Кооперативное кислорода

Увеличение сродства к кислороду по мере его присоединения к гемоглобину представляет собой кооперативный эффект (разд. 20.4), который обусловлен изменениями в пространственной структуре пептидных цепей гемоглобина [3]. Это явление называют аллостерическим эффектом подобные эффекты наблюдаются и в случае ферментов. [c.232]

Рассмотрим теперь вопрос о природе кооперативного связывания кислорода с тетрамерной ( 2 2) молекулой гемоглобина (разд. Г.8) и физиологическое значение этого процесса [65]. Полипептидная цепь [c.304]

К Т (т. е. дезокси-)-структуре. Ясно, что выяснение столь тонкой вещи, как молекулярный механизм кооперативного связывания кислорода гемоглобином, представляет собой весьма сложную задачу. [c.312]

Кооперативный характер связывания ферментов с субстратами имеет, пожалуй, такое же большое физиологическое значение, как и кооперативное связывание гемоглобина с кислородом, которое обеспечивает более эффективное высвобождение связанного кислорода в тканях (гл. 4, разд. Д, 5). Кооперативность связывания субстрата отсутствует в том случае, когда благодаря избытку активатора фермент переходит в состояние R (В), при котором связывающие центры ведут себя независимо. В то же время связывание активатора должно характеризоваться сильно выраженной кооперативностью, т. е. скорость реакции должна изменяться при изменении концентрации активатора сильнее, чем в случае гиперболической активации. Аналогичным образом кооперативное связывание ингибитора обеспечивает более быстрое выключение фермента при увеличении концентрации ингибитора. По-видимому, эволюция олигомерных ферментов (по крайней мере отчасти) обусловлена большей эффективностью механизмов регуляции, в основе которых лежит кооперативное связывание эффекторов. [c.39]

Для них характерна большая зависимость между конформацией белковой молекулы и каталитической активностью. Их действие не подчиняется кинетике Михаэлиса-Ментен и описывается другими уравнениями, а графически зависимость скорости от концентрации субстрата имеет сигмоидный характер. Для аллостерических ферментов характерно проявление кооперативного эффекта, когда связывание одной молекулы субстрата усиливает способность присоединять следующую молекулу (активирующий кооперативный эффект), что видно на примере гемоглобина при связывании кислорода с одной субъединицей усиливается дальнейшее взаимодействие его с другими субъединицами. Тот факт, что аллостерический эффект проявляется часто на первой стадии процесса, объясняет выработанное в ходе эволюции экономное расходование веществ на последующих стадиях реакции. [c.35]

С —О , обладающей намного меньшим или даже противоположно направленным дипольным моментом. Действительно, показано, что дипольный момент [1е(п- п ) низшего синглетного возбужденного состояния п- п бензофенона, равный Кл-м (1,5 Д), вдвое меньше дипольного момента основного состояния ((Ая= 10-10 ° Кл-м или 3 Д) [32, 33, 96]. При переходе к более полярным средам такое уменьшение дипольного момента должно сопровождаться гипсохромным сдвигом полосы поглощения, соответствующей переходу л->л (отрицательным сольватохромным эффектом). Кроме того, протонные растворители способны образовывать водородные связи с неподеленной электронной парой атома кислорода, в результате чего энергия л-состояния снижается еще больше, тогда как энергия л -состояния в первом приближении не меняется. Таким образом, наблюдаемый экспериментально при повышении полярности растворителя гипсохромный сдвиг полосы поглощения карбонильных соединений, отвечающей переходу можно объяснить как кооперативный эффект, обусловленный воздействием на молекулы растворенного вещества электростатических сил и водородных связей [97—106]. Этот хорошо известный гипсохромный сдвиг можно приписать также индуцируемой полярным растворителем более эффективной общей и специфической сольватации основного состояния и (или) менее эффективной сольватации менее биполярного возбужденного состояния п- п. Представленные на рис. 6.5 данные убедительно показывают, что основной причиной на- [c.431]

Ранее отмечалось, что связывание кислорода атомом железа гема переводит последний из непланарной в планарную конфигурацию. Этот процесс запускает другие конформационные изменения, которые приводят к такому кооперативному взаимодействию между субъединицами гемоглобина, что, как только некоторое количество кислорода связывается, связывание последующих молекул облегчается. Следует теперь рассмотреть этот процесс в деталях. Предпоследним аминокислотным остатком как в а-, так и [c.558]

