Адаптация гемоглобина

Влияние большой высоты на сродство к кислороду может служить примером того, как изменение уровня ДФГ способствует адаптации. На рис. 17.23 даны зависимости парциального давления кислорода при полунасыщении (pOj),/ от времени пребывания организма на большой высоте и от времени пребывания при давлении кислорода на уровне моря. На рисунке показано также изменение концентрации ДФГ в эритроцитах. Можно видеть, что при перемещении с уровня моря на большую высоту происходит резкое увеличение концентрации ДФГ и сопутствующее этому увеличение (pOj),/ до тех пор, пока не установятся новые стационарные значения для каждого из этих параметров. Сдвиг кривой оксигенации вправо на большой высоте позволяет гемоглобину высвобождать в тканях большее количество кислорода, чем в том случае, если бы такого сдвига ие было. Наоборот, с возвращением на уровень моря концентрация ДФГ и величина уменьшаются до их [c.114]

Например, переход к жизни в воздушной среде при метаморфозе амфибий и после окончания внутриутробного развития у млекопитающих связан с такими же, вероятно, изменениями гемоглобина, какие происходили при первичном завоевании суши позвоночными. Точно так же изменения в путях экскреции азота, происходящие в онтогенезе при выходе амфибий на сушу, должны быть аналогичны тем биохимическим адаптациям, которые осущестрлялись на заре эволюции наземных позвоночных. [c.378]

Кровь. Капиллярные сосуды сетчатки почти непрозрачны, так как содержат пигмент крови (гемоглобин). Они отбрасывают резкие темные тени на расположенные под ними колбочки. Как и пигмент желтого пятна, такие тени обычно невидимы в результате локальной адаптации колбочек. Однако капиллярную систему сетчатки легко сделать наблюдаемой, если заставить тени от нее ладать на неиспользуемые близлежащие участки сетчатки. Если в темной комнате вы смотрите прямо перед собой, а затем не поворачиваясь переводите взгляд на лампу накаливания с тонкой нитью (например, на фару автомобиля), то в результате отражения света от сетчатки внутри самого глазного яблока появляется как бы дополнительный источник освещения. Естественно, свет от такого освещенного пятна падает на капилляры под углом, резко отличающимся от прямого угла, свойственного обычному рассматриванию. Все поле зрения в таком опыте получается слабо освещенным, а капилляры образуют систему темных линий. Перемещение лампы вперед и назад слегка меняет угол падения лучей и сохраняет воспринимаемую картину несмотря на адаптацию. На рис. 1.6 темными сплошными линиями показана система капиллярных сосудов сетчатки макаки. Эти капилляры отходят от слепого пятна и почти не достигают области желтого пятна. [c.29]

В этой главе мы используем принцип изложения, противоположный тому, которого придерживались во всей книге. Вместо того чтобы исследовать влияние какого-то одного параметра среды на различные биологические системы, мы будем рассматривать молекулы одного типа — гемоглобины позвоночных, интересуясь их реакцией на различные факторы среды и адаптацией к этим факторам. Обрисовав многие из известных проявлений адаптации гемоглобинов для функционирования в тех или иных условиях, мы надеемся резюмировать на этом материале значительную часть того, что было сказано в предшествующих главах. В частности, мы рассчитываем достичь двух целей во-первых, мы хотим, чтобы у читателя осталось четкое представление о природе основных типов стратегии биохимической адаптации к условиям жизни во-вторых, мы попытаемся сформулировать хотя бы некоторые достаточно обоснованные правила, позволяющие предсказывать, при каких обстоятельствах скорее всего будет использоваться та или иная стратегия биохимической адаптации. [c.359]

Адаптация систем гемоглобина обычно связана с двумя главными переменными — с изменяющейся потребностью организма в кислороде и с количеством доступного кислорода в окружающей среде. В некоторых случаях необходимые изменения функции НЬ могут быть достигнуты с помощью стратегии, которую мы назвали количественной , т. е. путем компенсаторных сдвигов концентрации соответствующих макромолекул. В других случаях изменения потребности в кислороде или его доступности могут быть таковы, что имеющиеся в организме варианты гемоглобина окажутся недостаточно эффективными. В таких условиях возможно использование качественной стратегии могут синтезироваться новые варианты НЬ, функционирующие лучще прежних вариантов. И наконец, организм может адаптироваться иным путем — изменять функциональную среду , в которой молекулы гемоглобина будут связывать и освобождать кислород. Как мы увидим, эта стратегия играет особенно важную роль в адаптации гемоглобина. [c.367]

АДАПТАЦИЯ ГЕМОГЛОБИНА В ПРОЦЕССЕ ОНТОГЕНЕЗА У МЛЕКОПИТАЮЩИХ [c.368]

Эволюция связывания лиганда в направлении, неблагоприятном для СО, по-видимому, была обращена против эндогенного СО, который выделяется при разложении порфирина в пигменты желчи [85]. Если бы не такая предосторожность, образующийся СО мог бы занять примерно одну треть всех мест связывания гемоглобина [649]. Современная точка зрения на дискриминацию в отношении СО заключается в том, что появившиеся более чем 10 лет назад гемоглобины подверглись адаптации к условиям, которые в ином случае могли оказаться смертельными, — курению табака и загрязнению воздуха. [c.254]

Сероводород (НгЗ) — бесцветный газ, с резким запахом тухлых яиц. Встречается в большинстве районов в нефтяных и природных газах. Отравление человека происходит через действие на центральную нервную систему и кровь. Поражение центральной нервной системы происходит за счет паралича дыхательных и сердечно-сосудистых центров. Наиболее опасен НгЗ воздействием на гемоглобин крови, может снижать поглощение кислорода на 80 — 85 %, снижать содержание эритроцитов и гемоглобина. Запах сероводорода организм человека ощущает при концентрации 0,0014 — 0,0023 мг/м . При повышенных концентрациях НгЗ (до 100 мг/м ) наблюдается легкое отравление, а при 150 мг/м и более — поражение слизистых оболочек органов дыхания. При более высоком объемном содержании (0,1—0,3 %) смерть может наступить уже при двух-трехкратном вдохе. По мере увеличения концентрации сероводорода человеку может казаться, что запах НгЗ ослабевает. Это связано с кратковременной адаптацией организма. В смеси с другими вредными веществами токсичность сероводорода возрастает. Наибольшая токсичность сероводорода наблюдается в смеси с окисью углерода, азота, паров бензина и бензола, углекислого газа, сернистого ангидрида. [c.665]

Когда адаптация к изменению среды должна быть почти мгновенной, у организма часто не остается никаких других возможностей, кроме модуляционной стратегии. Если требуется быстрое биохимическое приспособление к изменившимся условиям, адаптивная регуляция функций макромолекул нередко становится вопросом жизни. Мы встречали много примеров такой стратегии, рассматривая функцию гемоглобинов (изменение сродства НЬ к Ог под влиянием 2,3-дифосфоглицерата и др.). Мы отмечали также, особенно в случае ферментов, что изменения в физических параметрах могут вести к немедленному и, по-видимому, адаптивному изменению функциональных свойств макромолекул. Таким образом, хотя круг возможностей этой почти мгновенной адаптации сравнительно узок, организм все же располагает значительным арсеналом средств для защиты от некоторых последствий внезапного изменения среды. [c.378]

АДАПТАЦИЯ СИСТЕМ ГЕМОГЛОБИНОВ [c.366]

Когда организм, адаптированный к малой высоте, где воздух богат кислородом, попадает в условия больщих высот, где кислорода значительно меньше, для адаптации к новым условиям обычно требуются два существенных изменения в системе транспорта Ог. Во-первых, поскольку парциальное давление кислорода в воздухе на большой высоте может оказаться недостаточным для насыщения крови, необходимо некоторое увеличение общей емкости системы, транспортирующей кислород. Иными словами, пониженная способность гемоглобина к переносу Ог (в расчете на 1 молекулу НЬ) может потребовать увеличения общего количества циркулирующего дыхательного пигмента. [c.367]

В этой главе мы кратко обрисовали процесс приспособления к условиям среды на примере функции гемоглобина. Обилие фактических данных о структуре и функциях этого гемопротеида позволило нам четко проиллюстрировать ряд моментов, которые представляются нам характерными признаками биохимической адаптации. [c.376]

В случае функции гемоглобина, так же как и других макромолекул, биохимическую адаптацию часто можно бывает подразделить на три основные категории [c.376]

Все клетки организма имеют идентичный геном и синтезируют от 10 000 до 20 ООО различных белков, однако отличаются между собой наличием специфических для данных клеток белков. Для эритроцитов характерно высокое содержание гемоглобина, для кожи — коллагена, поджелудочной железы — ферментных белков, скелетных мышц — сократительных белков актина и миозина. Концентрация различных белков, а иногда и их спектр, изменяется с возрастом, а также при воздействии внутренних и внешних факторов среды, патологических изменениях обмена веществ. Даже относительно небольшие изменения в спектре синтезируемых белков в клетке способны существенно влиять на ее функции и структуру. Все это свидетельствует о том, что в живых организмах существует контроль белкового синтеза. Механизмы регуляции белкового синтеза играют существенную роль в процессах адаптации организма к мышечной деятельности, так как обеспечивают увеличение или появление новых адаптивных белков в мышцах и других тканях. [c.253]

Каждый механизм энергообразования имеет определенные резервы, которые раскрываются или развиваются в процессе адаптации к специфической физической тренировке. Аэробная производительность спортсменов, специализирующихся в видах спорта на выносливость, зависит от адаптационных изменений мощности и емкости аэробного механизма энергообеспечения мышечной деятельности. Емкость аэробного механизма, которая в значительной степени определяется запасами гликогена в скелетных мышцах и печени, а также уровнем утилизации О2 мышцами, существенно повышается уже в течение 1,5—2 месяцев тренировки на выносливость (рис. 132). Мощность аэробного механизма, которая зависит от МПК и активности окислительных ферментов, также увеличивается в процессе адаптации к мышечной деятельности через 2—3 месяца тренировки. Значительно повышается активность окислительных ферментов (табл. 24). Более медленно происходит увеличение емкости капилляров и доставка кислорода в мышцы. Увеличивается количество гемоглобина в крови и миоглобина в мышцах, количество, величина и плотность митохондрий, что повышает способность мышц утилизировать кислород и осуществлять аэробный ресинтез АТФ. В таких условиях повышается способность тренированных мышц окислять пировиноградную кислоту, что предотвращает накопление молочной кислоты, а также усиливает окисление жиров. Это обеспечивает более эффективное выполнение длительной работы. [c.323]

Повышение скорости восстановительных процессов. Особенно большое значение для развития долговременной адаптации имеет ускорение синтеза белков и нуклеиновых кислот. Это приводит к увеличению содержания сократительных белков, белков-ферментов, кислород-транспортирующих белков (гемоглобин и миоглобин). Благодаря повышению содержания в клетках белков-ферментов ускоряется синтез других биологически важных соединений, в частности креатинфосфата, гликогена, липидов. В результате такого воздействия существенно возрастает энергетический потенциал организма. [c.181]

По-видимому, речь должна идти в данном случае об обще-биологической закономерности, поскольку аналогичные факты установлены в физиологии животных. Например, адаптация дыхания у животных, обитающих в высокогорных районах (архары, ламы и др.), достигается путем резкого увеличения содержания в крови эритроцитов и гемоглобина. Аналогичным образом реагируют равнинные животные при их перемещении в горы. [c.281]

Обратите внимание, что в артериальной крови, вытекающей из легких (при парциальном давлении кислорода около 100 мм рт. ст.) оба белка - и миоглобин и гемоглобин - насыщены кислородом более чем на 95%, тогда как в покоящейся мыщце, где парциальное давление кислорода равно 40 мм рт. ст., гемоглобин насыщен кислородом лишь на 75%, а в работающей мышце при парциальном давлении кислорода всего около 10 мм рт. ст.-только на 10%.Таким образом, гемоглобин очень эффективно отдает свой кислород в мышцах и других периферических тканях. Что же касается миоглобина, то при парциальном давлении кислорода, равном всего 10 мм рт. ст., он все еще остается насыщенным кислородом почти на 90% и поэтому даже при столь низких парциальных давлениях кислорода отдает очень малую часть связанного с ним кислорода. Таким образом, сигмоидная кривая насыщения гемоглобина кислородом является результатом молекулярной адаптации гемоглобина к вьшолнению им транспортной функции в составе эритроцитов. [c.207]

Для достижения этих целей нет лучшего материала, чем гемоглобииы позвоночных никакие другие макромолекулы не изучены так основательно на всех уровнях физиологии и биохимии. В адаптации гемоглобина к изменениям внешних условий, влияющих на транспорт кислорода, используется множество разнообразных механизмов, и эти механизмы служат яркими примерами стратегии адаптации , составляющей предмет настоящей книги. [c.359]

В монографии рассматриваются механизмы влияния факторов внешней среды (содержание кислорода и углекислоты, влажность, температура, давление) и изменения состава внутренней среды на процессы обмена веществ, обусловливающие адаптащш живых организмов к этим воздействиям. В основе биохимической адаптации лежит изменение типов макромолекул, входящих в состав живых систем, их количества и строения или регуляции их функций, С этих позиций обсуждаются проблемы гомеостаза и физиологической адаптации. На примере строения и функционирования гемоглобина рассматривается адаптация в онтогенезе. Приведены также данные о механизмах межвидовых различий адаптации. [c.4]

