Гемоглобин ч эффект Бора

Еще один механизм, способствующий наиболее эффективному переносу кислорода гемоглобином, — эффект Бора. Он заключается в изменении сродства гемоглобина к кислороду в зависимости от pH. При pH выше 6,0 гемоглобин присоединяет протоны (из среды) и освобождает кислород. Эффект Бора играет в организме двоякую роль. При освобождении кислорода в тканях гемоглобин нейтрализует протоны, образующиеся в крови при поглощении СОг, чем облегчается транспорт СОг из тканей в легкие. Кроме того, при pH<6 понижается [c.137]

Рис. 5.9. Уравнение, суммирующее эффект Бора. НЬ — гемоглобин.

Влияние СО2 и величины pH (эффект Бора) (рис. 5.9). С понижением pH освобождение О2 гемоглобином облегчается. То же происходит при повышении концентрации СО2. Это чрезвычайно важно с физиологической точки зрения, так как в тка- [c.171]

Эффект Бора, свойственный гемоглобину, но не миоглобину, состоит в том, что сродство НЬ к Оа зависит от pH среды. Оно минимально вблизи pH 6 и максимально вблизи pH 9. Иными [c.425]

Последний сомножитель в правой части (7,28) дает наклон кривой титрования гемоглобина при степени оксигенации У. Последние два уравнения совпадают с (7,24) и (7,25), если YA не меняется при изменении У, т. е. если доля связанного аниона не зависит от степени оксигенации. Опыт показывает, что действительно нет расхождения между эффектом Бора, измеренным как изменение сродства к О2 при изменении pH, с одной стороны, и освобождением протонов при оксигенации, с другой. Опыт дает [c.437]

Способность гемоглобина связывать кислород зависит от ряда факторов. Было обнаружено, в частности, что на связывание гемоглобином кислорода большое влияние оказывает pH среды и содержание СО . В тканях, где значение pH несколько меньшее по сравнению с легкими, а концентрация Oj достаточно высока, сродство гемоглобина к кислороду снижается, кислород отделяется, а Oj и протон водорода присоединяются к гемоглобину. Напротив, в альвеолах легких при освобождении Oj происходит повышение pH и сродство гемоглобина к кислороду увеличивается (рис. 3.18). Этот феномен называется эффектом Бора в честь ученого, впервые открывшего это явление. В реализации данного эффекта кроме гемоглобина и кислорода участвуют СО2 и протон водорода. Дезоксигемоглобин представляет собой прото-нированную форму пигмента. Реакцию оксигенации можно записать следующим образом [c.51]

Взаимодействие между связыванием кислорода и связыванием внешних реагентов иногда называют гетеротропным взаимодействием, а специфическое влияние pH — эффектом Бора. Если поглощение кислорода описывается 8-образной кривой, как на рис. 31, то это указывает на зависимость константы равновесия от степени оксигенации белка в целом и на то, что между отдельными ионами переходного металла имеется некоторое взаимодействие (разд. 7.6). Эти взаимодействия иногда называют гомотропными или кооперативными взаимодействиями либо, как в случае железопорфиринов в гемоглобине, гем-гемовыми взаимодействиями. [c.140]

Показатель степени 2,8 при концентрации кислорода связан с тем, что одна молекула гемоглобина может присоединить в среднем 2,8 молекулы кислорода, хотя в принципе возможно связывание четырех молекул Ог. Формы кривых 2—4 как раз свидетельствуют об отсутствии связи четырех гем-групп с четырьмя молекулами кислорода в молекуле гемоглобина. В противном случае эти кривые по форме были бы идентичны кривой для миоглобина. Физически это означает, что присутствие нескольких связанных молекул кислорода благоприятствует дальнейшему присоединению кислорода, но при наличии только одной связанной молекулы кислорода она легко отщепляется. В результате при низкой концентрации кислорода гемоглобин захватывает меньше кислорода, а при высокой концентрации — больше, чем этого можно ожидать в соответствии с экспоненциальной кривой 1. Сигмовидная форма кривых 2—4 на рис. 18.9 показывает, что гемоглобин легко насыщается кислородом в капиллярах легких и затем также легко отдает его в капиллярах тканей. Диссоциация оксигемоглобина зависит и от pH при понижении значения pH увеличивается скорость высвобождения кислорода (эффект Бора). Пониженные значения pH в тканях объясняются высоким содержанием в них диоксида углерода. [c.578]

Одним из самых важных факторов, участвующих в тонкой регуляции функции гемоглобина, является внутриклеточная концентрация водородных ионов (pH). С уменьшением pH сродство к кислороду у больщинства гемоглобинов снижается (т, е, величина Р50 возрастает). Поэтому в интенсивно дышащих тканях, где лактат, СО2 и другие кислые или потенциально кислые конечные продукты метаболизма понижают pH крови, гемоглобин освобождает значительную часть связанного им кислорода (рис. 115, А). Это обратное соотношение между pH и Pso называют эффектом Бора. По аналогии с ингибиторами регуляторных ферментов мы можем назвать ион водорода отрицательным модулятором функции гемоглобина . [c.364]

Водородные ионы могут вызывать еще один отрицательный эффект, опять-таки сходный с механизмом воздействия некоторых отрицательных модуляторов на ферментативный катализ. Снижение pH может уменьшать и максимальную способность гемоглобина связывать кислород, т. е, ион водорода понижает не только сродство гемоглобина к О2, но и характеристику, аналогичную l max- для ферментов (рис. 115,5). Это влияние pH на кислородную емкость гемоглобина называют эффектом Рута. Сильно выраженный эффект Рута часто сопутствует большому эффекту Бора. [c.364]

ГЕМОГЛОБИНЫ, НЕ ОБНАРУЖИВАЮЩИЕ ЭФФЕКТА БОРА [c.371]

Хотя при высокой интенсивности обмена организму выгодно иметь гемоглобин с сильно выраженным эффектом Бора, возможны случаи, когда чрезмерная чувствительность НЬ к отрицательной модуляции ионами водорода оказывается невыгодной. У некоторых очень активных рыб во время напряженной работы мышц в крови создаются чрезвычайно высокие концентрации лактата. В этих условиях pH крови может настолько снизиться, что эффект Бора будет сильно подавлять связывание Ог гемоглобином в жабрах. Известно, что рыбы иногда погибают от явного удушья во время или после напряженной мышечной активности. [c.371]

У некоторых особенно активных рыб были найдены варианты гемоглобина, не обнаруживающие эффекта Бора. Эти нечувствительные к Н+ варианты обычно составляют лишь небольшую долю всех молекул гемоглобина. Однако они, весьма вероятно, служат для системы транспорта О2 важным аварийным резервом , который может быть использован в любом случае, когда основные формы гемоглобина будут испытывать сильную отрицательную модуляцию в результате метаболического ацидоза. [c.371]

Пауэрс (личное сообщение) установил, что гемоглобины без эффекта Бора отличаются от обычных концевыми аминокислотами а- и 3-цепей. Известно, что у млекопитающих за эффект Бора ответственны главным образом С-концевые остатки гистидина в р-цепях и свободные N-концевые аминогруппы -цепей. В одном гемоглобине рыб, не обнаруживающем эффекта Бора, С-концевой аминокислотой р-цепей оказался не гистидин и, кроме того, N-концевые группы а-цепей были блокированы. [c.372]

При повышении парциального давления диоксида углерода кривая диссоциации оксигемоглобина сдвигается вправо. Этот эффект носит название эффекта Бора (рис. 14.29). Такой сдвиг выгоден с физиологической точки зрения. Если обратиться к рис. 14.29, то можно видеть, что вертикальная линия, соответствующая 29 мм рт. ст. (парциальное давление, которое соответствует 50%-ному насыщению для средней из трех кривых), пересекает кривые, построенные для разных парциальных давлений СОг (15, 40 и 70 мм рт. ст.) на разных высотах тем ниже, чем правее график. Следовательно, чем больше в среде СО2, тем ниже насыщение гемоглобина кислородом, т. е. тем легче оксигемоглобин диссоциирует, отдавая кислород. [c.168]

Такая взаимная зависимость при связывании лигандов хорошо иллюстрируется известным для гемоглобина эффектом Бора. В данном случае наблюдается сильное взаимное влияние при связывании с гемоглобином кислорода и протонов Бора (гл. 17). Другим примером является гидролиз АТР, где как реагент, так и продукты реакщш могут образовывать комплекс с Mg2+ и Н+. Обзор этих интересных систем сделан Албдзти (Alberty, 1969). [c.27]

Гемоглобин обладает также другим замечательным свойством, которое делает его еще более эффективным переносчиком кислорода. Если гемоглобин присоединяет кислород при pH 7,4, то он отщепляет 0,6 моля ионов Н+ на каждую связанную молекулу кислорода. В легких ионы Н+, освобожденные гемоглобином, реагируют с бикарбонатными ионами, образуя кислоту Н2СО3, которая диссоциирует с выделением двуокиси углерода последняя диффундирует в воздушное пространство внутри легких. Диссоциация Н2СО3 на Н2О и СО2 протекает медленно по сравнению со скоростью потока крови в легких в красных кровяных тельцах эта реакция катализируется ферментом карбоангидразой. В капиллярах идет обратный процесс образовавшаяся в результате метаболизма СО2 превращается в угольную кислоту Н2СО3, которая диссоциирует на НСО -и Н+. Ион Н+ адсорбируется гемоглобином поглощение Н+ является частью суммарной реакции выделения кислорода из гемоглобина. Этот так называемый эффект Бора объясняется тем, что константы кислотной диссоциации оксигемоглобина отличаются от соответствующих констант дезоксигемоглобина. [c.233]

Разрушение солевых мостиков на концах молекулы гемоглобина при оксигенации приводит к другому интересному эффекту. Значения рК N-кoнцeвыx валинов а-субъединиц и гистидинов НС-3 3 субъединиц в дезокси-форме гемоглобина аномально высоки, поскольку остатки этих аминокислот участвуют в образовании солевых мостиков. В окси-форме эти группы не принимают участия в образовании мостиков и их рКа ниже. Если гемоглобин находится в среде с постоянным значением pH, равным 7, то при оксигенации происходит высвобождение протонов. Это явление, получившее название эффект Бора, имеет важное значение, поскольку подкисление раствора гемоглобина способствует стабилизации дезокси-формы. В капиллярах, где парциальное давление кислорода невелико и может накапливаться двуокись углерода и молочная кислота, понижение pH приводит к тому, что оксигемоглобин отдает свой кислород более эффективно. [c.312]

Другой пример аллостерического действия в случае гемоглобина был уже рассмотрен в предыдущем разделе. Эффект Бора можно считать результатом действия протонов, играющих в данном случае роль аллостерических эффекторов, присоединяющихся к амино- и имидазоль-ным группам, которые участвуют в образовании солевых мостиков. Физиологическим эффектором является также двуокись углерода, обратимо связывающаяся с концевыми МНг-группами а- и р-субъединиц с образованием карбамино(карбамат, —NH—G00 )-групп [77, 78]. Сильнее сродство к СОг выражено у дезокси-формы гемоглобина. Вследствие этого отдача кислорода оксигемоглобином облегчается в тканях, богатых СОг. Гемоглобин переносит значительную часть СОг к легким, где его оксигенация облегчает отщепление СОг от карбами-но-групп. [c.313]

Кривая связывания кислорода гемоглобином зависит от pH при данной величине р(Ог) сродство к кислороду уменьшается номере уменьшения pH (эффект Бора). Гликолиз представляет собой анаэробный процесс, приводящий к образованию молочной кислоты и диоксида углерода. Оба эти соединения имеют тенденцию к понижению pH и способствуют высвобождению кислорода из оксигемоглобина там, где в этом есть необходимость, В дезоксигемоглобине, напротив, содержатся немного более основные, чем у оксигемоглобина, группы (азот имидазола His-146 в р-цепях и His-122 в а-цепях, а также аминогрупп Val-1 в а-цепях), в силу чего дезоксигемоглобин связывает протон после высвобождения кислорода, что важно для обратного транспорта диоксида углерода к легким. Карбоангидраза катализирует образование бикарбоната в эритроцитах из диоксида углерода и воды, и ионы бикарбоната могут связываться с протонированными группами дезокси-гемоглобина. В легких дезоксигемоглобин перезаряжается кислородом, эффект Бора вызывает высвобождение бикарбоната, из которого под действием карбоангидразы образуется диоксид углерода, который затем выдыхается. Транспорт диоксида углерода дезоксигемоглобином приводит также к образованию производных карбаминовой кислоты с аминогруппами белка (схема (9) . Хотя оксигемоглобин также связывает диоксид углерода, у дезоксигемо-глобина эта способность выше ввиду большей доступности аминогрупп. [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]

Дальнейшие подробности можно найти в оригинальной статье Перутца [23], в которой рассмотрен также кислотный эффект Бора. Обсуждая эти конформаци-онные явления, Перутц справедливо указывает, что белок —динамическая система. И третичная, и четвертичная структуры гемоглобина быстро и непрерывно осциллируют между ок-си- и дезокси-конформация-ми. В присутствии лиганда происходит не выключение дезокси-конформации, но сдвиг конформационного равновесия [23]. Рассмотренные Перутцом явления ярко выражают ЭКВ (см. стр. 408). Сдвиг электронной плотности в геме вызывает конформационную перестройку глобулы. [c.432]

Другая важная особенность гемоглобина состоит в том, что при связывании четырех молекул кислорода он становится более сильной кислотой и отдает протоны. Напротив, в более основной среде равновесие смещается в сторону окси-формы. Это явление, известное как эффект Бора, обусловливает способность дезоксигемогло-бина связывать СОг в венах и отдавать его в легких. Точный механизм также еще не ясен. Вероятно, с помощью ЯМР можно получить важные сведения о механизме связывания Ог и СОг. [c.376]

НОМ очень сильное влияние оказывает pH и концентрация СО2 связывание СО2 и ионов Н снижает способность гемоглобина связывать О2. В периферических тканях с относительно низким значением pH и высокой концентрацией СО2 сродство гемоглобина к кислороду падает по мере связывания СО2 и ионов Н . И наоборот, в легочных капиллярах выделение СО2 и сопутствующее ему повышение pH крови приводит к увеличению сродства гемоглобина к кислороду. Это влияние величины pH и концентрации СО2 на связывание и освобождение кислорода гемоглобином назьшают эффектом Бора в честь датского физиолога Христиана Бора, впервые открьшшего этот эффект. [c.209]

Хотя гемоглобин при высоком давлении кислорода почти так же хорошо связывает его, как и миоглобин, при низких давлениях он связывает Ог значительно хуже миоглобина и поэтому передает его миоглобину в мышцах, как это и нужно. Более того, потребность в кислороде будет наибольшей в тканях, которые уже использовали кислород и одновременно выработали СОа. Диоксид углерода понижает pH, а это еще больше увеличивает способность гемоглобина передавать кислород миоглобину. Влияние рЙ, так называемый эффект Бора, а также прогрессивное увеличение констант связывания кислоро да в гемоглобине обусловлены специфическими взаимодействиями между субъединицами. Миоглобин ведет себя проще, поскольку оц состоит только из одной субъединицы. Очевидно, что оба эти вещества необходимы для осуществления процесса транспорта. кислорода. Оксид углерода, РРз и некоторые, другие вещества токсичны, потому что они свя-зыва-ются с атомами железа гемоглобина прочнее, чем Ог. Они действуют как дон курентные ингибиторы. [c.642]

Рис. 32. Зависимость Pi/, от pH (эффект Бора) для гемоглобина человека в 0,3 М Na l при 20 °С. Данные получены прямым (О) и косвенным (А) методами [9].

Физиологический смысл 5-сбразной формы кривой на рис. 31 состоит в том, чтобы помочь гемоглобину освободиться от кислорода в процессе переноса его в клетки ткани там и тогда, где и когда кислород более необходим, а именно там, где парциальное давление кислорода минимально. Большинство типичных гемоглобйнов обнаруживает и другие необычные вариации Р1/2, которые также выполняют определенную физиологическую функцию. На рис. 32 показано, как меняется lg l/2 в зависимости от pH. Это так называемый эффект Бора. Выше pH 6 (щелочной эффект Бора) повышение рн приводит к росту сродства гемоглобина к кислороду, и, наоборот, присоединение кислорода сопровождается освобождением протона. При физиологическом pH это соответствует 0,7 протона на каждый гем [169]. Щелочный эффект Бора выполняет две физиологические функции. Во-первых, ткани, потребляющие кислород, [c.165]

В миоглобинах и мономерных гемоглобинах возможно только гетеротропное взаимодействие. Лишь в последнее время был обнаружен отчетливо выраженный эффект Бора у двух гемоглобйнов hironomus [86] и одного гемоглобина Gly era [148]. Для миоглобинов млекопитающих таких отчетливых эффектов не найдено, однако ряд слабых гетеротропных взаимодействий обнаружен и здесь, например влияние pH (эффект Бора) на связывание кислорода [8] и СО [228], влияние координации кислорода на связывание ксенона и ионов цинка белком [129], а также влияние ксенона на координацию СО и N и на р/С Ре ЮНг [56, 128]. Рентгеноструктурный анализ показал, что связанный ксенон занимает единственное хорошо определенное место рядом с координированным имидазолом [198], однако ионы цинка координируются в положения, расположенные далеко от железопорфирина [12]. [c.170]

Эффект Бора, т. е. взаимное влияние изменения pH и связывания кислорода, тесно связан с описанным выше гем-гемовым или гомо-тропным взаиА-юдействием, хотя эти два эффекта удается разделить в случае некоторых гемоглобйнов (разд. 7.5). По-видимому, эффект Бора определяется несколькими аминокислотными остатками, р/С которых меняется вместе с изменением окружения, которое сопровождает R—Т-переход. К этим остаткам относятся аргинин НСЗ и валин NA1 в а-цепи, а также гистидин НСЗ в (3-цепи. Все эти остатки участвуют в гомотропном взаимодействии, равно как и гистидин Н5 в а-цепи, который затрагивается при этом лишь косвенным образом [169, 173]. 2,3-Дифосфоглицерат влияет на свойства гемоглобина, связываясь специфически с Т-формой белка с образованием комплекса состава 1 1 [169, 173]. Исследования мутантных и модифицированных гемоглобйнов, в том числе изучение структуры областей, в которых находятся С-концевые остатки, также подтверждают важную роль солевых мостиков в механизме гомотропного и гетеротропного взаимодействия в гемоглобинах млекопитающих [94, 130, 169, 173]. [c.177]

Можно было бы ожидать, что существенный эффект Бора будет наблюдаться и в миоглобинах благодаря ряду последовательных изменений структуры по, аналогии с субъединицами гемоглобина. Этому препятствует, однако, тот факт, что С-концевые остатки миоглобина образуют часть спирали Н и потому не могут так легко менять свое окружение. В результате их р/С также не могут меняться в такой степени, как в гемоглобине [94]. Однако для мономерного НЬ И1 hironomus эффект Бора наблюдается, хотя в этом случае,. [c.177]

Белковые цепи гемоглобина скручены в спирали диаметром 2000 пм, окруженные полярными группами. Протонирование или диспропорцнонирование этих полярных групп при изменении pH, возможно, объясняет наблюдаемый эффект Бора. [c.581]

Рис. 111. В.чияние pH на присоединение и отдачу кис.торода гемоглобином рыбы эффект Рута и эффект Бора.

У некоторых амфибий переход к наземной жизни сопровождается появлением новых форм гемоглобина, которые в отличие от заменяемых ими ювенильных гемоглобинов характеризуются ярко выраженными 8-образнымн (кооперативного типа) кривыми насыщения Ог. У других амфибий как ювенильным, так и взрослым гемоглобинам свойственна кооперативная кинетика связывания кислорода однако у этих видов эффект Бора обнаруживает только гемоглобин взрослого типа. Высокая кооперативность связывания Ог и выраженная зависимость сродства к кислороду от pH позволяют гемоглобинам взрослых амфибий высвобождать значительную часть кислорода против крутого концентрационного градиента в интенсивно дышащих тканях. [c.370]

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]

Сродство гемоглобина к кислороду уменьшается в присутствии солей [162]. Это сродство, однако, возрастает в концентрированных растворах мочевины, в которых молекулы гемоглобина подвергаются дезагрегации [116, 163]. Подкисление растворов т емоглобина углекислотой или другими кислотами уменьшает сродство гемоглобина к кислороду. Это явление представляет собой процесс, обратный описанному выше эффекту Бора, — увеличению кислотности (способности связывать основания) при переходе гемоглобина в оксигемоглобин [116]. Указанные явления объясняют наличием в глобине ионной группы, находящейся рядом с группой, связывающей железо и влияющей на сродство железа к кислороду. [c.249]

Важнейшей функцией гемоглобина является перенос кислорода от легких к различным тканям. Эта функция основана на уникальном свойстве гемоглобина — способности обратимо соединяться с кислородом. В процессе эволюции полипептидных цепей молекула гемоглобина приобрела не только это свойство, но и ряд дополнительных механизмов, позволяющих достигать максимального насыщения кислородом в легких и максимальной отдачи его в тканях. Такими механизмами являются гем-гемное взаимодействие и эффект Бора. [c.135]

Подобно гем-гемному взаимодействию эффект Бора возникает в результате изменения четвертичной структуры молекулы гемоглобина в процессах оксигенирования и дезоксигенирования. При оксигенировании вследствие разрыва солевых мостиков происходит выделение протонов, а при дезоксигенировании в результате образования солевых мостиков — поглощение (нейтрализация). Механизм этого явления показан на стр. 138. [c.139]

Как отмечалось выше, ионы водорода имеют тенденцию замещать кислород в молекуле гемоглобина, чем объясняется эффект Бора. Де-зоксигенированный гемоглобин присоединяет ионы водорода, образующиеся в результате дис- [c.170]

Эффект Бора. Сродство гемоглобина к кислороду зависит от pH окружающей среды, тогда как для миоглобина такой зависимости не наблюдается. Снижение pH в физиологических пределах сдвигает кривую насыщения гемоглобина кислородом вправо, т. е. сродство к кислороду уменьшается при повышении кислотности среды. Увеличение содержания СО2 (при постоянном значении pH) также уменьшает сродство гемб-глобина к кислороду. В тканях активно протекают метаболические процессы (например, в результате интенсивной работы мышц), в результате чего образуется много СО2 и органических кислот, что вызывает понижение pH крови. Повышение содержания СО2 и Н в капиллярах активно метаболизирующих тканей способствует высвобождению О2 из оксигемоглобина. После освобождения от О2 гемоглобин присоединяет Н и СО2 (при этом протоны связываются ионизированными карбоксильными группами глобина). Этот важный механизм был открыт в 1904 г. К. Бором. [c.215]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология