Lenindzher Основы биохимии т.1 (1128695), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Одна из образовавшихся копий даля начало миаглабиноваму гену, алругая первоначальномугемоглобиновому гену. Оба этих гена в дальнейшем подвергались независимым мутациям. Гемоглобиновый ген маг в какой-та момент еще раз падвергиуться дупл икании, в результа~е чего образовались современные гены а- и б-цепей. Кроме генов, кадируюших и- и (1-цепи нормального гемоглобина. присутствующего в крови взрослого человека, существует г ен, кодирующий т-цепь, «оторва входит в состав ~ емоглобина плода Этот гемоглобин. имеющий состав азу, обладает более высоким сродством к кислоролу, чем самолюбии взрослого человеха. В эрнтропн гак взрослого организма солерхсится также очень неболыаое кочнчество гемоглобина с б-цепямц имеющего состав и б .
сильно отличаются от цепей гемоглобина. Еще один белок с установленной четвертичной структурой прелставляет собой фермент глутоминсмнтетоэу из Е. сой, катализирующий образование глутамина из глутамата и аммиака за счет энергии АТР (гл. 19). По сравнению с гемоглобином или !ексокиназой зто намного более сложный олигамерный белок. На рис.
8-14 показано взаимное расположение 12 субъелиниц глутаминсинтетазы. Эти три олигомерных белка — три фермента — имеют с гемоглабином одно общее свойство. Все они участвуют в биологической регуляции того или иного типа, н в этом состоит неотъемлемая часть их функции. Гексокиназа,лактатдегидрогеназа и глутамннсинтетаза иэ Е. сой †представите особого класса ферментов, носящих название регуляторных бзер.ментов. Как мы увидим в следующей главе, они не только катализируют специфические реакции, но и помогают регулировать скорость того метаболического пути, в котором принимают участие как катализаторы. Гемоглобин тоже и~рвет 205 ГЛ 8. ГЛОБУЛЯРНЫЕ БЕЛКИ: ГЕМОГЛОБИН Вюг б ку Ось Нид сверху Молекула глюкозы Рис. 8-13. Структура олигомерного белка гсксокиназы.
вьюелснного из лрожжсй. Две, субъединицы белка связаны винтовой осью симметрии. Если повернуть молекулу на 180 яокругвсртикальной оси и одновременно поднять ее вверх,то нюкняя субъединица соаместитсяс контуром верхнейсубъсдинины. Гексокиназа рег.уляторный фермент, контролирующий скорость вовлечения глюкозы в процессы клеточного метаболизма. Правая субъелиница содержит молекулу глнзкозы, связанную с к агап итическ им центром фермента Друг ое изображение гексокил азы представлено парис.
12кдополнению94вгл. 9. регуляторную роль. Он не только переносит кислород из легких к периферическим тканям, но и регулирует связывание кислорода в легких и высвобождение его в тканях в ответ на определенные сигналы, в частности на изменение величины рН и концентрации СО . Такая регуляторная функция свойственна, по-видимому, многим олнгомерным ферментам. Теперь мы рассмотрим гемоглобин более подробно и попьпаемся выяснить, чем опрелелябтся его способность переносить кислород из легких в ткани, а ионы Н ' и молекулы СО,— из т.каней в легкие. Мы увидим, каким образом четвертичная структура гемоглобина помогает регулировать выполнение этих важных транспортных функций. Гемоглобин представляет собой прототип или модель мно~их других регуляторных олигомерных белков.
Рис. 8-14. Субъсдиничнаясгруктура глутаминсинтез азы Е . об Этот регуляторный фермент состоит из 12 субъелин иц, взаимное располохгение которых показано иа рисунке. В организме взрослого человека содержится 5- 6 литров крови. Примерно от одной трети до половины всего объема крови приходится на эритроциты, которые взвешены в богатой белками плазме крови. Кровь должна ежедневно переносить от легких к тканям около 600 л кислорода, но лишь небольшая доля этого количества переносится плазмой крови, так как кислород плохо растворим в водных растворах. Почти весь переносимый кровью кислорол связан с гемоглобином эритроцитов. Гемоглобин, содержащийся в 100 мл крови, связывает около 20 мл газообразного кислорода.
Нормальные эритроциты человека представляют собой небольшие по размерам (6-9 мкм) лвояковогнутые диски (рис. 8-15). В них нет ни ядра, ни митохондрий, нн эндоплазматического ретикулума. ни каких-либо других органелл, Эритроциты образуются иэ клеток-предшественников, называемых (гетцкулоиитами. В процессе созревания ретикуло- ЧАСТЬ !.
БИОМОЛЕКУЛЫ циты утрачивают обычные внутриклеточные органеллы и синтезируют большое количество гемоглобина. Таким образом, эритроциты. это не совсем полноценные, рудиментарные клетки, не способные к самовоспроизведению; в ор- ганизме человека они живут всего лишь около !20 дней.
Главная функция этих клеток †перен гемоглобина, растворенного в их водном цитозоле в очень высокой концентрации- около 34"„'. Гемоглобин эритроцитов в артериальной крови, протекающей от легких к периферическим тканям. насьпцен кислородом приблизительно на 96" . В венозной же крови, возвращающейся в сердце, гемоглобин насыщен кислородом лишь на 64;ю Таким образом, каждые 100 мл крови, проходящие через ткань„оставлянп в ней около одной трети содержащегося в них кислорода, что составляет около 6,5 мл газообразного кислорода при атмосферном лавлении и температуре человеческого тела.
