Кооперативное связывание гемоглобина с кислородом

Гемоглобин связывает и передает тканям за сутки около 600 л О₂, в тканях образуется примерно 500 л СО₂, который выводится из организма при участии гемоглобина.

Скорость оксигенирования и транспорт кислорода из лёгких в ткани зависит от изменений сродства гемоглобина к О₂.

Присоединением О₂ к одному из протомеров гемоглобина в лёгких при высоком рО₂, (100 мм рт. ст.) вызывает конформационные изменения во всей олигомерной структуре гемоглобина и облегчает присоединение последующих молекул О₂. Это явление носит название кооперативных изменений гемоглобина или кооперативного связывания О₂, благодаря которому гемоглобин максимально связывает О₂ в легких и легко отдает О₂ в периферических тканях при более низких значениях рО₂ (рис кривая насыщения миоглобина и гемоглобина).

 

Давление в капиллярах Давление в лёгочных

работающей мышцы а л ь в е о л а х

Рис. Кривые насыщения (диссоциации) миоглобина и гемоглобина кислородом.

Кривая насыщения для гемоглобина имеет сигмоидную форму (S-образную). Это указывает на кооперативное связывание О₂ (в легких при высоком рО₂) и освобождении О₂ (в тканевых капиллярах при более низком рО₂).

Эффект Бора

Гемоглобин не только переносит О₂ от легких к периферическим тканям, но и ускоряет транспорт СО₂ и протонов от тканей к легким.

Эффект Бора – это влияние концентрации СО₂ и Н⁺ на сродство гемоглобина к О₂.

Увеличение концентрации протонов и СО₂ снижает сродство О₂ к гемоглобину и усиливает транспорт О₂ в ткани. Разные органы потребляют неодинаковые количества кислорода. Наиболее активно извлекают кислород из крови работающие мышцы (до 85%).

Если гемоглобин насыщен кислородом почти на 100%, то все молекулы гемоглобина находятся в R-форме, Нb(О₂)₄. Такое состояние гемоглобина возникает при высоком парциальном О₂ в капиллярах легких (100 мм рт. ст.) и при высоком сродстве Нb к О₂. В капиллярах мышц и других тканей более низкое парциальное давление О₂, в этих условиях от гемоглобина могут отщепляться молекулы О₂ и поступать в ткани. Например, при парциальном давлении кислорода в капиллярах 40 мм рт. ст. гемоглобин имеет насыщение ≈ 65%.

Далее действуют другие факторы, приводящие к снижению сродства гемоглобина к О₂, тем самым увеличивая доставку кислорода в ткани:

а) гемоглобин протонируется, связывая три пары Н⁺ в пептидных цепях гемоглобина, вновь формируется Т-структура;

б) гемоглобин обратимо присоединяет часть СО₂ (до 15%) к концевым аминогруппам пептидных цепей, образуется карбогемоглобин: R-NH-COO^- +Н⁺, где R-белковая цепь гемоглобина. Это также снижает сродство гемоглобина к О₂. Большая часть СО₂ транспортируется кровью в виде бикарбоната НСО₃ ^-.

Таким образом, диоксид углерода, образовавшийся в тканях реагирует с водой, образуя угольную кислоту, которая диссоциирует на бикарбонат- ион и Н⁺. Синтез углекислоты, как и её разложение на СО₂ и Н₂О происходит при участии фермента карбоангидразы. В периферических тканях гемоглобин отдает О₂, сам протонируется и связывает часть СО₂, его R-форма переходит в Т-форму, сродство к О₂ резко снижается. В легких происходят обратные процессы.

Влияние 2,3-БФГ на сродство гемоглобина к кислороду

2,3-биcфосфоглицерат (2,3-дифосфоглицерат) – образуется в эритроцитах в ходе анаэробного гликолиза из промежуточного соединения 1,3-биcфосфоглицерата. 2,3-БФГ является аллостерическим регулятором гемоглобина (от греч. «аллос» – другой), он соединяется ионными связями с дезоксигемоглобином не в области гема, а в другом участке, т. е. аллостерическом центре, содержащим положительно заряженные радикалы аминокислот Лиз 82 и Гис 143 β- цепей.

Структура 2,3-бифосфоглицерата

 

Образовавшиеся дополнительные солевые мостики (или ионные связи) делают структуру дезоксигемоглобина ещё более жесткой и поэтому сродство Нb к О₂ снижается. Концентрация 2,3-БФГ в крови близка к концентрации гемоглобина и одинакова в артериальной и венозной крови. 2,3-БФГ реагирует только с дезоксигемоглобином, т. е. Т-формой, т. к. он имеет доступную центральную полость с центром связывания 2,3-БФГ. В оксигемоглобине (R-форма) эта полость закрыта.