Гемоглобин еритроцитарних мембран человека

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Медицинские науки


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

1. ЗАПРОВАДЖЕННЯ 3

2. ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ 6

3. МАТЕРіАЛ І МЕТОДИ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1. Матеріал дослідження 29

3.2. Методи дослідження 29

4. РЕЗУЛЬТАТИ ВЛАСНИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1. Кількісне зміст гемоглобіну і основних білків мембран еритроцитів людини. 34

4.2. Взаємна варіювання кількісної презентабельності окремих білків еритроцитів людини. 36

4.3. Обговорення 39

5. ВИСНОВОК 40

6. ВИСНОВКИ 41

7. СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 42

Мембрана еритроцита протягом великого відтинку часу представлялася дослідникам лише оболонкою, яка відділяє гемоглобін від плазми. Роль мембрани функціонування цієї високо спеціалізованої клітини, здавалося, лише здатністю бути проникної для газів крові. Проте успіхи, досягнуті в мембранології останніми роками й у частковості, вивченні мембрани еритроцита ссавців з допомогою біохімічних і біофізичних методів, змушують нині по- іншому подивитись роль мембрани у роботі клітини. Сукупність наявних у літературі даних дозволяє зробити висновок у тому, що плазматична мембрана еритроцита — найважливіший елемент клітини; вона водночас є і механічної оболонкою з регульованими фізичними властивостями, і «диспетчерської «клітини, здійснює координацію роботи клітини в залежність від фізичних і хімічних сигналів, вступників до неї у організмі. [9] Найважливіші компоненти біологічних мембран — білки, які проводять їх специфічні функції. Окремі забезпечують транспорт певних молекул всередину клітини або з неї, інші є ферментами і катализируют асоційовані з мембраною реакції, треті здійснюють структурну зв’язок цитоскелета з внеклеточным матриксом чи служать як рецепторів для отримання й перетворення хімічних сигналів із довкілля. Мембранні білки, що утворюють цитоскелет, з'єднуються друг з одним специфічним кожному за типу клітин способом мислення й формують складні динамічно взаємодіючі між собою структури. Ці структури та відповідають безпосередньо за узгоджена поведінка частин клітин. [4] Гемоглобін вважатимуться свого роду модельним білком, структура, властивості і функції якого найповніше вивчені проти іншими білками на протязі останніх 50 років. Десятки років досліджень гемоглобіну у багатьох лабораторіях світу сприяли значному прогресу описання і розумінні фізичних, хімічних і біологічних аспектів його функціонування. [2] Проте, попри це, у науковій літературі недостатньо докладно висвітлений зв’язок гемоглобіну зі структурними білками еритроцитарних мембран. Вивчення структури мембрани еритроцита чоловіки й передусім які входять у до їхнього складу білків є актуальним, оскільки низку спадкових патологій (сфероцитарные анемії, міодистрофії, захворювання центральної нервової системи) характеризуються різними порушеннями в білкової компоненті еритроцитарної мембрани як наслідок порушенням її структурно-функциональной організації. [7] Певні чинники середовища можуть змінювати експресію генів, що впливає на життєдіяльності як окремих органів прокуратури та систем, і організму загалом. Деякі автори розглядають рівень гемоглобіну у крові як універсальний неспецифічний показник адаптаційних процесів, процесів напруженості організму в у відповідь різні зовнішні впливи. [1] Так, наслідком дії таких чинників в змозі з’явитися зменшення кількості гемоглобіну у крові чи порушення структурно-функциональной організації білкової компоненти мембран еритроцитів. Результатом цих змін служить ряд патологій, як і слідство, — значно знизився рівень адаптаційних можливостей людини. Тому на згадуваній сьогодні актуально вивчення структури мембрансвязанного гемоглобіну, оцінка його кількісного забезпечення і взаємозв'язок зі структурними білками еритроцитарних мембран. У зв’язку з започаткованим систематичним вивченням продуктів експресії генів людини у рамках молекулярно-анатомического напрями представляється вкрай важливим встановлення кількості і основних властивостей полипептидов, входять до складу мембрани еритроцита, і впорядкування каталогу білків. Можливості цих досліджень, і навіть пошуку первинного біохімічного дефекту при спадкових аномаліях істотно зросли після широкого поширення методу двовимірного електрофорезу в полиакриламидном гелі (ПААГ). [7] Метою справжнього дослідження було вивчення кількісного змісту мембраносвязанного гемоглобіну еритроцитів людини її зв’язку з структурними белками.

