БИОХИМИЯ - Л. Страйер - 1984

ТОМ 1

ЧАСТЬ I. КОНФОРМАЦИЯ И ДИНАМИКА

ГЛАВА 4. ГЕМОГЛОБИН: АЛЛОСТЕРИЧЕСКИЙ БЕЛОК

Заключение

Тетрамерный гемоглобин обладает новыми свойствами, которых нет в мономерном миоглобине. Помимо способности транспортировать О₂ гемоглобин способен переносить также Н⁺ и СО₂. Более того, присоединение последних регулируется аллостерическими сдвигами, которые представляют собой взаимодействия между пространственно разобщенными участками, обусловленные конформационными изменениями белка. Гемоглобин-наиболее изученный аллостерический белок. У гемоглобина проявляются три аллостерических эффекта. Во- первых, кривая связывания кислорода гемоглобином имеет сигмоидную форму, что свидетельствует о кооперативности связывания кислорода. Присоединение кислорода к одному гему облегчает присоединение О₂ к остальным гемам той же молекулы белка. Эта кооперативность увеличивает количество транспортируемого кислорода. Во- вторых, Н⁺ и СО₂ способствуют отщеплению кислорода от гемоглобина-эффект, имеющий большое физиологическое значение, поскольку таким путем увеличивается высвобождение кислорода в тканях с активным метаболизмом, например, в работающих мышцах. Имеет место и обратный эффект: О₂ способствует высвобождению Н⁺ и СО₂ в капиллярах легочных альвеол. Аллостерическая связь между присоединением Н⁺, СО₂ и О₂ известна как «эффект Бора». В-третьих, сродство гемоглобина к О₂ регулируется также 2,3-бисфосфоглицератом (БФГ)-соединением небольшой молекулярной массы, имеющим отрицательный заряд высокой плотности. БФГ способен присоединяться к дезоксигемоглобину, но не к оксигемоглобину. Отсюда следует, что БФГ снижает сродство гемоглобина к кислороду. БФГ играет важную роль в адаптации организма к высоте и к гипоксии. Гемоглобин плода обладает более высоким сродством к кислороду, чем гемоглобин взрослого организма, потому что он связывает меньше БФГ.

Аллостерические свойства гемоглобина обусловлены взаимодействием его α- и β- субъединиц. Жесткость Т-формы (напряженной) четвертичной структуры определяется образованием солевых связей между субъединицами, что обусловливает низкое сродство к кислороду. В R-форме эти межсубъединичные связи отсутствуют и сродство к кислороду высокое. При оксигенировании атом железа перемещается в плоскость гема и подтягивает за собой проксимальный гистидин. При этом перемещении начинают расщепляться солевые связи и происходит сдвиг равновесия от Т-формы к R-форме. Присоединение к гемоглобину четвертой молекулы O₂ происходит значительно легче, чем присоединение первой, так как требует разрыва меньшего числа солевых связей. БФГ связывается с положительно заряженными группами двух β-цепей, окружающими центральную полость гемоглобина. Связывание БФГ стабилизирует Т-форму и потому снижает сродство гемоглобина к кислороду. Другой аллостерический эффектор-диоксид углерода- присоединяется к концевым аминогруппам всех четырех цепей, образуя легко расщепляемую карбаматную связь. Для ионов водорода, также участвующих в возникновении эффекта Бора, имеются три пары участков связывания. Ближайшее окружение двух концевых аминогрупп и двух пар гистидиновых боковых цепей в дезоксигемо- глобине обладает большим отрицательным зарядом, чем в оксигемоглобине, и потому после отщепления O₂ к этим участкам присоединяется Н⁺. СO₂ и Н⁺, подобно БФГ, снижают сродство к кислороду путем стабилизации Т-формы гемоглобина.