Задача:
ответ ниже
В организме плода синтезируется фетальный НЬ (HbF), который с 6 месяца внутриутробной жизни становится основным белком эритроцитов. В эритроцитах взрослого человека преобладает НЬА, который замещает HbF после рождения ребенка. Четвертичная структура HbF представлена двумя а- и двумя у-субъединицами. В отличие от НЬА, HbF имеет большее сродство к кислороду. Какие структурные особенности HbF определяют его более высокое сродство к кислороду и какое физиологическое значение это имеет? При ответе:
а) дайте определение понятию «четвертичная структура белков» и опишите четвертичную структуру НЬА и HbF;
б) объясните понятие «аллостерические лиганды белков» и назовите аллостерический лиганд, регулирующий сродство НЬ к кислороду; напишите его формулу и подсчитайте заряд;
в) сравните участки взаимодействия в молекулах НЬА и HbF с аллостерическим лигандом, объясните различия в его связывании;
г) укажите физиологическую роль более высокого сродства HbF к кислороду и объясните значение замещения HbF на НЬА сразу после рождения ребенка.
Ответ:
1) Под четвертичной структурой понимают структуру белков, состоящих из нескольких полипептидных цепей. Каждая из этих цепей имеет свою завершенную пространственную структуру и называется субъединицей белка с четвертичной структурой. Белок при таком объединении нескольких цепей приобретает новую функцию.
Гемоглобин А 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 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 расположен атом Fe(+3), соединенный с атомами азота перрольных колец четырьмя координационными связями. Также в АЦ Hb есть остатки двух аминокислот с гидрофильными радикалами – ГИС Е7 (отвечает за ориентацию О2) и ГИС F8 (образует координационную связь с железом и фиксирует гем в АЦ).
Гемоглобин F —состоит из двух α-цепей и двух γ-цепей глобина, или гемоглобин α2γ2. Повышенное сродство к кислороду HbF определяется его первичной структурой: в γ-цепях вместо гистидинанаходится серин, вносящий дополнительный отрицательный заряд. В связи с этим молекула HbF менее положительно заряжена и основной конкурент за связь гемоглобина с кислородом − 2,3ДФГ (2,3-дифосфоглицерат) — в меньшей степени связывается с гемоглобином, в этих условиях кислород получает приоритет и связывается с гемоглобином в большей степени.
2) Аллостерический лиганд – лиганд, присоединяющийся к аллостерическому центру фермента (центр, расположенный на другом протомере относительно АЦ). Аллостерический лиганд гемоглобина – 2, 3-БФГ, имеющий заряд -5.
3) Молекула HbF менее положительно заряжена и основной конкурент за связь гемоглобина с кислородом − 2,3ДФГ (2,3-дифосфоглицерат) — в меньшей степени связывается с гемоглобином, в этих условиях кислород получает приоритет и связывается с гемоглобином в большей степени.
4) Фетальный гемоглобин прочно захватывает кислород, переносит его в организм эмбриона из крови беременной женщины. Он беспрепятственно проникает через плацентарный барьер, поставляя важный микроэлемент в необходимом количестве. Это помогает поддерживать развитие тканей, нервных волокон и кровеносных сосудов без отставаний по срокам и аномалий. После родов организм малыша уже не требует материнской помощи, начинает самостоятельно вырабатывать кровеносные тельца, эритроциты и тромбоциты. Поэтому у новорожденных происходит естественное замещение на гемоглобин-А.
