Активный центр белка и его взаимодействие с лигандом

Август 8, 2022

Главная
Биология
Активный центр белка и его взаимодействие с лигандом

Содержание

2. Лигандом может быть как низкомолекулярное, так и высокомолекулярное (макромолекула) вещество, в том числе и другой белок.
3. Высокая специфичность взаимодействия белка с лигандом обеспечивается комплементарностью структуры активного центра структуре лиганда.
4. Комплементарность - это пространственное и химическое соответствие взаимодействующих поверхностей. Активный центр должен не только пространственно соответствовать
5. Комплементарное взаимодействие белка с лигандом
8. КЛАССИФИКАЦИЯ БЕЛКОВ 1. Простые белки состоят только из аминокислот. 2. Сложные белки (холопротеины) содержат белковую часть
9. В качестве простетической группы могут выступать различные органические (липиды, углеводы) и неорганические (металлы) вещества. Связь между
10. Сложные белки - хромопротеины - нуклеопротеины - липопротеины - фосфопротеины - гликопротеины - металлопротеины
11. Металлопротеинам можно отнести холоферменты, содержащие негемовые координационно связанные ионы металлов. Среди металлопротеинов есть белки, выполняющие депонирующие
12. Металлопротеины часто являются ферментами. Ионы металлов в этом случае: - участвуют в ориентации субстрата в активном
13. К ферментативным металлопротеинам относятся белки, содержащие например: - медь – цитохромоксидаза, в комплексе с другими ферментами
14. Ферритин
15. Фосфопротеины – это белки, в которых присутствует фосфатная группа. Она связывается с пептидной цепью через остатки
16. Фосфорная кислота может выполнять: - Структурную роль, придавая заряд, растворимость и изменяя свойства белка, например, в
17. Фосфорилирование — процесс переноса остатка фосфорной кислоты от фосфорилирующего агента-донора к субстрату, как правило, катализируемый ферментами
18. Примеры: 1) ферменты гликогенсинтаза и гликогенфосфорилаза 2) гистоны в фосфорилированном состоянии менее прочно связываются с ДНК
19. Липопротеины содержат в качестве простетической части нековалентно связанные липиды. Липиды, в частности жиры, холестерол и его
20. Все липопротеины имеют сходное строение: ядро состоит из гидрофобных молекул: триацилглицеролов, эфиров холестерола, а на поверхности
21. Схема строения липопротеина Строение липопротеина
22. Строение липопротеинов плазмы крови
23. Выделяют четыре основных класса липопротеинов: -липопротеины высокой плотности (ЛПВП), -липопротеины низкой плотности (ЛПНП), -липопротеины очень низкой
25. Гликопротеины или, гликоконъюгаты – это белки, содержащие углеводный компонент, ковалентно присоединенный к полипептидной основе. Содержание углеводов
26. Гликопротеины ● доля углеводов ● углеводные цепи содержат не более 15 звеньев, ● углевод имеет нерегулярное
27. Для гликопротеинов характерно невысокое содержание углеводов, которые присоединены: - N-гликозидной связью к NН2-группе какого-нибудь аминокислотного остатка,
28. Образование О- и N-гликозидных связей в гликопротеинах. 1 - N-гликозидная связь между амидной группой аспарагина и
29. Способ присоединения углевода к белку
30. Функцией гликопротеинов являются: 1. Структурная – клеточная стенка бактерий, костный матрикс, например, коллаген, эластин. 2. Защитная
31. Схема строения белка-рецептора
32. Хромопротеины — собирательное название сложных белков с окрашенными простетическими группами различной химической природы. гемопротеины (содержат гем),
33. Флавопротеины - это ферменты окислительно-восстановительных реакций. Содержат производные витамина В2 флавинмононуклеотид (ФМН) и флавинадениндинуклеотид (ФАД). Связываются
34. Изоаллоксазин — гетероциклическое соединения, производное птеридина. Молекула изоаллоксазина состоит из трех ароматических колец — бензольного, пиримидинового,
35. Гемопротеины — гем-содержащие хромопротеины. В качестве небелкового компонента включают структурно сходные железо- или магнийпорфирины. Белковый компонент
36. Порфириновое кольцо способно образовывать координационные соединения с различными ионами металлов. В результате комплексообразования формируются металлопорфирины: содержащие
37. Хлорофилл b. Хлорофиллы участвуют в процессах фотосинтеза.
38. Цитохромы различаются аминокислотным составом пептидных цепей, числом цепей и разделяются на типы а, b, с, d.
39. Миоглобин (Мв) - белок, находящийся в красных мышцах, основная функция которого - создание запасов О2, необходимых
40. Формирование конформации Мв. В красных мышцах на рибосомах в ходе трансляции идет синтез первичной структуры Мв,
41. Структура миоглобина
42. Особенности строения и функционирования активного центра Мв. Активный центр Мв сформирован преимущественно гидрофобными радикалами аминокислот, далеко
43. Основу гема составляют четыре пиррольных кольца, соединенных метенильными мостиками; в центре расположен атом Fe2+, соединенный с
44. Гис F8 образует координационную связь с Fe2+ и прочно фиксирует гем в активном центре. Гис Е7
45. Олигомерное строение Нв и регуляция сродства Нв к О2 лигандами. Гемоглобины человека - семейство белков, так
46. Нв А - белок, родственный миоглобину (Мв), содержится в эритроцитах взрослого человека. Строение его отдельных протомеров
47. Олигомерная структура гемоглобина
48. Каждый протомер Нв связан с небелковой частью - гемом и соседними протомерами. Соединение белковой части Нв
50. Пиррольные кольца гема расположены в одной плоскости, а ион Fe2+ в неоксигенированом состоянии Hb выступает над
51. Гемоглобин может существовать как в свободной (дезоксигемоглобин), так и в оксигенированной форме, присоединяя до 4 молекул
52. Кооперативные изменения конформации молекулы гемоглобина при взаимодействии с кислородом
53. В тканях, где содержание кислорода ниже, наоборот, отщепление каждой молекулы О2 облегчает освобождение последующих. Таким образом,
54. Взаимодействие обоих белков (Mb и Hb) с кислородом зависит от его парциального давления в тканях. Эта
55. Кривые насыщения миоглобина и гемоглобина кислородом
56. CO2 и Н+, образующиеся при катаболизме органических веществ, уменьшают сродство гемоглобина к О2 пропорционально их концентрации.
57. Ионы Н+ способны присоединятся к радикалам Гис146 в β-цепях гемоглобина, т.е. в участках, удаленных от гема.
58. Зависимость сродства Нв к О2 от концентрации СО2 и протонов (эффект Бора): А - влияние концентрации
59. Образовавшийся СО2 поступает в альвеолярное пространство и удаляется с выдыхаемым воздухом. Таким образом, количество высвобождаемого гемоглобином
60. Изменение функциональной активности белка при взаимодействии с другими лигандами вследствие конформационных изменений называется аллостерической регуляцией, а
61. Аллостерическая регуляция сродства Нв к О2 лигандом - 2,3-бис-фосфоглицератом. В эритроцитах из продукта окисления глюкозы -
62. В центре тетрамерной молекулы гемоглобина находится полость. Ее образуют аминокислотные остатки всех четырех протомеров. В капиллярах
63. Центр связывания БФГ находится в положительно заряженной полости между 4 протомерами гемоглобина. Взаимодействие БФГ с центром
65. Таким образом, олигомерные белки обладают новыми по сравнению с мономерными белками свойствами. Присоединение лигандов на участках,
66. Около 15% углекислого газа, присутствующего в крови, переносится молекулами гемоглобина. В тканях часть молекул углекислого газа
69. Скачать презентацию

Слайд 2

Лигандом может быть как низкомолекулярное, так и высокомолекулярное (макромолекула) вещество,

в том числе и другой белок. Лигандами являются субстраты ферментов, кофакторы, ингибиторы и активаторы ферментов, протомеры в олигомерном белке и т.д.

Слайд 3

Высокая специфичность взаимодействия белка с лигандом обеспечивается комплементарностью структуры активного

центра структуре лиганда.

Слайд 4

Комплементарность - это пространственное и химическое соответствие взаимодействующих поверхностей. Активный центр

должен не только пространственно соответствовать входящему в него лиганду, но и между функциональными группами радикалов, входящих в активный центр, и лигандом должны образоваться связи чаще всего нековалентные (ионные, водородные, а также гидрофобные взаимодействия), которые удерживают лиганд в активном центре.

Слайд 5

Комплементарное взаимодействие белка с лигандом

Слайд 6

Слайд 7

Слайд 8

КЛАССИФИКАЦИЯ БЕЛКОВ
1. Простые белки состоят только из аминокислот.
2. Сложные белки (холопротеины)

содержат белковую часть (апопротеин)
и небелковую (простетическую) группу.

Слайд 9

В качестве простетической группы могут выступать различные органические (липиды, углеводы) и

неорганические (металлы) вещества.
Связь между простетической группой и апопротеином может быть как ковалентная, так и нековалентная.
Простетическую группу порой можно рассматривать в качестве лиганда. Наличие небелковой части обеспечивает выполнение белком его функции. При утрате простетической группы холопротеин теряет свою активность.

Слайд 10

Сложные белки
- хромопротеины
- нуклеопротеины
- липопротеины
- фосфопротеины
- гликопротеины
- металлопротеины

Слайд 11

Металлопротеинам можно отнести холоферменты, содержащие негемовые координационно связанные ионы металлов. Среди

металлопротеинов есть белки, выполняющие депонирующие и транспортные функции (например, железосодержащие ферритин и трансферрин) и ферменты (например, цинксодержащая карбоангидраза и различные супероксиддисмутазы, содержащие в качестве активных центров ионы меди, марганца, железа и других металлов).
Но и хромопротеины, содержащие ионы металлов, также можно отнести к металлопротеинам.

Слайд 12

Металлопротеины часто являются ферментами. Ионы металлов в этом случае:
- участвуют в

ориентации субстрата в активном центре фермента,
входят в состав активного центра фермента и участвуют в катализе, являясь, например, акцепторами электронов на определенной стадии ферментативной реакции.
Часто ион металла в составе фермента называют кофактором.

Слайд 13

К ферментативным металлопротеинам относятся белки, содержащие
например:
- медь – цитохромоксидаза, в

комплексе с другими ферментами дыхательной цепи митохондрий участвует в синтезе АТФ,
- железо – ферритин, депонирующий железо в клетке, трансферрин, переносящий железо в крови, каталаза, обезвреживающая перекись водорода,
- цинк – алкогольдегидрогеназа, обеспечивающая метаболизм этанола и других спиртов, лактатдегидрогеназа, участвующая в метаболизме молочной кислоты,
- карбоангидраза, образующая угольную кислоту из CO2 и H2O,
- щелочная фосфатаза, гидролизующая фосфорные эфиры различных
соединений,
- α2-макроглобулин, антипротеазный белок крови.
- селен – тиреопероксидаза, участвующая в синтезе гормонов щитовидной
железы, антиоксидантный фермент глутатионпероксидаза,
- кальций – α-амилаза слюны и панкреатического сока, гидролизующая крахмал.

Слайд 14

Ферритин

Слайд 15

Фосфопротеины – это белки, в которых присутствует фосфатная группа. Она связывается

с пептидной цепью через остатки тирозина, серина и треонина, т.е. тех аминокислот, которые содержат ОН-группу.

Способ присоединения фосфата к белку на примере серина и тирозина

Слайд 16

Фосфорная кислота может выполнять:
- Структурную роль, придавая заряд, растворимость и

изменяя свойства белка, например, в казеине молока, яичном альбумине.
Наличие остатков фосфорной кислоты способствует связыванию кальция, что необходимо для формирования, например, костной ткани.
- Функциональную роль. В клетке присутствует много белков, которые связаны с фосфатом не постоянно, а в зависимости от активности метаболизма. Белок может многократно переходить в фосфорилированную или в дефосфорилированную форму, что играет регулирующую роль в его работе.

