Lenindzher Основы биохимии т.1 (1128695), страница 57
Текст из файла (страница 57)
Теперь мы понимаем. почему миоглобин и гемоглобин столь сильно различаются между собой по кислород-связывающей способности. Мы будем использовать термин лиганд для обозначения специфической молекулы, связываюшейся с белком; это может быть, например, молекула кислорода, если речь идет о гемоглобине (слово «лиганд» происходит от латинского слава, которое переводится как «связывать», «присоединять» и буквально означает «то, что присоединяется»).
Многие другие олигомерные белки тоже имеют по нескольку лиганд-связывающих центров и, подобно гемоглобину, проявляют положительную кооперативность.Однако есть олигомерные белки, проявляющие отрияательную кооперативность; в этом случае связывание олной молекулы лиганда уменьшает вероятность связывания друз их молекул лиганда. 208 ЧАСТЬ !.
БИОМОЛЕКУЛЬГ 8Л4. Кооперативное связывание кислорода делает гемоглобин более эффектквиым переносчиком кислорода В легких, заполненных воздухом, парциальное давление кислорода равно приблизительно 1ОО мм рт. ст.; при этом давлении гемоглобин насьццен кислоролом примерно на 96;;. В клетках же работаюшей мышцы парциальное давление кислорода составляет всего лишь около 26 мм рт.
ст., так как мышечные клетки очень быстро расходуют кислород и его локальная концентрация соответственно снижается. По мере протекания крови через капилляры в мышцах кислород из содержащегося в эритроцитах гемоглобина, почти полностью насыщенного кислородом, поступает в плазму крови и далее в мышечные клетки. Из кривой насыщения гемоглобина кислородом, показанной на рис.
8-16, видно, что при прохожлении крови через капилляры мышц высвобождается примерно одна треть связанного кислорода, так что выходящий нз мышечной ткани гемоглобин насыщен кислородом только на 64';. Когда кровь снова поступает в легкие, где парциальное давление кислорода намного выше (1 00 мм рт. ст.), гемоглобин быстро связывает дополнительное количество кислорода и опять насыщается ло 96;.;.
Теперь представим себе, что гемоглобин в эритроцитах заменен на миоглобин. Из гиперболической кривой насыщения миоглобина кислородом (рис. 8-!61 видно, что понижение парциального давления от 100 мм рт. сг. в легких до 26 мм рт. ст. в мышцах должно приводить к высвобождению из миоглобина всего 1 — 2";,' связанно~о кислорода. Поэтому миоглобин мало приголен для переноса кислорода от легких к тканям: сродство к кислороду у него намного выше, чем у гемоглобина, и прн парциалгных давлениях кислорода, существуюших в мышцах н других периферических тканях. он отдаст им очень мало кислорода. Гемоглобин же, наоборот, очень эффективно выполняет эту функцию, поскольку характерная для него кривая связыва- ния кислорода позволяет при существуюших в тканях низких парциальных давлениях кислорода отдавать им значительную часть связанного с ним кислорола.
Иэ этого сравнения вовсе не следует, что миоглобин вообше неэффективный и плохо устроенный белок. Для той биологической функции, которую он выполняет в мышечной ткани [запасает кислород и обеспечивает им митохондрии), миоглобин приспособлен значительно лучше, чем гемоглобин, так как его высокое сродство к кислороду при низких парциальных давлениях кислорода дает ему возможность более эффективно связывать и запасать кислород. Таким образом, гемгя.лобин и миоглобин специально приспособлены для выполнения различных кислород. связывающих функций. Вместе с тем, как мы сейчас увидим, гемоглобину свойственна еще и другая функция.
8.15. Гемоглобин служит также переносчиком СОз и ионов Н Кроме переноса кислорода от легких к тканям гемоглобин осуществляет перенос двух конечных продуктов тканевого дыхания, Н + и СОм доставляемых из тканей к легким и почкам †дв органам, обеспечиваюшим выделение этих продуктов.
В клетках периферических тканей органическое топливо окисляется вмитохондриях сиспользованием кислорода, доставляемого гемоглобином нз легких; при этом в качестве продуктов образуются углекислый газ, вода и другие соединения. Образование СО, приводит к повышению в тканях концентрации ионов Н ' (т.е. к понижению рН), поскольку при гидратацни СОз образуется НхСО, слабая кислота, диссоциирующая на ионы Н ' и бикарбонат-ионы НгСОэ Н+ + НСО,. Гемоглобин переносит значительную долю (около 20~„') общего количества СОг и ионов Н ', образующихся в тканях И поступающих в легкие и почки. Много лет назад было обнаружено, что на связывание кислорода гемоглоби- ГЛ. К ГЛОБУЛЯРНЫЕ БЕЛКИ: ГЕМОГЛОБИН % Ю о. о о 50 и Ф н н' Нгн — С: — О— ) К О О 1 ( Π— н — с — О— 1( О К О Карбаминоконцевой остаток О + О Лммгсксмцевой остаток ном очень сильное влияние оказывает рН и концентрация СО,: связывание СО, и ионов Н+ снижает способность гемоглобина связывать О,.
В периферических тканях с относительно низким значением рН и высокой концентрацией СОх сродство гемоглобина к кислороду падает по мере связывания СО, и ионов Н . И наоборот, в легочных капиллярах выделение СО, и сопутствующее ему повышение рН крови приводит к увеличению сродства гемоглобина к кислоролу. Это влияние величины рН и концентрации СО, на связывание и освобождение кислорола гемоглобином называют эффекоиум Бори в честь датского физиолога Христиана Бора, впервые открывшего этот эффект. Эффект Бора обусловлен реакцией, в которой помимо кислорода участвуют еще два лиганда, способные связываться с гемоглобином, а именно ионы Н' и СО,.
Реакция связывания кислорода гемоглобином в том виде, в каком мы ее до сих пор записывали: НЬ + О, НЬОх, в действительности отражает неполную картину. Чтобы объяснить влияние концентрации ионов Н на связывание кислорода гемоглобином. мы должны записать эту реакцию в иной форме: ННЬ + Ох НЬО7 + Н где ННЬ' -протонированная форма гемоглсбина.
Из этого уравнения следует, что кривая насьпцения гемоглобина кислородом зависит от концентрации ионов Н' (рис. 8-17). Гемоглобин связывает и кислород, и ионы Н ', но между этими двумя процессами суц(ествует обратная зависимость. Если парциальнае давление кислорода велико, что наблюдается, например, в легких, то гемоглобин связывает его, освобождая при этом ионы Н '. При низком парциальном давлении кис- 0 20 40 60 00 100 Парцнальное давлщзие Ов, мм рт. от. Рис.
К-! 7. ВлиянисрН на кривую насыщения гемоглобива кислородом. При нижем значении рН, хармсгерном для тканей (рН 7Д), кислород освобождаеюя легче, чем при более высоком значении (рн 7,6), характерном лля легких, где кислород легче саязвгваегся. порода, что имеет место в тканях„связываться с гемоглобином будут ионы Н '. Однако ионы Н и кислород связываются с разными участками молекулы гемоглобина. Кислород связывается с атомами железа в темах, а ионы Н ' — с К-группами остатков гистидина-146 в (3- цепях и с двумя другими остатками в и- цепях. Таким образом, четыре полипептндные цепи гемоглобина передают друг другу информацию не только о связывании кислорода гемогруппами, но и о связывании ионов Н + специфическими аминокислотными остатками.
Но это еще не все, так. как гемоглобин связывает, кроме того, и углекислый газ, причем опять-таки этот процесс находится в обратной зависимости от связывания кислорода. СО присоединяется к концевой и-аминогруппе каждой из четырех полипептидных цепей, в результате чего образуется карбаминогемогло- бин гв ЧАСТЬ ! БИОМОЛЕКУЛЫ При высоких концентрациях СО . наблюдающихся в тканях, часть СО2 связывается с гемоглобином и его сролство к О, спижаегся, что приволнт к освобождению О . И наоборот, ко~ да в легких с гемоглобином связывается О„ уменьшается сродство гемоглобина к СО2.
Из сказанного ш~едует. ч~ о кривая насыщения гемоглобина ктлородом зависит как от рН, так и от концентрации СО2. Такая обратная зависимость между связыванием О„ с одной стороны, и связыванием СО2 и ионов Н + с другой. лает организму большие преимушества. В тканях при низких рН и высоких концентрациях СО2 кислород обычно освобождается из 2емоглобина, тогда как в легких высокая концентрация кислорола способствует выделению СО и ионов Н ' . Таким образом, благодаря способности молекулы ге2ио2 лобина передавать информацию о связывании лигандов от одной полипептидпой субъединицы к пру~ ой 2та молекула оказывается великолепно приспособленной к осуществлению совместного переноса зритроцитами О2, с О2 и ионов Н Но теперь снова возникает рял вопросов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
