Аллостерические эффекты в гемоглобине
Кооперативное взаимодействие
Взаимовлияние протомеров олигомерного белка друг на друга называется кооперативное взаимодействие.
В легких такое взаимодействие субъединиц гемоглобина повышает его сродство к кислороду и ускоряет присоединение кислорода в 300 раз. В тканях идет обратный процесс, сродство снижается и ускорение отдачи кислорода также 300-кратное.
Схема кооперативного взаимодействия субъединиц гемоглобина
Объясняется такой феномен тем, что в легких при присоединении первой молекулы кислорода к железу (за счет 6-й координационной связи) атом железа втягивается в плоскость гема, кислород остается вне плоскости. Это вызывает перемещение участка белковой цепи и изменение конформации первого протомера. Такой измененный протомер влияет на другие субъединицы и облегчает связывание кислорода со второй субъединицей. Это меняет конформацию второй субъединицы, облегчая присоединение последующих молекул кислорода и изменение других протомеров.
Изменение формы субъединиц гемоглобина
при присоединении и отщеплении кислорода
Дезоксиформа гемоглобина обозначается как Т-форма, напряженная (англ. tense), она обладает существенно более низким сродством к кислороду. Оксигенированная форма, или R-форма (англ. relaxed), обладает высоким сродством к кислороду.
Изменение рН среды
Влияние рН на сродство гемоглобина к кислороду носит название эффекта Бора. При закислении среды сродство снижается, при защелачивании – повышается.
При повышении концентрации протонов (закисление среды) в тканях возрастает освобождение кислорода из оксигемоглобина. В легких после удаления угольной кислоты (в виде СО2) из крови и одновременном увеличении концентрации кислорода высвобождаются ионы Н+ из гемоглобина.
Реакция взаимодействия кислорода с гемоглобином упрощенно имеет вид:
Изменение сродства гемоглобина к кислороду в тканях и в легких при изменении концентрации ионов H+ и О2 обусловлено конформационными перестройками глобиновой части молекулы. В тканях молекула О2 отрывается от железа и ионы водорода присоединяются к остаткам гистидина (глобиновой части), образуя восстановленный гемоглобин (H-Hb) с низким сродством к кислороду. В легких поступающий в больших количествах кислород “вытесняет” ион водорода из связи с остатком гистидина гемоглобиновой молекулы.
Механизм эффекта Бора
Роль 2,3-дифосфоглицерата
2,3-Дифосфоглицерат образуется в эритроцитах из 1,3-дифосфоглицерата, промежуточного метаболита гликолиза, в реакциях, получивших название шунт Раппопорта.
Реакции шунта Раппопорта
2,3-Дифосфоглицерат располагается в центральной полости тетрамера дезоксигемоглобина и связывается с β-цепями, образуя поперечный солевой мостик между атомами кислорода 2,3-дифосфоглицерата и аминогруппами концевого валина обеих β-цепей, также аминогруппами радикалов лизина и гистидина.
Расположение 2,3-дифосфоглицерата в гемоглобине
Функция 2,3-дифосфоглицерата заключается в снижении сродства гемоглобина к кислороду, что имеет особенное значение при подъеме на высоту и при нехватке кислорода во вдыхаемом воздухе. В этих условиях связывание кислорода с гемоглобином в легких не нарушается, так как концентрация его относительно высока. Однако в тканях за счет 2,3-дифосфоглицерата отдача кислорода возрастает в 2 раза.
274-275
Òêàíè è îðãàíû. Êðîâü
Ãåìîãëîáèí
Ãëàâíàÿ ôóíêöèÿ ýðèòðîöèòîâ
(ñì. ñ. 268)
òðàíñïîðò êèñëîðîäà îò ëåãêèõ â òêàíè è ÑÎ2 îò òêàíåé
îáðàòíî â ëåãêèå. Âûñøèå îðãàíèçìû íóæäàþòñÿ äëÿ ýòîãî â ñïåöèàëüíîé
òðàíñïîðòíîé ñèñòåìå, òàê êàê ìîëåêóëÿðíûé êèñëîðîä ïëîõî ðàñòâîðèì â âîäå:
â 1 ë ïëàçìû êðîâè ðàñòâîðèìî òîëüêî îêîëî 3,2 ìë Î2.
Ñîäåðæàùèéñÿ â ýðèòðîöèòàõ áåëîê ãåìîãëîáèí (Hb) ñïîñîáåí ñâÿçàòü
â 70 ðàç áîëüøå 220 ìë Î2/ë. Ñîäåðæàíèå Hb â êðîâè ñîñòàâëÿåò
140-180 ã/ë ó ìóæ÷èí è 120-160 ã/ë ó æåíùèí, ò. å. âäâîå âûøå ïî ñðàâíåíèþ ñ
áåëêàìè ïëàçìû (50-80 ã/ë). Ïîýòîìó Hb âíîñèò íàèáîëüøèé âêëàä â îáðàçîâàíèå
ðÍ-áóôåðíîé åìêîñòè êðîâè (ñì. ñ. 280).
À. Ñòðóêòóðà
ãåìîãëîáèíà
Ãåìîãëîáèí âçðîñëîãî îðãàíèçìà
(HbA, ñì. íèæå) ÿâëÿåòñÿ òåòðàìåðîì, ñîñòîÿùèì èç äâóõ α- è äâóõ
β-ñóáüåäèíèö ñ ìîëåêóëÿðíûìè ìàññàìè ïðèìåðíî 16 êÄà. α- è β-öåïè îòëè÷àþòñÿ
àìèíîêèñëîòíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòüþ, íî èìåþò ñõîäíóþ êîíôîðìàöèþ. Ïðèìåðíî 80%
àìèíîêèñëîòíûõ îñòàòêîâ ãëîáèíà îáðàçóþò α-ñïèðàëè, îáîçíà÷åííûå áóêâàìè
À-Í (ñì. ñõåìó). Êàæäàÿ ñóáúåäèíèöà íåñåò ãðóïïó ãåìà (ôîðìóëó ñì. íà ðèñ.
197) ñ èîíîì äâóõâàëåíòíîãî æåëåçà â öåíòðå. Ïðè ñâÿçûâàíèè
O2ñ àòîìîì æåëåçà â ãåìå (îêñèãåíàöèÿ Hb) è îòùåïëåíèè
O2 (äåçîêñèãåíàöèÿ) ñòåïåíü îêèñëåíèÿ àòîìà æåëåçà íå
ìåíÿåòñÿ. Îêèñëåíèå Fe2+ äî Fe3+ â ãåìå íîñèò ñëó÷àéíûé
õàðàêòåð. Îêèñëåííàÿ ôîðìà ãåìîãëîáèíà, ìåòãåìîãëîáèí, íå ñïîñîáíà
ïåðåíîñèòü O2. Äîëÿ ìåòãåìîãëîáèíà ïîääåðæèâàåòñÿ ôåðìåíòàìè íà
íèçêîì óðîâíå è ñîñòàâëÿåò ïîýòîìó îáû÷íî òîëüêî 1-2%.
×åòûðå èç øåñòè êîîðäèíàöèîííûõ ñâÿçåé
àòîìà æåëåçà â ãåìîãëîáèíå çàíÿòû àòîìàìè àçîòà ïèððîëüíûõ êîëåö, ïÿòàÿ
îñòàòêîì ãèñòèäèíà ãëîáèíà (ïðîêñèìàëüíûé îñòàòîê ãèñòèäèíà), à øåñòàÿ
ìîëåêóëîé êèñëîðîäà â îêñèãåìîãëîáèíå è, ñîîòâåòñòâåííî, Í2Î â
äåçîêñèãåìîãëîáèíå.
Á. Àëëîñòåðè÷åñêèå ýôôåêòû â
ãåìîãëîáèíå
Àíàëîãè÷íî àñïàðòàò-êàðáàìîèëòðàíñôåðàçå
(ñì. ñ. 118) Hb ìîæåò íàõîäèòüñÿ â äâóõ ñîñòîÿíèÿõ (êîíôîðìàöèÿõ):
îáîçíà÷àåìûõ êàê Ò- è R-ôîðìû ñîîòâåòñòâåííî. Ò-Ôîðìà (íàïðÿæåííàÿ îò
àíãë. tense) îáëàäàåò ñóùåñòâåííî áîëåå íèçêèì ñðîäñòâîì ê O2
ïî ñðàâíåíèþ ñ R-ôîðìîé (íà ñõåìå ñïðàâà). Ñâÿçûâàíèå O2 ñ îäíîé èç
ñóáúåäèíèö Ò-ôîðìû ïðèâîäèò ê ëîêàëüíûì êîíôîðìàöèîííûì èçìåíåíèÿì, êîòîðûå
îñëàáëÿþò ñâÿçü ìåæäó ñóáúåäèíèöàìè. Ñ âîçðàñòàíèåì ïàðöèàëüíîãî äàâëåíèÿ
O2 óâåëè÷èâàåòñÿ äîëÿ ìîëåêóë Hb â âûñîêîàôôèííîé R-ôîðìå (îò àíãë.
relaxed). Áëàãîäàðÿ êîîïåðàòèâíûì âçàèìîäåéñòâèÿì ìåæäó ñóáúåäèíèöàìè ñ
ðîñòîì êîíöåíòðàöèè êèñëîðîäà ïîâûøàåòñÿ ñðîäñòâî Hb ê O2, â
ðåçóëüòàòå ÷åãî êðèâàÿ íàñûùåíèÿ èìååò ñèãìîèäàëüíûé âèä (ñì. ñ
276).
Íà ðàâíîâåñèå ìåæäó Ò- è R-ôîðìàìè
âëèÿþò ðàçëè÷íûå àëëîñòåðè÷åñêèå ýôôåêòîðû, ðåãóëèðóþùèå ñâÿçûâàíèå
O2 ãåìîãëîáèíîì (æåëòûå ñòðåëêè). Ê íàèáîëåå âàæíûì ýôôåêòîðàì
îòíîñÿòñÿ CO2, Í+ è 2,3-äèôîñôîãëèöåðàò [ÄÔÃ (BPG)]
(ñì. ñ. 276).
Äîïîëíèòåëüíàÿ
èíôîðìàöèÿ
Hb âçðîñëîãî îðãàíèçìà ñîñòîèò, êàê
óïîìÿíóòî âûøå, èç äâóõ α- è äâóõ β-öåïåé (α2β2). Íàðÿäó ñ
ýòîé îñíîâíîé ôîðìîé (HbA1) â êðîâè ïðèñóòñòâóþò
íåçíà÷èòåëüíûå êîëè÷åñòâà âòîðîé ôîðìû ñ áîëåå âûñîêèì ñðîäñòâîì ê
O2, ó âòîðîé β-öåïè çàìåíåíû δ-öåïÿ-ìè (HbA2,
α2δ2). Äâå äðóãèå ôîðìû Hb âñòðå÷àþòñÿ òîëüêî â
ýìáðèîíàëüíîì ïåðèîäå ðàçâèòèÿ. Â ïåðâûå òðè ìåñÿöà îáðàçóþòñÿ ýìáðèîíàëüíûå
ãåìîãëîáèíû ñîñòàâà ξ2ε2 è α2γ2.
Çàòåì âïëîòü äî ðîæäåíèÿ äîìèíèðóåò ôåòàëüíûé ãåìîãëîáèí (HbF,
α2δ2), êîòîðûé ïîñòåïåííî çàìåíÿåòñÿ íà ïåðâîì ìåñÿöå
æèçíè íà HbÀ. Ýìáðèîíàëüíûé è ôåòàëüíûé ãåìîãëîáèíû îáëàäàþò áîëåå âûñîêèì
ñðîäñòâîì ê Î2 ïî ñðàâíåíèþ ñ HbÀ, òàê êàê îíè äîëæíû ïåðåíîñèòü
êèñëîðîä èç ñèñòåìû ìàòåðèíñêîãî êðîâîîáðàùåíèÿ.
274-275
Òêàíè è îðãàíû. Êðîâü
Ãåìîãëîáèí
Ãëàâíàÿ ôóíêöèÿ ýðèòðîöèòîâ
(ñì. ñ. 268)
òðàíñïîðò êèñëîðîäà îò ëåãêèõ â òêàíè è ÑÎ2 îò òêàíåé
îáðàòíî â ëåãêèå. Âûñøèå îðãàíèçìû íóæäàþòñÿ äëÿ ýòîãî â ñïåöèàëüíîé
òðàíñïîðòíîé ñèñòåìå, òàê êàê ìîëåêóëÿðíûé êèñëîðîä ïëîõî ðàñòâîðèì â âîäå:
â 1 ë ïëàçìû êðîâè ðàñòâîðèìî òîëüêî îêîëî 3,2 ìë Î2.
Ñîäåðæàùèéñÿ â ýðèòðîöèòàõ áåëîê ãåìîãëîáèí (Hb) ñïîñîáåí ñâÿçàòü
â 70 ðàç áîëüøå 220 ìë Î2/ë. Ñîäåðæàíèå Hb â êðîâè ñîñòàâëÿåò
140-180 ã/ë ó ìóæ÷èí è 120-160 ã/ë ó æåíùèí, ò. å. âäâîå âûøå ïî ñðàâíåíèþ ñ
áåëêàìè ïëàçìû (50-80 ã/ë). Ïîýòîìó Hb âíîñèò íàèáîëüøèé âêëàä â îáðàçîâàíèå
ðÍ-áóôåðíîé åìêîñòè êðîâè (ñì. ñ. 280).
À. Ñòðóêòóðà
ãåìîãëîáèíà
Ãåìîãëîáèí âçðîñëîãî îðãàíèçìà
(HbA, ñì. íèæå) ÿâëÿåòñÿ òåòðàìåðîì, ñîñòîÿùèì èç äâóõ α- è äâóõ
β-ñóáüåäèíèö ñ ìîëåêóëÿðíûìè ìàññàìè ïðèìåðíî 16 êÄà. α- è β-öåïè îòëè÷àþòñÿ
àìèíîêèñëîòíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòüþ, íî èìåþò ñõîäíóþ êîíôîðìàöèþ. Ïðèìåðíî 80%
àìèíîêèñëîòíûõ îñòàòêîâ ãëîáèíà îáðàçóþò α-ñïèðàëè, îáîçíà÷åííûå áóêâàìè
À-Í (ñì. ñõåìó). Êàæäàÿ ñóáúåäèíèöà íåñåò ãðóïïó ãåìà (ôîðìóëó ñì. íà ðèñ.
197) ñ èîíîì äâóõâàëåíòíîãî æåëåçà â öåíòðå. Ïðè ñâÿçûâàíèè
O2ñ àòîìîì æåëåçà â ãåìå (îêñèãåíàöèÿ Hb) è îòùåïëåíèè
O2 (äåçîêñèãåíàöèÿ) ñòåïåíü îêèñëåíèÿ àòîìà æåëåçà íå
ìåíÿåòñÿ. Îêèñëåíèå Fe2+ äî Fe3+ â ãåìå íîñèò ñëó÷àéíûé
õàðàêòåð. Îêèñëåííàÿ ôîðìà ãåìîãëîáèíà, ìåòãåìîãëîáèí, íå ñïîñîáíà
ïåðåíîñèòü O2. Äîëÿ ìåòãåìîãëîáèíà ïîääåðæèâàåòñÿ ôåðìåíòàìè íà
íèçêîì óðîâíå è ñîñòàâëÿåò ïîýòîìó îáû÷íî òîëüêî 1-2%.
×åòûðå èç øåñòè êîîðäèíàöèîííûõ ñâÿçåé
àòîìà æåëåçà â ãåìîãëîáèíå çàíÿòû àòîìàìè àçîòà ïèððîëüíûõ êîëåö, ïÿòàÿ
îñòàòêîì ãèñòèäèíà ãëîáèíà (ïðîêñèìàëüíûé îñòàòîê ãèñòèäèíà), à øåñòàÿ
ìîëåêóëîé êèñëîðîäà â îêñèãåìîãëîáèíå è, ñîîòâåòñòâåííî, Í2Î â
äåçîêñèãåìîãëîáèíå.
Á. Àëëîñòåðè÷åñêèå ýôôåêòû â
ãåìîãëîáèíå
Àíàëîãè÷íî àñïàðòàò-êàðáàìîèëòðàíñôåðàçå
(ñì. ñ. 118) Hb ìîæåò íàõîäèòüñÿ â äâóõ ñîñòîÿíèÿõ (êîíôîðìàöèÿõ):
îáîçíà÷àåìûõ êàê Ò- è R-ôîðìû ñîîòâåòñòâåííî. Ò-Ôîðìà (íàïðÿæåííàÿ îò
àíãë. tense) îáëàäàåò ñóùåñòâåííî áîëåå íèçêèì ñðîäñòâîì ê O2
ïî ñðàâíåíèþ ñ R-ôîðìîé (íà ñõåìå ñïðàâà). Ñâÿçûâàíèå O2 ñ îäíîé èç
ñóáúåäèíèö Ò-ôîðìû ïðèâîäèò ê ëîêàëüíûì êîíôîðìàöèîííûì èçìåíåíèÿì, êîòîðûå
îñëàáëÿþò ñâÿçü ìåæäó ñóáúåäèíèöàìè. Ñ âîçðàñòàíèåì ïàðöèàëüíîãî äàâëåíèÿ
O2 óâåëè÷èâàåòñÿ äîëÿ ìîëåêóë Hb â âûñîêîàôôèííîé R-ôîðìå (îò àíãë.
relaxed). Áëàãîäàðÿ êîîïåðàòèâíûì âçàèìîäåéñòâèÿì ìåæäó ñóáúåäèíèöàìè ñ
ðîñòîì êîíöåíòðàöèè êèñëîðîäà ïîâûøàåòñÿ ñðîäñòâî Hb ê O2, â
ðåçóëüòàòå ÷åãî êðèâàÿ íàñûùåíèÿ èìååò ñèãìîèäàëüíûé âèä (ñì. ñ
276).
Íà ðàâíîâåñèå ìåæäó Ò- è R-ôîðìàìè
âëèÿþò ðàçëè÷íûå àëëîñòåðè÷åñêèå ýôôåêòîðû, ðåãóëèðóþùèå ñâÿçûâàíèå
O2 ãåìîãëîáèíîì (æåëòûå ñòðåëêè). Ê íàèáîëåå âàæíûì ýôôåêòîðàì
îòíîñÿòñÿ CO2, Í+ è 2,3-äèôîñôîãëèöåðàò [ÄÔÃ (BPG)]
(ñì. ñ. 276).
Äîïîëíèòåëüíàÿ
èíôîðìàöèÿ
Hb âçðîñëîãî îðãàíèçìà ñîñòîèò, êàê
óïîìÿíóòî âûøå, èç äâóõ α- è äâóõ β-öåïåé (α2β2). Íàðÿäó ñ
ýòîé îñíîâíîé ôîðìîé (HbA1) â êðîâè ïðèñóòñòâóþò
íåçíà÷èòåëüíûå êîëè÷åñòâà âòîðîé ôîðìû ñ áîëåå âûñîêèì ñðîäñòâîì ê
O2, ó âòîðîé β-öåïè çàìåíåíû δ-öåïÿ-ìè (HbA2,
α2δ2). Äâå äðóãèå ôîðìû Hb âñòðå÷àþòñÿ òîëüêî â
ýìáðèîíàëüíîì ïåðèîäå ðàçâèòèÿ. Â ïåðâûå òðè ìåñÿöà îáðàçóþòñÿ ýìáðèîíàëüíûå
ãåìîãëîáèíû ñîñòàâà ξ2ε2 è α2γ2.
Çàòåì âïëîòü äî ðîæäåíèÿ äîìèíèðóåò ôåòàëüíûé ãåìîãëîáèí (HbF,
α2δ2), êîòîðûé ïîñòåïåííî çàìåíÿåòñÿ íà ïåðâîì ìåñÿöå
æèçíè íà HbÀ. Ýìáðèîíàëüíûé è ôåòàëüíûé ãåìîãëîáèíû îáëàäàþò áîëåå âûñîêèì
ñðîäñòâîì ê Î2 ïî ñðàâíåíèþ ñ HbÀ, òàê êàê îíè äîëæíû ïåðåíîñèòü
êèñëîðîä èç ñèñòåìû ìàòåðèíñêîãî êðîâîîáðàùåíèÿ.
Эффективность связывания кислорода с гемоглобином регулируется
Кооперативное взаимодействие
Взаимовлияние протомеров олигомерного белка друг на друга называется кооперативное взаимодействие.
В легких такое взаимодействие субъединиц гемоглобина повышает его сродство к кислороду и ускоряет присоединение кислорода в 300 раз. В тканях идет обратный процесс, сродство снижается и ускорение отдачи кислорода также 300-кратное.
Схема кооперативного взаимодействия субъединиц гемоглобина
Объясняется такой феномен тем, что в легких при присоединении первой молекулы кислорода к железу (за счет 6-й координационной связи) атом железа втягивается в плоскость гема, кислород остается вне плоскости. Это вызывает перемещение участка белковой цепи и изменение конформации первого протомера. Такой измененный протомер влияет на другие субъединицы и облегчает связывание кислорода со второй субъединицей. Это меняет конформацию второй субъединицы, облегчая присоединение последующих молекул кислорода и изменение других протомеров.
Изменение формы субъединиц гемоглобина
при присоединении и отщеплении кислорода
Дезоксиформа гемоглобина обозначается как Т-форма, напряженная (англ. tense), она обладает существенно более низким сродством к кислороду. Оксигенированная форма, или R-форма (англ. relaxed), обладает высоким сродством к кислороду.
Изменение рН среды
Влияние рН на сродство гемоглобина к кислороду носит название эффекта Бора. При закислении среды сродство снижается, при защелачивании – повышается.
При повышении концентрации протонов (закисление среды) в тканях возрастает освобождение кислорода из оксигемоглобина. В легких после удаления угольной кислоты (в виде СО2) из крови и одновременном увеличении концентрации кислорода высвобождаются ионы Н + из гемоглобина.
Реакция взаимодействия кислорода с гемоглобином упрощенно имеет вид:
Изменение сродства гемоглобина к кислороду в тканях и в легких при изменении концентрации ионов H + и О2 обусловлено конформационными перестройками глобиновой части молекулы. В тканях молекула О 2 отрывается от железа и ионы водорода присоединяются к остаткам гистидина (глобиновой части), образуя восстановленный гемоглобин (H-Hb) с низким сродством к кислороду. В легких поступающий в больших количествах кислород «вытесняет» ион водорода из связи с остатком гистидина гемоглобиновой молекулы.
Механизм эффекта Бора
Роль 2,3-дифосфоглицерата
2,3-Дифосфоглицерат образуется в эритроцитах из 1,3-дифосфоглицерата, промежуточного метаболита гликолиза, в реакциях, получивших название шунт Раппопорта.
Реакции шунта Раппопорта
2,3-Дифосфоглицерат располагается в центральной полости тетрамера дезоксигемоглобина и связывается с β-цепями, образуя поперечный солевой мостик между атомами кислорода 2,3-дифосфоглицерата и аминогруппами концевого валина обеих β-цепей, также аминогруппами радикалов лизина и гистидина.
Расположение 2,3-дифосфоглицерата в гемоглобине
Функция 2,3-дифосфоглицерата заключается в снижении сродства гемоглобина к кислороду, что имеет особенное значение при подъеме на высоту и при нехватке кислорода во вдыхаемом воздухе. В этих условиях связывание кислорода с гемоглобином в легких не нарушается, так как концентрация его относительно высока. Однако в тканях за счет 2,3-дифосфоглицерата отдача кислорода возрастает в 2 раза.
источник
Вопрос 8. Эффект Бора, аллостерическая регуляция насыщения гемоглобина кислородом
График зависимости насыщения миоглобина кислородом от парциального давления кислорода имеет вид гиперболы; для гемоглобина же это зависимость отражается S- образной кривой. Графики подтверждают функцию данных хромопротеинов. Функция миоглобина – присоединить кислород, доставляемый гемоглобином и его запасти. Миоглобин не может транспортировать кислород так как даже при парциальном давлении 20 мм.рт.ст., степень насыщения миоглобина кислородом будет около 85%. Однако при кислородном голодании, которым сопровождается тяжелая физическая работа, РО2 в мышечной ткани может понизиться и до 5 мм.рт.ст., при столь низком давлении миоглобин легко отдает связанный кислород, обеспечивая тем самым окислительный синтез АТФ в митохондриях мышечных клеток.
Кривая диссоциации оксигемоглобина имеет S- образную конфигурацию. Этот факт также связан с функцией гемоглобина и имеет биохимический смысл. В процессе поглощения кислорода в легких напряжение О2 в крови (РО2) приближается к таковому в альвеолах. У молодых людей РО2 артериальной крови составляет около 95 мм.рт.ст.. Насыщение гемоглобина при этом – 97%. С возрастом (или при заболеваниях легких) напряжение О2 в артериальной крови может значительно снижаться, однако, поскольку кривая диссоциации оксигемоглобина в правой её части почти горизонтальна, насыщение крови кислородом уменьшается не намного. При РО2 равное 60 мм.рт.ст. насыщение гемоглобина составляет 90%. Таким образом, горизонтальный участок кривой диссоциации предупреждает существенное снижение насыщения артериальной крови кислородом.
Крутой наклон среднего участка свидетельствует об очень благоприятных условиях для отдачи кислорода тканям. В состоянии покоя РО2 в области венозного конца капилляра равно приблизительно 40 мм.рт.ст., что соответствует примерно 73% насыщения. Если в результате увеличения потребления кислорода его напряжение в венозной крови падает лишь на 5 мм.рт.ст, то насыщение гемоглобина кислородом снижается не менее чем на 7%.
Олигомерные белки способны к аллостерической регуляции своих функций. Присоединение лигандов в участках, пространственно удаленных друг от друга (аллостерических), способно вызвать конформационные изменения во всем белке.
Результатом воздействия лигандов Н + , 2,3-ДФГ, СО2 является затруднение перехода из Т- состояния в R. Т-форма характеризуется меньшим сродством к кислороду и способна легко отдавать его тканям. Таким образом, при увеличение концентрации 2,3- ДФГ, уменьшение рН среды, а также при возрастании РСО2 и температуры кривая диссоциации оксигемоглобина сдвигается вправо.
Эффект Бора
Влияние рН на характер кривой диссоциации оксигемоглобина называется эффектом Бора (по имени датского физиолога Христиана Бора, впервые открывшего этот эффект).
Гемоглобин в дезоксигенерированном состоянии имеет более высокое сродство к протонам, чем оксигемоглобин. Другими словами R – форма (оксигенерированная) является более сильной кислотой, чем Т-форма (дезоксигенерированная). Поэтому когда дезоксигемоглобин в легких присоединяет кислород, происходит переход в R – форму и разрыв некоторых связей, в результате чего и высвобождаются протоны, ответственные за эффект Бора. Наоборот, при высвобождении кислорода образуется Т-структура и разорванные связи между субъединицами должны быть восстановлены, и протоны вновь присоединяются к остаткам гистидина в — цепях. Таким образом, протонирование гемоглобина снижает его сродство к О2 и увеличивает потребление О2 в ткани.
Эффект Бора имеет важное физиологическое значение. Образующийся в тканях СО2 должен транспортироваться в легкие. Он поступает в эритроциты по градиенту напряжения. В них фермент карбоангидраза превращает его в Н2СО3, который диссоциирует на бикарбонат, ион и протон. Последний сдвигает равновесие влево в уравнении (1).
Где n — величина порядка 2; число зависит от целого комплекса параметров, тем самым заставляя Hb О2 отдавать свой кислород.
НСО3 — пассивно продвигается через ионный канал по градиенту концентрации в сыворотку.
Продвижение НСО3 — не сопровождается перемещением Н + , поскольку нет канала, позволяющего ему пройти через мембрану эритроцитов. Для сохранения ионного равновесия при выходе НСО3 — из клетки, Cl — перемещаются внутрь её через тот же ионный канал. Такое двойное перемещение известно как хлоридный сдвиг (сдвиг Хамбургера).
Растворенный НСО3 — движется вместе с венозной кровью обратно в легкие. Здесь высвобождение протона из гемоглобина при оксигениции приводит к образованию НСО3 — (по принципу Ле-Шателье).
что позволяет карбоангидразе образовать СО2.
Разрушение НСО3 — в эритроците обуславливает вхождение в него НСО3 — из сыворотки, так что в легких происходит обратный хлоридный сдвиг, приводящий к выведению СО2 с выдыхаемым воздухом.
источник
Эффект Бора
Аллостерическая регуляция насыщения гемоглобина кислородом
Кривая диссоциации кислорода для гемоглобина
Механизм насыщения гемоглобина кислородом
Гемоглобин присоединяет О2 последовательно, по одной молекуле на каждый гем.
В апогемоглобине, благодаря координационной связи с белковой частью, атом железа выступает из плоскости гема в направлении гистидина F8.
Присоединение О2 к шестой координационной связи железа вызывает его перемещение в плоскость гема, за ним перемещаются гистидин F8 и полипептидная цепь, в состав которой он входит.
Происходит изменение конформации текущего протомера и связанных с ним оставшихся протомеров. При этом у протомеров возрастает сродство к кислороду, в результате каждый следующий кислород присоединяется к гемоглобину лучше предыдущего. Четвертая молекула кислорода присоединяется к гемоглобину в 300 раз легче, чем первая молекула. Обратный процесс аналогичен, чем больше О2 отдают протомеры, тем легче идет отщепление последующих молекул О2.
Кооперативность в работе протомеров гемоглобина формирует сигмовидный характер кривой насыщения его кислородом в зависимости от парциального давления кислорода.
S–образная кривая насыщения гемоглобина кислородом имеет важное биологическое значение.
Во-первых, пологий участок S–образной кривой (выше 60 мм.рт.ст.) обеспечивает максимальное насыщение гемоглобина кислородом в легких, даже если концентрация кислорода в альвеолярном воздухе заметно снижена. Например, в альвеолярной крови при РО2=95 мм.рт.ст. гемоглобин насыщается кислородом на 97%, а при РО2=60 мм.рт.ст. — на 90%.
Во-вторых, Крутой наклон среднего участка S–образной кривой (от 10 до 40 мм.рт.ст.) обеспечивает максимальный переход кислорода от гемоглобина к тканям.
В области венозного конца капилляра при РО2 = 40 мм.рт.ст. гемоглобин насыщен кислородом на 73%. При снижении РО2 на 5 мм.рт.ст. насыщение гемоглобина кислородом уменьшается на 7%.
Кроме РО2 на насыщение гемоглобина кислородом влияют и другие факторы, например, рН, температура, давление, концентрация 2,3-ДФГ, РСО2.
Увеличение температуры, присоединение к гемоглобину Н + , 2,3-ДФГ, СО2 уменьшает сродство гемоглобина к кислороду, при этом кривая диссоциации оксигемоглобина сдвигается вправо и гемоглобин легче отдает кислород тканям.
Влияние рН на характер кривой диссоциации оксигемоглобина называется эффектом Бора (по имени датского физиолога Христиана Бора, впервые открывшего этот эффект).
Гемоглобин в дезоксигенерированном состоянии имеет более высокое сродство к протонам, чем оксигемоглобин. Другими словами R – форма (оксигенерированная) является более сильной кислотой, чем Т-форма (дезоксигенерированная). Поэтому когда дезоксигемоглобин в легких присоединяет кислород, происходит переход в R – форму и разрыв некоторых связей, в результате чего и высвобождаются протоны, ответственные за эффект Бора. Наоборот, при высвобождении кислорода образуется Т-структура и разорванные связи между субъединицами должны быть восстановлены, и протоны вновь присоединяются к остаткам гистидина в b — цепях. Таким образом, протонирование гемоглобина снижает его сродство к О2 и увеличивает потребление О2 в ткани.
Эффект Бора имеет важное физиологическое значение. Образующийся в тканях СО2 должен транспортироваться в легкие. Он поступает в эритроциты по градиенту напряжения. В них фермент карбоангидраза превращает его в Н2СО3, который диссоциирует на бикарбонат, ион и протон. Последний сдвигает равновесие влево в уравнении (1).
Где n — величина порядка 2; число зависит от целого комплекса параметров, тем самым заставляя Hb О2 отдавать свой кислород.
НСО3- пассивно продвигается через ионный канал по градиенту концентрации в сыворотку.
Продвижение НСО3- не сопровождается перемещением Н+, поскольку нет канала, позволяющего ему пройти через мембрану эритроцитов. Для сохранения ионного равновесия при выходе НСО3- из клетки, Cl- перемещаются внутрь её через тот же ионный канал. Такое двойное перемещение известно как хлоридный сдвиг (сдвиг Хамбургера).
Растворенный НСО3- движется вместе с венозной кровью обратно в легкие. Здесь высвобождение протона из гемоглобина при оксигениции приводит к образованию НСО3- (по принципу Ле-Шателье).
что позволяет карбоангидразе образовать СО2.
Разрушение НСО3- в эритроците обуславливает вхождение в него НСО3- из сыворотки, так что в легких происходит обратный хлоридный сдвиг, приводящий к выведению СО2 с выдыхаемым воздухом.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Лучшие изречения: Учись учиться, не учась! 10882 —
| 8142 — или читать все.
источник