Особые свойства молекулы гемоглобина, которые делают его столь эффективным переносчиком кислорода в крови, легче всего уяснить из сравнения миоглобина и гемоглобина в отношении их сродства к кислороду. На рис. 8-16 показаны кривые нагыи!ения кислородоле для гемоглобина и миоглобина, характе- 8.13. Для миоглобяна и гемоглобина характервы разные кривые связывания кислорода ризующие сгепень насыщения этих белков кислородом (т.е.
отношение числа участков молекулы, связывающих кислород, к общему числу участков, способных к такому связыванию) в зависимости от парциального давления газообразного Рис. Х-!К Фото~рафнк норманьньи тритронитоа челанска. пол уееннан при немощи сканирующего тнектронно| о микроскопа. кислорода, нахолящегося в равновесии с раствором белка. Прежде всего из графика ясно, что миоглобин имеет очень высокое сродство к кислороду: при парциальном давлении кислорода, равном всего лишь 1-2 мм рт.
ст., он уже на 50;; насыщен кислородом. Кроме того. мы видим, что кривая насыщения миоглобина кислородом имеет вид простой гиперболы, как и следует ожидать из закона действую- и!их масс применительно к равновесной реакции: Многлобин + От = Оксимиоглобнн При парциальном давлении кислорода, равном 20 мм рт. сг., миоглобин оказывается насьпценным кислородом более чем на 95 . В отличие ог миоглобина гемоглобин характеризуется значительно более низким сродством к кислороду; кроме того, кривая насыщения гемоглобина кислородом имеет сигмоидлую, т.е. 8-образную, форму (рис.
8-16). Это означает, что при связывании первой молекулы кислорода (нижняя часть 8-образной кривой, соответствующая парциальным давлениям кислорода ниже 10 мм рт. ст.), гемоглобин имеет очень низкое сродство к кислороду, тогда как при связывании следующих молекул кис- ГЛ. В. ГЛОБУЛЯРНЫЕ БЕЛКИ; ГЕМОГЛОБИН Давление Оя в артериальной крови Давление О в венозной крови 100 вп в о о ш о 50 м н в щ 0 20 40 60 80 100 Парциальное давление Оя,мм рт. От. Рзп. В-16. Крлвые насыщения кислоролом для мио! побила и гемоглобина.
Многлобип облалаег намного более высоким сродством к «ислорсду. чем з емоглобил. 50"„-иое насыщение миотлобина кислородом дос! ш аезсл уже тогда когда парциальное давлениеОзссставпяетвсего ! 2 мм рт.сз., то!па как для гемоз лабина такое насыщение «и«поролем настулаез лишь при парцивлвиом цавлении кислорода около 26 мм рт.
ст. Образ иге внимание, что в артериальной крови. вытекающей из лезкик !при пврпиалыюм давлении кислорода около 100 мм рт. с!.1 оба белка и миоглабин п гемоглобин насыщены кислородом более чем на 95"„тогда квк а покоящейся мышце, з лс парциачьное давление кислорола равно40 мм рт ст., гемоглобин насыщен кислородом лишь на 75"„,. а в работающей мьпдце при парциалвном давлении кислорола всего около 10 мм рт.
ст. толька иа !Р'„Таким образом„з емоз побил очень зффекз ивно отлает свой кислород в мышцах и лруз их периферических тканях. Что жс касается миоглобииа, то при пврцивлыюм давлении кисзорола. равном всего 1О лзм рг. ст. он асе еще остается пасы!ценным «нелородом почти на 9!с „и поэтому даже при с соль низких парци альных давлениях кислорода от!хает очень малую часть связанно! о с п им кислорода. Таким образом, сигмоилнвя «ривая насыщения гемоглобина кислоролом является рсзулыатам молекулярной адаптации з емоглабнна к выполненизо им транспорпюй функции В составе 3!3 ш ро! ! и Гозл. порода его сродство к ним становится намного выше, о чем свидетельствует крутая часть $-образной кривой.
Фактически после связывания первой молекулы кислорода сролство повышается почти в 500 раз. Таким образом, четыре гемсодержащие полипептидные субъединицы гемоглобина различаются по степени их сродства к кислороду и зависят друг от друга в процессе его связывания. Как только первая гемсодержащая полипептилная субъедин!ща свяжет моле- кУлУ кислоРолгь она пеРеДает инфоРмацию об этом остальным субъединицдм, у которых сразу же резко повышаегся сродство к кислороду Такой обмен информацией между четырьмя гемсодержашими полипептндными субъединицами гемоглобина обусловлен коонеразпикнькх! втацлюдейст«нем между субъединицами.
Поскольку связывание первой молекулы кислорода одной нз субъединип гемоглобина увеличивает вероятность связывания следующих молекул кислорода остальными субъелиницамн„мы говорим, что гемоглобин имеет положительную коонерати«ность. Для положительной кооперативности характерны сигмоидные кривые связывания, подобные кривой насыщения гемоглобина кислородом. При связывании кислорода миоглобином, содержащим одну гемогруппу, молекула белка может присоединить только одну молекулу кислорода: в этом случае кооперативно~о связывания не наблюдается и кривая насыщения имев~ вид простой гиперболы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
