Регуляция сродства гемоглобина к кислороду

Гликопротеины

Содержат в качестве небелковой части моносахариды (галктоза, манноза, глюкоза и их производные) и олигосахариды, состоящие из нескольких моносахаридов. К гликопротеинам относятся:

- Интерфероны – подавляют размножение вирусов, задерживают размножение опухолевых клеток.

- Иммуноглобулины – являются антителами, обезвреживают поступающие в организм чужеродные вещества

- Гормоны

- Белки мембран – выполняют рецепторную функцию

- Белки плазмы крови

- Белки группы крови

Протеогликаны – сложные белки, содержащие 95% углеводов в своей молекуле. В качестве углеводов присутствуют гликозаминогликаны – гиалуроновая кислота, хондроитинсульфат, гепарин. Гиалуроновая кислота и хондроитинсульфат входят в состав межклеточного вещества, гепарин предотвращает свертывание крови.

Углеводы связываются с белковой частью с помощью гликозидных связей.

Хромопротеины

В качестве небелкового вещества содержат окрашенный компонент.

Хромопротеины делят на гемопротеины и флавопротеины.

Гемопротеины.

К ним относят миоглобин, гемоглобин, цитохромы, каталаза, пероксидаза.

Миоглобин содержит в качестве небелкового компонента гем, белковая часть называется глобин. Миоглобин находится в красных мышцах, участвует в запасании и транспорте кислорода в мышцах при физической работе. Миоглобин содержит 8 α-спиралей – A, B, C, D, E, F, G, H. Теритичная структура – компактная глобула. Внутрення часть миоглобина представлена гидрофобными аминокислотами, которые образуют связи с гидрофобным гемом. Однако, в активном центре миоглобина располагаются 2 остатка гистидина. Гем состоит из 4 пиррольных колец, в центре гема – атом железа состепенью окисления +2. железо гема образует 6 связей: 4 связи с атомами азота пиррольных колец, пятая связь с гистидином глобина, шестая связь – с кислородом; взаимодействие гема с кислородом облегчается с помощью другого остатка гистидина белковой части (см. рисунок в электронной лекции 3).

Гемоглобин – белок с четвертичной структурой. Состоит из гема и глобина. Глобин – белковая часть представлена 4 пептидными цепями с третичной структурой: 2α, 2β. Гем имеет такое же строение, как гем миоглобина. Гемоглобин содержится в эритроцитах и участвует в переносе кислорода в крови. Белковая часть гемоглобина аналогична миоглобину.

Различают:

- гемоглобин А – сотоит из 2α, 2β – субъединиц. Составляет 98% гемоглобина взрослого человека.

- гемоглобин А2 - 2α, 2δ. Составляет 2 %.

- Гемоглобин эмбриональный 2α, 2ε. Обнаруживается на ранних этапах развития плода

- - гемоглобин F - фетальный гемоглобин - 2α, 2γ. Приходит на смену раннему гемоглобину плода на 6-м месяце развития.

Основная функция гемоглобина - транспорт кислорода из легких в ткани. структура гемоглобина обеспечивает быстрое насыщение гемоглобина кислородом в легких, способность гемоглобина отдавать кислород тканям, возможность регуляции сродства к кислороду. В полости альвеол легких парциальное давление кислорода составляет 100 мм.рт.ст. В результате гемоглобин присоединяет кислород – образуется оксигемоглобин. Кислород транспортируется гемоглобином по крови к тканям, где парциальное давление кислорода составляет 20-40 мм.рт.ст. Так как в молекуле гемоглобина содержится 4 субъединицы, то значит гемоглобин имеет 4 гема, каждый присоединяет молекулу кислорода, т.е. одна молекула гемоглобина присоединяет 4 молекулы кислорода. При присоединении первой молекулы кислорода к субъединице гемоглобина происходит изменение конформации остальных субъединиц гемоглобина, в результате присоединение последующих молекул кислорода к гемоглобину облегчается.

Миоглобин имеет большее сродство к кислороду по сравнению с гемоглобином. 50 % насыщение кислородом гемоглобина наступает при парциальном давлении кислорода 25 мм.рт.ст., миоглобина – при 5 мм.рт.ст. (см рисунок-график в лекции).

Регуляция сродства гемоглобина к кислороду

В легких сродство гемоглобина к кислороду очень высокое. На уровне тканей – низкое. В тканях происходит распад веществ с образованием углекислого газа, который проникает из тканей в эритроцит, взаимодействует с водой с образование угольной кислоты, которая распадается на гидрокарбонатный ион протон водорода:

CO₂ + H₂O H₂CO₃ H⁺ + HCO^3-

Н+ присоединяется к гемоглобину, образуется дезоксигемоглобин, а кислород отделяется от него и уходит в ткани. таким образом, чем выше количество Н+, тем меньше сродство гемоглобина к кислороду.

Дезоксигемоглобин переносится к легким. На уровне легких в эритроцитах происходит следующая реакция:

H⁺ + HCO^3- H₂CO₃ CO₂ + H₂O

Углекислый газ и вода удаляются через легкие. А на место протона к молекуле гемоглобина присоединяется кислород, и процесс повторяется.

Кроме того, сродство гемоглобина к кислороду регулируется веществом 2,3-дифосфоглицератом, которое образуется в эритроцитах при распаде глюкозы. 2,3-дифосфоглицерат может присоединяться к дезоксигемоглобину на уровне тканей, поэтому в присутствии 2,3-дифосфоглицерата сродство кислорода к гемоглобину снижается, и кислород поступает в ткани.

Белковые цепи гемоглобина α и β кодируются различными генами. При мутациях в этих генах синтезируются аномальные гемоглобины. При этом наблюдаются гемоглобинопатии. Например, аномальным является гемоглобин М, у которого в β-цепи гидрофильная аминокислота глутамат заменена на гидрофобную аминокислоту валин. В результате гемоглобин М нерастворим, образует осадок в виде длинных волокон, эритроцит деформируется и приобретает форму серпа. Такой гемоглобин неспособен переносить кислород. В результате развивается заболевание серповидноклеточная анемия. Кроме того, аминокислота гистидин активного центра гемоглобин может быть на тирозин, в результате атом железа в геме приобретает степень окисления +3. образуется мет-гемоглобин, который неспособен переносить кислород, возникает гипоксия в организме.

Флавопротеины – относятся к хромопротеинам. В качестве небелковой части выступает флавинмононуклеотиод (ФМН) и флавинадениндинуклетотид (ФАД) (см. лекция). Флавопротеины являются ферментами окислительно-восстановительных реакций, обеспечивающих организм энергией.

Липопротеины - в качестве небелковой части содержат липиды: свободные жирные кислоты, триацилглицеролы, фосфолипиды, холестерин. Липопротеины входят в состав клеточных мембран, осуществляют транспорт липидов по крови к тканям.

Липиды соединяются с белковой частью с помощью ионных связей и гидрофобных связей.

Фосфопротеины - в качестве небелковой части содержат фосфат. Фосфат присоединяется к белковой части при помощи сложно-эфирной связи с ОН-группой сеина, треонина, тирозина. К фосфопротеинам относятся: казеин молока, вителлин яйца, ихтулин рыб. Таким эти белки способствуют росту и развитию организма.

Металлопротеины – в качестве небелковой части содержат ионы металлов – железо, медь, кобальт, марганец, молибден, цинк, магний, кальций, калий, натрий. Связь иона металла с белковой частью осуществляется с помощью координационных связей. Металлопротеины являются ферментами. Трансферрин переносит железо в крови, ферритин запасает железо в тканях.

Нуклеопротеины – в качестве небелковой части содержат нуклеиновые кислоты – ДНК, РНК. В результате образуются следующие нуклеопротеины - дезоксирибонулеопротеины (ДНП) и рибонулеопротеины (РНП). ДНП входят в состав хромосом, отвечают за хранение и передачу наследственной информации. РНП входят в состав рибосом, на которых осуществляется синтез белка.

ДНК – состоит из нуклеотидов. Нуклеотид состоитиз азотистого основания, дезоксирибозы и фосфата. Различают пуриновые азотистые основания – аденин и гуанин, пиримидиновые азотистые основания – цитозин, тимин. Нуклеотиды соединяются сложноэфирными связями в первичную структуру ДНК. Вторичная структура ДНК представлена двойной спиралью. Внутри спирали – водородные связи, образованные между комплементарными азотистыми основаниями: аденин комплементарен тимину, гуанин – цитозину. При наружу обращены дезоксирибоза и фосфат отрицательнозаряженный. Третичная структура образуется при связывании спирали ДНК с положительно заряженными белками гистонами в составе хромосом.

При делении клетки происходит удвоение ДНК – репликация, редупликация. При этом двойная спираль ДНК раскручивается, образуются 2 исходные нити ДНК, на каждой из которых по принципу комплементарности строятся дочерние цепи ДНК. В результате образуются две двойные молекулы ДНК.

Жирным цветом обозначена исходная ДНК, которая раскручивается

на 2 нити (жирным цветом).

невыделены строящиеся дочерние нитиДНК.

Исходные нити ДНК

Строящиеся дочерние нитиДНК

Между нитями - водородные связи, образованные при взаимодействии комплементарных азотистых оснований. Процесс протекает в ядре клетки.

РНК – также состоит из нуклеотидов. Это одноцепочечная молекула. Нуклеотид РНК представлен азотистыми основаниями (аденин, цитозин, урацил, гуанин), рибозой, фосфатом.

Поиск по сайту: