Lenindzher Основы биохимии т.1 (1128695), страница 58
Текст из файла (страница 58)
В чем состоит особенность структуры гемоглобина. обеспечивающая зти выгодные для ор2 анизгиа изменения сролства гемоглобина к кислороду, нахоляшиеся в абра гной зависимос2и от его сродства к СО и ионам Н '? Как информация о связывании лиганда передается от одной полипептидной субъединицы гемоглобина к другой? Почему гемоглобин обладает такими свойствами, а миоглобин нет? 8.16.
Оксигенация гемоглобина вызывает изменение его нространсзиенной конформации О1всч на зги вопросы бьш получен после 2ого, как выяснилось, что молекула дезоксигемоглобина при связывании кислорода претерпевает конформ2щиопные изменения. Первое указание иа сушествование таких изменений относится к тому времени.
когда было обнаружено, что кристаллы дезоксигемоглобипа, выра- шеииые в бескислородной атмосфере, разрушаются, как только вступают в контакт с кислородом. Это наблюдение наводило на мысль а том, что при связывании кислорода молекулы гемоглобина изменяются в своих размерах и уже не уклалываются в кристаллическую решетку дезокси~ емоглобина.
Это предположение было полностью подтверждено результатами сравнительного рентгеноструктурны о анализа, которые показали, что дезоксигемоглобип и оксигемо2лобин имеют разные просгршютвенные конформации (рис. 8-10 и 8-188 При оксигенации дезоксигемоглобина и2рея2ичиая гтвругнпура п- и В-цепей практически не изменяется, поскольку они остаются плотно при~ ивиными лруг к другу и образуют димеры ц,б, и п282. Однако, как только кислород присоединяется к гемо2руппам лезоксигемо~лобина, половинки молекулы а, В, и п282, сохраняя свойственную им жесткую конформацию, изменяют свое положение относительно друг друга и теснее сближаются между собой. Иными словами, оксигенация гемоглобина вызывает изменение его чеглкерпгичиой гтрукпцры, т.е.
упаковки субьелиниц. В результате молекула оксигемоглобина приобретает несколько более компактную структуру по сравнению с дезоксигемоглобипом, и центральная полость уменьшается. Гемы двух В-цепей сближаются друг с другом, а темы двух ачзепей раздвигаются, что и приводит к сигмоидной форме кривой насыщения кислородом.
Вследствие зтих изменений аминокислотные остатки в ц- и В-цепях, связывающие ионы Н+, перемещаются из огносительно гидрофильного окрузкения в более гидрофобное, что облегчает отшеплепие ионов Н ' от протонированных групп; иначе говоря,при оксигенации гемоглобина протонированные группы приобретают свойства более сильных кислот.
чем и обьясняется зффект Вора. Таким образом, изменение четвертичной структуры гемоглобина в результате его оксигенации находится в прямой связи с существованием обратного соотношения между сродством гемоглобина к кислороду и его сродством к СО, и ионам Н'. 21! ГЛ К ГЛОЕУЭ!ЯРНЫЕ БЕЛКИ: !'ЕМГЛ ЛОЕИН Д «окан ежа«лоби>~ Оков~ ~ маг.>об«в Догюлненне 8-1.
Днфосфоглицерат н сродство гемоглобина к кислоролу Уже лаана известно, что 2,3-дифосфоглиг)ерин! (рис. 1) присутствует в зритропитах в довольно высоких концентрациях, однако функция этого соединения оставалась загадкой ло тех пор, пока ие было обнаружено, что он оказывает сильное влияние на сролсгво гемоглобина к кислороду. Прн добавлении 2,3-лифосфоглицерата (ДФГ) к раствору Наконец. еще одну особенность регуляторных свойств гемоглобина вь!явили Рейш ольл Бенеш и Руфь Бенеш, обнаружившие ченгкертый лиганл гемоглобина -23-дифосфогли!!ерат. Об этой интересной особенности рассказывается в дополнении 8-1. Рис.
8-!8. С«емазическое изображение!а виде кс > оо-кадроал! изменений в яез вертичной сз руктуре гемоглобина, обусловлси вмк не реме шеи нем и арм с убъедии ни «, б, гл носи > евана неоалви кной озрм «>бз в ораиессе асвобожления «недорода нз оксигемо> лабина, вере«одяше> о в форм> дезоксигемаглабина 212 чдсть ).
БиОмОлекулы чистого гемоглобина сродство гемоглобина к кислороду значительно снижается. Этот эффект обусловлен тем, что ДФГ сам связывается с дезоксигемоглобином. Следовательно, можно написать уравнение еще одной (четвертой по счету) реакции связывания гемоглобина с лигандом: НЬ-ДФГ + О, =- НЬОа + ДФГ. Таким образом, наблюдается обратная завьюимость между двумя процессами -связыванием кислорода и ДФГ (присоединяющихся к разным участкам молекулы гемоглобина). О О аз" Н вЂ” С вЂ” Π— Р— О 1 Н вЂ” С вЂ” Н О ! О ! Π— Р=О 1 О' Рис. ). А Структура 2„3-дифосфоглиперата (ДФГ).
Красным настом аылелены зараженные г руоп ы, аз аимолействуюгдие с двумя (Ьпеп яма. Б. Расположение молекулы ДФГ (выделена кржным светом) в пентральноа полости гемоглобина. От рнлательно заряженные группы ДФГ притягиваются к накодишлмся поблизости положительно заряженным к-группам Б-пеней (показаны жирными черными линиями). Регулирующее влияние ДФГ на сродство гемоглобина к кислороду в эритроцитах зависит от величины парцнального давления кислорода в легких. После того как здоровый человек поднимется, скажем, на высоту 4000 м нал уровнем моря, в течение первых нескольких часов концентрация ДФГ в его эритроцитах будет возрастать; при этом число молекул ДФГ, связанных с гемоглобином, увеличится, а сродство гемоглобина к кислороду снизится.
На большой высоте парциальное давление кислорода значительно ниже, чем на уровне моря, Поэтому и в тканях парциальное давление кислорода снижается. Увеличение содержания ДФГ в эритроцитах при восхождении на большую высоту облегчает освобождение кислорода из гемоглобина в тканях. Изменения противоположного характера наблюдаются у людей, акклиматизировавшихся к условиям высокогорья.
например у жителей Гималаев или Аидов, когда они спускаются в долины. Повышение концентрации Гл. а ГЛОБулярные Белки: ГемОГлОБин 213 ДФГ в эритроцитах наблюдается также у людей при гиггоксии; это патологическое состояние возникает вследствие недостаточного снабжения тканей кислородом. что может быть обусловлено заболеваниями орг апов дыхания или нарушениями в системе кровообращения. С каким участком молекулы гемоглобина связывается ДФГ? В молекуле гемоглобина имеется открытая центральная полость, или канал, который хорошо виден на рис. 8-10. Этот канал, выстланный многими положительно заряженными й-труппами, и служит местом связывания ДФГ, который присоединяется к лезоксигемоглобину и образует поперечную связь гсолевой мостик) между двумя )3-субъединицами.
При связывании гемоглобином кислорода ДФГ вытесняется из полости. Гемоглобин связывает только одну молекулу ДФГ 1рис, 1); напомним, что он может связывать по четыре молекулы О или СОл и примерно четыре иона Н ". 100 0 50 100 Парпиальное давление О., мм рт. ст. Рно. 2. ВлилниоДФГ накрниуюнаоыглонил гемоглобина кнолоролам. При обычном выделении гемоглобина из крови он содержит довольно большое количество ДФГ, от которого трудно освободиться полностью.
При полном удалении ДФГ из гемоглобина кривая связывания его с кислородом в значительной степени утрачивает свою сигмоидную форму и гемоглобин приобретает намного более высокое сродство к кислороду. После добавления избытка ДФГ к гемоглобину способность последнего к связыванию кислорода понижается )рис. 2). Таким образом, присутствие ДФГ весьма существенно для нормального освобождения кислорода из гемоглобина в тканях. В эритроцитах некоторых птиц содержится не ДФГ, а другое фосфатсодержащее соедиггеггие-инозилголгекспфас4гглг, который даже еше более зффективно, чем ДФГ, снижает сродство гемоглобина к кислороду. иа й ч 50 о Я Гемоглобин можно рассматривать как молекулярную автоматическую систему управления„которая отзывается на изменение концентрации любого нз его четы- рех лигандов„передает соответствующую информацию, преобразуя ее в конформационные изменения молекулы, и таким путем регулирует свое 214 ЧЛСТЬ ! БИОМОЛЕКУЛЫ Симметричная модель Форма с иизлим Форма с вьюоким сРодством ь ат сРоаством к О, Форма с низким сродством к (ух -о.
1ое Пролгелуточиые формы Рпс. 8-19. Снмне1 ричная («асс или ннчегон н последни«тельная (иннупиронан иле соочиетсгяие( модели коопсрагияного сея гыаалия кислорола ~ смоглобином. В обеих моделях субьелиннпы могут находиться я даух ратличных состояниях. Кружками обозначено сос|ояние. а «отором субьелинины им«юг низкое сродс1ио ь кислороду, а киадратами состояние с яысоким«родсгном к кислороду, А. Согласие симметричной модели («асс или ничсгоь(. ~ смог тобин мажет находиться только а.гаух формах: а оп«он ит них асс субьелннипы имеют низкое срщ сщо ккислоролу,аалругой -аысокое При отсугс гиии «ислорода пбе ми формы находится е рааноаесин, но форма с низким сродстиом к «недороду ломинирует.
Если же кислород присунлеует„тоон сиятыеается преимущнл пенно с формой п:мо глоб ни я. имеющей имен«ос«реле«но: при тюм сродства к другим лигандам. Считается, чта связывание кислорода с одной или лвумя субъединицами вызывает в них небольшие канфармацианные изменения, способствующие канфармацианным перестройкам пустых (не заполненных кислородом) субъелнниц„ в результате У ПС( -о,1 ~о, ИБ й'П -о,~ '1о, ЩК БО -О1~О, ВИ ПВ -о1~сх ~ЩЩ НИ Последовательная модель -о,1 ~о, Щ3 5] Форма с высоким В-; Ц сродством к О„ раяноаесиесдеигаегся ипраио и аероя ~ ность связывания с гемоглобином с«таящегося «ислорода уаеличиаается. асимметричной молелн не прелусмах риаается сущес1аояания промежуточных форм ио отношению к формам с низким и высоким сролс шом к кислороду. Б. В послелоаагельной модели(молели ггидупирпнанно~о«пот«стеганя(имеется несколько промеж у гочггых кои формапий, псслелона ~ельно приближающихся к форме с высоким сролстаом к кислороду.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
