Простетическая группа гемоглобина связана с белковой частью через

05.08.2020
0
Главная › Гемоглобин › Простетическая группа гемоглобина связана с белковой частью через

Окрашенные соединения ( гем, производные рибофлавина;

Гемоглобин, миоглобин, цитохромы, каталаза

Казеиноген молока, овальбумин, вителлин

Ферритин, трансферрин, церулоплазмин, гемосидерин

Углеводы и их производные

Гликофорин, интерферон, иммуноглобулины

Хиломикроны, липопротеины плазмы крови

В этом разделе мы более подробно коснёмся строения и свойств хромопротеинов и нуклеопротеинов. Характеристика белков — представителей других классов будет рассмотрена позднее.

Особенности строения и биологическая роль липопротеинов, нуклеопротеинов, фосфопротеинов, металлопротеинов.

3.2.1. Липопротеины – сложные белки, содержащие в качестве простетической группы липиды и их производные. Представителями служат хиломикроны и другие фракции липопротеинов крови. Липопротеины являются транспортными формами липидов в крови. Более подробно этот класс сложных белков рассматривается в разделе «Обмен липидов».

3.2.2. Нуклеопротеины – сложные белки, содержащие в качестве простетической группы нуклеиновые кислоты. Нуклеопротеинами являются вирусы, рибосомы, хроматин клеточного ядра. Существуют две разновидности нуклеопротеинов: 1) рибонуклеопротеины, в состав которых входит рибонуклеиновая кислота (РНК); 2) дезоксирибонуклеопротеины, в состав которых входит дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Строение и свойства нуклеиновых кислот будут рассматриваться позднее.

Особенность белковой части нуклеопротеинов заключается в том, что в её состав входит много положительно заряженных аминокислотных остатков. Так, в состав дезоксирибонуклеопротеинов входят белки гистоны, богатые лизином и аргинином. Между белковыми и небелковыми компонентами нуклеопротеинов образуются ионные связи (так как нуклеиновые кислоты заряжены отрицательно).

3.2.3. Фосфопротеины содержат в своём составе остатки фосфорной кислоты, соединённые с остатками гидроксиаминокислот (серин, треонин) при помощи сложноэфирных связей. К этой группе сложных белков относятся казеиноген молока, яичные белки овальбумин и вителлин. Многие внутриклеточные белки являются фосфопротеинами. Присоединение фосфатной группы к белку часто вызывает изменение его функции.

Фосфорилирование и обратный процесс – дефосфорилирование – распространенный механизм регуляции биологической активности белков. Например, фосфорилирование гистонов снижает их способность связываться с ДНК и участвовать в регуляции матричных синтезов с участием ДНК.

3.2.4. Металлопротеины. Если в белке содержатся ионы одного или нескольких металлов, то такие белки называются металлопротеинами. Ионы металлов соединены координационными связями с функциональными группами белка и участвуют в поддержании его пространственной структуры. Металлопротеины часто являются ферментами.

Трансферрин – водорастворимый железопротеин, содержащийся в сыворотке крови в составе β-глобулинов. Молекула трансферрина содержит 2 иона Fe 3+ ; этот белок служит переносчиком железа в организме.

Ферритин – внутриклеточный глобулярный белок, содержится главным образом в селезенке, печени, костном мозге, выполняя роль депо железа в организме. Благодаря ферритину цитозольные запасы железа поддерживаются в растворимой и нетоксичной форме.

Гемосидерин, в отличие от ферритина и трансферрина, является водонерастворимым железосодержащим белковым комплексом. Он содержится главным образом в клетках печени и селезенки, накапливается при избытке железа в организме, например, при частых переливаниях крови.

Церулоплазмин – белок α 2 -глобулиновой фракции сыворотки крови, его молекула содержит 6 – 8 ионов меди. Обладает каталитической активностью, катализирует реакцию окисления Fe 2+ в Fe 3+ . Это делает возможным связывание железа с трансферрином и его последующий транспорт в крови.

3.3.1. Гликопротеины – содержат в качестве простетической группы углеводы и их производные. Они присоединяются либо N-гликозидной связью к амидогруппе остатка аспарагина, либо О-гликозидной связью к гидроксигруппе остатка серина или треонина. Углеводная часть имеет нерегулярное строение.

Гликопротеины выполняют в организме следующие функции: структурную (коллаген, эластин), защитную (антитела, интерфероны), рецепторную, гормональную (гормоны гипофиза), ферментативную, транспортную.

3.3.2. Иммуноглобулины (антитела) — группа белков, вырабатываемых организмом в ответ на попадание в организм чужеродных структур (антигенов). Они синтезируются В-лимфоцитами или плазматическими клетками. В организме может вырабатываться порядка 107 разновидностей иммуноглобулинов, каждый из которых может распознавать определённый антиген. Все иммуноглобулины подразделяют на пять классов: IgA, IgG, IgM, IgD, IgE.

Основную структурную единицу иммуноглобулинов, или мономер, образуют четыре полипептидные цепи, соединённые между собой дисульфидными связями, из них:

а) две идентичные тяжёлые цепи (молекулярная масса 53000 — 75000 Да), обозначаемые буквами Н;

б) две идентичные лёгкие цепи (молекулярная масса около 23000 Да), обозначаемые буквами L.

Иммуноглобулины G, D и Е по своей структуре, как правило, являются мономерами, молекулы IgM построены из пяти мономеров, IgA могут быть как мономерами, так и состоять из двух и более структурных единиц.

Белковые цепи, входящие в состав иммуноглобулинов, можно условно разделить на специфические домены, или области, имеющие определённые структурные и функциональные особенности.

N-концевые участки как L-, так и Н-цепей называются вариабельной областью (V), так как их структура характеризуется существенными различиями у разных классов антител. Внутри вариабельного домена имеются 3 гипервариабельных участка, отличающихся наибольшим разнообразием аминокислотной последовательности. Именно вариабельная область антител ответственна за связывание антигенов по принципу комплементарности; первичная структура белковых цепей в этой области определяет специфичность антител.

С-концевые домены Н- и L-цепей обладают относительно постоянной первичной структурой в пределах каждого класса антител и называются константной областью (С). Константная область определяет свойства различных классов иммуноглобулинов, их распределение в организме, может принимать участие в запуске механизмов, вызывающих уничтожение антигенов.

3.3.3. Функции иммуноглобулинов. IgG составляют около 75% общего количества иммуноглобулинов плазмы крови. IgG эффективно связывают и инактивируют чужеродные молекулы и клетки, попавшие в организм, а также облегчают их дальнейшее уничтожение, способны преодолевать плацентарный барьер, что обеспечивает иммунитет новорождённых в течение первых недель жизни.

IgA содержатся главным образом в секретах слизистых оболочек дыхательных и выделительных путей, желудочно-кишечного тракта, т.е. обеспечивают защиту поверхностей, сообщающихся с внешней средой.

IgM синтезируются на ранних стадиях иммунного ответа, вступают в реакцию агглютинации с антигенами, активируют систему комплемента.

IgD связаны с мембраной лимфоцитов, функционируют в качестве рецепторов для антигенов.

IgE участвуют в развитии аллергических реакций, в защите от паразитарных инвазий.

Раздел 3.4 Миоглобин и гемоглобин: сходство и различия структуры и функции.
3.4.1. Среди хромопротеинов различают гемопротеины (содержат в качестве простетической группы порфириновые производные) и флавопротеины (содержат производные рибофлавина — витамина B 2 ). Хромопротеины участвуют в осуществлении многих жизненно важных функций, таких как тканевое дыхание, перенос кислорода, окислительно-восстановительные реакции, светоощущение, фотосинтез в растительных клетках и другие процессы.

Производные гемоглобина. Молекулярные формы гемоглобина: отличия HbF и HbS от HbA.

3.5.1. Следует различать производные гемоглобина и его молекулярные формы. К производным гемоглобина относятся продукты взаимодействия гемоглобина (дезоксигемоглобина) с различными лигандами. Это взаимодействие, как правило, носит обратимый характер. Производные гемоглобина, представляющие наибольший интерес для медицины, перечислены в таблице 3.2.

Запомните, что метгемоглобин (MetHb), в отличие от гемоглобина, теряет способность связывать и транспортировать кислород. Следовательно, попадание в организм больших количеств веществ, вызывающих образование метгемоглобина (нитриты, нитраты, анилин, нитробензол, некоторые лекарства), может привести к гипоксии (кислородному голоданию) тканей и смерти. В то же время метгемоглобин может легко связывать ионы CN — , нейтрализуя их токсическое действие. В результате образуется цианметгемоглобин.

