Кооперативное связывание кислорода

Рис. 8-19. Симметричная ( все или ничего ) и последовательная (индуцированное соответствие) модели кооперативного связывания кислорода гемоглобином. В обеих моделях субъединицы могут находиться в двух различных состояниях. Кружками обозначено состояние, в котором субъединицы имеют низкое сродство к кислороду, а квадратами - состояние с высоким сродством к кислороду. А. Согласно симметричной модели ( все или ничего ), гемоглобин может находиться только в двух формах в одной из них все субъединицы имеют низкое сродство к кислороду, а в другой - высокое. При отсутствии кислорода обе эти формы находятся в равновесии, но форма с низким сродством к кислороду доминирует. Если же кислород присутствует, то он связывается преимущественно с формой гемоглобина, имеющей высокое сродство при этом

Кооперативность связывания кислорода гемоглобином [c.69]

Кооперативное связывание кислорода делает гемоглобин более эффективным переносчиком кислорода. ......... [c.363]

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]

Механизм кооперативного связывания кислорода [c.79]

КООПЕРАТИВНОЕ СВЯЗЫВАНИЕ КИСЛОРОДА [c.105]

В чем заключаются эффекты белковой защиты и кооперативного связывания кислорода гемоглобином [c.230]

Как отмечалось выше, для гемоглобина кривая оксигенации имеет сигмоидную форму и не может быть описана приведенными выше уравнениями, что свидетельствует о кооперативном связывании кислорода молекулой гемоглобина. Рассмотрим крайний случай — присоединение четырех молекул О2 к одной молекуле гемоглобина с образованием окси-гемоглобина. Константа равновесия такого процесса будет равна [c.212]

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]

Кооперативное связывание кислорода гемоглобином увеличивает транспорт кислорода [c.72]

НО также и потому, что в гемопротеинах имеется необычайно тонкое равновесие между состояниями с максимальной и минимальной спиновой мультиплетностью. Можно предположить, что изменение спинового состояния железа определяется стереохимическими факторами. Изменение спинового состояния при переносе электрона между уровнями eg и t2g сопровождается изменением ионного радиуса катиона железа и изменением длин связей металл — лиганд. Как показано на примере простых неорганических комплексов [58], ионный радиус Fe(II) или Ре(И1) увеличивается примерно на 20% при переходе от низкоспинового состояния к высокоспиновому (табл. 3). Стереохимическое значение данного спинового состояния железопорфиринового комплекса, следовательно, заключается в том, что расположение катиона железа относительно плоскости координируемых атомов азота пиррольных колец порфирина зависит от длин связей железо — порфирин, изменяющихся по мере того, как меняется ионный радиус металла и взаимодействие металл-лиганд. Кроме того, поскольку связывание кислорода сопровождается изменением спинового состояния [105] и положение атома железа относительно плоскости порфирина должно коррелировать во времени и пространстве со связыванием молекулы кислорода, предполагается [103, 104], что изменение стереохимии железо-порфирина вызывает конформационные изменения, ответственные за кооперативное связывание кислорода. В этом и заключается биологическая роль электронной конфигурации атома железа в физиологической функции гемоглобина. [c.40]

Присоединение О2 к гемоглобину повышает связывание дополнительных молекул О2 той же молекулой гемоглобина. Другими словами, кислород связывается с гемоглобином кооперативно. Связывание кислорода миоглобином, напротив, является некооперативным. [c.69]

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]

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]

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]

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

Из других гемовых белков, помимо цитохрома с, наиболее широко исследован методом ЯМР гемоглобин. Интерес к этому белку в основном определяется проблемой кооперативного связывания кислорода с точки зрения конформационных изменений четырех его субъединиц (двуха- и двух Р-цепей). Шульман и сотрудники использовали при исследовании этого вопроса метод протонного магнитного резонанса. Суть их подхода состояла в том, чтобы попытаться обнаружить изменения в спектре ЯМР одних субъединиц при связывании кислорода с гемовыми группами других субъединиц. Например, при окислении железа в а-цепях и связывании с ним цианида были изучены изменения резонансных сигналов, принадлежащих Р-цепям. Эта работа, однако, довольно сложна, и мы отсылаем читателя к оригинальным статьям авторов для более детального ознакомления с этим методом (см., например, работы [25, 33—36]). [c.400]

Миоглобин дает линейный график Хилла с /1=1,0, тогда как гемоглобин-с и = 2,8 (рис. 4.5). Наклон, равный 1,0, означает, что молекулы кислорода присоединяются к миоглобину независимо друг от друга, как это описано в уравнении (1). С другой стороны, коэффициент Хилла, равный 2,8, указывает на кооперативное связывание кислорода гемоглобином. Присоединение О2 к одному гему облегчает присоединение кислорода к другим гемам того же тетрамера, и обратно отщепление кислорода от одного гема облегчает его отщепление от остальных. Другими словами, в молекуле гемоглобина имеется взаимосвязь между гемами. Кооперативность связывания кислорода гемоглобином называют иногда взаимодействием гем—гем. Механизм его мы обсудим ниже. [c.72]

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]

На рис. 17.14 сравниваются кривые оксигенацин (связывания кислорода) для гемоглобина и миоглобина. Молекула миоглобина состоит из одной цепи, подобной отдельной цепи гемоглобина, и содержит только одну группу гема. Как следует из вида кривых, миоглобин имеет нормальную зависимость, присущую взаимодействию лиганда с единственным местом связывания, а гемоглобин характеризуется кооперативным связыванием кислорода. По мере увеличения давления кислорода ЗО Уо-ное насыщение миоглобина наступает раньше, чем достигается какое-либо значительное связывание с кислородом гемоглобина. Вместе с тем в результате резкого последующего подъема кривой для гемоглобина при 90%-ном насыщении две кривые оксигенацин пересекаются. [c.105]

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]

Если при функционировании происходят структурные изменения, прежде всего необходимо выяснить, на каком структурном уровне они осуществляются и какие участки в них вовлечень . Можно подумать, что в случае окси- и дезоксигемоглобина (рис. 1.5) главное структурное изменение, сопровождающее оксигенацию, состоит в перестройке четвертичной структуры, но это не обязательно так. Кислород связывается с группами гема, расположенными вблизи участков контактирования четырех субъединиц белка. Но для того, чтобы произошло изменение четвертичной структуры, свойства остатков на поверхности должны быть как-то изменены. Действительно, когда кислород связывается с гемом гемоглобина, атом железа в геме сдвигается, что вызывает ряд небольших изменений третичной структуры, изменяющих поверхность субъединиц. Эти изменения не менее важны для понимания механизма кооперативного связывания кислорода гемоглобином, чем значительно более заметные изменения четвертичной структуры. Иногда в макромолекуле не происходит структурных перестроек при связывании с ней другой молекулы, но зато последняя претерпевает такие изменения. Прекрасным примером такого рода является связывание гексасахарида с молекулой фермента лизоцима. Как показано на рис. 1.12, один из участков связывания сахара в молекуле лизоцима не способен присоединять сахар в нормальной конформации кресла. Для того чтобы произошло такое связывание, сахарное кольцо должно деформироваться и перейти в форму полукресла, что энергетически не выгодно. Тем не менее этот переход осущестмяется, так как затрата энергии с лихвой компенсируется энергией связывания остальных молекул сахара. Грубо говоря, лизоцим способен использовать энергию связывания, сконцентрировав ее в одной точке углеводного комплекса. Это помогает разрыву связи С—О в одном из сахаров, что является частью механизма каталитического действия фермента. [c.34]

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 аллостери-ческими 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 [c.84]

Основное преимущество модели диссохщи ующего белка состоит в том, что ее гораздо легче проверить экспериментально,, чем модели, рассмотренные ранее связывание лиганда в этом случае должно сопровождаться большим изменением молекулярного-веса белка и степень кооперативности должна зависеть от концентрации последнего. Эти особенности связывания лиганда характерны только для модели диссоциирующего белка, и их легко выявить экспериментально. Фриден и Колмэн [57] показали, например, что обратимая ассоциахщя позволяет полностью объяснить связывание различных нуклеотидов глутаматдегидрогеназой. Процессы диссоциации—ассоциации белковой молекулы могут давать определенный вклад в кооперативность и в случае гемоглобина, который способен диссоциировать на димеры в растворах с высокой концентрацией соли. Однако одной только диссоциацией объяснить, кооперативное связывание кислорода не удается, поскольку оно наблюдается во многих случаях, когда диссоциация отсутствует. При работе с любым белком необходимо всегда проверять, зависит ли наблюдаемая кооперативность от концентрации белка. В тех случаях, когда обнаружив ается изменение степени кооперативности белка, в качестве возможной причины следует рассматривать диссоциацию. [c.195]

В целом проблема создания КЗПК на основе внеэритроцитарного Нв имеет сегодня прочную экспериментальную базу. Поли-Нв с кислородтранспортными свойствами, близкими к свойствам крови, может служить одним из компонентов искусственной крови . В то же время дальнейшие исследования должны показать возможность получения воспроизводимых результатов, повысить кооперативность связывания кислорода поли-Нв и т. д. Однако наиболее важными представляются биологические исследования, особенно по хронической токсичности, фармакокинетике и метаболизму (при учете высокой дозы вводимого поли-Нв как КЗПК). [c.253]

Кооперативное связывание кислорода повышает эффективность гемоглобина как переносчика кислорода. При изменении парциального давления кислорода насьш ение им гемоглобина меняется быстрее, чем это происходило бы в случае независимости всех участков связьшания друг от друга. Рассмотрим такой пример. Допустим, что РО2 в альвеолах легких составляет 100 торр, а в капиллярах работающей мьшщы-20 торр. Пусть Р о = 30 торр и п = 2,8. Тогда Ув капиллярах альвеол составит 0,97, а в капиллярах мьшщ-0,25. Количество высвободившегося в тканях кислорода пропорционально разнице в величинах X т.е. 0,72. Теперь сделаем тот же расчет для гипотетического переносчика кислорода, который характеризуется тем же Р50 = 30 торр, но некооперативно связывает кислород (п = 1). В этом случае Уальвеолы = 0,77, У у = 0,41 и АУ= 0,36. Отсюда ясно видно, что кооперативное связывание кислорода гемоглобином по сравнению с некооперативным позволяет удвоить высвобождение кислорода в тканях. [c.72]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология