганда может индуцировать копформацпонныс изменения в отдельной субъедиципе.
Коцформационныс изменения в одной субъединице приводят к аналогичным изменениям в соседней, а также повышают вероятность связывания второй молекулы лиганла. Данная молель допускает существование большего числа промежуточных состояний, чем симметричная модель.
Две описанные модели не являются взаимоисключающими. Симметричная модель (которую иногда называют модельк! «все или ничего«) может рассматриваться как частный случай последовательной модели. В гл. 6 мы будем пользоваться зтими моделями лля описания поведения аллостерических ферме!ггои Гемоглобин переносит Н' и СО, Гемоглобин не только переносит от легких к тканям практически весь кислород, необходимый клеткам, но он также переносит образу!ошиеся придыхании клеток Н и СО, от тканей в легкие и гючки, где они выводятся из организма. Газообразный СОь образующийся при окислении органических молекул в митохондриях, вступает в реакцию с водой и образует би карбонат: СОв + НтО Н* + НСОз Данную реакцию катализирует карбоангнзраза, которой особенно много в зритроцитах. Дк оксид углерода не очень хорошо растворяется;; воде, и если бы он не превращался в бпкарб. ж то образовывал бы пузырьки в крови и !ыюлх Как видно из уравнения реакции, гидр;пюыс СО, приводит к повышению концентрации Н (снижению рН) в тканях.
Связывание хпг.юг«- да с гемоглобином очень сильно зависит от;4' и концентрации СО;, так что взаимные !пч ые Н О- НН ! ! С вЂ” М вЂ” С вЂ” С— !! ! !! О К О Карбамнноконцсвой остаток О Н С+ На)Ч вЂ” С вЂ” С— !! ! !! О К О Амнноконцсвой остаток 1,0 В 0,5 (2441 Часть 1. 5. Функции белков где ННО' — это протонированная форма гемоглобина. Из данного уравнении следует, что кривая насыщения гемоглобина кислородом зависит от концентрации Н' (рис.
5-16). Гемоглобин связывает как Оь так и Н ', но с обратным сродст.— вом: при высокой концентрации кислорола (в легких) гемоглобин связывает кислород и высвобождает протон, а при низкой концентрации кислорода (в периферических тканях) гемоглобин связывает протон и высвобождает Оь Кислород и Н" связываются в разных участках молекулы гемоглобина.
Кислород связывается с атомом железа в теме, а Н' — с одним из нескольких аминокислотных остатков белка. Основной вклал в эффект Бора вносит Н!змк (Ньв НСЗ) р-субъединицы. В протопировацпом состоянии этот остаток образует ионную пару с Азрьч (Азр г С)), что способствует стабилизации дезокснгемоглобина в состоянии Т (рис.
5-9). Образование ионной пары стабилизирует протонированную форму НЬ НСЗ, что отражается на аномально высоком значении рК» этой группы в состоянии Т. При переходе в состояние Н рК, э~ого остатка гистидина возвращается к нормальному значению 6,0, поскольку ионная 0 0 2 4 6 8 1О рОа (кНа) Рис. 5-16. Влияние рН иа связывание кислорода с ге- моглобииом.
Значение рН крови в легких составляет 7,6, а в тканях — 7,2. Эксперименты по связыванию кислоро- да с гемоглобииом часто проводят при рН 74. пара распадается; в оксигельоглобине прн рН 7,6 (нормальное значение рН крови в легких) этот остаток в основном находится в депротонпроваппой форме. По мере повышения концентрации Н' происходит протонирование Н(я НСЗ, способствующее высвобождению кислорода в переходу в состояние Т. Аналогичный эффект оказывает протонировапие )Ч-концевых остатков тх-субъсдипиц некоторых других остатков Ньв и, возможно„каких-то других групп. Такилг образом, четыре полипептидныс цепи гемоглобина взаимодействуют друг с другом пе только при связывании кислорода в гемовых группах, но и при связывании протона со специфическими аминокислотпыми остатками. И это еще не все.
Гемоглобин связывает также СОп причем опять-таки этот процесс находится в обратной зависимости от связывания кислорода. Углекислый газ связывается с концевой ст-аминогруппой каждой из четырех глобиповых цепей, в результате чего образуется карбам иногемоглобин: В результате данной реакции выделяется Н', который вноси~ свой вклад в аффект Бора.
Карбаматные группы также участвуют в образовании солевых мостиков (не показаны на рис. 5-9), что способствуе~ стабилизации состояния Т и высвобождению кислорода. При высокой концентрации углекислого газа (в периферических тканях) часть СО, связывается с гемоглобином, и сродство гемоглобина к кислороду снижается, что приводит к высвобождению Оь И наоборот, при связывании гемоглобина с кислородом в легких происходит высвобождение СОь Именно благодаря способности молекулы гемоглобина передавать информацию о связывании лиганда от одной субъединицы к другой этот белок оказывается великолепно приспособленным для переноса эритроцитами Оь СОт и Н .
5.1 Обратимое связывание белков с лигандаии: белки, связывающие кислород 1245~ О Р /~ С О Н вЂ” С вЂ” Π— Р— О ! Н вЂ” С вЂ” Н О! О ! Π— Р=О ! О- 2,З-Бнсфосфоглицервт рОэ в легких (на уровне рОэ в легких рОэв (нввысоте тквнях 4500 и) мо~>я ) 1,0 в 0,5 НЬ-БФГ+ Оэ НЬОэ+ БФГ 4 8 12 6 рОэ (кПв) Гвязывание кислорода с гемоглобином регулируется 2,3-бисфосфоглицератом Взанлюдействие 2,3-бисфосфоглицсрата (БФГ) с гемоглобином является примером гетеротропной а шостсрической регуляции. БФГ в довольно высокой концентрации содержится в зритроцитах.
Выделяемый гемоглобин обычно содержит связанный БФГ, который бывает трудно удалить полностью. На самом леле, кривые связывания Оэ с гсмоглобином, которые иы рассматривали до сих пор, были получены в присутствии связанного БФГ. Известно, что БФГ значительно снижает сродство гемоглобина к кислороду; существует обратная зависимость между связыванием ЬФГ и связыванием О,.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
