6. Кинетика оксигенирования гемоглобина

Гемоглобин связывает четыре молекулы кислорода на тетрамер (по одной на гем в каждой субъединице); особенно важным отличием его от миоглобина является характерная кривая насыщения кислородом, которая имеет сигмоидную форму (рис. 6.8). Таким образом, способность гемоглобина связывать   зависит от того, содержатся ли в данном тетрамере другие молекулы 02.

Рис. 6.8. Кривые связывания кислорода гемоглобином и миоглобином. Парциальное давление кислорода в артериальной крови составляет около 100 мм рт. ст., в венозной крови около 40 мм рт. ст., в капиллярах кровеносных сосудов активной мышцы— около 20 мм рт. ст.; минимальное давление, необходимое для функционирования ферментов цитохромной системы, равно   мм рт. ст. Из рисунка видно, что ассоциация цепей с образованием теграмерной структуры приводит к существенному повышению эффективности снабжения тканей кислородом по сравнению с мономерными белками. (Изолированные цепи гемоглобина обладают примерно таким же сродством к кислороду, что и миоглобин, и характеризуются аналогичной гиперболической кривой насыщения.) (Из работы Stanbury J. В., Wyngaardcn J.B., Fredrickson D. S. (editors): The Metabolic Basis of Inherited Diseases. 4th ed. McGraw-Hill, 1978, с изменениями.)

Если да, то последующие молекулы 02 присоединяются легче. Следовательно, для гемоглобина характерна кинетика кооперативного связывания, благодаря которой он связывает максимальное количество 02 в легких и отдает максимальное количество 02 при тех PQ, которые имеют место в периферических тканях. Сравните, например, какие количества кислорода связываются гемоглобином и миоглобином в легких, при   мм рт. ст., и какие в тканях, при   мм рт. ст. (рис. 6.8).

Сродство гемоглобинов к   характеризуется величиной  —значением   при котором наблюдается полунасыщение гемоглобина кислородом. Значение   у разных организмов существенно различается, но во всех случаях оно превышает значение   в периферических тканях рассматриваемого организма. Это хорошо иллюстрирует фетальный гемоглобин человека (HBF). Для   мм. рт. ст., а для   мм рт. ст. Благодаря этой разнице гемоглобин F отбирает кислород у  , находящегося в плацентарной крови. Однако после рождения ребенка HBF утрачивает свою функцию; обладая более высоким сродством к 02, он высвобождает меньшее его количество в тканях.

Оксигенирование сопровождается значительными конформационными изменениями в гемоглобине

Связывание О, сопровождается разрывом солевых связей, образованных концевыми карбоксильными группами субъединиц (рис. 6.9). Это облегчает связывание следующих молекул  , поскольку при этом требуется разрыв меньшего числа солевых связей. Указанные изменения заметно влияют на вторичную, третичную и особенно четвертичную структуру гемоглобина. При этом одна  -пара субъединиц поворачивается относительно другой  -пары, что приводит к компактизации тетрамера и повышению сродства гемов к   (рис. 6.10 и 6.11)

Четвертичная структура частично оксигенированного гемоглобина описывается как Т-состояние (от англ. taut — напряжение); полностью оксигенированному гемоглобину   отвечает R-состояние (relaxed — релаксированное) (рис. 6.12). Термины   Т-состояния используют для характеристики четвертичной структуры аллостерических ферментов; меньшим сродством к субстрату обладает Т-состояние.