Медицинский справочник
Главная страница | Добавить статью | Поиск | RSS

Здравствуйте, Guest

Поиск:

БУДЬТЕ ЗДОРОВЫ!
ПОИСК СРЕДСТВ ЛЕЧЕНИЯ:
Google- аптека

Энциклопедия врача рекомендует:


Олигомерные белки


ЗАДАТЬ ВОПРОС ДОКТОРУ

ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ


|Версия для печати|

 

1. Многие белки имеют в своем составе несколь­ко полипептидных цепей. Такие белки называют олигомерными, а отдельные цепи — протомерами.
Протомеры в олигомерном белке соединены мно­жеством слабых, нековалентных связей (гидрофоб­ных, ионных, водородных).

Взаимодействие протомеров осуществляется благодаря комплементарности их контактирующих поверхностей.

Количество протомеров в белках может сильно варьировать: гемоглобин содержит 4 протомера, фер­мент аспартаттранскарбамоилаза — 12 протомеров, в белок вируса табачной мозаики входит 2120 протоме­ров, соединенных нековалентными связями. Следо­вательно, белки с четвертичной структурой могут иметь очень большую молекулярную массу.

2.     Взаимодействие одного протомера с другими можно рассматривать как частный случай взаимо­действия белка с лигандом. Каждый протомер слу­жит лигандом для других протомеров.

 

3.     Количество и порядок соединения протомеров в белке называется четвертичной структурой.

 

ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОЛИГОМЕРНЫХ БЕЛКОВ

1.Олигомерные белки могут содержать разное количество протомеров (например, димеры, тетра-меры, гексамеры и т. д.).

2.     В состав олигомерных белков могут входить одинаковые или разные протомеры, например го-модимеры - белки содержащие 2 одинаковых про­томера, гетеродимеры - белки, содержащие 2 раз­ных протомера.

3.     Различные по структуре протомеры могут свя­зывать разные лиганды.

 

4.     Взаимодействие одного протомера со специ­фическим лигандом вызывает конформационные изменения всего олигомерного белка и изменяет сродство других протомеров к лигандам. Это явле­ние носит название кооперативных изменений конформации протомеров.

5. У олигомерных белков появляется новое по сравнению с одноцепочечными белками свойст­во — способность к аллостерической регуляции их функций.

 

Гемоглобин — олигомерный белок, функция которо­го регулируется различными лигандами.

 

1.Гемоглобин (НЬ) — сложный олигомерный белок, содержащийся в эритроцитах. Он состоит из 4 протомеров, соединенных нековалентными связями.

2.      НЬ — белок, родственный миоглобину. Вто­ричная и третичная структуры миоглобина и про­томеров НЬ очень сходны, несмотря на то что в первичной структуре полипептидных цепей иден­тичны только 24 аминокислотных остатка (каж­дый протомер содержит 8 ос-спиралей, обозначае­мых буквами от А до Н).

Следовательно, белки, значительно различаю­щиеся по аминокислотной последовательности, могут приобретать сходные пространственные структуры.

3.      Каждый протомер НЬ в белке связан с небел­ковой частью — гемом и 3 другими протомерами.

4.      Соединение белковой части НЬ с гемом ана­логично таковому у миоглобина: гидрофобные части гема окружены гидрофобными радикалами аминокислот, за исключением Гис F8 и Гис Е7, которые расположены по обе стороны от плоско­сти гема и играют важную роль в связывании ге­моглобина с 02.

 

Гемоглобины человека

 

Гемоглобин А — тетрамер: (2а2р). Составляет около 98% гемоглобина эритроцитов взрослого человека.

Гемоглобин А2 — тетрамер (2а28). Его содержа­ние в эритроцитах взрослого человека равно 2%.

Гемоглобин эмбриональный — тетрамер (2а2е). Обнаруживается на ранних этапах развития плода.

Гемоглобин F— тетрамер (2ос2у). Приходит на смену раннему гемоглобину плода на 6-м месяце развития.

Таким образом, все типы гемоглобина содержат одинаковую ос-цепь и различаются по второй цепи. Основная функция гемоглобина - транспорт 02 из легких в ткани. Структура гемоглобина обеспечивает:

1) быстрое насыщение гемоглобина кислородом в легких;
 

 

Рис. 1.16. Изменение конформации протомера

гемоглобина при соединении с 02.


2) способность НЬ отдавать 02 в капиллярах тка­ней при относительно высоком парциальном давлении 02 (20—40 мм рт. ст.);

3) возможность регуляции сродства НЬ к 02, что отличает его от близкого по структуре, но мо­номерного белка — миоглобина.

Кооперативные изменения конформации протоме-ров НЬ ускоряют нагрузку белка 02 в легких и раз­грузку в тканях.

 

 

 

Рис. 1.17. Связывание 02 и СО с гемом НЬ

 

1.02 связывается с протомерами НЬ через Fe2+, который соединен с 4 атомами азота пиррольных колец гема и образует одну координационную связь с Гис F8 белковой части протомера (рис. 1.16).

2.    В дезоксигемоглобине благодаря этой связи атом Fe2+ выступает из плоскости гема в направле­нии Гис F8. Связывание 02 с оставшейся свобод­ной координационной связью Fe2+ происходит по другую сторону плоскости гема в области Гис Е7.

3.    Гис Е7 не взаимодействует с 02, но обеспечивает оптимальные условия для его связывания (рис. 1.17).

 

Рис. 1.18. Взаимодействие гемоглобина с 02.

 

4.    Присоединение 02 к атому Fe2+ одного прото­мера вызывает его перемещение в плоскость гема, перемещение остатка Гис F8, связанного с ним, и изменение конформации этой и связанных с ней других полипептидных цепей.

5.    Изменение конформации облегчает взаимодейст­вие следующего протомера с 02, что вновь вызывает кооперативные изменения конформации протомеров и ускорение связывания с очередной молекулой 02.

Четвертая молекула 02 присоединяется к гемогло­бину в 300 раз легче, чем первая молекула (рис. 1.18).

В тканях каждая последующая молекула 02 от­щепляется легче, чем предыдущая, также за счет ко­оперативных изменений конформации протомеров.

 

Роль Гис Ё7 в функционировании гемоглобина

 

Гему свойственно высокое сродство к СО, его связывание со свободным гемом происходит при­мерно в 25 000 раз сильнее, чем связывание 02.

В составе гемоглобина сродство СО к гему пре­вышает сродство к 02 всего в 200 раз.

Гис Е7 создает оптимальные условия для связы­вания 02 с гемом и ослабляет взаимодействие ге­ма с СО (см. рис. 1.17).

 

Бисфосфоглицерат в капиллярах тканей, связыва­ясь с дезоксигемоглобином, облегчает диссоциацию 02 из оксигенированного НЬ.

1.В центре тетрамерной молекулы гемоглобина находится полость. Ее образуют аминокислотные остатки всех 4 протомеров (рис. 1.19).

2.     В молекуле дезоксигемоглобина по сравнению с оксигемоглобином имеются дополнительные ионные связи, соединяющие протомеры. Вследст­вие этого размеры центральной полости меняются: увеличиваются в дезоксигемоглобине и уменьша­ются в оксигемоглобине.

3.     Центральная полость является местом присое­динения 2,3-бисфосфоглицерата (2,3-БФГ) к гемо­глобину. Из-за различия в размерах центральной полости 2,3-БФГ может присоединяться только к дезоксигемоглобину.

Рис. 1.19. Центральная полость в гемоглобине.

 

4. 2,3-БФГ присоединяется к гемоглобину в ином по сравнению с 02 участке. Такой лиганд называется аллостерическим. Центр, где связы­вается аллостерический лиганд, называется ал­лостерическим центром.

 

2,3-Бисфосфоглицерат — вещество, синтезируе­мое в эритроцитах из промежуточного продукта окисления глюкозы - 1,3-бисфосфоглицерата.

