Дезоксигемоглобин
Cтраница 2
& в едШиц7В результате молекула окси-темоглобина приобретает несколько более компактную структуру по сравнению с дезоксигемоглобином, и центральная полость уменьшается. Гемы двух р-цепей сближаются друг с другом, а темы двух ос-цепей раздвигаются, что и приводит к сиг мойдной форме кривой насыщения кислородом. Вследствие этих изменений аминокислотные остатки в а - и р-цепях, связывающие ионы Н, перемещаются из относительно гидрофильного окружения в более гидрофобное, что облегчает отщепление ионов Н от протониро-ванных групп; иначе говоря, при оксиге-нации гемоглобина протонированные группы приобретают свойства более сильных кислот, чем и объясняется эффект Бора. [16]
Следовательно, энергия расщепления кристаллическим полем Л между двумя наборами d - op - биталей в дезоксигемоглобине должна быть невелика. [17]
При введении даже наименьшего лиганда ОН, имеющего радиус 1 5 А, происходит конформационная перестройка в р-субъединицах дезоксигемоглобина. В этих субъединицах группа у - СНз остатка Вал Е 11 ( 67) оказывается на расстоянии 2 5 А от ОН, что меньше суммы ван-дер-ваальсовых радиусов. Следовательно, в 0-глобулах НЬ нет места даже для наименьшего лиганда и при оксигенации расстояние между кольцом и Вал Е 11 ( 67) должно увеличиться примерно на 1 А. Напротив, в сс-субъединицах такого перемещения нет, так как ширина кармана достаточна для внедрения лигандов. [18]
Это наблюдение наводило на мысль о том, что при связывании кислорода молекулы гемоглобина изменяются в своих размерах и уже не укладываются в кристаллическую решетку дезоксигемоглобина. [19]
Наличие такого равновесия спиновых состояний свидетельствует о том, что увеличение кооперативного взаимодействия субъединиц гемоглобина в окислительно-восстановительной реакции в щелочных условиях обусловлено восстановлением низкоспинового гидроксометгемоглобина в дезоксигемоглобин. Из зависимости изменения ориентации порфирина от спинового состояния, показанной на рис. 11, следует, что при переходе от высоко - к низкоспиновому состоянию ферригемопротеина происходит поворот порфиринового кольца приблизительно на 2, сопровождающийся размещением атома железа в плоскости пиррольных атомов азота. Это приведет к поступательному движению порфиринового кольца относительно атома железа на - 30 пм. Незначительное изменение ориентации порфиринового кольца, происходящее в результате его поступательного движения и поворота, подчеркивает важную роль малых конформационных изменений третичной структуры белка, сопровождающих изменение стереохимии железопорфирина. [20]
Гемоглобин S таких серповидных клеток отличается от нормального гемоглобина лишь одним аминокислотным остатком в fJ - цепях, В нем происходит замена полярной глутаминовой кислоты на неполярную аминокислоту валин, что приводит к очень сильному снижению растворимости дезоксигемоглобина S, хотя растворимость оксигемоглобина при этом остается нормальной. Дезоксигемоглобин S образует волокнистый осадок, который вызывает деформацию и разрушение эритроцитов и как следствие - хроническую гемолитическую анемию. [21]
Гемоглобин S таких серповидных клеток отличается от нормального гемоглобина лишь одним аминокислотным остатком в fJ - цепях, В нем происходит замена полярной глутаминовой кислоты на неполярную аминокислоту валин, что приводит к очень сильному снижению растворимости дезоксигемоглобина S, хотя растворимость оксигемоглобина при этом остается нормальной. Дезоксигемоглобин S образует волокнистый осадок, который вызывает деформацию и разрушение эритроцитов и как следствие - хроническую гемолитическую анемию. [22]
Механизм этого взцимо-действия очень сложен, но одна из важных черт его тесно связана с координационной химией. В дезоксигемоглобине железо находится в высокоспиновом состоянии и один из электронов занимает орбиталь dxz-yz, доли которой направлены прямо на четыре норфириновых атома азота. Присутствие эдектррна йа эт0й рр би-тали приводит к эффективному увеличению радиуса атома железа в этом направлении и к росту отталкивания с неподеленными электронными парами атомов азота. [23]
В железопорфириновом комплексе возможны два типа распределения d - электронов. Высокоспиновая конфигурация, найденная в дезоксигемоглобине, характеризуется большим числом орбиталей с неспаренными электронами, чем низкоспиновая конфигурация оксигемоглобина. [24]
При сравнении этого спектра со спектром дезоксигемоглобина обнаруживается некоторая заторможенность радикалов первого типа, вызванная оксигенирова-нием. При образовании тетрамера ajffe после смешения меченой р-субъединицы с a - субъединицей спектр ЭПР претерпевает определенные изменения. [25]
Механизм присоединения 02 гемоглобином изучен на атомном уровне. Молекулярный кислород подходит к высокоспиновому атому железа одной а-субъединицы ( в ( З - субъединицах дезоксигемоглобина шестое координационное место блокировано остатком Val-67 и не доступно для 02) и переводит его в низкоспиновую конфигурацию. В результате атом железа смещается на 0 5 А и возвращается в плоскость порфиринового цикла. [26]
 |
Уравнение, действие днфосфоглицерата ( ДФГ на. [27] |
Высокие уровни СОз в Н стимулируют освобождение О из гемоглобина, и таким образом удовлетворяется потребность в большом количестве кислорода в метаболически активных тканях. Для альвеолярных капилляров легких характерна более высокая концентрация кислорода, и там по мере связывания дезоксигемоглобином кислорода происходит освобождение Н я СОа. Структурные превращения, которые претерпевает при этом молекула гемоглобина, были подробно выяснены. [28]
К сожалению, эти структурные различия малы и лежат за пределами достигнутого в настоящее время уровня разрешения рент-геноструктурного анализа гемоглобина млекопитающих. Кроме того, как отметил Уильяме [128], сравнение реакций оксигенации и окисления - восстановления на основе известных трехмерных структур высокоспинового метгемоглобина и дезоксигемоглобина [99, 103] не позволяет сделать окончательных выводов о структурных изменениях, ответственных за кооперативное взаимодействие. Кооперативное взаимодействие субъединиц наблюдается только в случае низкоспиновых координационных и высокоспиновых некоординационных производных гемоглобина. Вследствие того, что при кристаллизации метгемоглобина лошади из раствора при рН 7 происходит удвоение кристаллографической Ь - оси [146], препятствующее рентгеноструктурному исследованию гидроксиметгемоглобина, и ввиду экспериментальных трудностей при выращивании подходящих кристаллов оксигемоглобина структурные свойства низкоспинового координационного белка, участвующего в кооперативных явлениях, следует аппроксимировать с помощью устойчивого производного, такого, как цианметгемо-глобин. [29]
Гликолиз представляет собой анаэробный процесс, приводящий к образованию молочной кислоты и диоксида углерода. Оба эти соединения имеют тенденцию к понижению рН и способствуют высвобождению кислорода из оксигемоглобина там, где в этом есть необходимость, В дезоксиге-моглобине, напротив, содержатся немного более основные, чем у оксигемоглобина, группы ( азот имидазола His-146 в р-цепях и His-122 в а-цепях, а также аминогрупп Val-1 в а-цепях), в силу чего дезоксигемоглобин связывает протон после высвобождения кислорода что важно для обратного транспорта диоксида углерода к легким. Карбоангидраза катализирует образование бикарбоната в эритроцитах из диоксида углерода и воды, и ионы бикарбоната могут связываться с протонированными группами дезокси-гемоглобина. В легких дезоксигемоглобин перезаряжается кислородом, эффект Бора вызывает высвобождение бикарбоната, из которого под действием карбоангидразы образуется диоксид углерода, который затем выдыхается. Хотя оксигемоглобин также связывает диоксид углерода, у дезоксигемо-глобина эта способность выше ввиду большей доступности аминогрупп. [30]
Страницы: 1 2 3 4