літературний обзор

З огляду на спеціалізацією (перенесення кисню від легких до тканинам) еритроцит по механічним властивостями унікальна клітиною, позаяк у на відміну від інших клітин постійно піддається вираженим деформуючим впливам в кровоносній руслі. [9] Для нормально функціонувати еритроцит має протягом щодо тривалого часу зберігати свою цілісність й можуть бути добре деформируемым; останнє властивість важливо передусім на нормальної мікроциркуляції. Натомість деформируемость визначається поруч чинників, основні у тому числі - форма клітини, і еластичність мембрани. Нині можна вважати доведеним, що це властивості мембрани еритроцита і клітини загалом обумовлені наявністю білкової мембранної структури, що називається мембранным скелетом клітини, і розташованої внутрішній боці мембрани. [9] Плазматическую мембрану еритроцитів слід розглядати, як відкриту динамічну структуру, здатну специфічно і неспецифически пов’язувати білки плазми крові й цитозоля еритроцитів. [6] Дослідники намагаються з’ясувати механізми метаболічного регулювання білкових взаємодій компонентів мембранного скелета між собою, ні з інтегральними білками мембрани, що має підвести до природи таких процесів, за зміну форми і деформируемости, робота транспортних систем, зміна іонної проникності мембрани. У цьому огляді зроблено спроба узагальнити і осмислити наявні дані про цього питання. Сучасні уявлення про структуру і функції мембранного скелета еритроцитів людини тощо ссавців склалися переважно за останні 25 — 30 років. За цей період опубліковано ряд докладних оглядів. Наявність сітчастої структури, выстилающей внутрішню поверхню мембрани еритроцита, було знайдено безпосередньо з допомогою електронної мікроскопії після обробки клітин неионным детергентом тритоном Х-100. Мембранний скелет видно як двомірної мережі філаментів, довжина яких залежить від особливостей приготування препарату для мікроскопії. Білкові компоненти мембранного скелета були ідентифіковані з допомогою електрофорезу в полиакриламидном гелі (ПААГ) у присутності додецилсульфата натрію (ДДС). Класичною зусиль для электрофоретическому поділу білків мембрани еритроцитів людини робота Фейрбанкса і співавторів, у якій автори запропонували номенклатуру полипептидных смуг, викритих у солюбилизированных з допомогою ДДС мембрані; цієї номенклатурою мають час більшість дослідників. При одночасному электрофорезе солюбилизированных білків еритроцитарної мембрани в ПААГ у присутності ДДС виявляється 20 смуг, проте Фейрбанкс з співавторами виділили 7 основних смуг, хто був пронумеровано від катода до аноду. У наступні роки було внесено лише незначні уточнення у цю номенклатуру. [9] У зв’язку з способом розташування макромолекул в мембрані еритроцита білки ділять на периферичні (внутрішні) і інтегральні. Інтегральні утримуються в мембрані. До їх складу входять гликопротеины і протеолипиды. Функції інтегральних білків різноманітні: можуть в ролі гидролитических ферментів, рецепторів клітинної поверхні, окислительно- відбудовних компонентів транспортної системи електронів і як специфічних білків входить до складу цитоскелета, що робить собою двумерную мережу, сполучений безпосередньо з мембраною еритроцита через взаємодію Космосу з інтегральними білками. Також до периферичним білкам належить ряд еритроцитарних ферментів. Метод фракционирования мембранних білків одномірною электрофорезом в ПААГ у присутності ДДС дозволили розділити білки мембрани щодо їх электрофоретической рухливості, й отриманим фракціям білків було дано номери у міру зменшення їх молекулярної маси. Смуги 1 і 2 Включають окремі (- і (-субъединицы спектрина. Спектрин — основний білок цитоскелета еритроцитів. Спектрин утворює двумерную мережу, до котрої я кріпляться актиновые олигомеры. Молекула спектрина є ((-гетеродимер. За даними електронної мікроскопії, гетеродимеры мають форму вигнутих фибрилл завдовжки близько 100 нм. Вони можуть приймати різні конфігурації. Кожна ланцюг молекули спектрина містить понад 2. 000 амінокислотних залишків і складається з лінійно розташованих структурних доменів. Доменна структура було встановлено з допомогою аналізу пептидних фрагментів субодиниць. Вторинна структура (- і (-субодиниць подібна і становить (-спіральні ділянки, розділені чутливими до протеолизу (-структурами. Димеры спектрина асоціюються з (-ланцюгом іншого димера «голова до голови «. Ніколи невідомі (-(- чи (-(-зв'язку. Між димерами і тетрамерами існують оборотні переходи, які залежить від умов середовища. При 37 (З спектрин экстрагируется з мембран еритроцитів у вигляді димера, при 4 (З — у вигляді тетрамера. При 30 і 40 (З в розчині між димерами і тетрамерами встановлюється рівновагу. Позаяк у умовах отримання спектрин экстрагируется у вигляді тетрамера, вважали, що in vivo спектрин перебуває у тієї ж формі. Электронно-микроскопический аналіз свідчить у тому, такі олигомеры утворюються у результаті асоціації 3−7 димеров спектрина. Вважають, що у еритроцитах водночас були олигомеры, і тетрамеры, що утворюють двумерную мережу цитоскелета. Молекула спектрина піддається множинному фосфорилированию, ступінь якого впливає форму еритроцитів. [5] Смуги 2. 1, 2. 2, 2.3 Представлені різними формами периферичного білка анкирина. Дані електронної мікроскопії свідчать, що мережу спектрина розташована певному відстані від мембрани і з- видимому, взаємодіє інтегральними білками мембрани. Латеральна рухливість інтегральних білків залежить від присутності спектрина: це підтверджує наявність такої взаємодії. Після обробітку мембран химотрипсином було виділено білковий фрагмент з мовляв. масою 72 kD, який ингибировал взаємодія спектрина з еритроцитарної мембраною, збідненого спектрином. Білок було названо анкирином, від грецького ankyra, що таке заякоривать. Другу групу дослідників назвала його синдеином, від грецького syndeo, що таке зв’язуватися разом. Молекула анкирина (мовляв. маса 200 kD) має сферичну форму і і двох доменів: нейтрального і фосфорилированного. Фосфорилированным доменом анкирин взаємодіє зі (-субъединицей спектрина з відривом 20 нм від С-конца молекули. Нейтральний домен анкирина здійснює зв’язку з білком смуги 3. [5,6] Білок смуги 3 Білок 3 (анионтранспортный білок) — одна з основних інтегральних білків еритроцитарної мембрани — є гликопротеидом з мовляв. масою 90 kD. Показано, що це білок бере участь у забезпеченні анионного транспорту, в зв’язуванні цитоскелетного каркаса з мембраною, цитоплазматических білків гемоглобіну і глицеральдегид-3- фосфатдегидрогеназы. Не все молекули білка 3 взаємодіють із анкирином. Якби все так молекули білка 3 пов’язані з анкирином і, отже, зі всієї спектриновой мережею, це виключило можливість латеральних переміщень самого білка, освіти кластерів і транспортних функцій. Зв’язок спектрина з мембраною здійснюється, мабуть, як через анкирин, але із допомогою додаткових взаємодій. Наявні на сьогодні дані свідчать, що білок 4.1 забезпечує зв’язок спектрина з інтегральним білком мембрани. [5] Усі перелічені додаткові взаємодії носять слабкий характері і, певне, грають другорядну роль порівняно з взаємодією спектрин-анкирин-белок 3. Білок смуги 4.1 Необхідний для нормальної стабілізації мембрани, закріплює зв’язок спектрина з актином. На электрофореграмме даний білок поділяється на дві смуги: 4. 1а (Mr=80 kD) і 4. 1b (Mr=78 kD). Перехід 4. 1а в 4. 1b здійснюється з допомогою деамидирования. Це глобулярный білок з мовляв. масою 80 kD, що близько 5% від білкової маси цитоскелета еритроцитів. Його изоформы подібні по аминокислотному складу. Обидві изоформы здатні взаємодіяти з спектрином. Кожна їх міститься у кількості приблизно 100 м 000 молекул на 1 клітину. [5] Білок смуги 4.2 Паллидин — це олигомер (Mr=72 kD), у клітині є у димерной і тримерной формах з Mr=185 kD. З'єднується з цитоплазматическим доменом білка смуги 3, анкирином, спектрином і білком смуги 4.1. [14] Білок смуги 4.5 У його складу входять інтегральні білки — переносники нуклеозидов і глюкози через еритроцитарну мембрану. Більшість білків смуги 4.5 представлена транспортерами глюкози (Mr=55 kD). [14] Білок смуги 4.9 Центральний компонент цитоскелета з Mr=48 kD. Цей білок виділено як тримера з Mr=145 kD. Стабілізує взаємодії спектрина з актином впливає на ступінь його полімеризації. Це фосфопротеин. Білок є у еритроцитах у кількості, приблизно рівних кількості спектрина. Про функціях цього білка нічого невідомо. Можливо, бере участь у зміцненні цитоскелетного каркаса (мережі цитоскелета). Показано, що очищений полипептид смуги 4.9 може взаємодіяти з актиновыми нитками, знижуючи швидкість полімеризації актина і, можливо, стабілізуючи короткі актиновые нитки в еритроцитах. [5] Смуга 5 Актин — представлено еритроцитах (-изоформой і з физико- хімічним властивостями схожий із актином поперечнополосатых м’язів. Оскільки функціональної формою актина є його полімер, спочатку намагалися з’ясувати, чи є еритроцитах филаментный актин. Электронно- мікроскопічні засвідчили, що актин є у еритроцитах як філаментів, містять від 12 до 17 мономерів актина. [5] Виділені мембрани еритроцитів, і навіть комплекс спектрина, актина й білків 4.1 здатні індукувати полімеризацію мономерного актина, подібно олигомерам актина. Обробка цитохалазином У придушує полімеризацію. Так як типовий фибриллярный актин не виявляється в нативных еритроцитах, а дослідах in virto можна індукувати освіту довгих філаментів, що з мембраною, слід, очевидно, припустити, що у еритроцитах існують якісь механізми, обмежують зростання філаментів, аналогічно, як це робить цитохалазин У. Актиновые олигомеры зв’язуються з N-концом молекули спектрина латерально. Кожен тетрамер спектрина має два сайту зв’язування для актиновых олигомеров. Спектрин може зв’язуватися з Ф-актином у всій довжині актиновой нитки, й інші зв’язку, певне, істотні для освіти цитоскелетной мережі. Важлива роль у взаємодії актина і спектрина належить білку смуги 4. 1, який пов’язується зі спектрином в тієї ж ділянках, як і актин. Зв’язок спектрина з актином за відсутності білка 4.1 слабка й значно посилюється у присутності, тому взаємодія спектрина і актина називають 4. 1-зависимым. Комплекси білка 4. 1, спектрина і актина мають вищою сталістю до дисоціації при седиментации в сахарозе, ніж комплекси актина і спектрина. Постає питання у тому, які впливають на полімеризацію эритроцитарного актина. Щодо низька концентрація актина в еритроцитах неспроможна, мабуть, мати вирішального впливу довжину філаментів. Припустимо, що у полімеризацію актина можуть впливати такі актинсвязывающие білки, як спектрин і білок 4.1. Виявилося, що це білки здатні регулювати швидкість полімеризації актина, скорочуючи лаг-фазу, зменшуючи швидкість елонгації і викликаючи у своїй ніяких змін у послідовності етапів полімеризації. Спектрин і білок 4.1 викликають нуклеацию глобулярного актина за умов, коли концентрація актина нижче критичної і спонтанна полімеризація немає. Отже, можна припустити, що спектрин і білок 4.1 є комплекс білків, блокуючих повільний кінець актиновой нитки на відміну більшості «замикаючих «білків, котрі взаємодіють із швидким кінцем. Та краще пізно були отримані дані, що суперечать цього припущення. Шен з співавторами виділили фрагменти цитоскелета еритроцитів при обробці розчинами з низькою іонної силою при 37 (З. [5] Электронно-микроскопические дослідження отриманих фрагментів показали, що з них містить филаменты актина, вздовж яких кластерами розташовуються спектриновые молекули. При інкубації цих препаратів з глобулярным актином (при концентрації актина в розчині вище критичної) відбувався зростання актиновых ниток обох кінцях. Тсукита з співавторами вивчали полімеризацію актина на мембранах еритроцитів, закріплених на електронно-мікроскопічних сектах. При інкубації цих препаратів з глобулярным актином внутрішній поверхні мембран, містять цитоскелетные білки спостерігалося зростання актиновых філаментів. [5] При концентраціях глобулярного актина, близьких до критичним, зростання лише на повільному кінці, а при подальшому збільшенні концентрації - обох кінцях нитки. Після обробітку мембран «кэпирующим «білком з мовляв. масою 45 kD, связывающимся з швидким кінцем актиновых микрофиламентов, зростання лише на повільному кінці. Дані Шена і Тсукиты призводять до висновку у тому, що у еритроцитах актин існує у вигляді філаментів зі вільними кінцями. Отже, спектрин і білок 4.1 не є кэпирующими білками, проте безсумнівно впливають на стан актина в еритроцитах, стабілізуючи актиновые филаменты. Білок смуги 6 Глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа (ГАФД), молекулярна маса становить 35 kD. Міститься на цитоплазматическом домені анионтранспортного білка, у складі мультиферментного комплексу. Цей білок є ферментом гликолиза та приймає що у регуляції окислення гемоглобіну. [14] Смуга 7 Основний складової полипептид — тропомиозин. Тривалий час залишалася невідомої природа білка зони 7. Було показано, що це білок пов’язують із антитілами до тропомиозину, наголошеного з мускульного шлунка курчати. Молекулярна маса білка збігалася з молекулярної масою тропомиозинов, виділених з мозкових тканин, з макрофагів і кров’яних платівок. Тропомиозин еритроцитів — димер з мовляв. масою 60 kD, який складається з цих двох субодиниць з мовляв. масою 29 і 27 kD і связывающийся з м’язовим актином (Ф-актином) при співвідношенні: 1 молекула тропомиозина на 6−7 мономерів актина. Позаяк у еритроцитах филаменты актина містять до 15−17 мономерів, можуть пов’язувати дві молекули тропомиозина. [5] Смуга 8 Представлена пептидной частиною ферменту глутатион-S-трансферазы (Mr=23 kD). Взаємозв'язок білка смуги 8 з мембраною є кальцій — залежною. У 1985 р. засвідчили, що ще однією компонентом цитоскелета еритроцитів є миозин. З допомогою моноклональних антитіл до важкої ланцюга миозина Фаулер знайшов у еритроцитах полипептид, який було виділено і охарактеризований. Білок складається з важкої ланцюга з мовляв. масою 200 kD і з двох легких ланцюгів з мовляв. масами 26 і 19,5 kD. У розчинах з низькою іонної силою він утворює біполярні филаменты й володіє АТФазной активністю. У еритроцитах миозин присутні приблизно у кількості 6000 молекул на 1 клітину, тобто. на 1 молекулу миозина, як та інших клітинах, доводиться близько 80 мономерів актина. [5] Бєлки, що утворюють цитоскелет еритроцитів, неуникальны. Вони чи їм подібні білки є в багатьох інших клітинах. Переважаюча їх локалізація — поблизу мембран. Мабуть також, що розглянуті білки можуть бути полифункциональны і використовуватися в структурних комплексах різного функціонального призначення. [5] Смугу 9 на электрофореграмме становить білок глобине, що є частиною мембрансвязанного гемоглобіну. Як мовилося раніше вище, цитоплазматический домен білка смуги 3, до складу якого близько 380 амінокислотних залишків, локалізований в цитоплазмі і відіграє значної ролі в підтримці форми еритроцита та її метаболізмі. N-концевая послідовність цитоплазматического домену багата аминокислотными залишками кислого характеру. У цьому ділянці перебувають центри зв’язування гидролитических ферментів — глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы, альдолазы, каталази, гемоглобіну і гемихрома. Отже, цитоплазматический домен анионтранспортного білка і є місцем локалізації мембрансвязанного гемоглобіну, про структуру, властивості і деяких аспектах функціонування якого «буде сказано нижче. Гемоглобін Гемоглобін — білок еритроцитів, червоних кров’яних клітин, що переносить молекулярний кисень від легких до тканинам в організмах хребетних тварин. Гемоглобін вважатимуться свого роду модельним білком, структура, властивості і функції якого найповніше вивчені по порівнянню коїться з іншими білками протягом 50 років. Американський фізик Хопфилд назвав би атомом водню сучасної біохімії, маю на увазі, що вивчення гемоглобіну зіграло в біохімії таку ж роль, як і вивчення атома водню у фізиці. Гемоглобін називають також почесним ферментом, оскільки дослідження його структури в статиці і динаміці дозволили значно просунутися у сенсі механізмів функціонування ферментів. Структура цього глобулярного білка відома деталях переважно завдяки роботам англійського біофізика Макса Перутца, який одержав перші рентгеноструктурные дані ще наприкінці 40-х років ХХ століття. За дослідження він удостоївся Нобелівської премії. Структура гемоглобіну Молекула гемоглобіну складається з чотирьох субодиниць: двох (і двох (- і містить чотири полипептидные ланцюжка двох сортів. Кожна (-ланцюжок містить 141, а (-ланцюжок — 146 амінокислотних залишків. Отже, вся молекула гемоглобіну включає 574 амінокислоти. Хоча амінокислотні послідовності (- і (-ланцюжків різні, вони теж мають практично однакові третинні просторові структури. Власне, наведені вище деталі структури ставляться немає гемоглобину, а для її білкової компоненті - глобину. Кожна субъединица гемоглобіну містить одну небелковую (так назваемую простетическую) групу — гем. Гем є комплексом Fe (II) з протопорфирином. Структура гема представлена на мал. 1, а. [2] Атом заліза може утворити шість координаційних зв’язків. Чотири зв’язку спрямовані до атомам азоту пиррольных кілець, два зв’язку —

Рис. 1. Структура гема (а), структура активного центру дезоксигемоглобина (б), структура активного центру оксигемоглобина (в).

перпендикулярно до площині порфіринового кільця на обидва її боку. Гемы розташовано поблизу поверхні білкової глобулы у спеціальних кишенях, освічених складками полипептидных ланцюжків глобиного. Гемоглобін при нормальне функціонування може у одній із трьох форм: феррогемоглобин (зазвичай званий дезоксигемоглобином чи навіть гемоглобіном), оксигемоглобін і ферригемоглобин (званий також метгемоглобином). У феррогемоглобине залізо перебуває у закисной формі Fe (II), одне з двох зв’язків, перпендикулярних до площині порфіринового кільця, спрямована до атома азоту гистидинового залишку, а друга зв’язок вільна (мал. 1, б). Крім цього гистидинового залишку, званого проксимальным (сусіднім), з іншого боку порфіринового кільця і більшому відстані від цього знаходиться зовсім інший гистидиновый залишок — дистальний гистидин, не пов’язаний безпосередньо з атомом заліза. Взаємодія молекулярного кисню з вільним гемом призводить до необоротному окислювання атома заліза гема [Fe (II) (Fе (III); гем (гемин]. У дезоксигемоглобине глобине охороняє залізо гема від окислення. Реакція оксигенації Оборотне приєднання кисню (оксигенація), що дозволяє гемоглобину виконувати свою основної функції переносника, забезпечується можливістю утворити міцні п’яту і шосту координаційні зв’язку й перенести електрон на кисень немає від заліза (то є окислити Fe2+), як від имидазольного кільця проксимального гистидина. Це схематично зображено на мал. 1, б. Замість молекулярного кисню залізо гема може приєднати окис вуглецю ЗІ (чадний газ). Навіть невеликі концентрації ЗІ призводять до порушення кислородпереносящей функції гемоглобіну і отруєння чадним газом. Вище сказано, що одне молекула гемоглобіну містить чотири субъединицы і, отже чотири гема, кожен із яких може можна зупинити приєднати одну молекулу кисню. Тому реакцію оксигенації можна розділити чотирма стадії: Hb+O2 (HbO2 (1a) НbO2+O2 (Hb (O2)2 (1б) Hb (O2)2+O2 (Hb (O2)3 (1в) Hb (O2)3+O2 (Hb (O2)4 (1г) Перш ніж розглянути цю головну функціональну реакцію гемоглобіну детальніше, слід визнати кілька слів про м’язовому гемоглобіні - миоглобине. Цей барвний білок поперечнополосатых м’язів є комплекс гема з «чверткою «глобиного. Він має одну молекулу гема і одну полипептидную ланцюжок, склад парламенту й структура якої подібні складу і структурі (-субъединицы гемоглобіну. Як вона та для гемоглобіну, найважливішої функцією міоглобіну є оборотне приєднання молекулярного кисню. Цю функцію характеризує так звана крива оксигенації, котра зв’язує ступінь насичення гемоглобіну киснем (у відсотках) з парциальным тиском останнього, рО2 (мм Hg). Типові криві оксигенації гемоглобіну і міоглобіну (за умови досягнення хімічного рівноваги) наведено на мал. 2, а, б. Для міоглобіну крива є гіперболою, як і має у випадку одностадийной хімічної реакції за умови досягнення хімічного равновесия:

