Регуляция сродства гемоглобина к кислороду
В легких сродство гемоглобина к кислороду очень высокое. На уровне тканей – низкое. В тканях происходит распад веществ с образованием углекислого газа, который проникает из тканей в эритроцит, взаимодействует с водой с образование угольной кислоты, которая распадается на гидрокарбонатный ион протон водорода:
CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-
Н+ присоединяется к гемоглобину, образуется дезоксигемоглобин, а кислород отделяется от него и уходит в ткани. таким образом, чем выше количество Н+ , тем меньше сродство гемоглобина к кислороду.
Дезоксигемоглобин переносится к легким. На уровне легких в эритроцитах происходит следующая реакция:
H+ + HCO3- H2CO3 CO2 + H2O
Углекислый газ и вода удаляются через легкие. А на место протона к молекуле гемоглобина присоединяется кислород, и процесс повторяется.
Кроме того, сродство гемоглобина к кислороду регулируется веществом 2,3-дифосфоглицератом, которое образуется в эритроцитах при распаде глюкозы. 2,3-дифосфоглицерат может присоединяться к дезоксигемоглобину на уровне тканей, поэтому в присутствии 2,3-дифосфоглицерата сродство кислорода к гемоглобину снижается, и кислород поступает в ткани.
Белковые цепи гемоглобина α и β кодируются различными генами. При мутациях в этих генах синтезируются аномальные гемоглобины. При этом наблюдаются гемоглобинопатии. Например, аномальным является гемоглобин М, у которого в β-цепи гидрофильная аминокислота глутамат заменена на гидрофобную аминокислоту валин. В результате гемоглобин М нерастворим, образует осадок в виде длинных волокон, эритроцит деформируется и приобретает форму серпа. Такой гемоглобин неспособен переносить кислород. В результате развивается заболевание серповидноклеточная анемия. Кроме того, аминокислота гистидин активного центра гемоглобин может быть на тирозин, в результате атом железа в геме приобретает степень окисления +3. образуется мет-гемоглобин, который неспособен переносить кислород, возникает гипоксия в организме.
Флавопротеины – относятся к хромопротеинам. В качестве небелковой части выступает флавинмононуклеотиод (ФМН) и флавинадениндинуклетотид (ФАД) (см. лекция). Флавопротеины являются ферментами окислительно-восстановительных реакций, обеспечивающих организм энергией.
Липопротеины - в качестве небелковой части содержат липиды: свободные жирные кислоты, триацилглицеролы, фосфолипиды, холестерин. Липопротеины входят в состав клеточных мембран, осуществляют транспорт липидов по крови к тканям.
Липиды соединяются с белковой частью с помощью ионных связей и гидрофобных связей.
Фосфопротеины - в качестве небелковой части содержат фосфат. Фосфат присоединяется к белковой части при помощи сложно-эфирной связи с ОН-группой сеина, треонина, тирозина. К фосфопротеинам относятся : казеин молока, вителлин яйца, ихтулин рыб. Таким эти белки способствуют росту и развитию организма.
Металлопротеины – в качестве небелковой части содержат ионы металлов – железо, медь, кобальт, марганец, молибден, цинк, магний, кальций, калий, натрий. Связь иона металла с белковой частью осуществляется с помощью координационных связей. Металлопротеины являются ферментами. Трансферрин переносит железо в крови, ферритин запасает железо в тканях.
Нуклеопротеины – в качестве небелковой части содержат нуклеиновые кислоты – ДНК, РНК. В результате образуются следующие нуклеопротеины - дезоксирибонулеопротеины (ДНП) и рибонулеопротеины (РНП). ДНП входят в состав хромосом, отвечают за хранение и передачу наследственной информации. РНП входят в состав рибосом, на которых осуществляется синтез белка.
ДНК – состоит из нуклеотидов. Нуклеотид состоитиз азотистого основания, дезоксирибозы и фосфата. Различают пуриновые азотистые основания – аденин и гуанин, пиримидиновые азотистые основания – цитозин, тимин. Нуклеотиды соединяются сложноэфирными связями в первичную структуру ДНК. Вторичная структура ДНК представлена двойной спиралью. Внутри спирали – водородные связи, образованные между комплементарными азотистыми основаниями: аденин комплементарен тимину, гуанин – цитозину. При наружу обращены дезоксирибоза и фосфат отрицательнозаряженный. Третичная структура образуется при связывании спирали ДНК с положительно заряженными белками гистонами в составе хромосом.
При делении клетки происходит удвоение ДНК – репликация, редупликация. При этом двойная спираль ДНК раскручивается, образуются 2 исходные нити ДНК, на каждой из которых по принципу комплементарности строятся дочерние цепи ДНК. В результате образуются две двойные молекулы ДНК. Между нитями - водородные связи, образованные при взаимодействии комплементарных азотистых оснований. Процесс протекает в ядре клетки.
РНК – также состоит из нуклеотидов. Это одноцепочечная молекула. Нуклеотид РНК представлен азотистыми основаниями (аденин, цитозин, урацил, гуанин), рибозой, фосфатом.