Рассмотренным выще сезонным изменениям сродства гемоглобина к кислороду на эволюционном уровне соответствует генетическая адаптация эктотермных организмов к различным температурным режимам. Гемоглобины эктотермных видов способны присоединять и отдавать кислород именно при тех условиях температуры и содержания Ог в среде, которые типичны для местообитания данного вида. Это обусловлено сильным давлением отбора в пользу таких величин Р о, которые достаточно низки для того, чтобы кислород мог эффективно связываться у дыхательных поверхностей, но еще достаточно высоки, чтобы он мог легко освобождаться в более глубоких тканях. Эту эволюционную адаптацию иллюстрируют графики на рис. 118. Так же как и в случае эволюционной адаптации ферментов к температуре, где отбор благоприятствует ферментам с подходящими величинами Км. или 5о,5, выработка хорощо адаптированных гемоглобинов, по-видимому, требует изменений в первичной структуре их полипептидных цепей. Попутно следует заметить, что гем оказался одним и тем же во всех исследованных гемоглобинах. Таким образом, гем, который мы могли бы назвать почетным коферментом гемоглобина, аналогичен настоящим коферментам вроде, например, НАД или НАДФ, которые тоже обнаруживают одни и те же химические и функциональные свойства независимо от того, какие изменения происходят в связанной с ними белковой цепи (или цепях). [c.374]

ТЕМПЕРАТУРНАЯ АДАПТАЦИЯ ГЕМОГЛОБИНОВ ЭКТОТЕРМНЫХ ЖИВОТНЫХ [c.372]

ЭВОЛЮЦИОННАЯ АДАПТАЦИЯ ГЕМОГЛОБИНОВ ЭКТОТЕРМНЫХ ЖИВОТНЫХ К ТЕМПЕРАТУРЕ [c.374]

Тени выглядят очень темными это свидетельствует о том, что через капилляры проходит крайне мало света следовательно, спектральные характеристики гемоглобина имеют мало отношения к описываемому эффекту. Однако мы знаем, что какое-то количество света все же проникает через капилляры наших глаз, поскольку можно наблюдать движение частиц крови через них. Взгляните на яркое однородное поле, например на небо. После адаптации, продолжающейся несколько секунд, вы увидите не только медленно перемещающиеся полоски или бусинки, что соответствует движению содержащихся в стекловидном теле частиц, но и маленькие точки света и тени, быстро продвигающиеся по коротким искривленным путям во всех направлениях по всему полю зрения, за исключением самого его центра. Эти летающие мошки (mus ae volitantes) представляют собой изображения промежутков между красными частицами в капиллярах. [c.29]

Представления о термодинамической природе адаптации биосистем к изменению состава окружающей среды подтверждаются широко известными данными по связыванию газообразных лигандов с гемоглобином и другими белками in vivo. [c.20]

Первое изменение, повышающее способность крови переносить кислород, состоит в увеличении числа циркулирующих эритроцитов в результате сокращения селезенки, которая может содержать значительный резерв этих клеток. Кроме того, возрастает способность гемоглобина отдавать кислород тканям, что достигается путем увеличения концентраций 2,3-ДФГ в эритроцитах это происходит в первые два дня высотной адаптации. При длительном пребывании на больших высотах может также увеличиться образование самих эритроцитов, что помогает поддерживать высокий уровень гемоглобина в циркулирующей крови. Таким образом, приспособительные изменения, проис.ходящие в системе транспорта Ог при адаптации к большим высотам, аналогичны многим изменениям ферментного аппарата, которые были рассмотрены ранее, например связанным с адаптацией к температуре и солености. Во всех этих случаях адаптивная реакция включает, во-первых, изменение общей функциональной способности той или иной системы и, во-вторых (что не менее важно), тонкую регуляцию ее функции, которая по-прежнему остается под жестким физио-логическихм контролем. [c.368]

СМЕНА ГЕМОГЛОБИНОВ В ОНТОГЕНЕЗЕ АМШИБИЙ-АДАПТАЦИЯ К АЭРОБНОМУ И АКТИВНОМУ ОБРАЗУ ЖИЗНИ [c.370]

О значении адаптации регуляторной функции гемоглобина (в отличие от адаптации, касающейся только общей кислородной емкости крови) свидетельствует то, что у многих видов рыб, почти не различающихся по общей кислородной емкости крови, существуют заметные различия в регуляции использования этого свойства. У более активных видов гемоглобин обладает гораздо большей способностью отдавать связанный кислород тканям против крутого градиента концентрации Оа. Мануэлл и Бейкер высказали предположение, что гетерозис , отмеченный у одного гибрида рыб из сем. Сеп1гагсЬ1(1ае, обусловлен более выраженной 5-образной формой кривой насыщения его гемоглобина (т. е. большей способностью НЬ отдавать Ог). Это еще один случай, когда адаптация к среде связана с появлением улучшенного варианта определенной молекулы, а не просто с повышением общей концентрации данного вещества. [c.371]

В случае эктотермных гемоглобинов мы не знаем, какого рода модуляторы участвуют в сезонной адаптации сродства НЬ к Ог. Однако возможно, что такую роль играет АТФ недавно было установлено, что АТФ оказывает на гемоглобины р,ыб [c.373]

У тунцов этого, конечно, не происходит. Молекулярная адаптация, предохраняющая их от такой опасности, состоит в том, что величина Р50, по крайней мере у синего тунца, очень мало изменяется с температурой (рис. 118). Поэтому гемоглобин у этого вида, и несомненно у других видов, не отдает слишком больших количеств кислорода при переходе в более теплые ткани. ОсвЬбождение кислорода скорее всего происходит в результате сильно выраженного эффекта Бора, как и у большинства других высокоактивных позвоночных. [c.376]

Исследование, близкое работе Каба и Ву по своему характеру, спустя десять лет провели У. Кэбш и X. Сандер [88]. Они проанализировали последовательности и конформационные состояния всех пентапептидных фрагментов в 62 белках известного пространственного строения. Из приблизительно 10 ООО рассмотренных фрагментов в 25 случаях в совершенно разных белках были обнаружены пентапептиды с идентичными порядками аминокислот было также установлено, что в 6 случаях (из 25) одни и те же пентапептиды имеют в белкак различные конформации. Например, последовательность Val-Asn-Thr-Phe-Val в рибонуклеазе составляет часть -структуры, а в гемоглобине она входит в а-спираль. Авторы сделали вывод о наличии зависимости пространственного строения локальных участков от всей белковой последовательности. Факт сравнительной легкости структурной адаптации олигопептидных белковых фрагментов не учитывается во всех методах предсказания вторичных структур. [c.254]

Дифосфоглицерат сдвигает кривую связывания кислорода гемоглобином эритроцита. Форма этой кривой такова, что увеличение концентрации дифосфоглицерата приводит к более эффективному освобождению кислорода при более низком его давлении. Поэтому одной из немедленных реакций организма на уменьшение атмосферного давления (например, с высотой) является повышение уровня дифосфоглицерата. Это — срочная мера. Долговременное решение заключается в синтезе большего количества гемоглобина и в увеличении числа эритроцитов. Так и происходит, но это значительно более медленный процесс, требующий нескольких дней, в то время как дифосфоглицератная адаптация происходит за часы. [c.37]

Гемсодержащие белки участвуют в процессах связывания и транспорта кислорода, в транспорте электронов и фотосинтезе. Детальное изучение гемоглобина и миоглобина выявляет ряд структурных аспектов, общих для многих белков. Говоря о большом биомедицинском значении этих белков, мы имеем в виду, что результаты, полученные при их исследовании, наглядно иллюстрируют структурнофункциональные взаимосвязи. Кроме того, эти исследования выявляют молекулярную основу ряда генетических болезней, таких, как серповидноклеточная анемия (возникающая в результате изменения свойств поверхности Р-субъединицы гемоглобина) или талассемия (хроническое наследуемое гемолитическое заболевание, характеризующееся нарушениями процессов синтеза гемоглобина). Летальный эффект цианида и окиси углерода объясняется тем, что эти вещества блокируют физиологическую функцию гемопротеинов—цитохромоксидазы и гемоглобина соответственно. Наконец, стабилизация четвертичной структуры дезоксигемоглобина 2,3-бисфосфоглицератом (ДФГ) занимает центральное место в исследовании механизмов кислородной недостаточности в условиях высокогорья и процессов адаптации к этим условиям. [c.52]

Примерами смещения нормы реакции может служить известная работа Н. И. Калабухова и А. М. Родионова (1936) об адаптации Ароёетиз зИиаИсиз к (существованию в горах. При завозе в Кавказский заповедник мышей, пойманных в равнинной части Ставропольского края, у них повышалось количество гемоглобина, не достигая, однако, уровня, свойственного горным популяциям этого вида. В случае перемещения горных мышей а равнину [c.40]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология