Кинетика оксигенирования миоглобина и гемоглобина

П очему миоглобин не способен транспортировать кислород, но зато активно его запасает? Кривая связывания миоглобина с кислородом имеет форму гиперболы. Давление О₂ в легких составляет 100 мм рт.ст., поэтому миоглобин в легких мог бы весьма эффективно насыщаться кислородом. В венозной крови Р О₂ равно 40 мм рт. ст., а в активно работающей мышце - 20 мм рт.ст. Но даже при парциальном давлении 20 мм рт. ст. степень насыщения миоглобина кислородом будет весьма значительна, и поэтому миоглобин не может служить транспортной молекулой для доставки О₂ от легких к периферическим тканям. Однако при кислородном голодании, которым сопровождается тяжелая физическая работа, парциальное давление О₂ в тканях может понизиться и до 5 мм рт.ст.; при столь низком давлении миоглобин легко отдает кислород, обеспечивая тем самым окислительный синтез АТФ в митохондриях мышечных клеток.

Кинетика оксигенирования гемоглобина коренным образом отличается от кинетики оксигенирования миоглобина. Кривая насыщения гемоглобина О₂ имеет сигмоидальную форму. Т.о., способность гемоглобина связывать О₂ зависит от того, связан ли данный тетрамер с другими молекулами О₂. Если да, то последующие молекулы О₂ присоединяются легче. Для гемоглобина характерна кинетика кооперативного связывания, благодаря которой он связывает максимальное количество О₂ в легких и отдает максимальное количество О₂ при тех значениях Р О₂ , которые имеют место в периферических тканях.

Сродство гемоглобинов к О₂ характеризуется величиной Р₅₀- значением парциального давления О₂, при котором наблюдается полунасыщение гемоглобина кислородом. Например, для HbA Р₅₀ = 26 мм рт.ст., а для HbF - 20 мм рт. ст. Благодаря этой разнице гемоглобин F отбирает кислород у HbA, находящегося в плацентарной крови.

2) У олигомерных белков имеется специальный центр, отличный от активного, к которому присоединяется аллостерический лиганд. Этот центр получил название аллостерического.

Рассмотрим аллостерическую регуляцию на примере HbА. В центре молекулы HbА находится полость, которая является местом присоединения 2,3-ДФГ. Это соединение накапливается в эритроцитах при недостатке О₂ (гипоксии). Непосредственным предшественником служит 1,3-дифосфоглицерат - промежуточный продукт гликолиза. 2,3-ДФГ имеет сильный отрицательный заряд и взаимодействует с 5 положительно заряженными группами аллостерического центра. В результате взаимодействия образуется 5 дополнительных ионных связей, что снижает сродство Hb к кислороду и облегчает его отдачу в ткани.

Кооперативные изменения конформации олигомерных белков составляют основу механизма регуляции функциональной активности не только Hb, но и большого числа других белков, в том числе аллостерических ферментов.

5. Изофункциональные белки

Белок, выполняющий определенную функцию в клетке, может быть представлен несколькими формами - изофункциональными белками или изобелками. Такие белки хоть и выполняют одинаковую функцию, но отличаются константой связывания, что приводит к некоторым различиям в функциональном отношении. Например, в эритроцитах человека обнаружено несколько форм гемоглобина: HbA (96%), HbF (2%), HbA₂ (2%). Все гемоглобины представляют собой тетрамеры, построенные из протомеров , , ,  (HbA -₂₂, HbF - ₂₂, HbA₂ - ₂₂). Все протомеры сходны между собой по первичной, вторичной и третичной структурам. Все формы гемоглобинов предназначены для переноса кислорода в клетки тканей, но HbF, например, имеет большее сродство к кислороду, чем HbA. HbF характерен для эмбриональной стадии развития человека. Он способен отнимать кислород у HbA, что обеспечивает нормальное снабжение кислородом плода.

Изобелки - это результат наличия более чем одного структурного гена в генофонде вида.