При взаимодействии молекулы кислорода с одним из четырех гемов гемоглобина кислород присоединяется к одной из половинок молекулы гемоглобина (допустим, к а-цепи этой половинки). Как только такое присоединение произойдет, а-полипептидная цепь претерпевает конформационные изменения, которые передаются на тесно связанную с ней 3-цепь последняя также подвергается конформационным сдвигам. 3-Цепь присоединяет кислород, имея уже большее сродство к нему. Таким путем связывание одной молекулы кислорода благоприятствует связыванию второй молекулы (так называемое кооперативное взаимодействие). [c.594]

Влияние СОг, Н+ и ДФГ на сродство гемоглобина к кислороду и на кооперативность функционирования ассоциированных гемоглобиновых субъединиц описаны в гл. 5 (разд. 5.5.2). [c.406]

В структурированных полиэпоксидах, использованных в настоящей работе, остальная часть макромолекулы оставалась неподвижной по отношению к последовательности метиленовых групп —(СНг) —, что существенно отличает изученный ряд от полиэфиров, в которых последовательности метиленовых групп соединены между собой атомами кислорода. В исследованной серии полимеров полностью исключено и кооперативное движение различных последовательностей метиленовых групп. Эти ограничения позволили установить и тот факт, что дисперсия при низких температурах появляется в полимере, содержащем последовательность — (СНг)п — только в том случае, если п > 5. Не обнару- [c.162]

Действительно, к наиболее замечательному свойству гемоглобина относится его способность кооперативно связывать кислород, т. е. сродство тетрамера к кислороду возрастает по мере насыщения кислородом. Концепция аллостерии, выдвинутая Моно и сотр., была создана в процессе изучения свойств этого белка. Кооперативность необходима для переноса кислорода от носителя гемоглобина к акцептору миоглобину, а также для выполнения других физиологических функций. [c.361]

В простом случае миоглобина не наблюдается сигмоидной кривой. Для того чтобы 1юлучнть кривую, и.меющую форму, показанную па рис. 9.9,6, необходимо предположить, что при захвате кислорода проявляется кооперативный эффект и что присутствие одной нли большего числа молекул Ог, уже связанных с ИЬ, содей- [c.303]

Рассмотренные выще механизмы способны описывать многие сложные эффекты, и кинетическое уравнение может иметь очень сложную форму. Но в общем случае концентрация [ЕЗ] не может возрастать быстрее, чем растет [3]. Однако при некоторых экспериментальных условиях субстраты или ингибиторы оказывают большее влияние на концентрацию комплекса. Другими словами, получаются 3-образные кривые типа кривой связывания кислорода гемоглобином (разд. 7.13). В особенности это относится к ферментам, играющим важную роль в регулировании обмена веществ. Подобные кооперативные эффекты встречаются в случае ферментов с несколькими активными центрами, поскольку кооперативный эффект подразумевает возрастание сродства второго активного центра к субстрату, когда первый центр занят. Как и в случае гемоглобина, взаимодействия такого типа сопровождаются структурными изменениями. Согласно модели Моно — Шанжо — Ваймана, фермент с несколькими активными центрами может находиться по крайней мере в двух состояниях. Это, вероятно, слишком упрощенная картина, но два является минимальным числом состояний, необходимым для объяснения наблюдаемых эффектов. Предполагается, что в обоих состояниях конформации всех субъединиц одинаковы. Воздействующая на систему молекула (эффектор), которая может быть молекулой субстрата, смещает равновесие в сторону одного или другого из этих двух состояний. Если эффектор смещает равновесие в направлении увеличения скорости реакции, то такой эффектор называется активатором. Если же его действие приводит к снижению скорости реакции, то он называется ингибитором. Как и в случае гемоглобина, воздействие усиливается тем, что одна молекула эффектора оказывает влияние на несколько каталити-21 [c.323]