3.5.2. Молекулярные формы гемоглобина отличаются друг от друга строением полипептидных цепей. Примером такой разновидности гемоглобина, существующей в физиологических условиях, является фетальный гемоглобин (HbF), присутствующий в крови в эмбриональной стадии развития человека. В отличие от HbA, его молекула содержит 2 α- и 2 γ-цепи (то есть β-цепи заменены на γ-цепи). Такой гемоглобин обладает более высоким сродством к кислороду. Именно это позволяет эмбриону получать кислород из крови матери через плаценту. Вскоре после рождения HbF в крови ребёнка замещается на HbA.

В качестве примера аномального или патологического гемоглобина можно привести уже упоминавшийся (см. 2.4.) гемоглобин S, обнаруженный у больных серповидно-клеточной анемией. Как вам уже известно, он отличается от гемоглобина А заменой в β-цепях глутамата на валин. Эта аминокислотная замена вызывает снижение растворимости HbS в воде и уменьшение его сродства к O 2 .

Таблица 3.2
Производные гемоглобина

КритерийДезоксигемоглобинОксигемоглобинКарбгемоглобинКарбоксигемоглобинМетгемоглобинЦианметгемоглобин
Лиганд—O 2СО 2СООН —CN —
Валентность железаIIIIIIIIIIIIII
Место присоединения лиганда—Fe2 +NH 2 — группы глобинаFe 2+Fe 3+Fe 3+
Механизм образования—Hb + O 2 « HbO 2Hb-NH 2 + CO 2 « Hb-NH-COOHHbО 2 + CO « HbCO + O 2Hb + O 2 + OН — « MetHb(OH) + O 2 —MetHb(OH) + CN — « MetHb(CN) + OH —
Сродство к O 2низкоевысокоенизкоеочень низкоеотсутствуетотсутствует
Присутствие в крови в нормеприсутствуетприсутствуетприсутствуетотсутствуетотсутствуетотсутствует

Обучающие задачи и эталоны их решения

3.5.1. Задачи.

1. В гидролизате сложного белка обнаружена фосфорная кислота. Можно ли с достаточной уверенностью сказать, к какому классу относится изучаемый белок?

2. Сравните растворимость простетической группы гемоглобина в воде и органических растворителях.

3. У альпиниста через 2 дня после подъёма на высоту 4000 м над уровнем моря содержание 2,3-дифосфоглицерата в эритроцитах составляет 6,5 ммоль/л (в норме — 4,5 ммоль/л) . Как это отразится на сродстве гемоглобина к кислороду? Какое значение для организма имеет такое изменение?

3.5.2. Эталоны решения.

1. Как видно из таблицы 3.1, фосфорная кислота является простетической группой белков класса фосфопротеинов. Известно также, что фосфат входит в состав нуклеиновых кислот, которые могут выступать в качестве простетической группы нуклеопротеинов. Поэтому фосфорная кислота может быть обнаружена в гидролизате как фосфопротеина, так и нуклеопротеина. Для уточнения класса гидролизованного белка нужно провести с гидролизатом качественные реакции на азотистые основания и пентозы (см. 3.1.).

2. Растворимость вещества в воде или органических растворителях зависит от того, какие функциональные группы преобладают в молекуле. Простетическая группа гемоглобина — гем — содержит только две полярные группировки (две карбоксильные группы), остальная часть молекулы неполярна (равномерное распределение электронной плотности). Поэтому гем хорошо растворяется в органических растворителях и не растворяется в воде (см. 3.2.).

3. 2, 3-Дифосфоглицерат (ДФГ) является аллостерическим регулятором, понижающим сродство гемоглобина к кислороду. Поэтому при увеличении содержания ДФГ в эритроцитах равновесие в уравнении диссоциации HbO 2 смещается вправо. Увеличение отдачи кислорода оксигемоглобином имеет компенсаторное значение для организма, так как восполняет недостаточное поступление кислорода из атмосферы (см. 3.2.).

источник

Простетическая группа – это небелковый компонент сложных веществ

Простетическая группа – это непептидный компонент сложных белков, который обеспечивает выполнение их биологических функций. Чаще всего говорят о простетических группах ферментов. Простетические группы прочно соединены с белковой частью ковалентными связями. Они могут быть веществами неорганической (ионы металлов) и органической (углеводы, витамины) природы.

Простетические группы белков

Сложные белки классифицируются в зависимости от строения простетической группы. Выделяют следующие классы сложных белков:

  1. Гликопротеины: истинные и протеогликаны. Простетические группы первых представлены моносахаридами, дезоксисахаридами, сиаловыми кислотами, олигосахаридами. К истинным гликопротеинам относятся все глобулины плазмы крови, иммуноглобулины, интерфероны, фибриноген, гормоны кортикотропин, гонадотропин. Простетическая группа протеогликанов представлена высокомолеклярными гетерополисахаридами – гликозаминогликанами. Примеры углеводов – гиалуроновая кислота, хондроитиновая кислота, гепарин. Углеводная часть соединяется с белковой ковалентно-гликозидной связью за счет гидроксильной группы треонина, серина или аминогруппы лизина, глутамина, аспарагина.
  2. Липопротеины. Простетической группой являются липиды различного состава. Белковая часть может соединяться с липидной ковалентными связями, тогда формируются нерастворимые липопротеины, выполняющие в основном структурные функции; и нековалентными связями, тогда образуются растворимые липиды, выполняющие в основном транспортные функции. Белки (апопротеины) растворимых липопротеинов формируют поверхностный гидрофильный слой, липиды – гидрофобное ядро, в котором находятся транспортируемые вещества липидной природы. К растворимым липопротеинам относятся все липопротеиновые комплексы, которые представляют собой скорее конгломераты белков и липидов переменного состава.
  3. Фосфопротеины. Простетическая группа – это ортофосфорная кислота. Ее остаток соединяется с белковой частью сложноэфирными связями за счет гидроксогрупп серина и треонина. К фосфопротеинам относится казеин, вителлин, овальбумин.
  4. Металлопротеины. К ним относится более ста ферментов. Простетическая группа представлена ионом одного или нескольких разных металлов. Например, в состав трансферрина и ферритина входят ионы железа, алкогольдегидрогеназы – цинка, цитохромоксидазы – меди, протеиназ – ионы магния и калия, АТФ-азы – ионы натрия, магния, кальция и калия.
  5. Хромопротеины имеют окрашенную простетическую группу. У человека и высших животных представлены в основном гемопротеинами и флавопротеинами. Небелковой частью гемопротеинов является гем. Гем входит в состав гемоглобина, миоглобина, цитохромов, каталаз, пероксидаз. Простетической группой флавопротеинов является ФАД.

6. Нуклеопротеины. Простетическая группа – это нуклеиновые кислоты – ДНК или РНК. Белковая часть нуклеопротеинов содержит много положительно-заряженных аминокислот – лизина и аргинина, поэтому имеет основные свойства. Сами нуклеиновые кислоты обладают кислыми свойствами. Взаимодействие между белковой и небелковой частью осуществляется, таким образом, за счет ион-ионного взаимодействия. Присоединение основной белковой части к довольно «рыхлой» кислой молекуле ДНК позволяет получить компактную структуру – хроматин, которая обеспечивает хранение наследственной информации.

Простетические группы ферментов

Около 60% известных ферментов являются простыми веществами. Их активный центр сформирован только из аминокислот. В этом случае связь фермент-субстрат осуществляется за счет кислотно-основного взаимодействия. Для протекания ряда реакций в организме такого простого взаимодействия недостаточно. Тогда в реакции участвуют не только субстрат и фермент, но и другие соединения небелковой природы, которые называют кофакторами. Различают два подкласса кофакторов: коферменты и простетические группы. Первые соединены с белковой частью фермента слабыми нековалентными связями, благодаря чему могут выполнять функцию переносчиков между отдельными ферментами. Простетические группы прочно соединены ковалентными связями с апоферментом и выполняют функцию внутриферментного переносчика. Примеры простетических групп некоторых ферментов представлены в таблице.

Примеры
Таблица. Простетические группы, их источники синтеза и соответствующие ферменты
Простетическая группаИсточник синтезаПримеры ферментов
FAD, FMNРибофлавинАэробные и некоторые анаэробные дегидрогеназы
ПиридоксальфосфатПиридоксинАминотрансферазы, декарбоксилазы
ТиаминпирофосфатТиаминДекарбоксилазы, трансферазы
БиотинБиотинКарбоксилазы
ГемГлицин, сукцинат, ферритинЦитохромы, гемоглобины, миоглобин, каталазы, пероксидазы

Простетические группы липидов

В этом случае простетическая группа – это нелипидная часть сложных липидов, например, фосфолипидов, гликолипидов, сульфолипидов.

источник

Источник

Окрашенные соединения ( гем, производные рибофлавина;

Гемоглобин, миоглобин, цитохромы, каталаза

Казеиноген молока, овальбумин, вителлин

Ферритин, трансферрин, церулоплазмин, гемосидерин

Углеводы и их производные

Гликофорин, интерферон, иммуноглобулины

Хиломикроны, липопротеины плазмы крови

В этом разделе мы более подробно коснёмся строения и свойств хромопротеинов и нуклеопротеинов. Характеристика белков — представителей других классов будет рассмотрена позднее.

Особенности строения и биологическая роль липопротеинов, нуклеопротеинов, фосфопротеинов, металлопротеинов.

3.2.1. Липопротеины – сложные белки, содержащие в качестве простетической группы липиды и их производные. Представителями служат хиломикроны и другие фракции липопротеинов крови. Липопротеины являются транспортными формами липидов в крови. Более подробно этот класс сложных белков рассматривается в разделе «Обмен липидов».

3.2.2. Нуклеопротеины – сложные белки, содержащие в качестве простетической группы нуклеиновые кислоты. Нуклеопротеинами являются вирусы, рибосомы, хроматин клеточного ядра. Существуют две разновидности нуклеопротеинов: 1) рибонуклеопротеины, в состав которых входит рибонуклеиновая кислота (РНК); 2) дезоксирибонуклеопротеины, в состав которых входит дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Строение и свойства нуклеиновых кислот будут рассматриваться позднее.

Особенность белковой части нуклеопротеинов заключается в том, что в её состав входит много положительно заряженных аминокислотных остатков. Так, в состав дезоксирибонуклеопротеинов входят белки гистоны, богатые лизином и аргинином. Между белковыми и небелковыми компонентами нуклеопротеинов образуются ионные связи (так как нуклеиновые кислоты заряжены отрицательно).

3.2.3. Фосфопротеины содержат в своём составе остатки фосфорной кислоты, соединённые с остатками гидроксиаминокислот (серин, треонин) при помощи сложноэфирных связей. К этой группе сложных белков относятся казеиноген молока, яичные белки овальбумин и вителлин. Многие внутриклеточные белки являются фосфопротеинами. Присоединение фосфатной группы к белку часто вызывает изменение его функции.

Фосфорилирование и обратный процесс – дефосфорилирование – распространенный механизм регуляции биологической активности белков. Например, фосфорилирование гистонов снижает их способность связываться с ДНК и участвовать в регуляции матричных синтезов с участием ДНК.

3.2.4. Металлопротеины. Если в белке содержатся ионы одного или нескольких металлов, то такие белки называются металлопротеинами. Ионы металлов соединены координационными связями с функциональными группами белка и участвуют в поддержании его пространственной структуры. Металлопротеины часто являются ферментами.

Трансферрин – водорастворимый железопротеин, содержащийся в сыворотке крови в составе β-глобулинов. Молекула трансферрина содержит 2 иона Fe 3+ ; этот белок служит переносчиком железа в организме.

Ферритин – внутриклеточный глобулярный белок, содержится главным образом в селезенке, печени, костном мозге, выполняя роль депо железа в организме. Благодаря ферритину цитозольные запасы железа поддерживаются в растворимой и нетоксичной форме.

Гемосидерин, в отличие от ферритина и трансферрина, является водонерастворимым железосодержащим белковым комплексом. Он содержится главным образом в клетках печени и селезенки, накапливается при избытке железа в организме, например, при частых переливаниях крови.

Церулоплазмин – белок α 2 -глобулиновой фракции сыворотки крови, его молекула содержит 6 – 8 ионов меди. Обладает каталитической активностью, катализирует реакцию окисления Fe 2+ в Fe 3+ . Это делает возможным связывание железа с трансферрином и его последующий транспорт в крови.

3.3.1. Гликопротеины – содержат в качестве простетической группы углеводы и их производные. Они присоединяются либо N-гликозидной связью к амидогруппе остатка аспарагина, либо О-гликозидной связью к гидроксигруппе остатка серина или треонина. Углеводная часть имеет нерегулярное строение.

Гликопротеины выполняют в организме следующие функции: структурную (коллаген, эластин), защитную (антитела, интерфероны), рецепторную, гормональную (гормоны гипофиза), ферментативную, транспортную.

3.3.2. Иммуноглобулины (антитела) — группа белков, вырабатываемых организмом в ответ на попадание в организм чужеродных структур (антигенов). Они синтезируются В-лимфоцитами или плазматическими клетками. В организме может вырабатываться порядка 107 разновидностей иммуноглобулинов, каждый из которых может распознавать определённый антиген. Все иммуноглобулины подразделяют на пять классов: IgA, IgG, IgM, IgD, IgE.

Основную структурную единицу иммуноглобулинов, или мономер, образуют четыре полипептидные цепи, соединённые между собой дисульфидными связями, из них:

а) две идентичные тяжёлые цепи (молекулярная масса 53000 — 75000 Да), обозначаемые буквами Н;

б) две идентичные лёгкие цепи (молекулярная масса около 23000 Да), обозначаемые буквами L.

Иммуноглобулины G, D и Е по своей структуре, как правило, являются мономерами, молекулы IgM построены из пяти мономеров, IgA могут быть как мономерами, так и состоять из двух и более структурных единиц.

Белковые цепи, входящие в состав иммуноглобулинов, можно условно разделить на специфические домены, или области, имеющие определённые структурные и функциональные особенности.

N-концевые участки как L-, так и Н-цепей называются вариабельной областью (V), так как их структура характеризуется существенными различиями у разных классов антител. Внутри вариабельного домена имеются 3 гипервариабельных участка, отличающихся наибольшим разнообразием аминокислотной последовательности. Именно вариабельная область антител ответственна за связывание антигенов по принципу комплементарности; первичная структура белковых цепей в этой области определяет специфичность антител.

С-концевые домены Н- и L-цепей обладают относительно постоянной первичной структурой в пределах каждого класса антител и называются константной областью (С). Константная область определяет свойства различных классов иммуноглобулинов, их распределение в организме, может принимать участие в запуске механизмов, вызывающих уничтожение антигенов.

3.3.3. Функции иммуноглобулинов. IgG составляют около 75% общего количества иммуноглобулинов плазмы крови. IgG эффективно связывают и инактивируют чужеродные молекулы и клетки, попавшие в организм, а также облегчают их дальнейшее уничтожение, способны преодолевать плацентарный барьер, что обеспечивает иммунитет новорождённых в течение первых недель жизни.

IgA содержатся главным образом в секретах слизистых оболочек дыхательных и выделительных путей, желудочно-кишечного тракта, т.е. обеспечивают защиту поверхностей, сообщающихся с внешней средой.

IgM синтезируются на ранних стадиях иммунного ответа, вступают в реакцию агглютинации с антигенами, активируют систему комплемента.

IgD связаны с мембраной лимфоцитов, функционируют в качестве рецепторов для антигенов.

IgE участвуют в развитии аллергических реакций, в защите от паразитарных инвазий.

Раздел 3.4 Миоглобин и гемоглобин: сходство и различия структуры и функции.
3.4.1. Среди хромопротеинов различают гемопротеины (содержат в качестве простетической группы порфириновые производные) и флавопротеины (содержат производные рибофлавина — витамина B 2 ). Хромопротеины участвуют в осуществлении многих жизненно важных функций, таких как тканевое дыхание, перенос кислорода, окислительно-восстановительные реакции, светоощущение, фотосинтез в растительных клетках и другие процессы.

Производные гемоглобина. Молекулярные формы гемоглобина: отличия HbF и HbS от HbA.

3.5.1. Следует различать производные гемоглобина и его молекулярные формы. К производным гемоглобина относятся продукты взаимодействия гемоглобина (дезоксигемоглобина) с различными лигандами. Это взаимодействие, как правило, носит обратимый характер. Производные гемоглобина, представляющие наибольший интерес для медицины, перечислены в таблице 3.2.

Запомните, что метгемоглобин (MetHb), в отличие от гемоглобина, теряет способность связывать и транспортировать кислород. Следовательно, попадание в организм больших количеств веществ, вызывающих образование метгемоглобина (нитриты, нитраты, анилин, нитробензол, некоторые лекарства), может привести к гипоксии (кислородному голоданию) тканей и смерти. В то же время метгемоглобин может легко связывать ионы CN — , нейтрализуя их токсическое действие. В результате образуется цианметгемоглобин.

3.5.2. Молекулярные формы гемоглобина отличаются друг от друга строением полипептидных цепей. Примером такой разновидности гемоглобина, существующей в физиологических условиях, является фетальный гемоглобин (HbF), присутствующий в крови в эмбриональной стадии развития человека. В отличие от HbA, его молекула содержит 2 α- и 2 γ-цепи (то есть β-цепи заменены на γ-цепи). Такой гемоглобин обладает более высоким сродством к кислороду. Именно это позволяет эмбриону получать кислород из крови матери через плаценту. Вскоре после рождения HbF в крови ребёнка замещается на HbA.

В качестве примера аномального или патологического гемоглобина можно привести уже упоминавшийся (см. 2.4.) гемоглобин S, обнаруженный у больных серповидно-клеточной анемией. Как вам уже известно, он отличается от гемоглобина А заменой в β-цепях глутамата на валин. Эта аминокислотная замена вызывает снижение растворимости HbS в воде и уменьшение его сродства к O 2 .

Таблица 3.2
Производные гемоглобина

КритерийДезоксигемоглобинОксигемоглобинКарбгемоглобинКарбоксигемоглобинМетгемоглобинЦианметгемоглобин
Лиганд—O 2СО 2СООН —CN —
Валентность железаIIIIIIIIIIIIII
Место присоединения лиганда—Fe2 +NH 2 — группы глобинаFe 2+Fe 3+Fe 3+
Механизм образования—Hb + O 2 « HbO 2Hb-NH 2 + CO 2 « Hb-NH-COOHHbО 2 + CO « HbCO + O 2Hb + O 2 + OН — « MetHb(OH) + O 2 —MetHb(OH) + CN — « MetHb(CN) + OH —
Сродство к O 2низкоевысокоенизкоеочень низкоеотсутствуетотсутствует
Присутствие в крови в нормеприсутствуетприсутствуетприсутствуетотсутствуетотсутствуетотсутствует

Обучающие задачи и эталоны их решения

3.5.1. Задачи.

1. В гидролизате сложного белка обнаружена фосфорная кислота. Можно ли с достаточной уверенностью сказать, к какому классу относится изучаемый белок?

2. Сравните растворимость простетической группы гемоглобина в воде и органических растворителях.

3. У альпиниста через 2 дня после подъёма на высоту 4000 м над уровнем моря содержание 2,3-дифосфоглицерата в эритроцитах составляет 6,5 ммоль/л (в норме — 4,5 ммоль/л) . Как это отразится на сродстве гемоглобина к кислороду? Какое значение для организма имеет такое изменение?

3.5.2. Эталоны решения.

1. Как видно из таблицы 3.1, фосфорная кислота является простетической группой белков класса фосфопротеинов. Известно также, что фосфат входит в состав нуклеиновых кислот, которые могут выступать в качестве простетической группы нуклеопротеинов. Поэтому фосфорная кислота может быть обнаружена в гидролизате как фосфопротеина, так и нуклеопротеина. Для уточнения класса гидролизованного белка нужно провести с гидролизатом качественные реакции на азотистые основания и пентозы (см. 3.1.).

2. Растворимость вещества в воде или органических растворителях зависит от того, какие функциональные группы преобладают в молекуле. Простетическая группа гемоглобина — гем — содержит только две полярные группировки (две карбоксильные группы), остальная часть молекулы неполярна (равномерное распределение электронной плотности). Поэтому гем хорошо растворяется в органических растворителях и не растворяется в воде (см. 3.2.).

3. 2, 3-Дифосфоглицерат (ДФГ) является аллостерическим регулятором, понижающим сродство гемоглобина к кислороду. Поэтому при увеличении содержания ДФГ в эритроцитах равновесие в уравнении диссоциации HbO 2 смещается вправо. Увеличение отдачи кислорода оксигемоглобином имеет компенсаторное значение для организма, так как восполняет недостаточное поступление кислорода из атмосферы (см. 3.2.).

источник

Простетическая группа – это небелковый компонент сложных веществ

Простетическая группа – это непептидный компонент сложных белков, который обеспечивает выполнение их биологических функций. Чаще всего говорят о простетических группах ферментов. Простетические группы прочно соединены с белковой частью ковалентными связями. Они могут быть веществами неорганической (ионы металлов) и органической (углеводы, витамины) природы.

Простетические группы белков

Сложные белки классифицируются в зависимости от строения простетической группы. Выделяют следующие классы сложных белков:

  1. Гликопротеины: истинные и протеогликаны. Простетические группы первых представлены моносахаридами, дезоксисахаридами, сиаловыми кислотами, олигосахаридами. К истинным гликопротеинам относятся все глобулины плазмы крови, иммуноглобулины, интерфероны, фибриноген, гормоны кортикотропин, гонадотропин. Простетическая группа протеогликанов представлена высокомолеклярными гетерополисахаридами – гликозаминогликанами. Примеры углеводов – гиалуроновая кислота, хондроитиновая кислота, гепарин. Углеводная часть соединяется с белковой ковалентно-гликозидной связью за счет гидроксильной группы треонина, серина или аминогруппы лизина, глутамина, аспарагина.
  2. Липопротеины. Простетической группой являются липиды различного состава. Белковая часть может соединяться с липидной ковалентными связями, тогда формируются нерастворимые липопротеины, выполняющие в основном структурные функции; и нековалентными связями, тогда образуются растворимые липиды, выполняющие в основном транспортные функции. Белки (апопротеины) растворимых липопротеинов формируют поверхностный гидрофильный слой, липиды – гидрофобное ядро, в котором находятся транспортируемые вещества липидной природы. К растворимым липопротеинам относятся все липопротеиновые комплексы, которые представляют собой скорее конгломераты белков и липидов переменного состава.
  3. Фосфопротеины. Простетическая группа – это ортофосфорная кислота. Ее остаток соединяется с белковой частью сложноэфирными связями за счет гидроксогрупп серина и треонина. К фосфопротеинам относится казеин, вителлин, овальбумин.
  4. Металлопротеины. К ним относится более ста ферментов. Простетическая группа представлена ионом одного или нескольких разных металлов. Например, в состав трансферрина и ферритина входят ионы железа, алкогольдегидрогеназы – цинка, цитохромоксидазы – меди, протеиназ – ионы магния и калия, АТФ-азы – ионы натрия, магния, кальция и калия.
  5. Хромопротеины имеют окрашенную простетическую группу. У человека и высших животных представлены в основном гемопротеинами и флавопротеинами. Небелковой частью гемопротеинов является гем. Гем входит в состав гемоглобина, миоглобина, цитохромов, каталаз, пероксидаз. Простетической группой флавопротеинов является ФАД.

6. Нуклеопротеины. Простетическая группа – это нуклеиновые кислоты – ДНК или РНК. Белковая часть нуклеопротеинов содержит много положительно-заряженных аминокислот – лизина и аргинина, поэтому имеет основные свойства. Сами нуклеиновые кислоты обладают кислыми свойствами. Взаимодействие между белковой и небелковой частью осуществляется, таким образом, за счет ион-ионного взаимодействия. Присоединение основной белковой части к довольно «рыхлой» кислой молекуле ДНК позволяет получить компактную структуру – хроматин, которая обеспечивает хранение наследственной информации.

Простетические группы ферментов

Около 60% известных ферментов являются простыми веществами. Их активный центр сформирован только из аминокислот. В этом случае связь фермент-субстрат осуществляется за счет кислотно-основного взаимодействия. Для протекания ряда реакций в организме такого простого взаимодействия недостаточно. Тогда в реакции участвуют не только субстрат и фермент, но и другие соединения небелковой природы, которые называют кофакторами. Различают два подкласса кофакторов: коферменты и простетические группы. Первые соединены с белковой частью фермента слабыми нековалентными связями, благодаря чему могут выполнять функцию переносчиков между отдельными ферментами. Простетические группы прочно соединены ковалентными связями с апоферментом и выполняют функцию внутриферментного переносчика. Примеры простетических групп некоторых ферментов представлены в таблице.

Примеры
Таблица. Простетические группы, их источники синтеза и соответствующие ферменты
Простетическая группаИсточник синтезаПримеры ферментов
FAD, FMNРибофлавинАэробные и некоторые анаэробны?

Предыдущая статья
Дипломная сестринский процесс при железодефицитной анемии
Следующая статья
Симптомы понижения гемоглобина у мужчин
© Все о крови