Задача:
ответ ниже:
У альпиниста при восхождении на высоту 3500 м проявились признаки гипоксии: головная боль, учащение дыхания, тошнота, усиление сердцебиения. Через два дня отдыха в лагере на той же высоте состояние значительно улучшилось. Известно, что адаптация к гипоксии происходит за счет изменения концентрации 2,3-БФГ. Объясните, как изменяется в этих условиях его концентрация в эритроцитах и как этот лиганд влияет на поступление кислорода в ткани при сниженном парциальном давлении кислорода в атмосфере. При ответе:
а) назовите белок крови, доставляющий кислород в ткани, и опишите особенности его строения;
б) напишите формулу 2,3-БФГ и подсчитайте его суммарный заряд;
в) опишите участок белка, к которому присоединяется 2,3-БФГ, механизм их взаимодействия; объясните возникающие при этом изменения сродства белка к кислороду и назовите механизм регуляции;
г) объясните молекулярные механизмы адаптации организма альпинистов к условиям высокогорья.
Ответ:
1) Белок, обеспечивающий транспорт кислорода в ткани – гемоглобин. Гемоглобин является сложным белком, то есть в качестве простетической группы здесь выступает гем —содержащий железо. Гемоглобин человека является тетрамером, то есть состоит из 4 протомеров. У взрослого человека они представлены полипептидными цепями α1, α2, β1 и β2. Субъединицы соединены друг с другом с помощью гидрофобных расположен атом Fe(+3), соединенный с атомами азота перрольных колец четырьмя координационными связями. Также в АЦ Hb есть остатки двух взаимодействий. И α-, и β-цепи относятся к α-спиральному структурному классу, так как содержат исключительно α-спирали. Каждая цепь содержит восемь спиральных участков, обозначаемых буквами от A до H (от N-конца к C-концу). Строение гема: основу гема составляют 4 пиррольных кольца, соединенных метильными остатками. В центре аминокислот с гидрофильными радикалами – ГИС Е7 (отвечает за ориентацию О2) и ГИС F8 (образует координационную связь с железом и фиксирует гем в АЦ).
2) Суммарный заряд 2,3 - БФГ = -5
3) 2,3 –БФГ связывается с дезоксигемоглобином и присоединяется к центральной полости белка – аллострическому центру (В центре тетрамерной молекулы гемоглобина есть полость, образованная аминокислотными остатками всех четырёх протомеров – центральная полость). Аллостерический тип связывания.
Взаимодействие идет между положительно заряженными радикалами бетта-цепей гемоглобина и отрицательно заряженным лигандом. Поэтому между ними образуются ионные связи, которые изменяют конформацию белка, в следствие чего понижается его сродство к О2.
4) В условиях высокогорья через 2 дня уровень 2, 3 – БФГ возрастает практически в 2 раза. Это снижает сродство гемоглобина к О2, и увеличивает количество О2, транспортируемого в ткани.