При промежуточной температуре конфигурационное состояние полипептида будет таким, каким оно изображено на рис. 20.4,6, где наблюдается чередование неупорядоченных клубков и спиралей. Переход от спирали к неупорядоченному клубку может быть более отчетливым, чем для простого химического равновесия. Иными словами, большие изменения в молекулярных свойствах могут быть обусловлены малыми изменениями температуры, давления, pH или других внешних факторов. Изменение происходит в узкой области внешних переменных вследствие их кооперативности. Наименее вероятно образование у полипептида первого витка спирали. Как только первый виток образовался, следующие витки спирали образуются легче. С молекулярной точки зрения это можно понять так чтобы образовать первый виток спирали, карбонильный кислород г-го остатка должен образовать водородную связь с NH-гpyппoй ( +4)-го остатка. Для этого необходимо, чтобы шесть углов ср и шесть углов г ) имели значения, соответствующие а-спирали. Следовательно, образование первого витка невыгодно с точки зрения энтропии, но выгодно энергетически, так как образуется единичная водородная связь. Кроме того, для дальнейшего роста спирального участка требуется фиксация лишь одного угла ф и одного угла 11) на одну образовавшуюся водородную связь. Таким образом, дополнительная спираль стремится образоваться на уже существующих частях спиралп, а не среди неупорядоченного клубка. В результате этого, например, переходы. [c.606]

Из1вестно, что в одном конформационном состоянии фермент лучше связывается с субстратом, чем в другом. Этот простой факт, а также тенденция мономеров белков ассоциировать приводит к ряду интересных эффектов, природа которых долгое время оставалась загадкой для ученых. Сейчас мы знаем, что кооперативные изменения конформации в олигомерных белках лежат в основе многих важных аспектов регуляции активности ферментов и метаболизма. Эти изменения вносят элемент кооперативности в связывание малых молекул (например, кислорода гемоглобином), а также субстратов и регуляторных молекул с ферментами. Вполне возможно, что многие фундаментальные свойства живых организмов непосредственно связаны с кооперативными изменениями в фибриллах, мембранах и других структурах клетки. По этим причинам было бы весьма полезно рассмотреть этот вопрос (в частности, его количественную сторону) более подробно. [c.297]

Кооперативность связывания кислорода с гемоглобином была открыта очень давно, и, несмотря на это, важность данного явления недооценивали. Оно вновь привлекло к себе широкое внимание в 1965 г., когда Moho, Уаймен и Шанжё [33] описали его математически. Поскольку для многих случаев предложенная авторами модель является сильным упрощением, ниже мы остановимся на более общем подходе к этому вопросу, разработанном Кошландом [60—62]. [c.297]

Читателю предоставляется интересная возможность проанализировать, можно ли на основании этого уравнения предсказать слабое кооперативное связывание кислорода гемоглобином миноговых. [c.302]

Кооперативный характер связывания О2 гемоглобином иллюстрируется кривыми, приведенными на рис. 4-18. Значение мхилл [уравнение (4-35) зависит от условий и может достигать трех. Физиологическое значение кооперативного связывания ясно. В капиллярах легких при парциальном давлении кислорода, равном 100 мм рт. ст., гемоглобин почти полностью насыщен кислородом, однако когда эритроциты проходят через капилляры тканей, потребляющих кислород, его парциальное давление падает примерно до 5 мм рт. ст. Кооперативность приводит к [c.305]

Каким образом присоединение О2 к гемовому железу вызывает конформационное изменение гемоглобина Как указано в гл. 10 (разд. Б.4), при связывании с кислородом атом железа в геме, по-видимому, смещается в плоскости гемогруппы приблизительно на 0,06 нм [73]. Это смещение передается через гистидин F-8, и спираль F смещается в сторону гема в результате происходит изменение третичной структуры, приводящее к ослаблению водородных связей в области а1р2-контактов и солевых мостиков между субъединицами. Несмотря на тщательные рентгеноструктурные исследования, детали механизма, инициирующего конформационные изменения при присоединении О2, остаются неясными. Необходимо иметь в виду, что разрешение, которое удается получить при рентгеноструктурном исследовании кристаллов белков, позволяет установить локализацию легких атомов с достаточной точностью, в результате чего механизм передачи кооперативных эффектов не поддается непосредственному изучению и его приходится выяснять, исходя из изменений третичной структуры субъединиц при атшеплении лиганда от Р(т. е. окси-)- или при присоединении его [c.307]

