Кооперативными изменениями конформации протомеров называются изменения конформации всего олигомерного белка после присоединения лиганда к одному из протомеров, приводящее к изменению функциональных свойств белка в целом. Для гемоглобина это означает, что кооперативные изменения конформации его протомеров ускоряют присоединение кислорода в легких и облегчают отщепление кислорода в тканях: - присоединение кислорода через Fe2+ к одному протомеру (оксигенация гемоглобина) вызывает перемещение Fe2+ в плоскость гема; одновременно перемещается и остаток Гис F8, связанный с ним. Это влечет изменение конформации данного протомера, а также остальных субъединиц гемоглобина и их активных центров, то есть вследствии конформационной лабильности изменяется конформация и свойства всего белка;
- измененная конформация белка облегчает связывание второй молекулы кислорода со следующим протомером, что вызывает дополнительные кооперативные изменения конформации протомеров и еще более облегчает связывание со следующей молекулой 02. Четвертая молекула кислорода присоединяется к оставшемуся протомеру в 300 раз легче, чем первая.
- последовательное отщепление кислорода (дезоксигенация) в тканях изменяет на каждом этапе конформацию всех протомеров и облегчает диссоциацию последующих молекул 02.
Кривая диссоциации оксигемоглобина имеет выраженный S-образный характер и отражает положительный кооперативный эффект взаимодействия протомеров (субъединиц) в тетрамер-ной молекуле гемоглобина при его оксигенации.
Гемоглобин имеет S-образную кривую насыщения, которая показывает, что субъединицы белка работают кооперативно, и чем больше кислорода они отдают, тем легче идет диссоциация остальных молекул 02; этот процесс зависит от изменения парциального давления 02 в тканях.
Кривая насыщения (диссоциации) миоглобина - простая гипербола, отражает функции миоглобина - обратимое связывание с кислородом, высвобождаемым гемоглобином, депонирование его и освобождение в случае интенсивной физической нагрузки; не зависит от посторонних факторов
Возможность адаптивной регуляции биологической функции олигомерных белков с помощью аллостерических лигандов
Если белок при взаимодействии с лигандом повышает или понижает актив- ность вследствии конформационных изменений, то имеет место аллостериче-ская регуляция, а лиганд называется аллостерическим. Данное свойство проявляется, как правило, у олигомерных белков, т.е. для проявления аллостериче-ского эффекта необходимо взаимодействие субъединиц. При воздействии аллостерических лигандов белки адаптируют свою конформацию (в том числе и активного центра) и функцию к изменившимся условиям окружающей среды.
Для гемоглобина аллостерическими лигандами являются Н+, С02 и 2,3-бифосфоглицерат (БФГ). Эти лиганды присоединяются к участкам (аллостерическим центрам), пространственно удаленным друг от друга. Концентрация аллостерических лигандов влияет на сродство гемоглобина к кислороду (миог-лобин и разделенные субъединицы гемоглобина нечувствительны к изменениям концентрации Н+, СО2 и БФГ, т. е. аллостерические свойства гемоглобина возникают только в результате взаимодействия субъединиц).
В центре молекулы гемоглобина аминокислотными остатками четырех субъединиц образована полость, величина ее увеличивается в дезоксигемогло-бине и уменьшается в оксигемоглобине. БФГ, синтезируемый в эритроцитах при гликолизе, может поместиться только в большой полости дезоксигемоглобина, избирательно связывается с дезоксигемоглобином, снижая его сродство к О2 в 26 раз. В результате повышается высвобождение кислорода в капиллярах ткани при постоянном парциальном давлении О2.
Исследование роли БФГ в транспорте крови прояснило адаптивные механизмы, включающиеся при гипоксии - нарушении снабжения тканей кислородом. У больных с тяжелой обструктивной энфиземой легких затруднено поступление воздуха в легкие, парциальное давление кислорода в артериальной крови (50 мм рт. ст.) вдвое ниже нормы (100 мм рт. ст.). При этом происходит усиление синтеза БФГ в эритроцитах (его концентрация повышается с 4,5 мМ/л до 8 мМ/л), что приводит к увеличению доставки кислорода в ткани. На рис. это отражается компенсаторным сдвигом кривой насыщения гемоглобина кислородом вправо.
Механизм адаптивной регуляции к высоте - также результат изменения концентрации БФГ в эритроцитах крови. На высоте 4,5 км над уровнем моря насыщение крови кислородом снижается из-за снижения парциального давления О2, но уже через два дня возрастает концентрация БФГ в крови с 4,5 мМ/л до 7,0 мМ/л. Сродство к кислороду снижается, и количество высвобождаемого кислорода в капиллярах тканей возрастает. При спуске на уровень моря концентрация БФГ возвращается к исходному уровню.