Mb+O2(MbO2 (2) де Mb — миоглобин.

Рис. 2 Криві оксигенації міоглобіну (чи гемоглобіну (б)

Цілком інша ситуація виникає у разі гемоглобіну. Крива дисоціації має S-образную форму. Без кисню молекули гемоглобіну мають низьким спорідненістю до кисню і рівновагу реакції (1а) зрушено вліво. Потім крива стає крутіше і за високих значеннях рО2 практично зливається з кривою дисоціації міоглобіну. [2]

Рис. 3. Логарифмічні анаморфози кривих оксигенації міоглобіну (a) і гемоглобіну (б)

М. Перутц пише, що розподіл молекул кисню по молекулам гемоглобіну слід біблійної притчі: «Кожному, хто має, дай ще, і в нього надлишок; в одного ж, хто має, забери ту дещицю, що він залишилося «. Це змушує припустити, що гемами однієї молекули гемоглобіну існує певна зв’язок, завдяки якому приєднання кисню одного гему впливає приєднання кисню до іншого гему тієї ж молекули. Це було відомо набагато раніше робіт Перутца і встановлення структури гемоглобіну і механізму його реакції з киснем. Вона взяла назва гем-гем взаємодії. Фізіологічний сенс гем-гем взаємодії очевидний. Сигмоидная форма кривою дисоціації створює умови максимальної віддачі кисню при перенесення гемоглобіну від легких з високим значенням pO2 до тканинам з низьким значенням pO2. Для людини значення pO2 артеріальною і венозної крові в нормальних умов (Т 37(С, pH 7,4) рівні відповідно 100 і 40 ммHg. У цьому (мал. 2, б) гемоглобін віддає тканинам 23% пов’язаного кисню (ступінь оксигенації змінюється від 98 до 75%). За відсутності гем-гем взаємодії для одногемового міоглобіну (мал. 2, а) їх кількість вбирається у 5%. Миоглобин тому служить не переносником, а депо кисню і віддає його м’язової тканини лише за різкій гіпоксії, коли насичення тканини киснем падає до неприпустимо низького значення. [2] Логарифмічна анаморфозу кривою дисоціації гемоглобіну людини представлена на рис. 3, б. І тут початок кривою є пряму з точки 45(до координатным осях, як й у міоглобіну: перші молекули кисню з'єднуються переважно з молекулами гемоглобіну, ще що містять кисню, і гемы в такий спосіб оксигенируются незалежно. Це свідчать, що гем-гем взаємодія зумовлено непросто наявністю кількох гемов в молекулі, а тим, що після стількох оксигенації одного гема змінюються умови оксигенації інших гемов тієї ж молекули. Потім нахил кривою збільшується. Тангенс кута максимального нахилу отримав назва коефіцієнта Хілла (n), який відбиває ступінь кооперативності процесу. Для міоглобіну n=1, а гемоглобіну людини (гаразд) n (3. Поблизу області повного насичення гемоглобіну киснем нахил кривою знову стає рівним 45((більшість молекул гемоглобіну або містять вільних гемов, або мають лише одне гем, здатний приєднати кисень). Механізм кооперативності У 1963 року Моно, Шанже і Джекоб виявили, що активність деяких ферментів змінюється стрибком між двома значеннями при вплив на білок деяких низькомолекулярних агентів, не приймаючих участі у каталітичному акті. Такі ферменти отримали назва аллостерических, а саме явище — аллостерии. Передбачається, що ці ферменти можуть міститися у різних станах, переключення між якими здійснюється за приєднання специфічного низкомолекулярного лиганда (необов'язково поблизу активного центру). У 1965 року Моно, Вайман і Шанже зрозуміли, що гемоглобін, яка є ферментом, належить при цьому класу білків. На той час було відомо, що структури глобул оксигемоглобина і гемоглобіну різні, автори припустили, що стану з різними значеннями констант оксигенації відповідають різним просторовим структурам білка. Для гемоглобіну постулюється наявність дві такі станів: R (від анг. relaxed) і Т (від анг. tense). Стан R характеризується високим, а Т — низьким спорідненістю до О2 (сильніше й слабше пов’язують молекулярний кисень відповідно). У межах цю концепцію вважається, що і в R-, і у Т-состоянии спорідненість до кисню субодиниць однієї глобулы (тобто. є всіх чотирьох гемов однієї глобулы) однаково. Цей постулат дозволяє побудувати порівняно просту математичну модель кооперативних властивостей гемоглобіну: КR, КТ і L (константи рівноваги реакцій асоціацію на станах R, Т і ставлення числа молекул гемоглобіну в станах Т і R відповідно). На мал. 2, б ясно, що КТ

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой