Биологический каталог




Основы биохимии. Том 3

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

льные величины для взрослых: 14±2 (для женщин) и 16±2 (для мужчин).

31. ГЕМОГЛОБИН И ХИМИЯ ДЫХАНИЯ

1259

Везокси-

окси-

Рис. 31.13. Схематическое изображение а^-контактов, образуемых Туг 42 и Asp 94 ??-цепей с Asp 99 и Asn 102 р2-цепей в дезокси- (слева) и окси- (справа) гемоглобинах. У каждой из форм НЬ показана только одна водородная связь; большинство других взаимодействий гидрофобны. [Morimoto ?., Lehtnann ?., Pe-rutz ?. R., Nature, 232, 412 (1971).]

рует дезоксиконформацию, но не оксиконформацню. В оксиформе Hbyakima и HbKempsey имеют нормальные аф2 контакты и весьма стабильны; эти гемоглобины имеют увеличенное сродство к 02 с коэффициентом Хилла, близким к 1, однако эффект Бора и эффективность связывания DPG не изменяются. У индивидуумов, являющихся носителями Hbyakima или HbKempsey, возрастание сродства НЬ к 02 компенсируется образованием большего числа эритроцитов; это состояние называют полицитемией.

В Hbicansas ???? 102 заменен треонином; эта замена дестабилизирует оксиформу, поскольку в афг-контакте этой формы треонин не может заменить аспарагин (рис. 31.13). Для данного гемоглобина предпочтительным является, следовательно, дезоксисостоя-ние, н он имеет очень низкое сродство к 02, но нормальный эффект Бора. У пациентов, имеющих гемоглобин HbKansas клинически наблюдается цианоз, артериальный гемоглобин насыщен кислородом только приблизительно на 75%.

В Hbnanier цистеином заменен тирозин ? 145 (последний является одним из остатков, погруженных в ?-цепи НЬ), способствующий стабилизации солевых мостиков в дезокси-Hb (рис. 31.8). НЬкашег имеет, следовательно, повышенное сродство к Ог, поскольку оксисостояние оказывается относительно стабилизированным. Замещения других остатков поблизости от Туф 145, как у

HbAndrew Minneapolis., ТЭКЖе СТЭбиЛИЗИруЮТ ОКСНСОСТОЯНИе. ПоЛИЦИ-

темия компенсирует увеличение сродства к 02 у пациентов с

1260

IV. ЖИДКАЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА

Рис. 31.14. Кривые диссоциации кислорода: а — для нормальной крови; б — для крови пациента с HbRanter, которые иллюстрируют компенсацию при полицитемии увеличенного сродства HbRanier к 02. НЬА (15 г/100 мл) имеет P(i/2)oa=27 мм рт. ст. и п=2,8; HbRanier (19,5 г/100 мл) имеет ?(?/8)?,,=|12,9 мм рт. ст. и я=1,1; оба Hb при рН 7,4 и 37°С. Справа показано количество кислорода (об. %), которое поступает в ткаии. Видно, что при снижении ро, от 100 до 40 мм рт. ст. функционирование HbRanur (гиперболическая кривая) в условиях компенсаторной полицитемии позволяет отдать тканям почти столько же кислорода, сколько в норме его отдает НЬА. [Bellingham A. J., Вт. Med. Bull., 32, 234 (1976).]

HbRanier; как показано на рис. 31.14, такая компенсация оказывается достаточно эффективной.

Пять аномальных гемоглобинов приводят к метгемоглобине-мии — состоянию, характеризующемуся высокими концентрациями MetHb. У каждого из них в области гемового кармана имеется замена аминокислоты, создающая предпосылки для окисления Fe2+ в Fe3+. В качестве примеров аномальных метгемоглобинов в табл. 31.3 приведены HbMBoston. HbMiwate и HbMHydePark- В ?-цепях HbMBoston и HbMiwate тирозин заменяет дистальный или проксимальный гистидины соответственно. Оба гемоглобина имеют .пониженное сродство к 02; важнее, однако, то обстоятельство, что фракция гемоглобина, находящаяся в виде MetHb, не может свя-

31. ГЕМОГЛОБИН И ХИМИЯ ДЫХАНИЯ

1261

-зывать и переносить 02; следовательно, способность эритроцитов, содержащих НЬМ, транспортировать 02 понижена. В НЬнуйеРагк проксимальный гистидин также заменен тирозином, что позволяет образоваться MetHb; у этого НЬ, однако, не изменено сродство к 02. Гомозиготы по НЬМ неизвестны, по-видимому, в связи с летальностью этого дефекта.

31.7.3. Нестабильные гемоглобины

Несколько аномальных гемоглобинов являются менее стабильными, чем НЬА, и in vivo претерпевают спонтанное окисление с образованием осадков, носящих названия тельца включения или тельца Гейнца. Одним из представителей таких НЬ является HbHammersmith, у которого ????42 заменен серином (рис. 31.3). В НЬА фенильное кольцо Phep42 находится в гемовом кармане и образует гидрофобные контакты с плоской структурой гема. Фенильное кольцо помогает удерживать гем в надлежащем положении как в дезокси-, так и в оксигемоглобине, но оно особенно важно для структуры окси-Hb, так как стабилизирует гем в несколько более наклонном положении, чем в дезокси-Hb. Замещение фенильного кольца ????42 оксиметильной группой серина приводит к дестабилизации оксиформы HbHammersmith, в результате сродство этого НЬ к 02 оказывается сниженным. Более того, при отсутствии фенильного кольца открывается карман для воды, это приводит к возможности не только окисления с образованием MetHb, но и спонтанного выхода гема из кармана. HbHammersmith, утративший гемовые группы, преципитирует и связывается с мембраной эритроцитов, образуя тельца включения, которые видны при окрашивании клеток соответствующими красителями. Эритроциты с тельцами включения живут значительно меньше; пациенты страдают тяжелой гемолитической анемией (гл. 32); в результате экскреции почками дипирролов, образующихся из гема, появляется выраженная пигментурия; при значительном гемолизе моча может быть черной. В HbBUcuresti Phe?42 заменен лейцином. У пациентов с таким гемоглобином гемолитическая анемия выражена менее сильно, чем у носителей HbHammersmith", вероятно, это обусловлено тем, что гидрофобная R-группа лейцина может сохранить способность стабилизировать гем почти так же хорошо, как Phe?42, и значительно лучше, чем серин. Действительно, наличие HbMequon, у которого тирозин заменяет ????42, не сопровождается клиническими симптомами.

Другим нестабильным гемоглобином, наличие которого сопровождается анемией с образованием телец включения, является НЬкб1п (Va^98—>-Met; FG5). В нормальном гемоглобине Va^98 выстилает гемовый карман (рис. 31.3) и вместе с другими R-rpyn-пами поддерживает гем в надлежащем положении в гидрофобном.

1262

IV. ЖИДКАЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА

кармане. Указанная замена дестабилизирует дезоксиформу, поэтому НЬкбш имеет повышенное сродство к 02. Более того, в дез-оксиформе ?????? боковая группа метионина смещает гем из его нормального положения, при этом оказывается экспонированной SH-группа Cysp93, которая легко образует смешанные дисульфиды с глутатноном (гл. 32). Далее, гем относительно легко выходит из гемового кармана, и Hb, лишенный гема, образует тельца включения. Имеются данные, что дисульфиды НЬкбш и глутатиона присоединяются к внутренней мембране эритроцитов в результате дисульфидного обмена (гл. 6) с белками мембраны, увеличивая таким образом тенденцию эритроцитов к лизису.

31.7.4. Сравнительная биохимия дыхательных белков

Очевидная потребность в переносчике Ог в организме всех животных обеспечивается различными путями. У наиболее примитивных животных, имеющих сравнительно небольшие размеры и низкую скорость метаболизма, переносчик включен в клетки, суспендированные в целомической жидкости. С развитием циркуляции появились переносчики 02, растворенные в циркулирующей плазме, а еще позже появились специальные циркулирующие клетки — эритроциты, в которых находятся концентрированные растворы переносчиков. Появление последних является важнейшим этапом, так как при этом обеспечивается наличие в системе циркуляции больших количеств переносчика, не сопровождающееся чрезмерным увеличением вязкости и коллоидного осмотического давления циркулирующей среды. В мире животных распространено несколько существенно различающихся по свойствам переносчиков кислорода. Почти у всех позвоночных переносчиком 02 является внутриклеточный Hb с молекулярной массой 66 ООО и ферропротопорфи-рином III в качестве простетической группы.

У беспозвоночных известно большое число различных переносчиков. Переносчики 02, растворенные в циркулирующей плазме, всегда имеют высокую молекулярную массу (от 400 000 до 6 700 000). К их числу относятся крупные гемоглобины, часто называемые эритрокруоринами, которые находятся в крови многих многощетинковых и малощетинковых кольчатых червей и различных моллюсков. Структуры некоторых из этих гигантских молекул детально изучены. Например, эритрокруорин из лимнодрила (Limnodrilus) (?? 3 000 000) состоит из 108 субъединиц (?? 28 000), каждая из которых имеет один гем. Молекула представляет собой правильный цилиндр с размерами 220 на 160 А; этот цилиндр в свою очередь состоит из шести цилиндров меньшего размера, ориентированных вокруг оси большого цилиндра. В полностью упакованной молекуле можно выделить три слоя, каждый из которых содержит по 36 белковых субъединиц. Поскольку обнаружены четыре разные ?-концевые аминокислоты, полагают, что субъединицы представлены четырьмя различными полипептидными цепями. В крови некоторых кольчатых червей, например Spirographis. имеются зеленые пигменты, хлорокруо-рины (?? 3 400 000), порфирин которых отличается от протопорфирина тем, что 2-винильная группа заменена на формильную группу. Когда рассматриваемые переносчики находятся в целомической жидкости, а не в организованной системе циркуляции, они выполняют функцию запасания, а не переноса 02. Это следует из характерных для них низких величин для рщ; например, для Hb Ascaris Pi/2 является величиной порядка 0,002 мм рт. ст. В некоторых случаях, например у многощетинкового червя Eupolynia, несмотря на полимерную природу переносчика, коэффициент Хилла ? равен 1; напротив, у полигемоглобина близкородственного червя Arenicola (пескожил) м=6, это наивысший из известных коэффициентов. Подобно Hb, все эритрокруорины и хлорокруорины связывают одну молекулу 02 на гем.

31. ГЕМОГЛОБИН И ХИМИЯ ДЫХАНИЯ

1263

Рсо2, мм Тт-т-

Рис. 31.15. Величина эффекта Бора в крови различных видов; зависимость между Рсо z и PV202 (?· е- парциальным давлением 02, необходимым для поддержания 50%-ного насыщения) кислородпереносящего белка. Крутой положительный наклон указывает на значительный эффект Бора, горизонтальное положение линии указывает на отсутствие эффекта Бора, а отрицательный наклон указывает на отрицате

страница 22
< 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
(10.12.2019)