Sudėtingų baltymų klasifikacija. Hemoglobinas ir mioglobinas Mioglobino sudėtyje yra geležies, kaip ir hemoglobino

Mioglobine yra nebaltyminė dalis (hemo) ir baltyminė dalis (apomioglobinas).

brangakmenis- ciklinio tetrapirolio struktūrą turinti molekulė, kurioje 4 pirolio žiedai yra sujungti metileno tilteliais ir turi 4 metalo, 2 vinilo ir 2 propionato šonines grandines. Ši organinė temos dalis vadinama protoporfirinu. Yra 15 šoninių grandinių vietos variantų, tačiau hemoproteinų sudėtyje yra tik vienas izomeras, vadinamas protoporfirinu IX. 4 temoje protoporfirino IX pirolio žiedų azoto atomai yra sujungti keturiais koordinaciniais ryšiais su Fe 2+, esančiu molekulės centre (1-29 pav.).

Apomioglobinas- baltyminė mioglobino dalis; pirminę struktūrą vaizduoja 153 aminorūgščių seka, kurios antrinėje struktūroje yra išsidėsčiusios 8 α-spiralėse. ?-Helicai žymimi lotyniškomis raidėmis nuo A iki H, pradedant nuo polipeptidinės grandinės N-galo, ir juose yra nuo 7 iki 23 aminorūgščių. Pažymėti atskiras aminorūgštis pirminėje apomioglobino struktūroje, rašant jų serijos numerį nuo N-galo (pavyzdžiui, His 64, Phen 138), arba raidės spiralę ir šios aminorūgšties serijos numerį šioje spiralėje. , pradedant nuo N galo (pavyzdžiui, Gis F 8).

Tretinė struktūra turi kompaktiško rutuliuko formą (viduje praktiškai nėra laisvos vietos), susidariusi dėl kilpų ir posūkių nesusuktų baltymo dalių srityje. Vidinė molekulės dalis beveik visiškai susideda iš hidrofobinių radikalų, išskyrus dvi His liekanas, esančias aktyviajame centre.

3. Hemo surišimas su apomioglobtu

Hemas yra specifinis apomioglobino ligandas, kuris prisijungia prie baltyminės dalies įduboje

tarp dviejų β-spiralių F ir E. Hemo surišimo centrą daugiausia sudaro hidrofobinės aminorūgščių liekanos, supančios temos hidrofobinius pirolių žiedus. Dvi šoninės propiono rūgščių grupės, jonizuotos esant fiziologinėms pH vertėms, išsikiša ant molekulės paviršiaus.

Be hidrofobinių aminorūgščių, apomioglobino aktyviame centre taip pat yra 2 His liekanos (His 64 ir His 93 arba His E 7 ir His F 8), kurios vaidina svarbų vaidmenį baltymo funkcionavime. Jie yra priešingose ​​temos plokštumos pusėse ir yra F ir E spiralių dalis, tarp kurių yra hemas. Geležies atomas temoje gali sudaryti 6 koordinacinius ryšius, iš kurių 4 laikosi Fe 2+ protoporfirino IX centre (sujungia jį su pirolio žiedų azoto atomais), o 5-asis ryšys atsiranda tarp Fe 2+ ir azoto. imidazolo žiedo atomas His F 8 (1-30 pav.).

Gis E 7, nors ir nesusijęs su hemu, yra būtinas norint teisingai orientuotis ir prijungti kitą ligandą – O 2 prie mioglobino.

Tiriamo aminorūgščių aplinka sudaro sąlygas gana stipriam, bet grįžtamam O 2 susiejimui su mioglobino Fe 2+. Hemą supančios hidrofobinės aminorūgščių liekanos neleidžia vandeniui prasiskverbti į mioglobino surišimo vietą ir Fe 2+ oksiduotis iki Fe 3+ . Trivalentė geležis, esanti subjekto sudėtyje, nepajėgi prijungti O 2.

Hemoglobino struktūra ir funkcijos

Hemoglobinai yra susiję baltymai, randami žmogaus ir stuburinių eritrocituose. Šie baltymai atlieka 2 svarbias funkcijas:

O 2 pernešimas iš plaučių į periferinius audinius;

dalyvavimas pernešant CO 2 ir protonus iš periferinių audinių į plaučius, kad vėliau būtų pašalintas iš organizmo.

Kasdien kraujas iš plaučių į audinius turi pernešti apie 600 litrų O 2. Kadangi O 2 blogai tirpsta vandenyje, beveik visas kraujyje esantis deguonis yra susietas su eritrocitų hemoglobinu. Nuo hemoglobino gebėjimo prisotinti O 2 plaučiuose ir palyginti lengvai jį atiduoti audinių kapiliaruose, priklauso audinių gaunamo O 2 kiekis ir metabolizmo intensyvumas. Kita vertus, O 2 yra stiprus oksidatorius, į audinius patekusio O 2 perteklius gali pažeisti molekules ir sutrikdyti ląstelių struktūrą bei funkcijas. Todėl svarbiausia hemoglobino savybė yra jo gebėjimas reguliuoti afinitetą O 2 priklausomai nuo audinių būklės.

Hemoglobinai, kaip ir mioglobinas, priskiriami hemoproteinams, tačiau jie turi ketvirtinę struktūrą (susideda iš 4 polipeptidinių grandinių), kuri leidžia reguliuoti jų funkcijas.

Hemoglobino ketvirtinė struktūra

Keturios tarpusavyje sujungtos polipeptidinės grandinės sudaro beveik taisyklingą rutulio formą, kur kiekviena α grandinė susisiekia su dviemβ grandinėmis (1-32 pav.).

Taigi kaip sąlyčio srityje? 1 - ir? 1 - ir taip pat tarp? 2 - ir? 2 grandinėse yra daug hidrofobinių radikalų, tada tarp šių polipeptidinių grandinių susidaro stiprus ryšys dėl visų pirma hidrofobinių, taip pat joninių ir vandenilio ryšių. Dėl to susidaro dimerai? 1 ? 1 ir? 2? 2. Tarp šių dimerų tetramerinėje hemoglobino molekulėje daugiausia susidaro poliniai (joniniai ir vandeniliniai) ryšiai, todėl terpės pH pasikeitus į rūgštinę ar šarminę pusę, pirmiausia suardomi ryšiai tarp dimerų. Be to, dimeriai gali lengvai judėti vienas kito atžvilgiu. Kadangi protomerų paviršius yra nelygus, centrinėje srityje esančios polipeptidinės grandinės negali tvirtai priglusti viena prie kitos, todėl centre susidaro „centrinė ertmė“, praeinanti per visą hemoglobino molekulę.

Disociacijos kreivės O 2 dėl mioglobino ir hemoglobino

Kooperatyvą hemoglobino protomerų darbe galima pastebėti ir mioglobino ir hemoglobino O 2 disociacijos kreivėse (1-35 pav.).

O 2 užimtų baltymų surišimo vietų santykis su bendru tokių vietų, galinčių prisijungti, skaičiumi vadinamas šių baltymų prisotinimo deguonimi laipsniu. Disociacijos kreivės rodo, kiek šie baltymai yra prisotinti O 2 esant skirtingoms deguonies dalinio slėgio reikšmėms.

Disociacijos kreivė O 2 dėl mioglobino atrodo kaip paprasta hiperbolė. Tai rodo, kad mioglobinas grįžtamai jungiasi prie ligando ir tam neturi įtakos jokie priešingi veiksniai (schema žemiau).

.

Oksimioglobino susidarymo ir skilimo procesai yra pusiausvyroje, ir ši pusiausvyra pasislenka į kairę arba dešinę, priklausomai nuo to, ar deguonis pridedamas, ar pašalinamas iš sistemos. Mioglobinas suriša deguonį, kuris išskiria hemoglobiną audinių kapiliaruose, o pats mioglobinas gali išskirti O 2 reaguodamas į padidėjusį jo poreikį raumenų audinyje ir intensyviai naudojant O 2 dėl fizinio aktyvumo.

Mioglobinas turi labai didelį afinitetą O 2 . Net esant daliniam O 2 slėgiui, lygiam 1-2 mm Hg. Art., mioglobinas lieka susietas su O 2 50 proc.

Disociacijos kreivė O 2 dėl hemoglobino. matyti, kad hemoglobinas turi žymiai mažesnį afinitetą O 2 ; hemoglobino O 2 pusinis prisotinimas vyksta esant didesniam O 2 slėgiui (apie 26 mm Hg). Hemoglobino disociacijos kreivė yra sigmoidinė (S formos). Tai rodo, kad hemoglobino protomerai veikia bendradarbiaujant: kuo daugiau O 2 protomerai duoda, tuo lengviau bus atskirtos kitos O 2 molekulės.

Ramybės raumenų kapiliaruose, kur O 2 slėgis yra apie 40 mm Hg. Art., didžioji dalis deguonies kaip oksihemoglobino dalis grįžta atgal į plaučius. Fizinio darbo metu O 2 slėgis raumenų kapiliaruose nukrenta iki 10-20 mm Hg. Art. Būtent šioje srityje (nuo 10 iki 40 mm Hg) yra S formos kreivės „stačioji dalis“, kurioje ryškiausia protomerų kooperatyvo savybė.

Todėl dėl unikalios sandaros kiekvienas iš nagrinėjamų baltymų yra pritaikytas atlikti savo funkciją: mioglobinas – prijungti hemoglobino išskiriamą O 2, kauptis ląstelėje ir atiduoti jį esant kritinei situacijai; hemoglobinas - prijungti O 2 plaučiuose, kur jo prisotinimas siekia 100%, ir duoti O 2 audinių kapiliaruose, priklausomai nuo O 2 slėgio pokyčio juose.

3.4.2. Hemoproteinai yra: hemoglobinas, mioglobinas, citochromai, peroksidazė, katalazė. Šie baltymai yra kaip protezų grupė brangakmenis.

Pagal savo cheminę struktūrą hemas yra protoporfirinas IX susijęs su juodąja geležimi. Protoporfirinas IX yra organinis junginys, priklausantis porfirinų klasei. Protoporfirin IX yra keturi pakeisti pirolio žiedai, sujungti metino tilteliais. =CH—. Pirolio žiedų pakaitai yra: keturios metilo grupės CH3 -, dvi vinilo juostos CH2 \u003d CH - ir dvi propiono rūgšties liekanos - CH2-CH2-COOH. Hemas jungiasi su baltymine dalimi tokiu būdu. nepolinės grupės. protoporfirinas IX sąveikauja su hidrofobinėmis aminorūgščių sritimis per hidrofobinius ryšius. Be to, baltymų grandinėje yra koordinacinis ryšys tarp geležies atomo ir histidino imidazolo radikalo. Kitas geležies atomo koordinacinis ryšys gali būti naudojamas deguoniui ir kitiems ligandams surišti.

Hemo turinčių baltymų buvimas biologinėje medžiagoje nustatomas naudojant benzidino testą (pridėjus benzidino ir vandenilio peroksido, tiriamasis tirpalas nusidažo melsvai žaliai).

3.4.3. Palyginkite mioglobino ir hemoglobino struktūrą ir funkciją, prisiminkite būdingus kiekvieno iš šių baltymų požymius.

mioglobinas- chromoproteinas, esantis raumenų audinyje ir turintis didelį afinitetą deguoniui. Šio baltymo molekulinė masė yra apie 16 000 Da. Mioglobino molekulė turi tretinę struktūrą ir yra viena polipeptidinė grandinė, sujungta su hemo. Mioglobinas neturi allosterinių savybių (žr. 2.4.), jo prisotinimo deguonimi kreivė yra hiperbolės formos (4 pav.). Mioglobino funkcija yra sukurti deguonies rezervą raumenyse, kuris suvartojamas pagal poreikį, kompensuojant laikiną deguonies trūkumą.

Hemoglobinas (Hb)- chromoproteinas, esantis eritrocituose ir dalyvaujantis deguonies pernešime į audinius. Suaugusiųjų hemoglobinas vadinamas hemoglobinu A (HbA). Jo molekulinė masė yra apie 65 000 Da. Hb A molekulė turi ketvirtinę struktūrą ir apima keturis subvienetus – polipeptidines grandines (žymimas α1, α2, β1 ir β2, kurių kiekviena yra susijusi su hemu.

Atminkite, kad hemoglobinas yra allosterinis baltymas, jo molekulės gali negrįžtamai keistis iš vienos konformacijos į kitą. Tai keičia baltymo afinitetą ligandams. Konformacija, turinti mažiausią afinitetą ligandui, vadinama įtempta, arba T-konformacija. Konformacija, turinti didžiausią afinitetą ligandui, vadinama atsipalaidavusia arba R konformacija.

