БИОХИМИЯ - Л. Страйер - 1984

ТОМ 1

ЧАСТЬ I. КОНФОРМАЦИЯ И ДИНАМИКА

ГЛАВА 4. ГЕМОГЛОБИН: АЛЛОСТЕРИЧЕСКИЙ БЕЛОК

4.3. Кооперативное связывание кислорода гемоглобином увеличивает транспорт кислорода

Кооперативное связывание кислорода повышает эффективность гемоглобина как переносчика кислорода. При изменении парциального давления кислорода насыщение им гемоглобина меняется быстрее, чем это происходило бы в случае независимости всех участков связывания друг от друга. Рассмотрим такой пример. Допустим, что рO₂ в альвеолах легких составляет 100 торр, а в капиллярах работающей мышцы-20 торр. Пусть Р₅₀ — 30 торр и n= 2,8. Тогда У в капиллярах альвеол составит 0,97, а в капиллярах мышц-0,25. Количество высвободившегося в тканях кислорода пропорционально разнице в величинах X!!! т.е. 0,72. Теперь сделаем тот же расчет для гипотетического переносчика кислорода, который характеризуется тем же Р₅₀ = 30 торр, но некооперативно связывает кислород (n = 1). В этом случае У_{альвеолы} = 0,77, У _мышцы = 0,41 и ∆У= 0,36. Отсюда ясно видно, что кооперативное связывание кислорода гемоглобином по сравнению с некооперативным позволяет удвоить высвобождение кислорода в тканях.

4.4. Н⁺ и СО₂ способствуют высвобождению O₂ (эффект Бора)

Изменения pH в широком диапазоне, а также содержание СO₂ не оказывают заметного действия на связывание кислорода миоглобином. В случае гемоглобина, напротив, закисление среды способствует отщеплению кислорода. Снижение pH в физиологических пределах сдвигает кривую диссоциации кислорода вправо, т.е. сродство к кислороду уменьшается (рис. 4.6). Повышение концентрации СO₂ (при постоянном pH) также уменьшает сродство к кислороду. В тканях с высоким уровнем метаболизма, например, в работающей мышце, образуется много СO₂ и кислот. Повышение содержания СO₂ и Н+ в капиллярах активно метаболизирующих тканей способствует отщеплению O₂ от оксигемоглобина. Этот важный механизм повышенной потребности в кислороде, характерной для тканей с активным метаболизмом, был открыт в 1904 г. Кристианом Бором (Ch. Bohr).

Рис. 4.6. Влияние pH на сродство гемоглобина к кислороду. Снижение pH от 7,6 до 7,2 приводит к высвобождению кислорода из оксигемоглобина

Противоположный эффект, обнаруженный 10 лет спустя Джоном Холдейном (J. Haldane), имеет место в капиллярах легких. Здесь высокая концентрация O₂ способствует отщеплению Н⁺ и СO₂ от гемоглобина совершенно аналогично тому, как высокая концентрация Н⁺ и СO₂ в активно метабо лизирующих тканях способствует

высвобождению O₂. Эти взаимоотношения между связыванием O₂, Н⁺ и СO₂ известны под названием эффект Бора (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Сущность эффекта Бора. Механизм и стехиометрия процессов представлены в упрощенном виде

4.5. Бисфосфоглицерат снижает сродство к кислороду

Сродство к кислороду гемоглобина, находящегося в эритроцитах, ниже, чем у гемоглобина в растворе. Еще в 1921 г. Джозеф Баркрофт (J. Barcroft) поставил вопрос: «Не присутствует ли [в эритроцитах] какое-то третье вещество... составляющее интегральную часть кислород-гемоглобинового комплекса?» Действительно, такое вещество есть. В 1967 г. Рейнхолд Бенеш (R. Benesch) и Рут Бенеш (Ruth Benesch) показали, что 2,3-бисфосфоглицерат (БФГ) присоединяется к гемоглобину и тем самым оказывает сильное влияние на его сродство к кислороду. БФГ содержится в эритроцитах примерно в той же молярной концентрации, что и гемоглобин. В отсутствие БФГ Р₅₀ для гемоглобина составляет 1 торр, как и для миоглобина, в присутствии БФГ Р₅₀ для гемоглобина становится 26 торр (рис. 4.8). Таким образом, БФГ снижает сродство гемоглобина к кислороду в 26 раз. БФГ играет важную роль в физиологии: в отсутствие БФГ гемоглобин, проходя через капилляры тканей, где рO₂ равно — 26 торр, высвобождал бы лишь очень мало O₂- БФГ влияет на сродство гемоглобина к кислороду путем присоединения к дезоксигемоглобину, но не к оксигемоглобину. Связывание кислорода и связывание БФГ-взаимоисключающие процессы. В определенном приближении оксигенирование гемоглобина в присутствии БФГ выражается следующим уравнением:

Нb—БФГ + 4O₂ ⇄ Нb(O₂)₄ + БФГ.

Рис. 4.8. Бисфосфоглицерат снижает сродство гемоглобина к кислороду