Биологический каталог




Основы биохимии. Том 3

Автор А.Уайт, Ф.Хендлер, Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман

то новое равновесие (рис. 31.12). Итоговым результатом этого процесса является то,

31. ГЕМОГЛОБИН И ХИМИЯ ДЫХАНИЯ

1251

что значительная доля общего количества С02, которая в крови капилляров попадает в эритроциты (где гидратируется, а затем диссоциирует), теперь оказывается в виде НСОз в венозной плазме. Заметьте также, что хотя превращение НЬ02 в НЬ и последующее буферное действие этого превращения не влияют на осмотическое давление, обусловленное гемоглобином клеток, поскольку количество гемоглобина не меняется, суммарный эффект изокис-лотного сдвига и хлоридного сдвига приводит к увеличению общего количества анионов и благодаря этому к увеличению эффективного осмотического давления в клетках. Вследствие этого вода перераспределяется между клетками и плазмой, и относительный объем, занимаемый эритроцитами (гематокрит) в венозной крови, заметно становится выше, чем в артериальной крови, увеличиваясь с 45 до 48 или до 49 об.%. В табл. 31.5 приведены данные о распределении С02, переносимого 1 л крови из тканей к легким, у человека, находящегося в состоянии покоя; видно, что около 60% общего количества С02 транспортируется в виде НСОз плазмы и около 32% транспортируется в виде карбамино-С02 и НСОз эритроцитов. Следовательно, НЬ прямо или косвенно обеспечивает возможность транспорта более чем 90% общего количества С02, переносимого кровью.

Когда венозная кровь попадает в капилляры легких, рассмотренная выше последовательность процессов меняется на обратную. Более низкое давление рсо2 в альвеолах создает градиент концентрации С02, благоприятный для перехода С02 из эритроцитов через плазму в альвеолярное пространство. Одновременно 02 переходит из альвеол в эритроциты; в условиях уменьшенного рсоа и возросшего ро2 НЬ оксигенируется, НС03 плазмы поступает в эритроциты и взаимодействует с протонами, освобождающимися при диссоциации вновь образовавшегося НЬ02. Карбоангидраза катализирует дегидратацию Н2С03; образующийся из НСОз плазмы С02 может теперь диффундировать из эритроцитов через плазму в альвеолярное пространство. Если бы карбоангидраза отсутствовала, то дегидратация Н2С03 происходила бы со скоростью в 10 раз меньше той, которая необходима в условиях кратковременного пребывания эритроцитов в капиллярах альвеол. Вследствие уменьшения парциального давления С02 и превращения НЬ в НЬ02 освобождается также С02, находящийся в виде карбамнно-С02. Суммарным результатом рассмотренных выше процессов является транспорт кислорода из легких к тканям в количестве, достаточном для удовлетворения метаболических потребностей, и поступление в легкие С02, образовавшегося в процессах метаболизма, без сдвига кислотно-щелочного равновесия во внеклеточной жидкости и в эритроцитах.

Итак, обратимая реакция Hb02 + H+^±HHb++02 и конформационные изменения, которые претерпевает НЬ при присоединении

7*

1252

IV. ЖИДКАЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА

и освобождении 02, имеют фундаментальное значение для физиологии дыхания. Когда венозная кровь попадает в легкие, реакция направлена влево, Hb оксигенируется, поскольку в легких ро2 возрастает, а рсол и, следовательно, [Н+] уменьшаются. В капиллярах тканей (кроме легких) увеличение рсо2 и, следовательно, возросшая [Н+] одновременно с понижением ро2 благоприятны для протекания реакции вправо. Поведение Hb является ярким примером адаптации химической структуры для выполнения определенных физиологических функций.

31.6.1. Эмбриональное дыхание

Для эффективного транспорта 02 парциальное давление, при котором происходит полное насыщение 02 крови плода, должно находиться в области того парциального давления, которое характерно для ро2 материнской крови в плаценте. Именно такие соотношения имеют место в действительности. Эритроциты плода содержат фетальный Hb, HbF=aAYar (разд. 31.2.4.1). Кривая диссоциации 02 фетального гемоглобина эритроцитов эмбриона при любом значении парциального давления С02 и 02 расположена выше и левее кривой диссоциации гемоглобина эритроцитов взрослого, представленной на рис. 31.6. Так, при парциальном давлении 02 30 мм рт. ст., 37 °С и рН 6,8 материнская кровь насыщена кислородом на 33%, в то время как кровь плода — на 58%. Повышенное сродство крови плода к 02 не является следствием различий сродства НЬА и HbF к 02, поскольку кривые диссоциации изолированных HbF02 и НЬА02 существенно не отличаются. Повышенное сродство крови плода к 02 является результатом менее эффективного связывания DPG, поскольку на DPG-связывающем участке HbF (рис. 31.9) незаряженный Seryl43 заменяет Hispi43. Поэтому HbF и НЬА при концентрации DPG, характерной для эритроцитов, обеспечивают транспорт 02 от матери к плоду.

Присутствие фетального гемоглобина легко выявить, добавляя щелочь к пробе крови; Hb крови взрослого быстро превращается в коричневый гематин, в то время как Hb крови плода остается ярко-красным значительный период времени. Структурные основы этого различия в свойствах не ясны. После рождения ребенка фетальный Hb обычно начинает исчезать из .крови и через 4—6 месяцев (рис. 31.4) уже не обнаруживается, за исключением случаев, когда наблюдаются некоторые формы анемий (гл. 32).

31.6.2. Миоглобин

Как указано выше, миоглобин обратимо связывает 02 в мышцах. Он, однако, не проявляет эффекта Бора; кривая диссоциации 02 у миоглобина является прямоугольной гиперболой (рис. 31.5),

31. ГЕМОГЛОБИН И ХИМИЯ ДЫХАНИЯ

1253

расположенной значительно выше и левее кривой диссоциации НЬ. При ро2 в венозной крови, равном 40 мм рт. ст., при котором НЬ насыщен на 66%, миоглобин насыщен на 94%. При давлении 02, равном только 10 мм рт. ст., НЬ насыщен на 10%, в то время как миоглобин — на 80%- В связи с этим следует отметить, что цито-хромоксидаза функционирует с максимальной скоростью в среде с Роа4—5 мм рт. ст. Таким образом, относительное сродство трех рассматриваемых белков к 02 характеризуется рядом цитохромо-ксидаза>миоглобин>НЬ. Следовательно, миоглобин может акцептировать 02 от НЬ02, сохранять его в мышечной клетке и обеспечивать им цитохромоксидазу, когда поступление 02 оказывается ограниченным.

В процессе сокращения, когда потребность в 02 максимальна и внутриклеточное давление ро3падает, 02 диссоциирует из комплекса с миоглобином и оказывается доступным для окислительных процессов. У человека большое количество миоглобина имеется только в сердечной мышце. Особенно велико содержание миоглобина в мышцах ныряющих млекопитающих; это, вероятно, облегчает погружение их на длительное время. Мышцы дельфинов и тюленей содержат 3,5 и 7,7% миоглобина соответственно; эти концентрации приближенно коррелируют с продолжительностью пребывания животных под водой. Летательные мышцы птиц также богаты миоглобином. В нервных клетках различных беспозвоночных также имеются миоглобиноподобные пигменты; для этих веществ ??/2 для 02 является величиной порядка 1—2 мм рт. ст.

Во всех мышцах миоглобин используется, по-видимому, для выполнения еще одной задачи. Растворимость и константа диффузии кислорода ограничивают его способность преодолевать расстояние между стенкой мышечного капилляра и отдаленными участками клетки, где он используется. В настоящее время имеются убедительные данные, свидетельствующие о том, что молекулы миоглобина могут функционировать подобно команде, несущей эстафету, облегчая процесс переноса кислорода; они выступают, следовательно, в качестве внутриклеточного транспортного средства (облегченная диффузия).

31.6.3. Карбоксигемоглобин

СО связывается с НЬ подобно 02. Сродство НЬ человекг. к СО более чем в 200 раз превышает сродство к 02, т. е. для образования одинаковых количеств НЬСО и НЬ02 необходимо такое парциальное давление СО, которое составляет только около 0,005 парциального давления 02. Подобным же образом сродство СО к миоглобину в 37 раз больше, чем сродство 02. Клод Бернар в 1858 г. объяснил токсичность СО его способностью соединяться с НЬ. Яркий вишнево-красный цвет НЬСО достаточно характерен и

1254

IV. ЖИДКАЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА

четко различим на коже и в тканях жертвы, отравившейся СО, так как СО вытесняет 02 из НЬ02. В присутствии СО кривая диссоциации НЬ02 сдвигается влево (рис. 31.7), что свидетельствует о присоединении к Hb менее четырех молекул кислорода (разд. 31.1) за счет частичного замещения его оксидом углерода. Те молекулы Hb, с которыми связан и СО и 02, удерживают кислород более прочно, чем гемоглобин, связавший четыре молекулы кислорода, Hb(02)4; поэтому отравления СО оказываются более тяжелыми, чем можно было ожидать, исходя из предположения о том, что действие СО ограничивается только блокированием части молекул гемоглобина и не оказывает влияния на функционирование свободных центров Hb.

Отравление цианидом или сульфидом связано с образованием комплексов между этими анионами и трехвалентным железом ци-тохромоксидазы. Подобные же комплексы образует MetHb (но не Hb). Поскольку в организме содержится значительно больше Hb, чем цитохрома, лечение пациентов, отравившихся цианидом, состоит в ускорении образования MetHb, например, путем введения амилнитрита. Образующийся цианметгемоглобин сам по себе не токсичен и может медленно подвергаться дальнейшим превращениям. Сульфметгемоглобин, образующийся при соединении сульфида с трехвалентным железом MetHb, не подвергается метаболическим превращениям и, однажды образовавшись, сохраняется до тех пор, пока клетка не будет фагоцитирована.

31.7. Молекулярная патология аномальных гемоглобинов

Структурные аномалии могут столь сильно нарушить функцию нормального гемоглобина, что будут наблюдаться клинические признаки болезни. У аномального Hb может оказаться измененным одно из трех свойств нормального гемоглобина, а именно растворимость, сродство к кислороду и устойчивость к денатурации in vivo. Благодаря детальному изучению структуры Hb нередко оказывается возможным понять структурные предпосылки, обусловливающие изменения свойств гемоглобинов, и, следовательно, получить на молекулярном уровне картину специфических гематологических заболеваний.

Тяжесть заболевания, связанного с наличием аномального Hb, зависит от

страница 20
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161

Скачать книгу "Основы биохимии. Том 3" (10.5Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(18.11.2019)