Особенности функционирования олигомерных белков на примере Гемоглобина

Гемоглобин	Миоглобин
4ая структура (тетрамер)	3ая структура (мономер)
Сходное происхождение
Функция
Сходная конформация отдельных цепей

Структура Миоглобина

Простетическая группа - Гем	Белковая часть
	Глобулярный белок
	1 полипептидная цепь

Клеточная локализация и функции

Р-н в красных мышцах

F: запас кислорода (мыш работа- падение парциального P O2 – О2 освобождается – исп митохондрии- энергия для мышц)

Строение миоглобина

Гем (не белковая часть)	Апомиоглобин (белковая часть)
Циклический тетрапиролл	8 альфа-спиралей
Протопорфирин 9	А-Н с N конца (Гис F8)
	3ая стр. -Компактная глобула без св места
	Вн ч.- гидрофобные R (не дают проникнуть Н2О тк Fe2+ -Fe3+ - не прис О2) (Кроме 2ух Гис в АЦБ)

Связывание гема с апомиглобином

Гем- специфический лиганд апомиоглобина

Р-н между F и E

Центр связывания образован:

1. Гидрофобные остатки АК

2. 2е боковые ионизированные (ph 7.34) гр пропионовых к-т выступают на поверхность (соединены с 2уосновными АК Белковой части)

3. Гис Е7 (не связан с гемом; для присоединения О2) Гис Е8 (Fe2+ - Атом N имидазольного кольца)

Структура и функции гемоглобина

Р-н: эритроциты чел и позв жив

F:

1. Перенос О2 из легких в переферические ткани

2. Перенос СО2 и протонов из периферических тканей

3. Способность регулировать сродство к О2 в зависимости от тканевых условий

(сильный окислитель)

Гемоглобины человека:

В эритроцитах 90% от всех белков клетки

1. Гемоглобин А: тетрамер 2альфа2бета 98% у взрослых

2. Гемоглобин А2: 2альфа2дельта 2% у взрослых

3. Гемоглобин А1с: гликолизированный гемоглобин А

Гемоглобины во внутриутробном развитии

1. Эмбриональный гемоглобин: эмбриональный желточный мешок, 2кси2эпсилон - через 2 нед печень Гемоглобин F – 6 мес F заменяет ЭГ

2. Гемоглобин F- печень костный мозг до рождения- гемоглобин А (8 мес)- после рождения А заменяет F. 2альфа2гамма

Строение Гемоглобина А

Строение протомеров Гемоглобина сходно с апомиоглобином:

Протомер: 8 спиралей плотная глобула внутреннее гидрофобное ядро карман для гема

Соедениение с гемом: гидрофобное окружение гема кроме Гис 7 и Гис 8

Роль Гис Е7 в функционировании миоглобина и гемоглобина:

1. Гем+СО (в 25000 р сильнее тк атомы Fe2,C,O в одной плоскости)

2. чем Гем+О2 (под углом)

3. Гис Е7 рн над Fe2+ в обл присоединения О2=> нарушается оптимальное положение СО в АЦБ и оптимальные условия для присоединения О2

4. Итого: СО (в 200р) чем О2

5. Уменьшение сродства с СО связано с эндогенным СО который блокирует гемсодержащие белки (после уменьшения 1%)

Четвертичная структура гемоглобина

2альфа2бета- каждая альфа с 2мя бета

Между Альфа1 и бета 1; Альфа 2 и бета 2- много гидрофобных радикалов –> гидрофобные взаимодействия, а также ионные и водородные -> обр димеры альфа1бета1 и альфа2бета2- между димерами полярные св (ионные и водородные) (при изменении Ph- рвутся св между димерами)

1. Димеры перемещаются относительно дд

2. Поверх протомеров не ровная => В центр области- центральная полость ч-з всю молекулу

Связывание гемоглобина с О2 в легких и его диссоциация из комплекса в тканях

Оксигемоглобин – Hb(O2)4

1. Отщепление при высоком порциальном давлении

2. Регуляция сродства Г с О2 от потребностей тканей

Кооперативные изменения конформации протомеров

НАПОДОБИЕ МИОГЛОБИНА: О2 связывается с протомерами через Fe2+ который соединен с 4 атомами N а томом азота Гис 8 с кислородом по другую сторону плоскости в области гис 7