В нормальных условиях БФГ присутствует в до­вольно высоких концентрациях в эритроцитах и его суммарная концентрация (БФГ+НЬБФГ) при циркуляции крови из легких в ткани и обратно не меняется. Количество БФГ в эритроцитах может увеличиваться при недостатке 02 в тканях.

 

5. 2,3-БФГ имеет сильный отрицательный заряд и взаимодействует с 5 положительно заряженными группами 2(3-цепей: а-аминогруппой валина на N-конце (3-цепей, Лиз82 и Гис14з (рис. 1.20).

В результате взаимодействия 2,3-БФГ с дезок-сигемоглобином образуется 5 дополнительных ионных связей, что снижает сродство гемогло­бина к 02.

 
Рис. 1.20. БФГ в центральной полости дезоксигемоглобина. БФГ
связывается с 3 положительно зараженными группами в каждой b-цепи.

6. В легких при высоком парциальном давлении кислород взаимодействует с НЬ, изменяется конформация белка, уменьшается центральная по­лость и происходит вытеснение 2,3-БФГ.

 
легкие НЬ02+2,ЗБФГ <      > НЬ 2,3-БФГ+02
ткани

 

С02 и Н+, образующиеся при катаболизме органи­ческих веществ, уменьшают сродство гемоглобина к 02 пропорционально их концентрации.

 

 

Образование в тканях продуктов катаболизма орга­нических веществ

Окисление органических веществ происходит в митохондриях клеток с использованием 02, до­ставляемого гемоглобином из легких.

В результате окисления веществ образуются ос­новные конечные продукты распада: С02 и Н20, количество которых пропорционально интенсив­ности процессов окисления.

1. С02 в эритроцитах под действием фермента карбангидразы превращается в угольную кислоту, которая диссоциирует на протон и ион бикарбоната:

С02 + Н20 -> Н2С03->Н+ + НСО'з

2. Н+ способны присоединяться к радикалам Гис14б в а- и (3-цепях гемоглобина, т.е. в участках, удаленных от гема. Протонирование гемоглобина снижает его сродство к 02 и увеличивает поступление 02 в ткани.

3. Увеличение освобождения 02 гемоглобином в зависимости от концентрации Н+ называется эффектом Бора (по имени датского физиолога Хрис­тиана Бора, впервые открывшего этот эффект). 4. В легких связывание 02 с дезоксигемоглобином приводит к уменьшению сродства гемоглобина к Н+. Под действием карбангидразы в эритроцитах освободившиеся протоны взаимодействуют с би­карбонатами с образованием С02:

Н+ + НС05 -> Н2С03-> С02 + Н20

Образовавшийся С02 поступает в альвеолярное пространство и удаляется с выдыхаемым воздухом. Таким образом, количество освобождаемого гемо­глобином 02 в тканях регулируется продуктами катаболизма органических веществ: чем интен­сивнее распад веществ и выше концентрация С02 и Н+, тем больше 02 получают ткани за счет воз­действия этих лигандов на гемоглобин и сниже­ния его сродства к 02.

Резюме. Олигомерные белки обладают новыми по сравнению с мономерными белками свойства­ми. Присоединение лигандов в участках, прост­ранственно удаленных друг от друга (аллостериче-ских), способно вызывать конформационные изменения во всем белке. Благодаря этому воздей­ствие регуляторных лигандов может приспосабли­вать конформацию и функцию белка к изменени­ям, происходящим в среде.

Популярное:

Энциклопедия врача - это интересно:

http://idoktor.info/


Добавьте свой комментарий:


При использовании материалов размещённых на сайте www.idoktor.info, активная ссылка на источник обязательна. Вся информация, используемая на данном сайте, представлена исключительно в ознакомительных и научных целях и не преследует никакой коммерческой выгоды, способствуя быстрейшему разъяснению вопросов в медицинской сфере. 18+ Данный сайт может содержать информацию, не предназначенную для лиц младше 18 лет.
Яндекс цитирования Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика