Гемоглобин

Гемоглобин представляет собой белок четвертичной структуры, состоящий из двух пар субъединиц альфа- (141 АКО) и бета- (147 АКО- аминокислотных остатков). Субъединицы миоглобина и гемоглобина очень сходны между собой, как весьма сходна и третичная структура обоих белков.

Главное отличие гемоглобина от миоглобина заключается в проявлении особого рода эффектов - кооперативных, влияющих на скорости присоединения- отсоединения молекул кислорода. Каждая молекула гемоглобина способна присоединять и переносить четыре молекулы кислорода, при этом кооперативность проявляется в том, что как присоединение, так и отсоединение каждой последующей молекулы кислорода облегчается в результате структурных изменений в конформации молекулы, которых у гемоглобина имеется две - оксигенированная и дезоксигенированная. Промежуточные состояния нестабильны. Предполагается следующий механизм кооперативного эффекта. Присоединение первой молекулы кислорода приводит тому, что атом железа смещается от своего места примерно на 0,4-0,6 ангстрем, вызывая изменения конформации субъединицы. Изменившаяся конформация по аллостерическому эффекту облегчает присоединение кислорода к другой субъединице и т.д. Это позволяет максимально ускорить процесс присоединения кислорода в легких (РО₂ = 100 мм рт. ст.). При переносе оксигенированного гемоглобина в капилляры тканей (РО₂ = 5 мм рт. ст.) отсоединение молекул кислорода протекает также быстро, по кооперативному эффекту. Известны, впрочем, и химические регуляторы скорости и полноты присоединения кислорода. К ним, в частности, относится 2,3- дифосфоглицериновая кислота. Она облегчает присоединение кислорода у организмов, обитающих в высокогорных районах.

Транспорт газов

Большинство тканей для поддержания своего окислительного потенциала постоянно снабжаются молекулярным кислородом (О₂). Из-за плохой растворимости О₂ связывается и транспортируется в крови гемоглобином. Свойства Нb таковы, что он не только обеспечивает транспорт кислорода, но и создает благоприятные условия для связывания О₂ в легких и передачи его тканям.

Если фермент реагирует на эффекторы (субстрат, активатор или ингибитор) повышением или понижением активности благодаря конформационным изменениям, то в этом случае говорят об аллостерической регуляции. Аллостерические ферменты являются, как правило, олигомерами, состоящими из нескольких субъединиц, которые взаимно влияют друг на друга.

Гемоглобин не является ферментом и имеет все признаки аллостерического белка. Он связывает и отдает кислород неизмененным. Его эффектором служит кислород, который как положительный гомотропный эффектор с повышением концентрации увеличивает константу связывания. Кривая насыщения гемоглобина О₂ имеет ярко выраженный сигмоидальный характер (2, кривая 2). Для сравнения приведена не сигмоидальная кривая насыщения мышечного белка миоглобина (2, кривая 1). Миоглобин похож по структуре на гемоглобины, но, являясь мономером, не обнаруживает аллостерических свойств.

Гемоглобин участвует также в транспорте диоксида углерода (СО₂) от тканей к легким. Примерно 5% образующегося в тканях СО₂ ковалентно связываются с N-концом гемоглобина и транспортируется как карбамино-НЬ. Около 90% СО₂ превращается в более растворимый гидрокарбонат (НСО_з^-). В легких из него снова регенерируется СО₂, который выводится легкими.

Высокая концентрация СО₂, существующая в тканях с интенсивным обменом веществ, увеличивает локальную концентрацию Н⁺ и снижает сродство гемоглобина к О₂ (эффект Бора). Это ведет к усиленному освобождению О₂ и вместе с тем к лучшему снабжению кислородом.

Без катализатора равновесие между СО₂ и НСО_з^- устанавливается относительно медленно. В эритроцитах эта реакция ускоряется карбонат-дегидратазой («карбоангидразой»), присутствующей в достаточно высокой концентрации.