Hemoglobino molekulės R ir T konformacijos yra dinaminės pusiausvyros būsenoje:

Įvairūs aplinkos veiksniai gali pakeisti šią pusiausvyrą viena ar kita kryptimi. Allosteriniai reguliatoriai, turintys įtakos Hb giminingumui O2 yra: 1) deguonis; 2) H+ koncentracija (terpės pH); 3) anglies dioksidas (CO2); 4) 2,3-difosfogliceratas (DPG). Deguonies molekulės prijungimas prie vieno iš hemoglobino subvienetų skatina įtemptos konformacijos perėjimą į atsipalaidavusią ir padidina kitų tos pačios hemoglobino molekulės subvienetų giminingumą deguoniui. Šis reiškinys vadinamas bendradarbiavimo efektu. Sudėtingas hemoglobino prisijungimo prie deguonies pobūdis atsispindi hemoglobino O2 prisotinimo kreivėje, kuri turi S formą (3.1 pav.).

Mioglobinas randamas raudonuosiuose raumenyse ir dalyvauja deguonies kaupime. Deguonies bado sąlygomis (pavyzdžiui, stipraus fizinio krūvio metu) deguonis išsiskiria iš komplekso su mioglobinu ir patenka į raumenų ląstelių mitochondrijas, kuriose sintetinamas ATP (oksidacinis fosforilinimas; žr. 13 skyrių).

Pirminė aminorūgščių struktūra ir pasiskirstymas

Mioglobinas susideda iš vienos polipeptidinės grandinės su mol. svoris 17000; jo sudedamųjų 153 aminorūgščių liekanų prigimtyje nerasta jokių požymių. Analizuojant jų erdvinį pasiskirstymą, aiškiai atsiskleidžia viena ypatybė: molekulės paviršiuje yra polinių likučių, o struktūros viduje – nepolinių; ši savybė būdinga rutuliniams baltymams. Likučiai, kuriuose yra ir polinių, ir nepolinių grupių (pavyzdžiui, Thr, Trp), išsidėstę taip, kad nepolinės grupės būtų orientuotos rutuliuko viduje. Išskyrus dvi histidino liekanas, dalyvaujančias deguonies surišime, vidinėse mioglobino srityse yra tik nepolinės -polinės liekanos (pavyzdžiui, Leu, Val, Phe, Met).

Antrinė ir tretinė mioglobino struktūra

Kaip rodo rentgeno spindulių difrakcijos analizė, mioglobinas yra kompaktiška, maždaug sferinė molekulė, kurios matmenys 4,5 x 3,5 x 2,5 nm (6.3 pav.). Maždaug 75% likučių sudaro aštuonias dešiniąsias a-spirales, kuriose yra nuo 7 iki 20 likučių. Pradedant nuo N galo, spiralės žymimos raidėmis nuo A iki H. Sraigtas jungiančios vietos žymimos dviem raidėmis, nurodančiomis atitinkamas sraigtas. Atskiriems likučiams priskiriama raidė, nurodanti spiralę, kurioje jie yra, ir serijos numeris, skaičiuojamas nuo spiralės galo. Pavyzdžiui, aštunta F spiralės liekana yra histidinas. Likučiai, esantys toli vienas nuo kito išilgai grandinės (pavyzdžiui, priklausantys skirtingoms sraigtoms), gali būti apytiksliai apytiksliai erdviškai; pavyzdžiui, histidino liekanos (proksimalinės) ir (distalinės) yra gana arti (6.3 pav.).

Nemažai duomenų rodo, kad tirpale antrinės ir tretinės mioglobino struktūros

Ryžiai. 6.3. Mioglobino molekulės modelis. Kontūrai yra kontūrai, matomi esant mažai skyrai. Iš esmės vaizduojamos tik a-anglys ir hemas. (Iš Dickerson R. E. In: The Proteins, 2nd ed., Vol. 2. Neurath H. (redaktorius). Academic Press, 1964, su maloniu leidimu.)

artimas kristalinio mioglobino struktūrai. Abiem atvejais stebimi beveik identiški sugerties spektrai; kristalinis mioglobinas suriša deguonį; α-spiralių kiekis tirpale, įvertintas pagal optinio sukimosi ir žiedinio dichroizmo dispersiją, yra panašus į duomenis, gautus atliekant rentgeno spindulių difrakcijos analizę.

Hemo poveikis mioglobino konformacijai

Kai pH sumažėja iki 3,5, susidaro apomioglobinas (mioglobinas, kuriame nėra hemo), o a-spiralių kiekis smarkiai sumažėja, o vėlesnis karbamido pridėjimas prie apomioglobino, esant neutraliam pH, sukelia beveik visišką jų išnykimą. Vėlesnis karbamido pašalinimas dializės būdu ir hemo pridėjimas visiškai atkuria a-spiralių skaičių, o pridėjus visiškai atkuriamas biologinis (deguonies surišimo) aktyvumas. Taigi informacija, esanti pirminėje apomioglobino struktūroje, esant hemui, vienareikšmiškai lemia baltymo molekulės susilankstymą, susidarant natūraliai, biologiškai aktyviai konformacijai. Ši svarbi padėtis apima ir kitus baltymus: pirminė baltymo struktūra lemia jo antrinę ir tretinę struktūrą.

Geležies atomo erdvinė orientacija, proksimalinės ir distalinės histidino liekanos mioglobino molekulėje

Hemas mioglobino molekulėje yra tarpe tarp E ir F spiralių; jo poliarinės propionato grupės yra orientuotos į rutuliuko paviršių, o likusios yra struktūros viduje ir yra apsuptos nepolinių liekanų, išskyrus tai, kad penktąją geležies atomo koordinacinę padėtį užima azoto atomas. proksimalinio histidino heterociklinis žiedas Distalinis histidinas yra kitoje hemo žiedo pusėje, beveik priešais šeštąją atomo koordinacinę padėtį geležis lieka laisva (6.4 pav.).

Geležies atomo vieta

Nedeguonies turinčiame mioglobine geležies atomas išsikiša iš žiedo plokštumos 0,03 nm kryptimi. Deguonies prisotintame mioglobine deguonies atomas užima šeštąją geležies atomo koordinacinę padėtį, o pats geležies atomas išsikiša iš hemo plokštumos tik 0,01 nm. Taigi, mioglobino prisotinimą deguonimi lydi geležies atomo ir atitinkamai su juo kovalentiškai susietų likučių poslinkis žiedo plokštumos kryptimi; dėl to ši baltymo rutuliuko sritis įgauna naują konformaciją.

Ryžiai. 6.4. Deguonies molekulės padėtis subjekte po oksidacijos. Taip pat parodyti dviejų svarbių histidino liekanų globino grandinėje imidazolo žiedai, esantys šalia geležies atomo. (Iš Harper H. A. ir kt., Physioldgische Chemie. Springer-Vcrlag, 1975, su maloniu leidimu.)

Ligandos

Ryšys, susidaręs tarp deguonies atomo ir atomo mioglobino prisotinimo deguonimi metu, yra nukreiptas statmenai hemo žiedo plokštumai. Antrasis deguonies atomas pašalinamas iš distalinio histidino, o ryšys tarp deguonies atomų sudaro 121° kampą hemo plokštumos atžvilgiu (6.5 pav.).

Ryžiai. 6.5. Pageidautinos deguonies ir anglies monoksido molekulių orientacijos, susietos su izoliuoto hemo geležies atomu (tamsios juostelės).

Anglies monoksidas (CO) prie izoliuoto hemo jungiasi maždaug 25 000 kartų stipriau nei deguonis. Kadangi atmosferos ore yra CO pėdsakų, o normaliu metu susidaro nedidelis CO kiekis. hemo katabolizmo, kyla klausimas: kodėl šeštąją koordinacinę geležies padėtį mioglobine užima ne CO, o O2 molekulė? Taip yra dėl mioglobino sterinių apribojimų. CO molekulė, prisijungusi prie hemo, yra linkusi į tokią orientaciją, kurioje visi trys atomai (Fe) yra išilgai linijos, statmenos hemo žiedo plokštumai (6.6 pav.) Izoliuotam hemui tokia orientacija yra gana galimas, bet mioglobine CO surišimas tokia orientacija steriškai trukdo distaliniam histidinui (6.6 pav.) Todėl CO jungiasi mažiau palankioje konfigūracijoje, dėl ko CO-hemo ryšio stiprumas sumažėja daugiau nei dviem dydžiais, kad jis taptų tik 200 kartų stipresnis už heme-02 ryšį.mažesnė mioglobino molekulių dalis (apie 1%) normaliomis sąlygomis suriša CO.

Mioglobino prisotinimo deguonimi kinetika

Kodėl mioglobinas negali transportuoti deguonies, bet efektyviai jį saugo? Deguonies kiekis, kuris jungiasi su mioglobinu („procentinis prisotinimas“), priklauso nuo deguonies koncentracijos aplinkoje, tiesiogiai supančioje baltymo molekulę (ši koncentracija išreiškiama PQ – parcialinis deguonies slėgis). Ryšys tarp surišto deguonies kiekio ir PQ gali būti grafiškai pavaizduotas kaip mioglobino prisotinimo deguonimi kreivė (deguonies disociacijos kreivė). Mioglobino deguonies adsorbcijos izoterma yra hiperbolės formos (6.7 pav.) plaučių kapiliarus supančiame audinyje, yra 100 mm, todėl mioglobinas plaučiuose galėtų būti prisotintas deguonimi labai efektyviai.

Ryžiai. 6.6. Deguonies ir anglies monoksido molekulių, susijungusių su hemo geležies atomu mioglobine, orientacija. Distalinis histidinas apsaugo nuo CO prisijungimo pageidaujama šios molekulės orientacija – 90° kampu hemo žiedo plokštumos atžvilgiu.

Ryžiai. 6.7. Mioglobino prisotinimo deguonimi kreivė.

Veniniame kraujyje PQ yra 40 mm Hg. Art., o aktyviai dirbančiame raumenyje apie 20 mm Hg. Art. Bet net esant daliniam slėgiui 20 mm Hg. Art. mioglobino prisotinimo deguonimi laipsnis bus labai reikšmingas, todėl mioglobinas negali būti jo tiekimo iš plaučių į periferinius audinius priemonė. Tačiau esant deguonies badui, kurį lydi sunkus fizinis darbas, PQ raumenų audinyje gali sumažėti iki 5 mm Hg. Art.; esant tokiam žemam slėgiui, mioglobinas lengvai atpalaiduoja surištą deguonį, taip užtikrindamas oksidacinę ATP sintezę raumenų ląstelių mitochondrijose.

Kvėpavimo takų baltymai yra hemoglobino (Hb) yra raudonasis kraujo pigmentas, o mioglobinas (Mgb) yra raudonasis raumenų pigmentas. Hemoglobinas susideda iš paprasto histono tipo baltymo – globino ir 4 hemų (protezų grupės). Globiną sudaro 2 alfa grandinės ir 2 beta grandinės. Hemoglobino rūšinį specifiškumą lemia globino aminorūgščių sudėties ypatumai. Pavyzdžiui, žmogaus globine il nėra. Globinas, derinamas su hemu, blogai tirpią ir inertišką struktūrą paverčia labai tirpia ir aktyvia forma, galinčia surišti deguonį. Savo ruožtu hemas suteikia stabilumo didelėms globino molekulėms. Hemas yra porfirino darinys, susidedantis iš 4 pirolio žiedų, sujungtų į ciklinę struktūrą metino tilteliais. Porfinas su beta anglies pakaitalais vadinamas porfirinu. Įvairūs porfirinai skiriasi vienas nuo kito pakaitų prigimtimi. 1,3,5,8 anglies atomų hemoglobino hemose yra CH3 grupė (metilo), 2,4 - vinilo radikalai, 6,7 - propiono rūgšties liekanos. Porfirinas, susijungęs su geležies jonu, sudaro hemą. prie II ir IV žiedų azoto atomų geležis prisijungusi kovalentiškai, o prie III ir I žiedų nekovalentiškai (koordinacinės jungtys). Visų 4 brangakmenių struktūra identiška – parodyk ant stalo ar plėvelės ir tegu nurašo. Kiekvienas hemas yra sujungtas su viena p / p grandine (alfa arba beta) dviem geležies jonų koordinavimo ryšiais su histidino imidazolo žiedais. Vienas iš šių ryšių yra nuolatinis, o kitas nutrūksta, kai į hemoglobiną pridedama deguonies. 1957 metais biochemikai D. Kendrew ir M. Perutz gavo Nobelio premiją už hemoglobino molekulės struktūros iššifravimą. Vystantis organizmui hemoglobinas patiria tam tikrų pokyčių: ankstyvosiose stadijose embrione yra embriono hemoglobino E, kuris po 3-4 vystymosi mėnesių pakeičiamas vaisiaus F, turinčiu 2 alfa ir 2 gama grandines. Naujagimio kraujyje yra 80 % vaisiaus hemoglobino, tačiau pirmųjų gyvenimo metų pabaigoje jį beveik visiškai pakeičia hemoglobinas A. Suaugusio žmogaus kraujyje dar yra 1,5 % vaisiaus hemoglobino. Jis turi didesnį afinitetą deguoniui nei suaugusio organizmo hemoglobinas - hemoglobinas A ir aprūpina vaisius deguonimi esant mažesniam daliniam slėgiui. Be pagrindinio suaugusiųjų hemoglobino A1, yra hemoglobino A2, kurio molekulė susideda iš 2 alfa grandinių ir 2 sigmos grandinių. Hemoglobinas A2 sudaro 2,5% viso hemoglobino kiekio. Hemoglobino vaidmuo. Hemoglobinas yra pagrindinis raudonųjų kraujo kūnelių baltymas. 1-ajame eritrocite yra 340 milijonų hemoglobino molekulių, kurių kiekvieną sudaro 103 C, H, O, N, S atomai ir 4 geležies atomai. Pagrindinis vaidmuo yra deguonies perkėlimas iš plaučių į audinius (deguonies tiekimas – parodykite lentoje) ir anglies dioksidas iš audinių į plaučius. Hemoglobinas sudaro buferines sistemas, kurios yra susijusios su CBS palaikymu. Skilus hemoglobinui, išmatose, šlapime ir tulžyje susidaro pigmentai. Hemoglobinas dalyvauja neutralizuojant azoto oksidą, kuris gali prisijungti prie jo ir sudaryti nitrohemoglobiną. Mioglobino molekulė susideda iš 1-ojo hemo ir 1-osios p / p grandinės (iš 153 aminorūgščių). Mioglobino hemas yra toks pat kaip hemoglobino. Mioglobino vaidmuo yra deguonies pernešimas iš oksihemoglobino į kvėpavimo grandinės fermentus ląstelėje – parodykite reakciją lentoje. Jo daugiausia randama raumenų ląstelių citoplazmoje. Jis taip pat tarnauja kaip deguonies saugykla. Daugiau mioglobino yra treniruotuose raumenyse – laukinių gyvūnų, ypač nardančių – kašalotų, ruonių (pavyzdžiui, kiškis turi daugiau nei triušis). Mioglobinas yra specifinis raumenų baltymas, todėl jo atsiradimas kraujo serume rodo raumenų audinio pažeidimą (raumenų ligas, miokardo infarktą). kvėpavimo fermentai. Tai yra biologiniai katalizatoriai, kurie pagreitina OVR eigą ląstelėse ir audiniuose. tai kompleksiniai baltymai, tarp jų išskiriami hemo turintys (Ch, katalazė, peroksidazės) ir neheminiai (flavino fermentai). Pirmajame protezų grupė yra įvairių struktūrų hemai, o antrojoje – vitamino B2 (riboflavino) dariniai. HP grupei taip pat priklauso pigmentiniai baltymai, susidedantys iš tirozino oksidacijos produkto – melanino ir paprasto baltymo. Tai rudi ir juodi pigmentai, randami plaukuose, odoje ir akių tinklainėje. Šių organų spalva priklauso nuo jų skaičiaus.

Ypatingas hemoglobino molekulės savybes, dėl kurių ji yra toks veiksmingas deguonies nešiklis kraujyje, geriausiai galima suprasti lyginant mioglobiną ir hemoglobiną pagal jų giminingumą deguoniui. Ant pav. 8-16 parodytos hemoglobino ir mioglobino prisotinimo deguonimi kreivės, apibūdinančios šių baltymų prisotinimo deguonimi laipsnį (t. y. molekulės vietų, kurios jungiasi deguonį, skaičiaus santykį su bendru vietų, galinčių taip susirišti, skaičiaus santykį). apie dalinį dujinio deguonies slėgį, esantį pusiausvyroje su baltymo tirpalu.

Ryžiai. 8-15. Normalių žmogaus eritrocitų nuotrauka, gauta naudojant skenuojantį elektroninį mikroskopą.

Visų pirma, iš grafiko matyti, kad mioglobinas turi labai didelį afinitetą deguoniui: esant daliniam deguonies slėgiui, lygiam tik 1-2 mm Hg. Art., jis jau yra 50% prisotintas deguonimi. Be to, matome, kad mioglobino prisotinimo deguonimi kreivė turi paprastos hiperbolės formą, kaip tikimasi iš masės veikimo dėsnio, palyginti su pusiausvyros reakcija:

Esant daliniam deguonies slėgiui, lygiam 20 mm Hg. Art., mioglobinas yra prisotintas deguonimi daugiau nei 95%. Skirtingai nuo mioglobino, hemoglobinui būdingas daug mažesnis afinitetas deguoniui; be to, hemoglobino prisotinimo deguonimi kreivė yra sigmoidinė, t.y. S formos, formos (8-16 pav.). Tai reiškia, kad kai jungiasi pirmoji deguonies molekulė (apatinė S formos kreivės dalis, atitinkanti deguonies dalinį slėgį žemiau 10 mmHg), hemoglobinas turi labai mažą afinitetą deguoniui, o kai jungiasi kitos deguonies molekulės, jo afinitetas joms. tampa daug aukštesnis, kaip rodo stačios formos kreivės dalis.

Ryžiai. 8-16. Mioglobino ir hemoglobino prisotinimo deguonimi kreivės. Mioglobinas turi daug didesnį afinitetą deguoniui nei hemoglobinas. 50% mioglobino prisotinimas deguonimi pasiekiamas net tada, kai dalinis slėgis O yra tik 1-2 mm Hg. Art., o hemoglobino toks prisotinimas deguonimi įvyksta tik esant daliniam deguonies slėgiui apie 26 mm Hg. Art. Atkreipkite dėmesį, kad arteriniame kraujyje, tekančiame iš plaučių (esant daliniam deguonies slėgiui apie 100 mm Hg), abu baltymai – ir mioglobinas, ir hemoglobinas – yra prisotinti deguonimi daugiau nei 95 %, o ramybės būsenos raumenyse, kur dalinis deguonies slėgis. deguonies slėgis lygus 40 mm Hg. Art., hemoglobinas yra prisotintas deguonies tik 75%, o dirbančiame raumenyje, kai dalinis deguonies slėgis yra tik apie 10 mm Hg. Art. tik 10 proc. Taigi hemoglobinas labai efektyviai atiduoda deguonį raumenyse ir kituose periferiniuose audiniuose. Kalbant apie mioglobiną, esant daliniam deguonies slėgiui, lygiam tik 10 mm Hg. stn jis vis tiek lieka prisotintas deguonies beveik 90%, todėl net esant tokiam žemam daliniam deguonies slėgiui, jis atiduoda labai mažą su juo susijusio deguonies dalį. Taigi hemoglobino prisotinimo deguonimi sigmoidinė kreivė yra hemoglobino molekulinio prisitaikymo prie jo transportavimo eritrocituose rezultatas.

Tiesą sakant, surišus pirmąją deguonies molekulę, giminingumas padidėja beveik 500 kartų. Taigi keturi hemoglobino hemoglobino polipeptido subvienetai skiriasi savo afinitetu deguoniui ir priklauso vienas nuo kito jo surišimo procese.

Kai tik pirmasis hemo turintis polipeptido subvienetas suriša deguonies molekulę, jis perduoda informaciją apie tai likusiems subvienetams, kurie iš karto smarkiai padidina savo afinitetą deguoniui. Šis keitimasis informacija tarp keturių hemoglobino hemoglobino polipeptido subvienetų yra dėl bendradarbiavimo tarp subvienetų. Kadangi pirmosios deguonies molekulės prisijungimas prie vieno iš hemoglobino subvienetų padidina likusių deguonies molekulių prisijungimo prie kitų subvienetų tikimybę, sakome, kad hemoglobinas turi teigiamą kooperatyvą. Teigiamas kooperatyvas pasižymi sigmoidinėmis jungimosi kreivėmis, panašiomis į hemoglobino prisotinimo deguonimi kreivę. Kai deguonį jungia mioglobinas, turintis vieną hemogrupę, baltymo molekulė gali prijungti tik vieną deguonies molekulę; šiuo atveju nepastebima kooperatyvinio ryšio, o prisotinimo kreivė yra paprastos hiperbolės formos. Dabar mes suprantame. kodėl mioglobinas ir hemoglobinas taip skiriasi vienas nuo kito gebėjimu surišti deguonį.

Mes vartosime terminą ligandas, nurodydami konkrečią molekulę, kuri jungiasi su baltymu; tai gali būti, pavyzdžiui, deguonies molekulė, jei kalbame apie hemoglobiną (žodis „ligandas“ kilęs iš lotyniško žodžio, kuris verčiamas kaip „surišti“, „pririšti“ ir pažodžiui reiškia „kas prisiriša“). Daugelis kitų oligomerinių baltymų taip pat turi keletą ligandų surišimo centrų ir, kaip ir hemoglobinas, pasižymi teigiamu kooperatyvu. Tačiau yra oligomerinių baltymų, kurie pasižymi neigiamu kooperatyvu: šiuo atveju vienos ligando molekulės prisijungimas sumažina kitų ligando molekulių prisijungimo tikimybę.