Биологический каталог




Основы биохимии. Том 3

Автор А.Уайт, Ф.Хендлер, Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман

Сопоставление этих структур и функциональных свойств НЬ и НЬ02 в растворе привело к формулированию представлений, о вероятном механизме реакций кооперативного связывания, осуществляемых гемоглобином.

В дезоксигемоглобине имеется несколько солевых мостиков; образованных остатками аминокислот, как показано схематически? на рис. 31.8. Полагают, что эти мостики способствуют стабилизации дезоксиструктуры и что они разрушаются при образовании; НЬ02. Далее, в НЬ Туг 140 и Туг 145 каждой «-цепи погружены в глубь молекулы, а —SH-rpynna Cys?93 находится на поверхности. В оксигемоглобине НЬ02 четыре остатка тирозина находятся на поверхности молекулы, а две —SH-группы погружены. Оксигени-рование НЬ сопровождается также перемещением субъединиц; структурные изменения происходят главным образом в области.'

31. ГЕМОГЛОБИН И ХИМИЯ ДЫХАНИЯ

1241

НзЙе-йтШ Lys (НЮ)

о!СОО~ "ООС-Радб Asp (А4)

(НСЗ)й2141 Arg' "н^Йа-аИ Oal (NA1)

NH

.сг

+

(HC3)ft146 His'

N-C-NHs--—_О0С-а,126 Asp (Н9) ?

tfCOO".....H3Ne-«,40 Lys (C5)

lm+*.....-OOCp-ftAsp 94 (FQl)

NH

+ II ?

(CD2)ft43 Glu - 7coo--........H3N-C-N-c492 Arg (FQ4)

Рнс. 31.8. Остатки аминокислот Hb, образующие солевые мостнки. Пунктирные линии показывают солевые мостики между приведенными остатками. Звездочками отмечены группы, участвующие в эффекте Бора. Im+ ¦— положительно заряженная нмидазольная группа гистидина. [Baldwin J. ?., Br. Med. Bull., 32, 217

(1976).]

гц^2-контактов (рис. 31.1). Изменения в области а^2-контактов приводят к повороту субъединиц относительно осей вращения и изменению взаиморасположения субъединиц. Кроме того, гемовые карманы более раскрыты в НЬ02.

У основания центральной полости Hb (рис. 31.1) ?-цепи образуют участок связывания DPG, как показано на рис. 31.9. Отрицательно заряженная молекула DPG образует солевые мостики с кластером находящихся в этой зоне положительно заряженных групп. Связывание DPG способствует стабилизации четвертичной структуры дезоксигемоглобина, однако оказывает незначительное влияние на третичную структуру субъединиц. При оксигенировании стенки центральной полости сближаются, при этом разрушается участок связывания DPG и последний освобождается. Полагают, что система солевых мостиков, специфические контакты субъединиц и связывание DPG способствуют тому, что четыре группы гема в Hb находятся в состоянии пониженного сродства к кислороду. В этом дезоксисостоянии, характеризующемся низким сродством к кислороду и называемом Т-структурой, атомы железа гема выступают над плоскостью порфиринового кольца, и размер гемовых

U242

IV. ЖИДКАЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА

1А=0.1 нм

Рис. 31.9. Структура связывающего участка для отрицательно заряженного 2,3-дифосфоглицерата (DPG) в гемоглобине человека. [Kilmartin J. V., Br. Med. Bull.

32, 211 (1976).]

карманов несколько меньше, чем в НЬ02. Когда 02 связывается с атомом железа гема первой субъединицы, ее третичная структура изменяется. Эти изменения индуцируют структурные изменения в других субъединицах, и при последующем связывании кислорода диссоциирует DPG, формируются характерные для НЬ02 контакты между субъединицами; в результате структурных изменений гемового кармана увеличивается сродство к кислороду неоксигенированных гемовых групп. НЬ02 имеет более релаксиро-ванную, чем Hb, так называемую R-структуру, обладающую значительно большим, чем Т-структура, сродством к 02.

Эффект Бора также обусловлен структурными различиями между Hb и НЬ02, которые приводят к изменению характера взаимодействий, в которых участвуют Hispl46 и Val ??. В Hb Hispi46 образует солевые мостики (рис. 31.8), а в НЬ02 его имидазольное кольцо не участвует в электростатических взаимодействиях. В Hb Hispl46 имеет р/С 8, а в НЬ02 его р/С снижается до 7,1. Таким образом, при рН 7,4 Hispi46 в Hb может акцептировать больше Н+. Hispi46 ответствен приблизительно за 40% общей величины эффекта Бора. Valal, который также образует солевые мостики

31. ГЕМОГЛОБИН И ХИМИЯ ДЫХАНИЯ

1243

четвертичная структура

Эеэокси гемоглобин

оксигемо-глобин

Третичная структура

Эезокси- окси-гемоглобин гемоглобин

? о

[??. ;:? @

Рис. 31.10. Аллостерический механизм кооперативного взаимодействия Ог, СОг, Н+ и DPG с гемоглобином. Малыми квадратиками обозначены а-субъединицы, более крупными — ?-субъединицы. Линии между субъединицами обозначают солевые мостики, которые разрушаются при оксигенировании НЬ и отсутствуют в НЬ02. Формы, по-видимому слишком нестабильные, чтобы их можно было обнаружить в растворе, изображены пунктирными линиями. [Perutz ?. F., Br. Med.

Bull., 32, 10 (1976).]

в Hb (рис. 31.8), ответствен за 20% этого эффекта. Остаток Valal вовлечен в сеть электростатических взаимодействий, в которых участвуют С1~ и гуанидиновая группа Argal41. Эта сеть отсутствует в НЬ02 и при образовании НЬ02 СК диссоциирует. рК ?-аминогруппы Valal в НЬ на 0,5 единицы выше, чем в НЬ02, что позволяет этим группам в НЬ акцептировать больше Н+ при 7,4. О стабилизации структуры НЬ хлорид-ионом свидетельствуют данные, показывающие, что в отсутствие С1~ уменьшается эффект Бора и увеличивается сродство НЬ к 02. Другие группы, имеющие отношение к эффекту Бора, не идентифицированы.

С02 также присоединяется к ?-аминогруппам НЬ и способствует стабилизации дезоксиструктуры. Когда С02 реагирует с аминогруппами Valal. то образующаяся отрицательно заряженная кар-баминогруппа (разд. 31.3.2.1) вытесняет С1_ из сети электростатических взаимодействий, в которую вовлечена гуанидиновая группа Argal41 (рис. 31.8). Присоединение С02 влияет также на связывание DPG, поскольку DPG (так же как и С02) взаимодействует с ?-аминогруппами ?-цепи.

На основе перечисленных выше структурно-функциональных корреляций был предложен представленный в виде схемы на рис. 31.10 аллостерический механизм обратимого связывания 02 гемоглобином. По идее он подобен механизмам, предложенным для аллостерических ферментов (гл. 8). Как указано на рис. 31.10, определенные концентрации различных эффекторов НЬ и НЬ02

1244

IV. ЖИДКАЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА

смещают равновесия между Т- и R-структурами, а не переводят их полностью либо в одну, либо в другую конформацию. Более того, согласно предлагаемому механизму, переход между структурами может происходить на любой стадии связывания 02, он зависит от концентрации DPG, Н+, С02 и С1~; при этом нельзя выделить одну предпочтительную последовательность перехода Т-структур в R-структуры.

31.5. Транспорт кислорода

Для анализа процесса транспорта 02 от легких к тканям следует воспользоваться кривыми, приведенными на рис. 31.6. В легких в соответствии с имеющимся там градиентом 02 кислород диффундирует последовательно через стенки капилляров и плазму и попадает в эритроциты. рог в эритроцитах крови, выходящей из легких, равно приблизительно 100 мм рт. ст., рсо2 в артериальной крови является величиной порядка 40 мм рт. ст. Из данных рис. 31.6 следует, что гемоглобин артериальной крови насыщен кислородом приблизительно на 96%.

роа в интерстициальной жидкости, окружающей капилляры различных тканей (кроме легких), точно измерить нельзя, однако в мышцах во время покоя оно. по-видимому, составляет около 35 мм рт. ст.; рсоа должно составлять приблизительно 50 мм рт. ст. Следовательно, 02 диффундирует из эритроцитов через плазму в интерстициальную жидкость, а затем в клетки ткани, в то же время С02 диффундирует в обратном направлении. Несмотря на быстрое прохождение крови через капилляры, успевает установиться почти полное газовое равновесие, так что возвращающаяся от тканей во время покоя венозная кровь обычно имеет рсо2, равное 46 мм рт. ст., а /JOjB ней равно приблизительно 40 мм рт. ст. Поскольку коэффициент диффузии С02 в 30 раз больше, чем коэффициент диффузии 02, нет необходимости в том, чтобы градиент парциального давления для С02 был бы столь же высок, как для 02. В рассматриваемых условиях венозный гемоглобин насыщен 02 приблизительно на 64%. Уменьшение степени насыщения на 32% соответствует количеству 02, доставленному тканям. Принимая, что 100 мл крови содержат 15 г Hb и что каждый грамм Hb может связать 1,34 мл 02, находим, что

0,32-1,34· 15 = 6,4 мл Оа

доставляется тканям каждыми 100 мл крови, протекающими через капилляры. Дальнейший анализ кривых рис. 31.6 позволяет прийти к заключению, что при нагрузке, когда роа в тканях падает, а рсоа увеличивается, механизм доставки 02 становится бо-

3J. ГЕМОГЛОБИН И ХИМИЯ ДЫХАНИЯ

1245

лее эффективным. Рассмотренный молекулярный механизм, а также ускорение тока крови через работающую мышцу обеспечивают при нагрузке доставку большего количества 02.

31.6. Транспорт С02

Содержание С02 в артериальной крови составляет около 50 мл/100 мл, или 50 об.%, а содержание С02 в венозной крови составляет 55—60 об.%. Таким образом, каждые 100 мл крови транспортируют из тканей в легкие от 5 до 10 мл С02. Однако за счет различий в рсоа дополнительное количество физически растворенного С02 соответствует только 0,4 об.% С02. Даже это увеличение в содержании С02 должно было бы заметно понизить рН венозной крови, однако фактически наблюдаемые изменения рН значительно меньше ожидаемых. Каким же образом осуществляется транспорт С02? Чтобы понять этот процесс, необходимо вначале рассмотреть следующие моменты: 1) формы состояния С02 в венозной и артериальной крови; 2) прямую реакцию С02 с белками крови; 3) сравнительные кислотные свойства НЬ и НЬ02 и 4) электролитный состав эритроцитов и плазмы.

1) С02 находится в крови в нескольких состояниях. Большая часть С02 в эритроцитах и в плазме находится в виде бикарбоната. С02, который диффундирует из тканей через стенки капилляров, находится в растворе преимущественно в виде молекул С02, поскольку гидратация с образованием Н2С03 является медленной реакцией. Углекислый газ, образующийся в результате различных реакций декарбоксилирования, происходящих в процессе метаболизма, в виде молекулярного С02, диффундирует преимущественно именно в этой форме из клеток через интерстициальную жидкость в плазму, и только небольшая часть С02 транспортируе

страница 18
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161

Скачать книгу "Основы биохимии. Том 3" (10.5Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(09.12.2019)