В дезоксигемоглобине Fe2+ выступает из гема в напр Гис 8 (тк ковалентная связь с белковой ч) -> +О2 к Fe2+ одного протмера вызывает его перемещение+гис8+полипептидная цепь в плоскость гема- протомеры связаны между собой и обладают коформационной лабильностью- происходит изменение конформации всего белка (кооперативное изменение конформации протомеров -изменение конформации и функции белка при присоединении лиганда) облегчают присоединение О2 (4ая мол О2 в 300 р легче)

Аналогично: диссоциация каждой мол О2 изменяет конформацию всех протомеров и облегчает отщепление последующих молекул

Кривые диссоциации О2 для миоглобина и гемоглобина

Степень насыщения белков кислородом- отношение занятых о2 уч связывания белка к общему числу таких участков

Кривая диссоциации для миоглобина: вид гиперболы; связывает О2 который освобождает гемоглобин и сам может его высвобождать; имеет высокое сродство с О2 и при 1-2 мм рт ст остается связанным с 50% О2

Кривая диссоциации для гемоглобина: вид сигмовидной формы, тк кооперативная работа протомеров (чем больше отдали- тем легче отдают); меньшее сродство с О2

F:

1. Миоглобин: +О2 который отдает гемоглобин; отдача в случае необходимости

2. Гемоглобин: +О2 в легких; отдавать в капиллярах тканей в зависимсти от порциального давления

Перенос H+ и CO2 из тканей в легкие с помощью гемоглобина. Эффект Бора

Оксигемоглобин – оксиление в мит-ях – Со2+Н2О- эритроциты- карбангидраза- H2Co3 = H+ + HCO3- - смещается вправо тк протоны идут к 6 участкам АК – приобретают сродство к Н+ (локальное изменение АК окружения вокруг этих участков за счет приближения карбоксо групп (-)) - теряют сродство к О2 - >отдача О2 (эффект Бора- увеличение отдачи О2 в зависимости от конц Н+)-в каппилярах легких высокое порциальное давление О2 (оксигенирование и отдача Н+)- р-ия смещается влево – СО2 удаляется с выдыхаемым воздухом

В легки СО2 может переносится как:

1. >CO2 транспортируется в виде НСО3-

2. <СО2 как R-NH2+CO2= R-NH-COO- (так же снижает сродство к О2) + H+ 15-20%

2.3-бифосфоглицерат- аллострический регулятор сродства гемоглобина к О2 (БФГ)

В норм условиях в эритроцитах С (БФГ=Г)

Центральная полость-место присоединения БФГ

Отщепление О2: образование ионных св между димерами => структура более жесткая полость расширяется

Поверхность полости с положительными R- БФГ присоединяется к ним ионными связями= еще сильнее стабилизирует структуру = уменьшает сродство с О2

Аллострический лиганд- БФГ присоед в иной участок присоед гема

Аллострический центр- центр связывания аллострического лиганда

Оксигемоглобин: разрыв ионных связей между димерами- уменьшение центральной полости- вытеснение БФГ

Изменение концентрации БФГ как механизм адаптации организма к гипоксии

При уменьшении парциального давления в высокогорье или при эмфиземе легких –> увеличевается БФГ –> уменьшает сродство с О2- повышает О2 в тканях

В консервированной в некоторых средах крови снижено БФГ – при переливании тяжелобольным- гипоксия тканей- через часа вост лишь на половину- нельзя вводить тк высокий (-) заряд не пропускается через мембрану, поэтому вводится в-ва которые проникают и регулируют БФГ

ИТОГ Благодаря воздействию регуляторных лигандов олигомерные белки способны приспосабливать свою конформацию и функции к изменениям

Особенности строения и функц гемоглобина плода:

См выше

+ Гемоглобин Ф имеет более высокое сродство чем ГА тк не имеет БФГ в следствие отсутствия (+) заряда R в 2ух Гамма цепях. При отсутствии БФГ: ГА=ГФ (высокое сродство)