Что же общего между всеми гемоглобинами Прежде всего для них характерен один и тот же способ укладки полипептидных цепей вокруг идентичных для всех гемоглобинов (или очень сходных) гемогрупп. Однако наиболее поразительным является тот факт, что, несмотря на четко выраженное единообразие общей структуры всех гемоглобинов, имеется всего девять инвариантных аминокислотных остатков и один почти инвариантный. Эти десять остатков заключены на рис. 4-17 в прямоугольные рамки. Два глицина (или аланина) в положениях В-6 и Е-8 инвариантны потому, что тесный контакт между спиралями В и Е не позволяет находиться в этих положениях аминокислотным остаткам большего размера. Пролин С-2 обеспечивает изгиб молекулы. Четыре других инвариантных остатка непосредственно связаны с гемогруппой. Два из них. His Е-7 и His F-8, являются гем-связанными гистидинами. Девятый остаток. Туг НС-2, о котором уже шла речь в разд. 5.а, играет основную роль в кооперативном связывании кислорода. И только Lys Н-9 расположен с наружной стороны молекулы. Причины, по которым этот остаток инвариантен, не ясны [80]. [c.314]

В гл. 4, разд. Д, 5, мы рассматривали замечательную способность гемоглобина эритроцитов к кооперативному связыванию четырех молекул Ог, а также структурные взаимоотношения гемоглобина и мономерного миоглобина мышц, который способствует диффузии Оа в ткаиИ [5] и, вероятно, используется для депонирования кислорода. Железо в гемоглобине и миоглобине всегда находится в ферроформе. В эритроцитах имеется специальная система для восстановления железа, если оно случайным образом перейдет в феррисостояние (см. гл. 4, разд. Д, 7, а также дополнение 10-А). Согласно наиболее распространенной точке зрения, при связывании Ог с железом гема не происходит временного изменения состояния окисленности металла. Однако на этот счет имеются и другие суждения [6]. Согласно Ингрэму, окисление металла не происходит из-за упомянутых выше трудностей в присоединении одного электрона к молекуле кислорода. В то же время перенос двух электронов от металла на кислород затруднен, поскольку состояние Ре(IV) является неустойчивым. [c.367]

Было сделано необычайно интересное открытие, заключающееся в том, что координация гемового железа с гистидином, по всей видимости, лежит в основе кооперативности при связывании гемоглобина с кислородом [9, 10]. Радиус высокоспинового железа как в ферри-, так и в ферросостоянии столъ велик, что железо не помещается в центре порфиринового кольца и Смещается в сторону координационно связан- ной с ним имидазольной группы на расстояние, составляющее для Ре(II) 0,06 нм. Таким образом, в дезоксигемоглобине и железо, и имидазольная группа находятся от плоскости кольца дальше, чем в оксиге-моглобине. В последнем железо находится в центре порфиринового кольца, так как переход в низкоспиновое состояние сопровождается уменьшением ионного радиуса [9, И]. Изменение конформации белка, индуцированное небольшим смещением иона железа, уже было описано (гл. 4, разд. Д, 5). Однако истинная природа пускового механизма , приводящего к этим изменениям, пока в точности не ясна. С некоторым атриближением эти изменения можно рассматривать как чисто механи- [c.368]

Образование четвертичной структуры осуществляется прежде всего путем гидрофобных взаимодействий между отдельными полипептидными цепями. Возникают расширенные области контактов между а- и /3-цепями, которые вместе с этим являются предпосылкой для обратимого кооперативного связывания гемоглобином четырех молекул кислорода. Прн присоединении кислорода к гему образуется оксигемоглобин, четвертичная структура которого лишь незначительно отличается от неоксигенированной формы. а-Гемы взаимно сближаются на 0,1 нм, а 3-гемы удаляются один от другого на 0,65 нм. [c.418]

Высказываются предположения, что молекулы иода образуют комплексы с атомами кислорода амилозы, а интенсивная окраска раствора - следствие образования комплекса с переносом заряда [74]. В качестве модельных интересны характеристики молекулярных комплексов иода с циклодекстринами [75, 76]. Молекулярная геометрия кристаллических комплексов "гость-хозяин"-а-циклодекстрин-иод [76], определенная методом рентгеноструктурного анализа, показала, что один атом иода расположен около отверстия полости и связан с нею силами ван-дер-ваальса, а другой окружен шестью атомами кислорода, при этом силы взаимодействия больше, чем ван-дер-ваальсовы. Кооперативный характер связей в комплексах иода с полимерами приводит к тому, что ряд атомов иода ведет себя как одномерный металл, проявляя такие свойства, как слабый парамагнетизм и электронная проводимость [71,77]. [c.35]

Это означает, что при значениях р(02), обычно характерных для плаценты, кислород будет переходить с НЬА на НЬР с выгодой для плода. Кооперативность связывания кислорода гемоглобином А выражена настолько явно, что, если молекула НЬА уже связала три молекулы кислорода, то вероятность связывания четвертой молекулы в 70 раз превосходит вероятность приобретения дезоксиге-моглобином одной молекулы кислорода. [c.558]

Из многообразия производных гемоглобина, представляющих несомненный интерес для врача, следует прежде всего указать на оксигемоглобин НЪО, — соединение молекулярного кислорода с гемоглобином. Клслород присоединяется к каждому гему молекулы гемоглобина при помощи координационных связей железа, причем присоединение одной молекулы кислорода к тетрамеру облегчает присоединение второй молекулы, затем третьей и т.д. Поэтому кривая насыщения гемоглобина кислородом имеет сигмоидную форму, свидетельствующую о кооперативности связывания кислорода. Эта кооперативность обеспечивает не только связывание максимального количества кислорода в легких, но и освобождение кислорода в периферических тканях этому способствует также наличие П и СО, в тканях с интенсивным обменом. В свою очередь кислород ускоряет высвобождение СО, и П в легочной ткани. Эта аллостерическая зависимость между присоединением П, О, и СО, получила название эффекта Бора. [c.84]

Кооперативное связывание кислорода. Когда молекула гемоглобина диссоциирована на составляющие ее полипептидные цепи, поведение последних очень сходно с поведением миоглобина их кривые освобождения кислорода имеют гиперболиче- [c.171]

Образование комплексов за счет ассоциации макромолекул полиокса с поликислотаып представляет o6oi i удобный объект для изучения подобных кооперативных взаимодействий в растворе. На рис. 103 показаны закономерности изменения вязкости бинарных систем полиокс — полиакриловая кислота а) и полиокс — поли-метакриловая кислота б) [156]. Как видно, в обоих случаях состав близок к стехиометрическому (1 1), т. е. комплексы образуются при взаимодействии карбоксильных групп с эфирным кислороДО [c.274]

Второй важный случай кооперативных взаимодействий проявляется в системах, построенных из нескольких субъединиц, содержащих однотипные центры связывания лиганда Ь. В качестве детально изученного примера можно привести уже неоднократно упоминавшийся гемоглобин, содержащий четыре остатка гема, по одному на каждой из двух а- и двух /3-субъединиц, и тем самым способный связывать до четырех молекул Ог- Важной особенностью этой структуры является тот факт, что присоединение О2 к одной из субъединиц вызывает конформационное изменение не только в ней самой, но и в контактирующих с ней субъединицах, причем в результате этих изменений повышается их сродство к кислороду. Это существенно изменяет вид зависимости степени насыщения кислородом от его парциального давления по сравнению с гиперболической зависимостью, описываемой уравнением (3.12). Важно, что при этом зависимость становится значительно более благоприят1Юй для выполнеш я гемоглобином его основной биологической функции — переноса кислорода от легких к тканям живого организма. [c.121]

Важной особенностью гемоглобина, которая обусловлена наличием нескольких гем-групп, является форма кривой связывания кислорода не простая гиперболическая кривая насыщения, как для миоглобина, а S-образная. Сродство гемоглобина к кислороду возрастает с давлением. Поэтому при умеренных давлениях гемоглобин эффективно связывает кислород в легких, но отдает его миоглобину при низких давлениях в тканях. При потере кислорода образуется дезоксигемоглобин, субъединицы молекулы слегка смещаются относительно друг друга и поворачиваются так, что два р-гема удаляются друг от друга на расстояние около 6,5 А. Эта конформационная перестройка, несомненно, тесно связана с кооперативным взаимодействием гемов, которое позволяет им более прочно связывать кислород, когда молекула уже частично окислена. Однако детали этого взаимодействия еще не ясны. В концентрированных солевых растворах (например, в 4 М Na l) молекула [c.375]

Смотреть страницы где упоминается термин Кооперативное кислорода: [c.369] [c.369] [c.71] [c.516] [c.306] [c.306] [c.316] [c.317] [c.406] [c.258] [c.222] [c.559] [c.560] [c.139] [c.171] [c.221] [c.455] [c.258] [c.123] [c.50] [c.51]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология