Конформационные изменения при функционировании белков на примере гемоглобина

Гидрофобные взаимодействия, а также ионные и водородные связи относят к числу слабых, так как их энергия лишь ненамного превышает энергию теплового движения атомов при комнатной температуре (т.е. уже при данной температуре возможен разрыв таких связей). Поддержание характерной для белка конфор-мации возможно благодаря возникновению множества слабых связей между различными участками полипептидной цепи. Однако белки состоят из огромного числа атомов, находящихся в постоянном (броуновском) движении, что приводит к небольшим перемещениям отдельных участков полипептидной цепи, которые обычно не нарушают общую структуру белка и его функции. Следовательно, белки обладают конформационной лабильностью – склонностью к небольшим изменениям конформации за счёт разрыва одних и образования других слабых связей. Конформация белка может меняться при изменении химических и физических свойств среды, а также при взаимодействии белка с другими молекулами. При этом происходит изменение пространственной структуры не только участка, контактирующего с другой молекулой, но и конформации белка в целом. Конформационные изменения играют огромную роль в функционировании белков в живой клетке. Разрыв большого количества слабых связей в молекуле белка приводит к разрушению её на-тивной конформации. Так как разрыв связей под действием различных факторов носит случайный характер, то молекулы одного индивидуального белка приобретают в растворе форму случайно сформировавшихся беспорядочных клубков, отличающихся друг от друга трёхмерной структурой. Потеря нативной конформации сопровождается утратой специфической функции белков. Этот процесс носит название денатурации белков. При денатурации белков не происходит разрыва пептидных связей, т.е. первичная структура белка не нарушается. В денатурированном белке гидрофобные радикалы, которые в нативной структуре молекулы спрятаны внутри гидрофобного ядра, оказываются на поверхности. При достаточно высокой концентрации белка и отсутствии сильного отталкивающего заряда молекулы могут объединяться друг с другом гидрофобными взаимодействиями, при этом растворимость белка снижается и происходит образование осадка. Компактная, плотная пространственная структура нативного белка при денатурации резко увеличивается в размерах и становится легко доступной для расщепления пептидных связей протеолитическими ферментами

3. Четвертичная структура белков. Кооперативные изменения конформации протомеров. Примеры строения и функционирования олигомерных белков: гемоглобин (в сравнении с миоглобином), аллостерические ферменты.

Четвертичная структура – это и количество, и способ укладки полипептидных цепей (протомеров) в пространстве. Если белки состоят из двух и более полипептидных цепей, связанных между собой нековалентными (не пептидными и не дисульфидными) связями, то говорят, что они обладают четвертичной структурой.Такие агрегаты стабилизируются водородными связями, ионными связями и электростатическими взаимодействиями между остатками аминокислот, находящимися на поверхности глобулы. Подобные белки называются олигомерами, а их индивидуальные цепи – протомерами (мономерами, субъединицами). Если белки содержат 2 протомера, то они называются димерами, если 4, то тетрамерами и т.д.

Протомеры связаны друг с другом посредством лишь нековалентных связей (ионных, водородных, гидрофобных). Причем протомеры взаимодействуют друг с другом только определенными участками своей поверхности (контактные участки). Взаимное «узнавание» контактных участков происходит по принципу комплементарности. Каждый протомер взаимодействует с другим во многих точках. Следовательно, ошибочные комплексы в олигомере практически невозможны. Так как субъединицы в олигомерах очень тесно взаимодействуют между собой, то любое изменение конформации какой-либо одной субъединицы обязательно влечет за собой изменение других субъединиц. Этот эффект называется кооперативное взаимодействие. Например, у гемоглобина такое взаимодействие субъединиц в легких ускоряет в 300 раз присоединение О2 к гемоглобину. В тканях отдача О2 также ускоряется в 300 раз. Присоединение в легких первой молекулы кислорода к одной из субъединиц гемоглобина изменяет ее конформацию. В результате она начинает влиять на следующую убъединицу, облегчая присоединение к ней кислорода. После этого они вдвоем влияют на третью субъединицу и так далее. В тканях первая молекула кислорода отделяется от своей субъединицы не очень легко, вторая уже быстрее и т.д. Олигомерные белки способны взаимодействовать с несколькими лигандами в центрах, удаленных друг от друга. Связывание одного протомера с лигандом изменяет конформацию этого протомера, а также всего олигомера и, кроме того, сродство к другим лигандам. Таким образом, функциональная активность олигомерных белков может регулироваться аллостерическими лигандами.

Аллостерическими ферментами называют ферменты, активность которых регулируется не только количеством молекул субстрата, но и другими веществами, называемыми эффекторами (обычно это олигомерные белки, состоящие из нескольких протомеров или имеющие доменное строение; они имеют аллостерический центр, пространственно удалённый от каталитического активного центра; эффекторы присоединяются к ферменту нековалентно в аллостерических (регуляторных) центрах; аллостерические ферменты обладают свойством кооперативности: регуляция аллостерических ферментов обратима). Участвующие в аллостерической регуляции эффекторы – клеточные метаболиты часто именно того пути, регуляцию которого они осуществляют. Связь между структурой белка и его функцией можно рассмотреть на примере двух родственных белков: миоглобина и гемоглобина:

Миоглобин– мономер (состоит из одной полипептидной цепи), основная его функция – запасание кислорода в тканях. Имея высокое сродство к кислороду, миоглобин легко присоединяет его и отдает кислород только при интенсивной мышечной работе, когда парциальное давление кислорода падает ниже 10 мм рт. ст.

Гемоглобин – тетрамер (состоит из 4х протомеров). Основная функция гемоглобина – обратимое связывание с кислородом в легких, где парциальное давление кислорода высокое и гемоглобин взаимодействует с четырьмя молекулами кислорода.

В тканях СО2 и Н2О, образующиеся при катаболизме пищевых веществ, взаимодействуют с гемоглобином и уменьшают его сродство к кислороду, что облегчает поступление кислорода в ткани.

В эритроцитах имеется также аллостерический лиганд 2,3-дифосфоглицерат, способный взаимодействовать с дезоксигемоглобином. Это препятствует обратному связыванию освободившегося О2 с гемоглобином.

Таким образом, связывание гемоглобина с аллостерическими лигандами в тканях, при относительно высоком парциальном давлении, обеспечивает поступление кислорода в ткани.

Из рассмотренных примеров следует заключить, что аллостерический эффект является результатом связывания лиганда со специфическим участком белка. Это вызывает значительное изменение в белковой молекуле, которая в свою очередь влияет на активность другого, пространственно удаленного участка. Кооперативные изменения конформации олигомерных белков составляют основу механизма регуляции функциональной активности не только гемоглобина, но и многих других белков.

4. Понятие о ферментах. Специфичность действия ферментов. Кофакторы ферментов. Зависимость скорости ферментативных реакций от концентрации субстрата, фермента, температуры и рН. Принципы количественного определения ферментов. Единицы активности.

Ферменты– это катализаторы биологической природы (белки), которые обеспечивают протекание биохимических процессов в живых клетках. Ф. не входят в состав конечных продуктов реакции. Ф. не тратятся в процессе катализа. Ф. только ускоряют реакции, протекающие без них. Ф. не могут возбудить реакции, протекающие по законам термодинамики. Ф. не смещают положение равновеся, а лишь ускоряют его движение. Одна молекула Ф. при обычных условиях может катализировать превращение от тысячи до миллиона молекул в-ва в минуту. Простые ферменты состоят только из АК, а сложные из 2х частей: белковой (апофермент) и небелковой (кофактор). Если кофактор прочно связан с апоферментом, он называется простетической группой, если непрочно – коферментом. Кофактор – это ионы металла или сложные органические соединения, которые выполняют функцию стабилизаторов молекулы субстрата, активного центра фермента и конформации белковой молекулы фермента (Пр.: в активном центре гексокиназы есть участки связывания для молекулы глюкозы и комплекса Мg2+-АТФ. В результате ферментативной реакции происходит перенос концевого гамма-фосфорного остатка молекулы АТФ на глюкозу с образованием глюкозо-6-фосфата).

Особенности:

1. Используются неоднократно; 2. Работают в узком диапазоне t и pH; 3. Катализируют только те реакции, которые биохимически возможны; 4. Обладают каталитической эффективностью; 5. Характерна конформационная лабильность; 6. Способность к регуляции 7. Обладаютспецифичностью: а) субстратная (абсолютная – Активный центр ферментов, обладающих абсолютной субстратной специфичностью, комплементарен только одному субстрату: аргиназа в реакции расщепления аргинина до мочевины и орнитина; и групповая – Большинство ферментов катализирует однотипные реакции с небольшим количеством (группой) структурно похожих субстратов: Панкреатическая липаза гидролизует эфирную связь у α-атомов углерода глицерола, независимо от того, какие жирные кислоты входят в состав молекулы жира; Относительная групповая специфичность – превращение субстратов с некоторыми общими признаками. Например, цитохром Р450 окисляет только гидрофобные вещества, которых насчитывается около 7000; стереоспецифичность – При наличии у субстрата нескольких стерео-изомеров фермент проявляет абсолютную специфичность к одному из них: к D-сахарам (гексокиназа), к L-аминокислотам, к цистрансизомерам (фумараза), к α- и β-гликозидным связям(амилаза)) В общем виде все сводится к комплементарному взаимодействию фермента и субстрата. При этом функциональные группы субстрата взаимодействуют с соответствующими им функциональными группами фермента. Наличие субстратной специфичности объясняют две гипотезы:

1. Теория Фишера (модель “жесткой матрицы”, “ключ-замок”) – активный центр фермента строго соответствует конфигурации субстрата и не изменяется при его присоединении. Эта модель хорошо объясняет абсолютную специфичность, но не групповую. 2. Теория Кошланда (модель “индуцированного соответствия”, “рука-перчатка”) – подразумевает гибкость активного центра. Присоединение субстрата к якорному участку фермента вызывает изменение конфигурации каталитического центра таким образом, чтобы его форма соответствовала форме субстрата.

б) каталитическая – Фермент катализирует превращение присоединённого субстрата по одному из возможных путей его превращения, Это свойство обеспечивается строением каталитического участка активного центра фермента и называется каталитической специфичностью, или специфичностью пути превращения субстрата.

Скорость биохим. реакции определяется: а) изменением концентрации реагирующих веществ в единицу времени; б) не является постоянной в течении времени.

Ðàçìåùåíî íà https://www.allbest.ru/

Ðàçìåùåíî íà https://www.allbest.ru/

Ðåôåðàò

Îñîáåííîñòè ôóíêöèîíèðîâàíèÿ îëèãîìåðíûõ áåëêîâ íà ïðèìåðå ãåìîãëîáèíà

Îëèãîìåðíûå áåëêè ïðîÿâëÿþò ñâîéñòâà, îòñóòñòâóþùèå ó ìîíîìåðíûõ áåëêîâ. Âëèÿíèå ÷åòâåðòè÷íîé ñòðóêòóðû íà ôóíêöèîíàëüíûå ñâîéñòâà áåëêà ìîæíî ðàññìîòðåòü, ñðàâíèâàÿ ñòðîåíèå è ôóíêöèè äâóõ ðîäñòâåííûõ ãåìñîäåðæàùèõ áåëêîâ: ìèîãëîáèíà è ãåìîãëîáèíà. Îáà áåëêà èìåþò îáùåå ýâîëþöèîííîå ïðîèñõîæäåíèå, ñõîäíóþ êîíôîðìàöèþ îòäåëüíûõ ïîëèïåïòèäíûõ öåïåé è ñõîäíóþ ôóíêöèþ (ó÷àñòâóþò â òðàíñïîðòå êèñëîðîäà), íî ìèîãëîáèí – ìîíîìåðíûé áåëîê, à ãåìîãëîáèí – òåòðàìåð. Íàëè÷èå ÷åòâåðòè÷íîé ñòðóêòóðû ó ãåìîãëîáèíà ïðèäà¸ò ýòîìó áåëêó ñâîéñòâà, îòñóòñòâóþùèå ó ìèîãëîáèíà.

Ìèîãëîáèí ñîäåðæèò íåáåëêîâóþ ÷àñòü (ãåì) è áåëêîâóþ ÷àñòü (àïîìèîãëîáèí).

Ãåì – ìîëåêóëà, èìåþùàÿ ñòðóêòóðó öèêëè÷åñêîãî òåòðàïèððîëà, ãäå 4 ïèððîëüíûõ êîëüöà ñîåäèíåíû ìåòèëåíîâûìè ìîñòèêàìè è ñîäåðæàò 4 ìåòèëüíûå, 2 âèíèëüíûå è 2 ïðîïèîíàòíûå áîêîâûå öåïè. Ýòà îðãàíè÷åñêàÿ ÷àñòü ãåìà íàçûâàåòñÿ ïðîòîïîðôèðèíîì. Âîçìîæíû 15 âàðèàíòîâ ðàñïîëîæåíèÿ áîêîâûõ öåïåé, íî â ñîñòàâå ãåìîïðîòåèíîâ ïðèñóòñòâóåò òîëüêî îäèí èçîìåð, íàçûâàåìûé ïðîòîïîðôèðèí IX.  ãåìå 4 àòîìà àçîòà ïèððîëüíûõ êîëåö ïðîòîïîðôèðèíà IX ñâÿçàíû ÷åòûðüìÿ êîîðäèíàöèîííûìè ñâÿçÿìè ñ Fe2+, íàõîäÿùèìñÿ â öåíòðå ìîëåêóëû.

Àïîìèîãëîáèí – áåëêîâàÿ ÷àñòü ìèîãëîáèíà; ïåðâè÷íàÿ ñòðóêòóðà ïðåäñòàâëåíà ïîñëåäîâàòåëüíîñòüþ èç 153 àìèíîêèñëîò, êîòîðûå âî âòîðè÷íîé ñòðóêòóðå óëîæåíû â 8 à-ñïèðàëåé. à-Ñïèðàëè îáîçíà÷àþò ëàòèíñêèìè áóêâàìè îò À äî Í, íà÷èíàÿ ñ N-êîíöà ïîëèïåïòèäíîé öåïè, è ñîäåðæàò îò 7 äî 23 àìèíîêèñëîò. Òðåòè÷íàÿ ñòðóêòóðà èìååò âèä êîìïàêòíîé ãëîáóëû, îáðàçîâàííîé çà ñ÷¸ò ïåòåëü è ïîâîðîòîâ â îáëàñòè íåñïèðàëèçîâàííûõ ó÷àñòêîâ áåëêà. Âíóòðåííÿÿ ÷àñòü ìîëåêóëû ïî÷òè öåëèêîì ñîñòîèò èç ãèäðîôîáíûõ ðàäèêàëîâ, çà èñêëþ÷åíèåì äâóõ îñòàòêîâ Ãèñ, ðàñïîëàãàþùèõñÿ â àêòèâíîì öåíòðå.

Ñâÿçûâàíèå ãåìà ñ àïîìèîãëîáèíîì.

Ãåì – ñïåöèôè÷åñêèé ëèãàíä àïîìèîãëîáèíà, ïðèñîåäèíÿþùèéñÿ ê áåëêîâîé ÷àñòè â óãëóáëåíèè ìåæäó äâóìÿ à-ñïèðàëÿìè F è Å. Öåíòð ñâÿçûâàíèÿ ñ ãåìîì îáðàçîâàí ïðåèìóùåñòâåííî ãèäðîôîáíûìè îñòàòêàìè àìèíîêèñëîò, îêðóæàþùèìè ãèäðîôîáíûå ïèððîëüíûå êîëüöà ãåìà. Äâå áîêîâûå ãðóïïû ïðîïèîíîâûõ êèñëîò, èîíèçèðîâàííûå ïðè ôèçèîëîãè÷åñêèõ çíà÷åíèÿõ ðÍ, âûñòóïàþò íà ïîâåðõíîñòè ìîëåêóëû.

 àêòèâíûé öåíòð àïîìèîãëîáèíà êðîìå ãèäðîôîáíûõ àìèíîêèñëîò âõîäÿò òàêæå 2 îñòàòêà Ãèñ (Ãèñ64 è Ãèñ93 èëè Ãèñ Å7 è Ãèñ F8), èãðàþùèå âàæíóþ ðîëü â ôóíêöèîíèðîâàíèè áåëêà. Îíè ðàñïîëîæåíû ïî ðàçíûå ñòîðîíû îò ïëîñêîñòè ãåìà è âõîäÿò â ñîñòàâ ñïèðàëåé F è Å, ìåæäó êîòîðûìè ðàñïîëàãàåòñÿ ãåì. Àòîì æåëåçà â ãåìå ìîæåò îáðàçîâûâàòü 6 êîîðäèíàöèîííûõ ñâÿçåé, 4 èç êîòîðûõ óäåðæèâàþò Fe2+ â öåíòðå ïðîòîïîðôèðèíà IX (ñîåäèíÿÿ åãî ñ àòîìàìè àçîòà ïèððîëüíûõ êîëåö), à 5-ÿ ñâÿçü âîçíèêàåò ìåæäó Fe2+ è àòîìîì àçîòà èìèäàçîëüíîãî êîëüöà Ãèñ F8 (ðèñ. 2).

Ãèñ Å7 õîòÿ è íå ñâÿçàí ñ ãåìîì, íî íåîáõîäèì äëÿ ïðàâèëüíîé îðèåíòàöèè è ïðèñîåäèíåíèÿ äðóãîãî ëèãàíäà – Î2 ê ìèîãëîáèíó.

Àìèíîêèñëîòíîå îêðóæåíèå ãåìà ñîçäà¸ò óñëîâèÿ äëÿ äîâîëüíî ïðî÷íîãî, íî îáðàòèìîãî ñâÿçûâàíèÿ Î2 ñ Fe2+ ìèîãëîáèíà. Ãèäðîôîáíûå îñòàòêè àìèíîêèñëîò, îêðóæàþùèå ãåì, ïðåïÿòñòâóþò ïðîíèêíîâåíèþ â öåíòð ñâÿçûâàíèÿ ìèîãëîáèíà âîäû è îêèñëåíèþ Fe2+ â Fe3+. Òð¸õâàëåíòíîå æåëåçî â ñîñòàâå ãåìà íå ñïîñîáíî ïðèñîåäèíÿòü Î2.

Ñòðóêòóðà è ôóíêöèè ãåìîãëîáèíà.

Ãåìîãëîáèíû – áåëêè, íàõîäÿùèåñÿ â ýðèòðîöèòàõ ÷åëîâåêà è ïîçâîíî÷íûõ æèâîòíûõ. Ýòè áåëêè âûïîëíÿþò 2 âàæíûå ôóíêöèè:

– ïåðåíîñ Î2 èç ë¸ãêèõ ê ïåðèôåðè÷åñêèì òêàíÿì;

– ó÷àñòèå â ïåðåíîñå ÑÎ2 è ïðîòîíîâ èç ïåðèôåðè÷åñêèõ òêàíåé â ë¸ãêèå äëÿ ïîñëåäóþùåãî âûâåäåíèÿ èç îðãàíèçìà.

Êðîâü åæåäíåâíî äîëæíà ïåðåíîñèòü èç ë¸ãêèõ â òêàíè îêîëî 600 ë Î2. Òàê êàê Î2 ïëîõî ðàñòâîðèì â âîäå, òî ïðàêòè÷åñêè âåñü êèñëîðîä â êðîâè ñâÿçàí ñ ãåìîãëîáèíîì ýðèòðîöèòîâ. Îò ñïîñîáíîñòè ãåìîãëîáèíà íàñûùàòüñÿ Î2 â ë¸ãêèõ è îòíîñèòåëüíî ëåãêî îòäàâàòü åãî â êàïèëëÿðàõ òêàíåé çàâèñÿò êîëè÷åñòâî ïîëó÷àåìîãî òêàíÿìè Î2 è èíòåíñèâíîñòü ìåòàáîëèçìà. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, Î2 – ñèëüíûé îêèñëèòåëü, èçáûòîê ïîñòóïëåíèÿ Î2 â òêàíè ìîæåò ïðèâåñòè ê ïîâðåæäåíèþ ìîëåêóë è íàðóøåíèþ ñòðóêòóðû è ôóíêöèé êëåòîê. Ïîýòîìó âàæíåéøàÿ õàðàêòåðèñòèêà ãåìîãëîáèíà – åãî ñïîñîáíîñòü ðåãóëèðîâàòü ñðîäñòâî ê Î2 â çàâèñèìîñòè îò òêàíåâûõ óñëîâèé.

Ãåìîãëîáèíû îòíîñÿò ê ãåìîïðîòåèíàì, íî îíè èìåþò ÷åòâåðòè÷íóþ ñòðóêòóðó (ñîñòîÿò èç 4 ïîëèïåïòèäíûõ öåïåé), áëàãîäàðÿ êîòîðîé âîçíèêàåò âîçìîæíîñòü ðåãóëÿöèè èõ ôóíêöèé.

Ãåìîãëîáèíû ÷åëîâåêà.

Ðàçëè÷àþò íåñêîëüêî âèäîâ ãåìîãëîáèíà ÷åëîâåêà. Ðàññìîòðèì ñòðîåíèå ãåìîãëîáèíà À.

Êîíôîðìàöèÿ îòäåëüíûõ ïðîòîìåðîâ ãåìîãëîáèíà óäèâèòåëüíî íàïîìèíàåò êîíôîðìàöèþ ìèîãëîáèíà, íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî â ïåðâè÷íîé ñòðóêòóðå èõ ïîëèïåïòèäíûõ öåïåé èäåíòè÷íû òîëüêî 24 àìèíîêèñëîòíûõ îñòàòêà. Ïðîòîìåðû ãåìîãëîáèíà, òàê æå êàê è àïîìèîãëîáèí, ñîñòîÿò èç 8 ñïèðàëåé, ñâ¸ðíóòûõ â ïëîòíóþ ãëîáóëÿðíóþ ñòðóêòóðó, ñîäåðæàùóþ âíóòðåííåå ãèäðîôîáíîå ÿäðî è «êàðìàí» äëÿ ñâÿçûâàíèÿ ãåìà. Ñîåäèíåíèå ãåìà ñ ãëîáèíîì (áåëêîâîé ÷àñòüþ) àíàëîãè÷íî òàêîâîìó ó ìèîãëîáèíà – ãèäðîôîáíîå îêðóæåíèå ãåìà, çà èñêëþ÷åíèåì 2 îñòàòêîâ Ãèñ Å7 è Ãèñ F8 (ðèñ. 3). Îäíàêî òåòðàìåðíàÿ ñòðóêòóðà ãåìîãëîáèíà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé áîëåå ñëîæíûé ñòðóêòóðíî-ôóíêöèîíàëüíûé êîìïëåêñ, ÷åì ìèîãëîáèí.

Ðîëü ãèñòèäèíà E7 â ôóíêöèîíèðîâàíèè ìèîãëîáèíà è ãåìîãëîáèíà.

Ãåì èìååò âûñîêîå ñðîäñòâî ê îêñèäó óãëåðîäà (ÑÎ).  âîäíîé ñðåäå ñâîáîäíûé îò áåëêîâîé ÷àñòè ãåì ñâÿçûâàåòñÿ ñ ÑÎ â 25 000 ðàç ñèëüíåå, ÷åì Î2. Âûñîêàÿ ñòåïåíü ñðîäñòâà ãåìà ê ÑÎ ïî ñðàâíåíèþ ñ Î2 îáúÿñíÿåòñÿ ðàçíûì ïðîñòðàíñòâåííûì ðàñïîëîæåíèåì êîìïëåêñîâ Fe2+ ãåìà ñ ÑÎ è Î2 (ðèñ. 3, À).

 êîìïëåêñå Fe2+ ãåìà ñ ÑÎ àòîìû Fe2+, óãëåðîäà è êèñëîðîäà ðàñïîëîæåíû íà îäíîé ïðÿìîé, à â êîìïëåêñå Fe2+ ãåìà ñ Î2 àòîìû æåëåçà è êèñëîðîäà ðàñïîëîæåíû ïîä óãëîì, ÷òî îòðàæàåò èõ îïòèìàëüíîå ïðîñòðàíñòâåííîå ðàñïîëîæåíèå.

 ìèîãëîáèíå è ãåìîãëîáèíå íàä Fe2+ â îáëàñòè ïðèñîåäèíåíèÿ Î2 ðàñïîëîæåí Ãèñ Å7, íàðóøàþùèé îïòèìàëüíîå ðàñïîëîæåíèå ÑÎ â öåíòðå ñâÿçûâàíèÿ áåëêîâ è îñëàáëÿþùèé åãî âçàèìîäåéñòâèå ñ ãåìîì. Íàïðîòèâ, òîò æå Ãèñ Å7 ñîçäà¸ò îïòèìàëüíûå óñëîâèÿ äëÿ ñâÿçûâàíèÿ Î2 (ðèñ. 3, Á).  ðåçóëüòàòå ñðîäñòâî ãåìà ê ÑÎ â áåëêàõ âñåãî â 200 ðàç ïðåâûøàåò åãî ñðîäñòâî ê Î2.

Ñíèæåíèå ñðîäñòâà ãåìñîäåðæàùèõ áåëêîâ ê ÑÎ èìååò âàæíîå áèîëîãè÷åñêîå çíà÷åíèå. ÑÎ îáðàçóåòñÿ â íåáîëüøèõ êîëè÷åñòâàõ ïðè êàòàáîëèçìå íåêîòîðûõ âåùåñòâ, â ÷àñòíîñòèãåìà. Ýòîò ýíäîãåííî îáðàçóþùèéñÿ ÑÎ áëîêèðóåò îêîëî 1% ãåìñîäåðæàùèõ áåëêîâ. Åñëè áû ñðîäñòâî òåìà ê ÑÎ íå óìåíüøàëîñü ïîä âëèÿíèåì áåëêîâîãî îêðóæåíèÿ, ýíäîãåííûé îêñèä óãëåðîäà ìîã áû âûçûâàòü ñåðü¸çíûå îòðàâëåíèÿ.

×åòâåðòè÷íàÿ ñòðóêòóðà ãåìîãëîáèíà.

×åòûðå ïîëèïåïòèäíûå öåïè, ñîåäèí¸ííûå âìåñòå, îáðàçóþò ïî÷òè ïðàâèëüíóþ ôîðìó øàðà, ãäå êàæäàÿ à-öåïü êîíòàêòèðóåò ñ äâóìÿ â-öåïÿìè (ðèñ. 4).

Òàê êàê â îáëàñòè êîíòàêòà ìåæäó à1- è â1-, à òàêæå ìåæäó à2- è â2-öåïÿìè íàõîäèòñÿ ìíîãî ãèäðîôîáíûõ ðàäèêàëîâ, òî ìåæäó ýòèìè ïîëèïåïòèäíûìè öåïÿìè ôîðìèðóåòñÿ ñèëüíîå ñîåäèíåíèå çà ñ÷¸ò âîçíèêíîâåíèÿ â ïåðâóþ î÷åðåäü ãèäðîôîáíûõ, à òàêæå èîííûõ è âîäîðîäíûõ ñâÿçåé.  ðåçóëüòàòå îáðàçóþòñÿ äèìåðû à1â1, è à2â2. Ìåæäó ýòèìè äèìåðàìè â òåòðàìåðíîé ìîëåêóëå ãåìîãëîáèíà âîçíèêàþò â îñíîâíîì ïîëÿðíûå (èîííûå è âîäîðîäíûå) ñâÿçè, ïîýòîìó ïðè èçìåíåíèè ðÍ ñðåäû â êèñëóþ èëè ùåëî÷íóþ ñòîðîíó â ïåðâóþ î÷åðåäü ðàçðóøàþòñÿ ñâÿçè ìåæäó äèìåðàìè. Êðîìå òîãî, äèìåðû ñïîñîáíû ëåãêî ïåðåìåùàòüñÿ îòíîñèòåëüíî äðóã äðóãà.

Òàê êàê ïîâåðõíîñòü ïðîòîìåðîâ íåðîâíàÿ, ïîëèïåïòèäíûå öåïè â öåíòðàëüíîé îáëàñòè íå ìîãóò ïëîòíî ïðèëåãàòü äðóã ê äðóãó, â ðåçóëüòàòå â öåíòðå ôîðìèðóåòñÿ «öåíòðàëüíàÿ ïîëîñòü», ïðîõîäÿùàÿ ñêâîçü âñþ ìîëåêóëó ãåìîãëîáèíà.

Ñâÿçûâàíèå ãåìîãëîáèíà ñ Î2 â ë¸ãêèõ è åãî äèññîöèàöèÿ èç êîìïëåêñà â òêàíÿõ.

Îñíîâíàÿ ôóíêöèÿ ãåìîãëîáèíà – äîñòàâêà Î2 îò ë¸ãêèõ ê òêàíÿì. Îëèãîìåðíàÿ ñòðóêòóðà ãåìîãëîáèíà îáåñïå÷èâàåò áûñòðîå íàñûùåíèå åãî êèñëîðîäîì â ë¸ãêèõ (îáðàçîâàíèå îêñèãåìîãëîáèíà – Íb(Î2) 4), âîçìîæíîñòü îòùåïëåíèÿ êèñëîðîäà îò ãåìîãëîáèíà â êàïèëëÿðàõ òêàíåé ïðè îòíîñèòåëüíî âûñîêîì ïàðöèàëüíîì äàâëåíèè Î2, à òàêæå âîçìîæíîñòü ðåãóëÿöèè ñðîäñòâà ãåìîãëîáèíà ê Î2 â çàâèñèìîñòè îò ïîòðåáíîñòåé òêàíåé â êèñëîðîäå.

Êîîïåðàòèâíûå èçìåíåíèÿ êîíôîðìàöèè ïðîòîìåðîâ.

Î2 ñâÿçûâàåòñÿ ñ ïðîòîìåðàìè ãåìîãëîáèíà ÷åðåç Fe2+, êîòîðûé ñîåäèí¸í ñ ÷åòûðüìÿ àòîìàìè àçîòà ïèððîëüíûõ êîëåö òåìà è àòîìîì àçîòà Ãèñ F8 áåëêîâîé ÷àñòè ïðîòîìåðà. Ñâÿçûâàíèå Î2 ñ îñòàâøåéñÿ ñâîáîäíîé êîîðäèíàöèîííîé ñâÿçüþ Fe2+ ïðîèñõîäèò ïî äðóãóþ ñòîðîíó îò ïëîñêîñòè ãåìà â îáëàñòè Ãèñ Å7 (àíàëîãè÷íî òîìó, êàê ýòî ïðîèñõîäèò ó ìèîãëîáèíà). Ãèñ Å7 íå âçàèìîäåéñòâóåò ñ Î2, íî îáåñïå÷èâàåò îïòèìàëüíûå óñëîâèÿ äëÿ åãî ñâÿçûâàíèÿ (ðèñ. 4).

 äåçîêñèãåìîãëîáèíå áëàãîäàðÿ êîâàëåíòíîé ñâÿçè ñ áåëêîâîé ÷àñòüþ àòîì Fe2+ âûñòóïàåò èç ïëîñêîñòè ãåìà â íàïðàâëåíèè Ãèñ F8. Ïðèñîåäèíåíèå Î2 ê àòîìó Fe2+ îäíîãî ïðîòîìåðà âûçûâàåò åãî ïåðåìåùåíèå â ïëîñêîñòü ãåìà, çà íèì ïåðåìåùàþòñÿ îñòàòîê Ãèñ F8 è ïîëèïåïòèäíàÿ öåïü, â ñîñòàâ êîòîðîé îí âõîäèò. Òàê êàê ïðîòîìåð ñâÿçàí ñ îñòàëüíûìè ïðîòîìåðàìè, à áåëêè îáëàäàþò êîíôîðìàöèîííîé ëàáèëüíîñòüþ, ïðîèñõîäèò èçìåíåíèå êîíôîðìàöèè âñåãî áåëêà. Êîíôîðìàöèîííûå èçìåíåíèÿ, ïðîèçîøåäøèå â äðóãèõ ïðîòîìåðàõ, îáëåã÷àþò ïðèñîåäèíåíèå ñëåäóþùåé ìîëåêóëû Î2, ÷òî âûçûâàåò íîâûå êîíôîðìàöèîííûå èçìåíåíèÿ â áåëêå è óñêîðåíèå ñâÿçûâàíèÿ ñëåäóþùåé ìîëåêóëû Î2. ×åòâ¸ðòàÿ ìîëåêóëà Î2 ïðèñîåäèíÿåòñÿ ê ãåìîãëîáèíó â 300 ðàç ëåã÷å, ÷åì ïåðâàÿ ìîëåêóëà (ðèñ. 6).

Èçìåíåíèå êîíôîðìàöèè (à ñëåäîâàòåëüíî è ôóíêöèîíàëüíûõ ñâîéñòâ) âñåõ ïðîòîìåðîâ îëèãîìåðíîãî áåëêà ïðè ïðèñîåäèíåíèè ëèãàíäà òîëüêî ê îäíîìó èç íèõ íîñèò íàçâàíèå êîîïåðàòèâíûõ èçìåíåíèé êîíôîðìàöèè ïðîòîìåðîâ.

Àíàëîãè÷íûì îáðàçîì â òêàíÿõ äèññîöèàöèÿ êàæäîé ìîëåêóëû Î2 èçìåíÿåò êîíôîðìàöèþ âñåõ ïðîòîìåðîâ è îáëåã÷àåò îòùåïëåíèå ïîñëåäóþùèõ ìîëåêóë Î2.

2,3 – Áèôîñôîãëèöåðàò – àëëîñòåðòåñêèé ðåãóëÿòîð ñðîäñòâà ãåìîãëîáèíà ê Î2.

2,3 – Áèôîñôîãëèöåðàò (ÁÔÃ) – âåùåñòâî, ñèíòåçèðóåìîå â ýðèòðîöèòàõ èç ïðîìåæóòî÷íîãî ïðîäóêòà îêèñëåíèÿ ãëþêîçû 1,3 – áèôîñôîãëèöåðàòà.

ãåìîãëîáèí áåëîê ìèîãëîáèí îëèãîìåðíûé

2,3 – Áèôîñôîãëèöåðàò

Áèñôîñôîãëèöåðàò â êàïèëëÿðàõ òêàíåé, ñâÿçûâàÿñü ñ äåçîêñèãåìîãëîáèíîì, îáëåã÷àåò äèññîöèàöèþ Î2 èç îêñèãåíèðîâàííîãî ÍÜ. öåíòðå òåòðàìåðíîé ìîëåêóëû ãåìîãëîáèíà íàõîäèòñÿ ïîëîñòü. Åå îáðàçóþò àìèíîêèñëîòíûå îñòàòêè âñåõ 4 ïðîòîìåðîâ (ðèñ. 4).

 ìîëåêóëå äåçîêñèãåìîãëîáèíà ïî ñðàâíåíèþ ñ îêñèãåìîãëîáèíîì èìåþòñÿ äîïîëíèòåëüíûå èîííûå ñâÿçè, ñîåäèíÿþùèå ïðîòîìåðû. Âñëåäñòâèå ýòîãî ðàçìåðû öåíòðàëüíîé ïîëîñòè ìåíÿþòñÿ: óâåëè÷èâàþòñÿ â äåçîêñèãåìîãëîáèíå è óìåíüøàþòñÿ â îêñèãåìîãëîáèíå.

Öåíòðàëüíàÿ ïîëîñòü ÿâëÿåòñÿ ìåñòîì ïðèñîåäèíåíèÿ 2,3 – áèñôîñôîãëèöåðàòà (2,3 – ÁÔÃ) ê ãåìîãëîáèíó (ðèñ. 7). Èç-çà ðàçëè÷èÿ â ðàçìåðàõ öåíòðàëüíîé ïîëîñòè 2,3 – ÁÔà ìîæåò ïðèñîåäèíÿòüñÿ òîëüêî ê äåçîêñèãåìîãëîáèíó.

2,3 – ÁÔà ïðèñîåäèíÿåòñÿ ê ãåìîãëîáèíó â èíîì ïî ñðàâíåíèþ ñ Î2 ó÷àñòêå. Òàêîé ëèãàíä íàçûâàåòñÿ àëëîñòåðè÷åñêèì. Öåíòð, ãäå ñâÿçûâàåòñÿ àëëîñòåðè÷åñêèé ëèãàíä, íàçûâàåòñÿ àëëîñòåðè÷åñêèì öåíòðîì.

Ðåãóëÿòîðíûå ñâîéñòâà îëèãîìåðíîãî áåëêà ãåìîãëîáèíà

Òàêèì îáðàçîì, îëèãîìåðíûé áåëîê ãåìîãëîáèí, â îòëè÷èå îò ìîíîìåðíîãî ðîäñòâåííîãî áåëêà ìèîãëîáèíà, ñïîñîáåí ïðèñîåäèíÿòü ê ñïåöèôè÷åñêèì ó÷àñòêàì 4 ðàçëè÷íûõ ëèãàíäà: Î2, Í+, ÑÎ2 è ÁÔÃ. Âñå ýòè ëèãàíäû ïðèñîåäèíÿþòñÿ ê ïðîñòðàíñòâåííî ðàçîáù¸ííûì ó÷àñòêàì, íî êîíôîðìàöèîííûå èçìåíåíèÿ áåëêà â ìåñòå ïðèñîåäèíåíèÿ îäíîãî ëèãàíäà ïåðåäàþòñÿ íà âåñü îëèãîìåðíûé áåëîê è èçìåíÿþò ñðîäñòâî ê íåìó äðóãèõ ëèãàíäîâ. Òàê, êîëè÷åñòâî ïîñòóïàþùåãî â òêàíè Î2 çàâèñèò íå òîëüêî îò ïàðöèàëüíîãî äàâëåíèÿ Î2, íî è êîíöåíòðàöèè àëëîñòåðè÷åñêèõ ëèãàíäîâ, ÷òî óâåëè÷èâàåò âîçìîæíîñòü ðåãóëÿöèè ôóíêöèé ãåìîãëîáèíà. Ñëåäîâàòåëüíî, áëàãîäàðÿ âîçäåéñòâèþ ðåãóëÿòîðíûõ ëèãàíäîâ îëèãîìåðíûå áåëêè ñïîñîáíû ïðèñïîñàáëèâàòü ñâîþ êîíôîðìàöèþ è ôóíöèþ ê èçìåíåíèÿì, ïðîèñõîäÿùèì â îêðóæàþùåé ñðåäå.

Ëèòåðàòóðà

ãåìîãëîáèí áåëîê ìèîãëîáèí îëèãîìåðíûé

1. Áèîõèìèÿ: Ó÷åáíèê/ Ïîä. ðåä. Å.Ñ. Ñåâåðèíà. – Ì.: – ÃÝÎÒÀÐ-ÌÅÄ, 2003. – ñ. 45-53.

2. Ð. Ìàððè, Ä. Ãðåííåð, Ï. Ìåéåñ, Â. Ðîäóýëë. Áèîõèìèÿ ÷åëîâåêà:  2-õ òîìàõ. Ò.1. Ïåð. ñ àíãë.: – Ì.: Ìèð, 1993. – ñ. 52.

3. https://idoktor.info/biohimiya/stroenie-svoistva-i-funktsii-belkov

Ðàçìåùåíî íà Allbest.ru

…