Молекулярная биология. Структура и функция белков - Степанов В.М.
ISBN 5-06-002573-Х
Скачать (прямая ссылка):
174
I Очень важно, что после присоединения двух молекул кислорода к Гемоглобину четвертичная структура с примерно равной вероятностью Сможет оказаться как в Т-, так и в Е-форме. Последняя способствует
* присоединению третьей молекулы кислорода, после которого вероятность перехода всей структуры, в том числе и четвертой субъединицы, пока не "заряженной" кислородом, в структуру, облегчающую присоединение к ней кислорода/ становится весьма высокой. Это ведет к быстрому завершению процесса насыщения всей тетрамерной молекулы кислородом. Таким образом, присоединение кислорода ц гемоглобину, будучи кооперативным процессом, как бы следует принципу "отдай имеющему", что обеспечивает полноту "нагрузки" молекул-переносчиков кислородом в легких.
В тканях первая молекула кислорода отщепляется с определенными затруднениями, так как это требует изменений в контакте субъединиц, противоречащих ' свойственной оксигеМоглобину четвертичной структуре. Однако эти затруднения преодолеваются благодаря низкому парциальному давлению кислорода, которое делает обратнук реакцию маловероятной. Отщепление последующих молекул кислорода облегчается с каждым шагом, что приводит к. полной "разгрузке" транспортной молекулы. Так, кооперативность обеспечивает эффективный перенос кислорода от легких к тканям. Как полагают физиологи, в отсутствие кооперативных эффектов, например, если бы эритроциты содержали миоглобин Вместо гемоглобина, животные погибалк бы от
кислородной недостаточности в тканях.
. . ' * ’«it
8.2.4. 2,3-Дифосфоглйцерат — эффектор, регулирующий функцию гемоглобина
- 1 't '¦ ' * •*
¦ Очевидно, что кооперативность присоединения и отщепления кислорода гемоглобином зависит от того, насколько легок или, наоборот, труден координированный переход четвертичной структуры из Т- в Н,-состояние. Оказалось, что 2,3-дифосфоглицерат, содержащийся в эритроцитах, способен избирательно взаимодействовать с дбэохсигс-моглобином, стабилизируя его четвертичную структуру (Т-фОрму). 2,3— Дифосфоглицерат несет пять отрицательных зарядов, которые' могут быть распределены между восемью атомами кислорода. Его молекула связывается во впадине, образованной обеими Д-субЪвдиницами, где она взаимодействует сразу с семью катионными группами этих цепей. Это о-аминогруппы N-концевых Val-1, имидазольнЫе кольца Hie-2 й His-143 обеих Д-субъединиц, а также аминогруппа остатка Lys-82 ка-кой-либо одной из них (рис. 8.10).
175
Рис. 8.10. Связывание дифосфоглицерата (DPG) с катионными группами /2-субъединиц гемоглобина
Электростатические взаимодействия анионных групп 2,3-дифосфоглицера с катионными группами дезорсигемоглобина (заштрихованы) существенно усиливают контакт между субъединицами, прежде всего очень слабый /21/?2 контакт. Стабили-
- зация дезоксиформы эквивалентна понижению- сродства к кислороду. Сродство может быть повышено у гемоглобинов, способных связывать кислород при низком парциальном давлении, за счет ослабления взаимодействия с эффектором. Так, в гемоглобине ламы связывание ослаблено заменой His-2 на Asn-2, в гемоглобине F (плода), - заменой His-143 на Ser-143, что уменьшает число катионных групп белка, взаимодействующих с анионными группировками эффектора
’ ' •' V . * f * t <
Стабилизация дезоксиформы понижает сродство к кислороду гемоглобина, образовавшего комплекс.с 2,3-дифосфоглицератом. В отсутствие эффектора — 2,3-дифосфоглицерата — гемоглобин А взрослого человека насыщается кислородом на 50% при 12 мм рт.ст., в присутствии же дифосфоглицерата для 50%-ного насыщения гемоглобина кислородом необходимо уже его парциальное давление, равное 50 мм
176
1
»т.ст. 2,3-Дифосфоглицерат — соединение, структурно ничего общего ] [в имеющее с кислородом и связывающееся участком гемоглобина,
, далеким от места присоединения кислорода. Тем не менее оно существенно влияет на взаимодействие кислорода и гемоглобина. Обладающие такой способностью соединения, которым принадлежит большая [роль в регулировании функции белков в организме, получили назва-'ние аллостерическнх (структурно далеких) эффекторов. Важно отме-. тить, что сама возможность такого воздействия эффектора на структурно удаленный функциональный центр белка основана на способности четвертичной структуры отвечать на относительно слабые воздействия. 1
Изменения зоны связывания 2,3-дифосфоглицерата способны значительно влиять на сродство гемоглобина к кислороду. Так, в /9-цепях гемоглобина южноамериканской ламы, живущей на больших высотах и нуждающейся в адаптации к пониженному парциальному давлению кислорода, остатки His-2 заменены остатками аспарагина, которые не несут катиОнной группы и не могут участвовать в связывании 2,3-дйфосфоглицерата. ‘Как следствие, дезоксиформа гемоглобина ламы оказывается мёнее стабилизированной и сродство к кислороду повышается. 50%-ное насыщение гемоглобина ламы наступает уже при парциальном давлении кислорода, равном 24 мм рт.ст. Функциональный смысл такой замены вполне очевиден, тем более -что у одногорбо^ го верблюда (эволюционного предка ламы), живущего на равнине, место связывания 2,3-дифосфоглицерата представлено семью катионными группами, включая и остатки His-2 /3-цепей.
