Функции гемоглобина в неповрежденных эритроцитах миноги: роль мембраны эритроцитов в регуляции газов...
Информация - Медицина, физкультура, здравоохранение
Другие материалы по предмету Медицина, физкультура, здравоохранение
?ся высоким внутриэритроцитарным pH и изменениями pH внутри эритроцита связанными с оксигенацией из-за относительной непроницаемости мембраны эритроцитов для кислотных эквивалентов внутриэритроцитарный гемоглобин не принимает участие в кислотно-основном забуферивании внеклеточного компартмента. Вследствие этого внеклеточные кислотные заряды вызывают заметные изменения pH плазмы.
Функции гемоглобина миног в основном изучались в разбавленных растворах. На основании этих исследований ясно, что гемоглобин миноги в растворах показывает как кооперативность, так и эффекты Бора и Хэлдена. Кроме того, сродство гемоглобина к кислороду у миноги зависти от концентрации гемоглобина в растворе. Это открытие, а так же наблюдение, что молекулярная масса деоксигенированного гемоглобина больше, чем оксигенированного показывают, что в миногах кооперативность связывания кислорода и влияние протонов на сродство гемоглобина к кислороду вызваны обратимыми реакциями ассоциации\диссоциации олигомеров\мономеров. Это явление противоположно ситуации с гемоглобином у всех других позвоночных, у которых эти эффекты являются результатом конформационных изменений тетрамерной молекулы.
Поведение гемоглобина миноги в растворе может быть объяснено следующей моделью: димерная\олигомерная форма молекулы имеет низкое сродство к кислороду вследствие ограничений, следующих из взаимодействий между субъединицами. В димере связывание кислорода ослабляет эти взаимодействия, молекула диссоциирует на субъединицы, вследствие чего сродство к кислороду каждой субъединицы возрастает. Вероятно, что дистальный гистидин (Е7) вовлечен в аллостерический переход: в мономерной форме он находится во внутренней позиции внутри гемового кармана (где он может образовывать водородную связь с кислородом), а в димерной форме гистидин (Е7) находится в наружном положении (где он формирует водородную связь с аспартатом и глутаматом соседней молекулы). Эффект Бора в таком случае объясняется различием между значениями pK гистидина во внутреннем положении (5,5-6,0) и во внешнем (ок. 8,0).
До недавнего времени было затруднительно интерпретировать данные по связыванию кислорода цельной кровью на основе поведения гемоглобина в растворе: например, сродство крови миноги к кислороду оказалось намного больше, чем ожидаемое на основании поведения гемоглобина в растворе, а так же численное значение фактора Бора, оцененное для всей крови оказалось намного ниже, ожидаемого на основании данных из раствора.
Противоречие между данными по связыванию кислорода гемоглобином в растворах и в эритроцитах было разрешено после открытия уникального среди позвоночных свойства мембраны эритроцитов миноги: ее проницаемость для кислотных и основных эквивалентов, а так же для хлорида очень низка. Вследствие очень незначительного пассивного транспорта кислотных эквивалентов через эритроцитарную мембрану внутриклеточные значения pH поддерживаются на высоком уровне в основном Na+/H+ обменом через мембрану.
Это уникальное свойство мембраны влияет на функционирование гемоглобина в эритроцитах миноги, на газовый транспорт и кислотно-основную регуляцию.
Сродство гемоглобина к кислороду у миноги
Сродство гемоглобина к кислороду у миноги такое же, как и у других активных рыб. Поддержание этого сродства к кислороду требует, чтобы внутриэритроцинарный pH сохранялся на более высоком уровне, чем у костных рыб. Lampetra fluviatilis и Petromyzon marinus поддерживают внутриэритроцитарный pH используя механизм, подобный натриево-протоновому обмену.
Кооперативность связывания кислорода
Деоксигенированный гемоглобин миноги находится в олигомерной форме, обладающей низким сродством к кислороду, которая стабилизирована при низких значениях pH (при очень низком pH диссоциация не наблюдается). При увеличении значений pH взаимодействия между индивидуальными цепочками олигомеров ослабляются, и оксигенация вызывает диссоциацию обладающих низким сродством к кислороду олигомеров на обладающие высоким сродством мономеры. Чем выше значение pH, тем ниже требуемое для диссоциации олигомеров парциальное давление CO2.
Эффект протонов на функции гемоглобина
Ранние исследования влияния pH на кислород-связывающие свойства крови миноги допускали, что фактор Бора мал (примерно от -0,1 до -0,3). Однако в тех исследованиях сродство гемоглобина к кислороду рассматривалось как функция от внеклеточного pH, поскольку в то время уникальность регуляции внутриклеточного pH в эритроцитах миноги не была известна. Более поздние исследования, в которых изменение сродства к кислороду соотносили с внутриклеточным pH показали, что фактор Бора достаточно велик. У Petromyzon marinus при 10 С и pHi=7.3-7.6 значение фактора Бора (DlogP50/DpHi) оказались равны 0,63, а в Lampetra fluviatilis при 18С и при pHi=6,7-8,0 фактор Бора равен 1,03. Для Lampetra fluviatilis это значение показывает освобождение одного протона на один мономерный гемоглобин. Подобное же значение было получено на основе небикарбонатной буферной способности эритроцита, внутриэритроцитарной концентрации гемоглобина и внутриклеточных изменений pH при оксигенации. Таким образом эффект Бора гемоглобина миноги происходит из-за выпуска одного протона на одну цепочку гемоглобина при оксигенации.
У миноги эффекты Бора и Хэлдена ориентированы на транспорт CO2. Эффект Хэлдена в интактных эритроцитах миноги настолько велик, что внутриэритроцитарный pH венозной крови выше, чем артериальной. Роль эффекта Хэлдена в трансп