Слайд 17

Фосфорилирование — процесс переноса остатка фосфорной кислоты от фосфорилирующего агента-донора к

субстрату, как правило, катализируемый ферментами (киназами) и ведущий к образованию эфиров фосфорной кислоты. Дефосфорилирование (утрату остатка фосфорной кислоты) катализируют фосфатазы.

АТФ + R-OH → АДФ + R-OPO3H2
R-OPO3H2 + Н2О → R-OH + Н3РО4

Слайд 18

Примеры:
1) ферменты гликогенсинтаза и гликогенфосфорилаза
2) гистоны в фосфорилированном состоянии менее прочно

связываются с ДНК и активность генома возрастает.

Изменение конформации белка в фосфорилированном
и дефосфорилированном состоянии

Слайд 19

Липопротеины содержат в качестве простетической части нековалентно связанные липиды.
Липиды, в

частности жиры, холестерол и его эфиры не растворяются в водных фазах организма, поэтому транспорт их кровью и лимфой осуществляется в виде комплексов с белками и фосфолипидами, которые называются липопротеинами.

Слайд 20

Все липопротеины имеют сходное строение: ядро состоит из гидрофобных молекул: триацилглицеролов,

эфиров холестерола, а на поверхности находится монослой фосфолипидов, полярные группы которых обращены к воде, а гидрофобные погружены в гидрофобное ядро липопротеина. Кроме фосфолипидов, на поверхности находятся белки – аполипопротеины (апобелками). Их выделяют несколько видов: А, В, С, D. В каждом типе липопротеинов преобладают соответствующие ему апобелки. Аполипопротеины выполняют различные функции. Интегральные аполипопротеины являются структурными компонентами. Периферические аполипопротеины в плазме крови могут передаваться от одного типа липопротеинов к другим, определяя их дальнейшие превращения.

Слайд 21

Схема строения
липопротеина
Строение липопротеина

Слайд 22

Строение липопротеинов плазмы крови

Слайд 23

Выделяют четыре основных класса липопротеинов:
-липопротеины высокой плотности (ЛПВП),
-липопротеины низкой плотности (ЛПНП),
-липопротеины

очень низкой плотности (ЛПОНП),
-хиломикроны (ХМ).
Каждый из типов ЛП образуется в разных тканях и транспортирует определённые липиды.
Концентрация и соотношение в крови тех или иных липопротеинов играют ведущую роль в возникновении такой распространенной сосудистой патологии как атеросклероз. ЛПВП являются антиатерогенными, ЛПНП и ЛПОНП – атерогенными.

Слайд 24

Слайд 25

Гликопротеины или, гликоконъюгаты – это белки, содержащие углеводный компонент, ковалентно присоединенный

к полипептидной основе.
Содержание углеводов в них варьирует от 1% до 98% по массе.
Два подкласса белков, содержащих углеводы:
■ протеогликаны
■ гликопротеины

Слайд 26

Гликопротеины
● доля углеводов <40%,
● углеводные цепи содержат не более 15

звеньев,
● углевод имеет нерегулярное строение.

Протеогликаны
● доля углеводов до 98%,
● углеводные цепи крайне
велики,
● углевод имеет регулярное
строение.

Слайд 27

Для гликопротеинов характерно невысокое содержание углеводов, которые присоединены:
- N-гликозидной связью к

NН2-группе какого-нибудь аминокислотного остатка, например, аспарагина;
- О-гликозидной связью к гидроксильной группе остатка серина, треонина,тирозина, гидроксилизина.

Слайд 28

Образование О- и N-гликозидных связей в гликопротеинах. 1 - N-гликозидная связь

между амидной группой аспарагина и ОН-группой моносахарида; 2 - О-гликозидная связь между ОН-группой серина и ОН-группой моносахарида.

Слайд 29

Способ присоединения углевода к белку

Слайд 30

Функцией гликопротеинов являются:
1. Структурная – клеточная стенка бактерий, костный матрикс, например,

коллаген, эластин.
2. Защитная – например, антитела, интерферон, факторы свертывания крови (протромбин, фибриноген).
3. Рецепторная – присоединение эффектора приводит к изменению конформации белка-рецептора, что вызывает внутриклеточный ответ.
4. Гормональная – гонадотропный, адренокортикотропный и тиреотропный гормоны.
5. Ферментативная – холинэстераза, нуклеаза.
6. Транспортная – перенос веществ в крови и через мембраны, например, трансферрин, транскортин, альбумин, Na+,К+-АТФаза.

Слайд 31

Схема строения белка-рецептора

Слайд 32

Хромопротеины — собирательное название сложных белков с окрашенными простетическими группами различной

химической природы.
гемопротеины (содержат гем),
ретинальпротеины (содержат витамин А),
флавопротеины (содержат витамин В2),
кобамидпротеины (содержат витамин В12).

Слайд 33

Флавопротеины - это ферменты окислительно-восстановительных реакций. Содержат производные витамина В2 флавинмононуклеотид

(ФМН) и флавинадениндинуклеотид (ФАД). Связываются данные простетические группы ковалентно и придают желтое окрашивание. Эти простетические группы являются производными изоаллоксазина.

Слайд 34

Изоаллоксазин — гетероциклическое соединения, производное птеридина. Молекула изоаллоксазина состоит из трех

ароматических колец — бензольного, пиримидинового, пиразинового.

Слайд 35

Гемопротеины — гем-содержащие хромопротеины. В качестве небелкового компонента включают структурно сходные

железо- или магнийпорфирины. Белковый компонент может быть разнообразным как по составу, так и по структуре.
Основу структуры простетической группы большинства гемосодержащих белков составляет порфириновое кольцо, являющееся в свою очередь производным тетрапиррольного соединения – порфирина.

Порфирин

Слайд 36

Порфириновое кольцо способно образовывать координационные соединения с различными ионами металлов. В

результате комплексообразования формируются металлопорфирины:
содержащие ионы железа – гемоглобины, миоглобин, цитохромы, пероксидаза, каталаза и др. (красное окрашивание),
содержщие ионы магния – хлорофилл (зеленое окрашивание).
Витамин В12 (кобалимин) содержит координированный ион кобальта Со2+ в порфириноподобном макроцикле – коррине, состоящем из четырех частично гидрированных пиррольных колец (розовое окрашивание).

Слайд 37

Хлорофилл b.
Хлорофиллы участвуют в процессах фотосинтеза.

Слайд 38

Цитохромы различаются аминокислотным составом пептидных цепей, числом цепей и разделяются на

типы а, b, с, d. Цитохромы находятся в составе дыхательной цепи и цепи
микросомального окисления. Степень окисления железа в составе цитохромов меняется в отличие от гемоглобина и миоглобина
Fe2+ ↔ Fe3+

Слайд 39

Миоглобин (Мв) - белок, находящийся в красных мышцах, основная функция которого

- создание запасов О2, необходимых при интенсивной мышечной работе. Мв - сложный белок, содержащий белковую часть - апоМв и небелковую часть - гем. Первичная структура апоМв определяет его компактную глобулярную конформацию и структуру активного центра, к которому присоединяется небелковая часть миоглобина - гем. Кислород, поступающий из крови в мышцы, связывается с Fe2+ гема в составе миоглобина. Мв - мономерный белок, имеющий очень высокое сродство к О2, поэтому отдача кислорода миоглобином происходит только при интенсивной мышечной работе, когда парциальное давление O2 резко снижается.

Формирование пространственных структур и функционирование миоглобина.

Слайд 40

Формирование конформации Мв. В красных мышцах на рибосомах в ходе трансляции

идет синтез первичной структуры Мв, представленной специфической последовательностью 153 аминокислотных остатков. Вторичная структура Мв содержит восемь α-спиралей, называемых латинскими буквами от А до Н, между которыми имеются неспирализованные участки. Третичная структура Мв имеет вид компактной глобулы, в углублении которой между F и Е α-спиралями расположен активный центр.

Слайд 41

Структура миоглобина

Слайд 42

Особенности строения и функционирования активного центра Мв. Активный центр Мв сформирован

преимущественно гидрофобными радикалами аминокислот, далеко отстоящими друг от друга в первичной структуре (например, Три39 и Фен138). К активному центру присоединяется плохо растворимые в воде лиганды - гем и О2. Гем - специфический лиганд апоМв.

Слайд 43

Основу гема составляют четыре пиррольных кольца, соединенных метенильными мостиками; в центре

расположен атом Fe2+, соединенный с атомами азота пиррольных колец четырьмя координационными связями. В активном центре Мв кроме гидрофобных радикалов аминокислот имеются также остатки двух аминокислот с гидрофильными радикалами - Гис Е7 (Гис64) и Гис F8 (Гис93).

Слайд 44

Гис F8 образует координационную связь с Fe2+ и прочно фиксирует гем

в активном центре. Гис Е7 необходим для правильной ориентации в активном центре другого лиганда - O2 при его взаимодействии с Fe+2 гема. Микроокружение гема создает условия для прочного, но обратимого связывания O2 с Fe+2 и препятствует попаданию в гидрофобный активный центр воды, что может привести к его окислению в Fе3+.

Слайд 45

Олигомерное строение Нв и регуляция сродства Нв к О2 лигандами.
Гемоглобины

человека - семейство белков, так же как и миоглобин относящиеся к сложным белкам (гемопротеинам). Они имеют тетрамерное строение и содержат две α-цепи, но различаются по строению двух других полипептидных цепей (2α-, 2х-цепи). Строение второй полипептидной цепи определяет особенности функционирования этих форм Нв. Около 98% гемоглобина эритроцитов взрослого человека составляет гемоглобин А (2α-, 2β-цепи).
В период внутриутробного развития функционируют два основных типа гемоглобинов: эмбриональный Нв (2α, 2ε), который обнаруживается на ранних этапах развития плода, и гемоглобин F (фетальный) - (2α, 2γ), который приходит на смену раннему гемоглобину плода на шестом месяце внутриутробного развития и только после рождения замещается на Нв А.

Слайд 46

Нв А - белок, родственный миоглобину (Мв), содержится в эритроцитах взрослого

человека. Строение его отдельных протомеров аналогично таковому у миоглобина. Вторичная и третичная структуры миоглобина и протомеров гемоглобина очень сходны, несмотря на то что в первичной структуре их полипептидных цепей идентичны только 24 аминокислотных остатка (вторичная структура протомеров гемоглобина, так же как миоглобин, содержит восемь α-спиралей, обозначаемых латинскими буквами от А до Н, а третичная структура имеет вид компактной глобулы). Но в отличие от миоглобина гемоглобин имеет олигомерное строение, состоит из четырех полипептидных цепей, соединенных нековалентными связями.

Слайд 47

Олигомерная структура гемоглобина

Слайд 48

Каждый протомер Нв связан с небелковой частью - гемом и соседними

протомерами. Соединение белковой части Нв с гемом аналогично таковому у миоглобина: в активном центре белка гидрофобные части гема окружены гидрофобными радикалами аминокислот за исключением Гис F8 и Гис Е7, которые расположены по обе стороны от плоскости гема и играют аналогичную роль в функционировании белка и связывании его с кислородом.
Кроме того, Гис Е7 выполняет важную дополнительную роль в функционировании Нв. Свободный гем имеет в 25 000 раз более высокое сродство к СО, чем к О2. СО в небольших количествах образуется в организме и, учитывая его высокое сродство к гему, он мог бы нарушать транспорт необходимого для жизни клеток О2. Однако в составе гемоглобина сродство гема к оксиду углерода превышает сродство к О2 всего в 200 раз благодаря наличию в активном центре Гис Е7. Остаток этой аминокислоты создает оптимальные условия для связывания гема с O2 и ослабляет взаимодействие гема с СО.

Слайд 49

Слайд 50

Пиррольные кольца гема расположены в одной плоскости, а ион Fe2+ в

неоксигенированом состоянии Hb выступает над плоскостью на 0,6 А. При присоединении кислорода ион железа погружается в плоскость колец гема. В результате сдвигается и участок полипептидной цепи, нарушаются слабые связи в молекуле Hb и изменяется конформация всей глобулы. Таким образом, присоединение кислорода вызывает изменение пространственной структуры молекулы миоглобина или протомеров гемоглобина.

Слайд 51

Гемоглобин может существовать как в свободной (дезоксигемоглобин), так и в оксигенированной

форме, присоединяя до 4 молекул кислорода. Взаимодействие с кислородом 1-го протомера вызывает изменение его конформации, а также кооперативные конформационные изменения остальных протомеров. Сродство к кислороду возрастает, и присоединение О2 к активному центру 2-го протомера происходит легче, вызывая дальнейшую конформационную перестройку всей молекулы. В результате еще сильнее изменяется структура оставшихся протомеров и их активных центров, взаимодействие с О2 еще больше облегчается. В итоге 4-я молекула кислорода присоединяется к Hb примерно в 300 раз легче, чем 1-я. Так происходит в легких при высоком парциальном давлении кислорода.

Слайд 52

Кооперативные изменения конформации молекулы гемоглобина при взаимодействии с кислородом

Слайд 53

В тканях, где содержание кислорода ниже, наоборот, отщепление каждой молекулы О2

облегчает освобождение последующих.
Таким образом, взаимодействие олигомерного белка гемоглобина с лигандом (О2) в одном центре связывания приводит к изменению конформации всей молекулы и других, пространственно удаленных центров, расположенных на других субъединицах (принцип «домино»). Подобные взаимосвязанные изменения структуры белка называют кооперативными конформационными изменениями. Они характерны для всех олигомерных белков и используются для регуляции их активности.

Слайд 54

Взаимодействие обоих белков (Mb и Hb) с кислородом зависит от его

парциального давления в тканях. Эта зависимость имеет разный характер, что связано с их особенностями структуры и функционирования.
Гемоглобин имеет S-образную кривую насыщения, которая показывает, что субъединицы белка работают кооперативно, и чем больше кислорода они отдают, тем легче идет освобождение остальных молекул О2. Этот процесс зависит от изменения парциального давления кислорода в тканях.
График насыщения миоглобина кислородом имеет характер простой гиперболы, т.е. насыщение Mb кислородом происходит быстро и отражает его функцию - обратимое связывание с кислородом, высвобождаемым гемоглобином, и освобождение в случае интенсивной физической нагрузки.

Слайд 55

Кривые насыщения миоглобина и гемоглобина кислородом

Слайд 56

CO2 и Н+, образующиеся при катаболизме органических веществ, уменьшают сродство гемоглобина

к О2 пропорционально их концентрации.
Энергия, необходимая для работы клеток, вырабатывается преимущественно в митохондриях при окислении органических веществ с использованием O2, доставляемого из легких гемоглобином. В результате окисления органических веществ образуются конечные продукты их распада: СО2 и Н2O, количество которых пропорционально интенсивности протекающих процессов окисления.
СO2 диффузией попадает из клеток в кровь и проникает в эритроциты, где под действием фермента карбоангидразы превращается в угольную кислоту. Эта слабая кислота диссоциирует на протон и бикарбонат ион.

СО2 + Н2О → Н2СО3 → Н+ + НСО3-

Слайд 57

Ионы Н+ способны присоединятся к радикалам Гис146 в β-цепях гемоглобина, т.е.

в участках, удаленных от гема. Протонирование гемоглобина снижает его сродство к О2, способствует отщеплению О2 от оксиНв, образованию дезоксиНв и увеличивает поступление кислорода в ткани пропорционально количеству образовавшихся протонов.
Увеличение количества освобожденного кислорода в зависимости от увеличения концентрации Н+ в эритроцитах называется эффектом Бора (по имени датского физиолога Христиана Бора, впервые открывшего этот эффект).
В легких высокое парциальное давление кислорода способствует его связыванию с дезоксиНв, что уменьшает сродство белка к Н+. Освободившиеся протоны под действием карбоангидразы взаимодействуют с бикарбонатами с образованием СО2 и Н2О

Слайд 58

Зависимость сродства Нв к О2 от концентрации СО2 и протонов (эффект

Бора):
А - влияние концентрации СО2 и Н+ на высвобождение О2 из комплекса с Нв (эффект Бора); Б - оксигенирование дезоксигемоглобина в легких, образование и выделение СО2.

Слайд 59

Образовавшийся СО2 поступает в альвеолярное пространство и удаляется с выдыхаемым воздухом.

Таким образом, количество высвобождаемого гемоглобином кислорода в тканях регулируется продуктами катаболизма органических веществ: чем интенсивнее распад веществ, например при физических нагрузках, тем выше концентрация СО2 и Н+ и тем больше кислорода получают ткани в результате уменьшения сродства Нв к О2.

Слайд 60

Изменение функциональной активности белка при взаимодействии с другими лигандами вследствие конформационных

изменений называется аллостерической регуляцией, а соединения-регуляторы - аллостерическими лигандами или эффекторами. Способность к аллостерической регуляции характерна, как правило, для олигомерных белков, т.е. для проявления аллостерического эффекта необходимо взаимодействие протомеров. При воздействии аллостерических лигандов белки меняют свою конформацию (в том числе и активного центра) и функцию.

Слайд 61

Аллостерическая регуляция сродства Нв к О2 лигандом - 2,3-бис-фосфоглицератом.
В эритроцитах

из продукта окисления глюкозы - 1,3-бисфосфоглицерата синтезируется аллостерический лиганд гемоглобина - 2,3-бисфосфоглицерат (2,3-БФГ). В нормальных условиях концентрация 2,3-БФГ высокая и сравнима с концентрацией Нв. 2,3-БФГ имеет сильный отрицательный заряд (-5).

Слайд 62

В центре тетрамерной молекулы гемоглобина находится полость. Ее образуют аминокислотные остатки

всех четырех протомеров. В капиллярах тканей протонирование Нв (эффект Бора) приводит к разрыву связи между железом гема и О2. В молекуле дезоксигемоглобина по сравнению с оксигемоглобином возникают дополнительные ионные связи, соединяющие протомеры, вследствие чего размеры центральной полости по сравнению с оксигемоглобином увеличиваются. Центральная полость является местом присоединения 2,3-БФГ к гемоглобину. БФГ поступает в полость дезоксигемоглобина.
2,3-БФГ взаимодействует с гемоглобином в участке, удаленном от активных центров белка и относится к аллостерическим (регуляторным) лигандам, а центральная полость Нв является аллостерическим центром. 2,3-БФГ имеет сильный отрицательный заряд и взаимодействует с положительно заряженными группами двух β-цепей Нв. При этом его сродство к О2 снижается в 26 раз. В результате происходит высвобождение кислорода в капиллярах ткани при низком парциальном давлении О2. В легких высокое парциальное давление О2, наоборот, приводит к оксигенированию Нв и освобождению БФГ.

Слайд 63

Центр связывания БФГ находится в положительно заряженной полости между 4 протомерами

гемоглобина. Взаимодействие БФГ с центром связывания изменяет конформацию α- и β-протомеров НЬ и их активных центров. Сродство НЬ к молекулам О2 снижается и кислород высвобождается в ткани. В легких при высоком парциальном давлении О2 активные центры гемоглобина насыщаются за счет изменения конформации и БФГ вытесняется из аллостерического центра

Слайд 64

Слайд 65

Таким образом, олигомерные белки обладают новыми по сравнению с мономерными белками

свойствами. Присоединение лигандов на участках, пространственно удаленных друг от друга (аллостерических), способно вызывать конформационные изменения во всей белковой молекуле. Благодаря взаимодействию с регуляторными лигандами происходит изменение конформации и адаптация функции белковой молекулы к изменениям окружающей среды.

Слайд 66

Около 15% углекислого газа, присутствующего в крови, переносится молекулами гемоглобина. В

тканях часть молекул углекислого газа может присоединится к каждому протомеру молекулы гемоглобина, при этом снижается сродство Hb к кислороду. В легких, наоборот, из-за высокого парциального давления кислорода, О2 связывается с Hb, а СО2 высвобождается.

Слайд 67