Вопрос 8. Эффект Бора, аллостерическая регуляция насыщения гемоглобина кислородом

График зависимости насыщения миоглобина кислородом от парциального давления кислорода имеет вид гиперболы; для гемоглобина же это зависимость отражается S- образной кривой. Графики подтверждают функцию данных хромопротеинов. Функция миоглобина – присоединить кислород, доставляемый гемоглобином и его запасти. Миоглобин не может транспортировать кислород так как даже при парциальном давлении 20 мм.рт.ст., степень насыщения миоглобина кислородом будет около 85%. Однако при кислородном голодании, которым сопровождается тяжелая физическая работа, РО₂ в мышечной ткани может понизиться и до 5 мм.рт.ст., при столь низком давлении миоглобин легко отдает связанный кислород, обеспечивая тем самым окислительный синтез АТФ в митохондриях мышечных клеток.

Кривая диссоциации оксигемоглобина имеет S- образную конфигурацию. Этот факт также связан с функцией гемоглобина и имеет биохимический смысл. В процессе поглощения кислорода в легких напряжение О₂ в крови (РО₂) приближается к таковому в альвеолах. У молодых людей РО₂ артериальной крови составляет около 95 мм.рт.ст.. Насыщение гемоглобина при этом – 97%. С возрастом (или при заболеваниях легких) напряжение О₂ в артериальной крови может значительно снижаться, однако, поскольку кривая диссоциации оксигемоглобина в правой её части почти горизонтальна, насыщение крови кислородом уменьшается не намного. При РО₂ равное 60 мм.рт.ст. насыщение гемоглобина составляет 90%. Таким образом, горизонтальный участок кривой диссоциации предупреждает существенное снижение насыщения артериальной крови кислородом.

Крутой наклон среднего участка свидетельствует об очень благоприятных условиях для отдачи кислорода тканям. В состоянии покоя РО₂ в области венозного конца капилляра равно приблизительно 40 мм.рт.ст., что соответствует примерно 73% насыщения. Если в результате увеличения потребления кислорода его напряжение в венозной крови падает лишь на 5 мм.рт.ст, то насыщение гемоглобина кислородом снижается не менее чем на 7%.

Олигомерные белки способны к аллостерической регуляции своих функций. Присоединение лигандов в участках, пространственно удаленных друг от друга (аллостерических), способно вызвать конформационные изменения во всем белке.

Результатом воздействия лигандов Н⁺, 2,3-ДФГ, СО₂ является затруднение перехода из Т- состояния в R. Т-форма характеризуется меньшим сродством к кислороду и способна легко отдавать его тканям. Таким образом, при увеличение концентрации 2,3- ДФГ, уменьшение рН среды, а также при возрастании РСО₂ и температуры кривая диссоциации оксигемоглобина сдвигается вправо.

Эффект Бора

Влияние рН на характер кривой диссоциации оксигемоглобина называется эффектом Бора (по имени датского физиолога Христиана Бора, впервые открывшего этот эффект).

Гемоглобин в дезоксигенерированном состоянии имеет более высокое сродство к протонам, чем оксигемоглобин. Другими словами R – форма (оксигенерированная) является более сильной кислотой, чем Т-форма (дезоксигенерированная). Поэтому когда дезоксигемоглобин в легких присоединяет кислород, происходит переход в R – форму и разрыв некоторых связей, в результате чего и высвобождаются протоны, ответственные за эффект Бора. Наоборот, при высвобождении кислорода образуется Т-структура и разорванные связи между субъединицами должны быть восстановлены, и протоны вновь присоединяются к остаткам гистидина в  - цепях. Таким образом, протонирование гемоглобина снижает его сродство к О₂ и увеличивает потребление О₂ в ткани.

Эффект Бора имеет важное физиологическое значение. Образующийся в тканях СО₂ должен транспортироваться в легкие. Он поступает в эритроциты по градиенту напряжения. В них фермент карбоангидраза превращает его в Н₂СО₃, который диссоциирует на бикарбонат, ион и протон. Последний сдвигает равновесие влево в уравнении (1).

1. Hb + 4 O₂= Hb (О₂)₄ + (H⁺)_n

Где n - величина порядка 2; число зависит от целого комплекса параметров, тем самым заставляя Hb О₂ отдавать свой кислород.

НСО₃^- пассивно продвигается через ионный канал по градиенту концентрации в сыворотку.

Продвижение НСО₃^- не сопровождается перемещением Н⁺, поскольку нет канала, позволяющего ему пройти через мембрану эритроцитов. Для сохранения ионного равновесия при выходе НСО₃^- из клетки, Cl^- перемещаются внутрь её через тот же ионный канал. Такое двойное перемещение известно как хлоридный сдвиг (сдвиг Хамбургера).

Растворенный НСО₃^- движется вместе с венозной кровью обратно в легкие. Здесь высвобождение протона из гемоглобина при оксигениции приводит к образованию НСО₃^- (по принципу Ле-Шателье).

2. НСО₃^-+ Н⁺= Н₂СО3^-,

что позволяет карбоангидразе образовать СО₂.

Разрушение НСО₃^- в эритроците обуславливает вхождение в него НСО₃^- из сыворотки, так что в легких происходит обратный хлоридный сдвиг, приводящий к выведению СО₂ с выдыхаемым воздухом.