При алкалозе сродство гемоглобина к кислороду
Содержание статьи
Эффект Вериго — Бора
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 10 июля 2013; проверки требуют 29 правок.
Эффект Вериго — Бора (синонимы — эффект Вериго, эффект Бора) — зависимость степени диссоциации оксигемоглобина от величины парциального давления углекислоты в альвеолярном воздухе и крови, при снижении которого сродство кислорода к гемоглобину повышается, что затрудняет переход кислорода из капилляров в ткани. Эффект этот был открыт независимо друг от друга Б. Ф. Вериго в 1892 году[1] и датским физиологом К. Бором в 1904 году[2].
История открытия[править | править код]
Основу разработки проблемы гипоксии заложил русский учёный-физиолог И. М. Сеченов фундаментальными работами по физиологии дыхания и газообменной функции крови. Большое значение имеют также исследования русского физиолога Б. Ф. Вериго по физиологии газообмена в лёгких и тканях. Опираясь на идеи Сеченова о сложных формах взаимодействия между диоксидом углерода и кислородом в крови (Вериго работал в лабораториях Сеченова, И. Р. Тарханова и И. И. Мечникова), он впервые установил зависимость степени диссоциации оксигемоглобина от величины парциального давления углекислоты в крови.
Биохимический механизм[править | править код]
Эффект Вериго — Бора: влияние pH на кривую насыщения гемоглобина кислородом
В клетках периферических тканей органическое топливо окисляется в митохондриях с использованием кислорода (клеточное дыхание), доставляемого гемоглобином из лёгких; при этом в качестве продуктов образуются углекислый газ, вода и другие соединения. Образование углекислого газа в тканях одновременно приводит и к повышению концентрации ионов H+ (то есть к понижению pH), поскольку при гидратации CO2 образуется H2CO3 — слабая угольная кислота, диссоциирующая на ионы H+ и бикарбонат-ионы:
H2CO3 ⇄ H+ + HCO3-.
Гемоглобин переносит значительную долю (около 20 %) общего количества CO2 и ионов H+, образующихся в тканях и поступающих в лёгкие и почки, обеспечивающих выделение этих продуктов.
За много лет до открытия этого механизма было обнаружено, что на связывание кислорода гемоглобином очень сильное влияние оказывает pH и концентрация CO2: при присоединении CO2 и ионов H+ способность гемоглобина связывать O2 снижается. Действительно, в периферических тканях с относительно низким значением pH и высокой концентрацией CO2 сродство гемоглобина к кислороду падает. И наоборот, в лёгочных капиллярах выделение CO2 и сопутствующее ему повышение pH крови приводит к увеличению сродства гемоглобина к кислороду. Это влияние величины pH и концентрации CO2 на связывание и освобождение O2 гемоглобином и называют эффектом Вериго — Бора.
Реакция связывания кислорода гемоглобином в виде
Hb + O2 ⇄ HbO2
в действительности отражает неполную картину, поскольку не учитывает дополнительные лиганды H+ и CO2.
Чтобы объяснить влияние концентрации ионов H+ на связывание кислорода, следует записать эту реакцию в иной форме:
HHb+ + O2 ⇄ HbO2 + H+,
где HHb+ — протонированная форма гемоглобина. Из этого уравнения следует, что кривая насыщения гемоглобина кислородом зависит от концентрации ионов H+. Гемоглобин связывает и O2, и ионы H+, но между этими двумя процессами существует обратная зависимость. Если парциальное давление кислорода велико (что наблюдается, например, в лёгких), то гемоглобин связывает его, освобождая при этом ионы H+. При низком парциальном давлении кислорода (что имеет место в тканях) связываться с гемоглобином будут ионы H+.
Эффективность связывания гемоглобином углекислого газа (с образованием карбаминогемоглобина, чаще именуемого карбгемоглобином[3]) находится в обратной зависимости от связывания кислорода. В тканях часть избыточного CO2 связывается с гемоглобином, сродство последнего к O2 снижается, и происходит высвобождение кислорода. В лёгких же связывается избыток O2 воздуха, тем самым сродство гемоглобина к CO2 уменьшается, и CO2 выделяется в альвеолярный воздух, способствуя лёгкому закислению крови за счёт ионов H+, возникающих при диссоциации угольной кислоты (см. выше).
Описанные зависимости делают молекулу гемоглобина великолепно приспособленной к осуществлению совместного переноса эритроцитами кислорода, углекислого газа и ионов H+[4].
См. также[править | править код]
- Эффект Холдейна (открыт Джоном Скоттом Холдейном)
Примечания[править | править код]
- ↑ Verigo B. F. Zur Frage über die Wirkung des Sauerstoff auf die Kohlensäureausscheidung in den Lungen // Archiv für die gesammte Physiologie des Menschen und der Thiere : статья. — 1892. — № 51. — С. 321-361.
- ↑ Chr. Bohr, K. Hasselbalch, and August Krogh. Concerning a Biologically Important Relationship — The Influence of the Carbon Dioxide Content of Blood on its Oxygen Binding // Skand. Arch. Physiol. : статья. — 1904. — № 16. — С. 401-412.
- ↑ Карбгемоглобин // Биологический энциклопедический словарь.
- ↑ Ленинджер А. Основы биохимии: В 3-х томах. Том 1. — М.: Мир, 1985. — С. 208-210. — 367 с.
Литература[править | править код]
- Вериго эффект // Большой медицинский словарь. — 2000.
Источник
Эффект Вериго — Бора
Мы немного порассуждали о лёгких и тканях, и о том, какие же между ними отношения, когда они пытаются посылать туда-обратно маленькие молекулы и в это же время отправлять тканям кислород. Ткань же пытается найти самый эффективный способ отправить обратно углекислый газ. Это и есть 2 основных процесса, которые происходят между лёгкими и тканями. Мы уже говорили о том, что есть 2 основных пути получения кислорода. Первый — самый лёгкий — растворённый кислород. Растворённый в крови кислород. Но это не основной путь. Основной — связывание кислорода с гемоглобином и образование HbO2, молекулы под названием оксигемоглобин. Именно так большинство кислорода попадает в ткани. С другой стороны от тканей в лёгкие переносится растворённый углекислый газ, небольшое количество которого переносится прямо в плазме. Однако, это не основной путь обратной поставки углекислого газа. Самый эффективный путь доставки углекислого газа в лёгкие — протонированная форма гемоглобина. Когда я говорил о протонированной форме гемоглобина, я упоминал, что плазма содержит бикарбонат. Суть процесса заключается в том, что возвращаясь в лёгкие, протон и бикарбонат снова встречаются и образуют СО2, а также воду, это происходит благодаря содержащемуся в красных клетках крови ферменту под названием карбоангидраза. Это и есть основной путь доставки углекислого газа в лёгкие. Конечно, есть ещё и 3-ий, заключающийся в том, что гемоглобин связывается непосредственно с углекислым газом в процессе и образуется маленький протон, который участвует здесь. Он также может связываться с гемоглобином. Среди такого взаимодействия я бы хотел привлечь ваше внимание к тому, что гемоглобин может связываться с кислородом также как и с протонами. Самое интересное здесь то, что происходит что-то вроде соревнования. Происходит, так сказать, небольшая игра. С одной стороны, у вас есть гемоглобин, связывающийся с кислородом (я нарисую его дважды), и это, в свою очередь, приводит к взаимодействию с протоном, который, в свою очередь, пытается выхватить гемоглобин. Происходит небольшое соревнование за гемоглобин, в котором кислород не участвует, а углекислый газ вступает в реакцию, о которой мы уже говорили. Небольшое количество гемоглобина связывается с углекислым газом, в результате чего образуется протон, но и в этом процессе кислород не участвует. Поэтому происходящая реакция напрямую зависит от того, каких молекул в данный момент больше: кислорода, протона или углекислого газа. В зависимости от того, каких молекул больше в ткани или клетке, происходит соответствующая реакция. Учитывая это, я мог бы вернуться назад и сказать, что я думаю, углекислый газ и протон влияют на кислород. Я мог бы сказать, что и углекислый газ, и протон действительно влияют на избирательное стремление гемоглобина к соединению. Повторю, избирательное стремление гемоглобина к соединению или на его желание связываться с кислородом. Это один из выводов, который вы бы могли сделать, наблюдая за таким соревнованием. Представив это, я думаю, можно сказать, что кислород (в зависимости от того, какой точки зрения вы придерживаетесь) влияет на избирательное стремление гемоглобина к соединению с углекислым газом или протоном. Итак, избирательное стремление гемоглобина к соединению с углекислым газом или протоном. Я хочу подчеркнуть, что независимо от точки зрения, которой вы придерживаетесь, оба эти утверждения верны. Мы можем решить, что, возможно, просто повторяем одно и то же дважды. Но на самом деле это два разных факта, каждый из которых называется по-своему. Первый случай, когда мы говорим о реакции углекислого газа и протонов, называется «эффект Бора». Вы можете встретить это название или описание. Это эффект Бора. И второй случай, если мы посмотрим на наш процесс с точки зрения кислорода, то реакция будет называться «эффект Холдейна». Что же такое эффект Бора и эффект Холдейна, кроме того, что это соревнование за гемоглобин? Давайте я подниму экран, и посмотрим, смогу ли я их изобразить. Я считаю, что небольшой рисунок или схема действительно помогают объяснить такие вещи. Я буду использовать небольшой график. Посмотрим, смогу ли я на нём изобразить эффект Бора. Это парциальное давление кислорода, то есть то, сколько кислорода растворяется в плазме. И это содержание кислорода, которое показывает, сколько всего кислорода в крови, что, конечно, учитывает в основном количество кислорода, связавшегося с гемоглобином. Что же будет, если я медленно увеличу парциальное давление кислорода? Вначале лишь несколько молекул кислорода свяжется с гемоглобином, но как только это произойдёт, возникнет кооперативный эффект, и потихоньку наклон кривой начнёт увеличиваться и станет более резким. Такая реакция обусловлена кооперативным эффектом, так как кислород вступает в реакцию там, где уже произошла реакция с его молекулами. Затем кривая выравнивается. Выравнивание происходит в результате насыщения гемоглобина. Так как остаётся мало свободного места, необходимо, чтобы в плазме растворилось много кислорода, который сможет тщательно поискать и найти оставшиеся свободные места на гемоглобине. Предположим, мы выбрали 2 зоны. Одна зона богата растворённым в крови кислородом, а во 2-ой наблюдается недостаток растворённого в крови кислорода. Это произвольный выбор, поэтому не следует беспокоиться о точном количестве. Если вы подумаете, где в организме наблюдается максимальное скопление кислорода, то естественно, это будут лёгкие, где в крови растворено много кислорода. И низкое количество кислорода наблюдается в бедренной мышце, например, где много СО2, но в крови растворено мало кислорода. И так, это две части тела, и теперь, глядя на эту кривую, вы можете узнать, сколько кислорода доставляется в бедро. Это легко. Я мог бы сказать, сколько кислорода в лёгких или в кровеносном сосуде, отходящем от лёгких… Итак. Вот это — количество кислорода в кровеносных сосудах, идущих от лёгких. Вот это — количество кислорода в кровеносном сосуде, идущем от бедра. Разница между этими двумя значениями — это и есть количество поставляемого кислорода. Поэтому, если вы хотите вычислить, сколько кислорода поставляется в ткань, вы должны просто вычесть эти два значения, это и будет количество поставляемого кислорода. Глядя на эти два значения, вы можете заинтересоваться тем, что произойдёт, если вы захотите повысить поставку кислорода. Предположим, что по какой-то причине необходимо сделать этот процесс более эффективным, в этом случае всё, что можно сделать, — это увеличить гипоксию в бедре (на графике вы движетесь влево) или, другими словами, уменьшить количество имеющегося кислорода. Итак, при повышении гипоксии в бедре, (точка на графике станет ниже), увеличится количество поставляемого кислорода. Однако это не идеальный вариант, так как нехватка кислорода в бедре вызывает боль. Есть ли другой способ увеличения поставки кислорода без гипоксии или уменьшения количества кислорода в ткани? Существует ли такой способ поставки кислорода? Здесь и вступает в игру эффект Бора. Давайте вспомним: эффект Бора заключается во влиянии СО2 и протона на связь гемоглобина с кислородом. Дело состоит в том (я буду помечать это зелёным цветом), что в этой ситуации у нас много углекислого газа и протонов, это и есть эффект Бора, когда кислороду труднее связаться с гемоглобином. Если я изображу другую кривую, изначально она будет менее выраженной, так как ещё меньшее количество кислорода связано с гемоглобином. Но как только концентрация кислорода достаточно увеличится, кривая начнёт подниматься и подниматься, и, в конечном счёте, кислород будет связываться с гемоглобином, то есть, нет такого, что он бы совсем не связывался с ним в присутствии углекислого газа и протонов, просто это займёт больше времени. При этом кривая выглядит так, как будто её сместили. Такие условия с высоким содержанием СО2 и протонов, которые, по сути, не подходят для лёгких. Лёгкие, думают: «Кого это волнует? У нас нет таких условий». Но для бедра, это подходит. Так как в бедре много СО2 и протонов. Вспомните, большое количество протонов означает низкий рН. Это можно рассмотреть с разных точек зрения. То есть, с бедром — другой случай. Ему соответствует не зелёная, а синяя кривая. Поэтому мы сможем изобразить точку на том же самом уровне О2 но ниже. Каково же содержание О2 в крови, направляющейся из бедра? Если всё сделать правильно, на кривой это будет отображаться здесь. Это фактическое количество, при этом доставленное количество О2 становится более впечатляющим. Посмотрите, из-за эффекта Бора поставка О2 увеличилась. Если вы захотите узнать, насколько точно она увеличивается, я покажу — это будет количество отсюда до сюда, другими словами, — вертикальное расстояние между зелёной и голубой линиями это и есть дополнительное количество поставленного из-за эффекта Бора кислорода. Вот почему эффект Бора так важен, Ведь, по сути, он помогает нам поставлять кислород в ткани. Итак, теперь давайте по тому же принципу рассмотрим эффект Холдейна. Фактически мы должны всё поменять местами, поэтому поменяются и оси, и единицы измерения. Здесь у нас будет количество углекислого газа, а здесь — содержание углекислого газа в крови. Давайте поразмышляем об этом эффекте. Начнём с медленного, но уверенного увеличения количества углекислого газа и посмотрим, как увеличивается его концентрация. С увеличением количества углекислого газа его концентрация в крови увеличивается прямо пропорционально. Кривая не имеет S-образной формы, как кривая кислорода, потому что при связывании с гемоглобином нет кооперативного эффекта. Содержание углекислого газа просто увеличивается прямо пропорционально его количеству. Это достаточно легко. Теперь давайте возьмём два случая, как мы делали ранее. Здесь будет высокое содержание СО2 в крови, а здесь низкое содержание СО2 в крови. В какой же ткани будет низкое содержание СО2 в крови? Низкое содержание СО2 находится, конечно, в лёгких, так как здесь мало углекислого газа. А высокое содержание СО2 возможно в бедре, так как бёдра — это маленькие фабрики по производству СО2. Поэтому в бёдрах высокое содержание СО2, а в лёгких — низкое. Если необходимо узнать количество поставленного СО2, то нужно повторить то, что мы делали ранее. Итак, высокое количество СО2 в бёдрах — это высокое количество СО2 в крови. А это количество СО2 в крови, направляющейся от бёдер к лёгким. Поэтому количество поставленного из бёдер в лёгкие СО2 — это разница этих двух значений. Вот так мы можем рассчитать количество фактически поставленного СО2. Так же как и поставка О2, наблюдается поставка большого количества СО2. Теперь давайте перечитаем эффект Холдейна, и посмотрим, что произойдёт, если мы изобразим ещё одну линию при наличии большого количества кислорода? Высокая концентрация кислорода меняет избирательное стремление гемоглобина к связыванию с углекислым газом и протонами. Поэтому прямо пропорционально количеству гемоглобина снизится количество связанных протонов и углекислого газа. А это означает снижение содержания СО2 при любом его количестве, растворённом в крови. Поэтому эта линия всё ещё прямая, но вы можете заметить, что она действительно снижается по наклонной. И где же это возможно, в каких случаях такое происходит? Давайте попытаемся определить, где же максимальное количество кислорода? Это, конечно, не бёдра, так как в бёдрах мало кислорода. Но это подходит лёгким. Даже очень. Теперь вы скажете: «Давайте посмотрим, что же происходит? Сколько же поставляется СО2 при высокой концентрации О2?» Возможно, вы уже заметили, что оно будет больше? Так как при высокой концентрации О2, количество поставляемого СО2 непрерывно увеличивается. Это и будет новое количество поставленного СО2. То есть, вы даже можете узнать точное количество поставленного СО2. Необходимо узнать разницу этих двух значений, в чём, по сути, и заключается эффект Холдейна. Вот так наглядно можно рассмотреть этот эффект. И так, эффект Бора и эффект Холдейна — две важные стратегии, которых придерживается наш организм для увеличения количества поставляемого О2 и выводимого СО2 между лёгкими и тканями.
Источник
Эффект Бора — Bohr effect
Кристиан Бор, которому приписывают открытие эффекта в 1904 году.
58>Эффект Бора — физиологическое явление, впервые описанное в 1904 году датским физиологом Кристианом Бором . Сродство гемоглобина к связыванию кислорода (см. кривая диссоциации кислород-гемоглобин ) обратно пропорционально как кислотности, так и концентрации диоксида углерода. То есть эффект Бора относится к сдвигу кривой диссоциации кислорода, вызванному изменениями концентрации двуокиси углерода или pH окружающей среды. Поскольку диоксид углерода реагирует с водой с образованием угольной кислоты , увеличение CO 2 приводит к снижению pH крови, в результате чего белки гемоглобина высвобождают свою нагрузку кислород. И наоборот, уменьшение углекислого газа вызывает повышение pH, в результате чего гемоглобин поглощает больше кислорода.
Экспериментальное открытие
Исходные кривые диссоциации по данным Бора. эксперименты в первом описании эффекта Бора, показывающие уменьшение сродства к кислороду при увеличении парциального давления диоксида углерода. Это также один из первых примеров кооперативного связывания. Ось X: парциальное давление кислорода в мм рт. Ст. , ось Y% оксигемоглобин . Кривые были получены с использованием цельной крови собаки , за исключением пунктирной кривой, для которой использовалась кровь лошади .
В начале 1900-х годов Кристиан Бор был профессором Копенгагенского университета в Дании, уже хорошо известного своими работами в области физиологии дыхания. Последние два десятилетия он провел за изучением растворимости кислорода, диоксида углерода и других газов в различных жидкостях, а также провел обширные исследования гемоглобина и его сродства к кислороду. В 1903 году он начал тесно сотрудничать с Карлом Хассельбалхом и Августом Крогом , двумя из его сотрудников в университете, в попытке экспериментально воспроизвести работу Густава фон Хюфнера , используя цельную кровь вместо раствора гемоглобина. Хюфнер предположил, что кривая связывания кислород-гемоглобин имеет гиперболическую форму, но после обширных экспериментов копенгагенская группа определила, что кривая на самом деле была сигмоидальной . Более того, в процессе построения многочисленных кривых диссоциации вскоре стало очевидно, что высокие парциальные давления углекислого газа вызывают сдвиг кривых вправо. Дальнейшие эксперименты с изменением концентрации CO 2 быстро предоставили убедительные доказательства, подтверждающие существование того, что вскоре стало известно как эффект Бора.
Противоречие
Есть еще кое-что. споры о том, действительно ли Бор был первым, кто обнаружил связь между CO 2 и кислородным сродством, или же русский физиолог [ru ] опередил его, якобы обнаружив эффект в 1898 году. , за шесть лет до Бора. Хотя это никогда не было доказано, Вериго действительно опубликовал в 1892 году статью о взаимосвязи гемоглобина и CO 2 . Предложенная им модель была несовершенной, и Бор резко критиковал ее в своих публикациях.
Другой вызов открытию Бора исходит из его лаборатории. Хотя Бор сразу взял на себя всю заслугу, его соратник Крог, который изобрел прибор для измерения концентрации газов в экспериментах, на протяжении всей своей жизни утверждал, что он сам был первым, кто продемонстрировал этот эффект. Хотя есть некоторые доказательства, подтверждающие это, задним числом изменить название известного явления было бы крайне непрактично, поэтому он остается известным как эффект Бора.
Физиологическая роль
Эффект Бора увеличивает эффективность транспортировки кислорода через кровь. После того, как гемоглобин связывается с кислородом в легких из-за высоких концентраций кислорода, эффект Бора способствует его высвобождению в тканях, особенно в тех тканях, которые больше всего нуждаются в кислороде. Когда скорость метаболизма ткани увеличивается, увеличивается и выработка углекислого газа. При попадании в кровоток диоксид углерода образует бикарбонат и протоны в результате следующей реакции:
CO 2 + H 2 O ↽ — — ⇀ H 2 CO 3 ↽ — — ⇀ H + + HCO 3 — { displaystyle { ce {CO2 + H2O H2CO3 H + + HCO3 ^ -}}}
Хотя эта реакция обычно протекает очень медленно, фермент карбоангидраза (который присутствует в красных кровяных тельцах ) резко ускоряет преобразование в бикарбонат и протоны. Это вызывает снижение pH крови, что способствует диссоциации кислорода из гемоглобина и позволяет окружающим ткани, чтобы получить достаточно кислорода для удовлетворения своих потребностей. В областях с высокой концентрацией кислорода, таких как легкие, связывание кислорода заставляет гемоглобин высвобождать протоны, которые рекомбинируют с бикарбонатом для удаления углекислого газа в течение выдох . Эти противоположные реакции протонирования и депротонирования происходят в равновесии, что приводит к небольшому общему изменению pH крови.
Эффект Бора позволяет организму адаптироваться к меняющимся условиям и дает возможность поставлять дополнительный кислород тканям, которые в нем больше всего нуждаются. Например, когда мышцы подвергаются напряженной деятельности, им требуется большое количество кислорода для проведения клеточного дыхания , которое генерирует CO 2 (и, следовательно, HCO 3 и H) в качестве побочных продуктов. Эти отходы снижают pH крови, что увеличивает доставку кислорода к активным мышцам. Углекислый газ — не единственная молекула, которая может вызвать эффект Бора. Если мышечные клетки не получают достаточно кислорода для клеточного дыхания, они прибегают к ферментации молочной кислоты , которая выделяет молочную кислоту в качестве побочного продукта. Это увеличивает кислотность крови намного больше, чем один CO 2 , что отражает еще большую потребность клеток в кислороде. Фактически, в анаэробных условиях мышцы вырабатывают молочную кислоту так быстро, что pH крови, проходящей через мышцы , упадет примерно до 7,2, в результате чего гемоглобин начнет выделять примерно на 10% больше кислорода.
величина эффекта Бора определяется как Δ log (P 50) Δ pH { textstyle { scriptstyle Delta log (P_ {50}) over Delta { text {pH}}}} — наклон на этом графике. Более крутой наклон означает более сильный эффект Бора.
Сила эффекта и размер тела
Величина эффекта Бора обычно определяется наклоном log (P 50) { textstyle log (P_ {50})} vs pH { textstyle { text {pH}}} кривая, где P50относится к парциальному давлению кислород, когда занято 50% сайтов связывания гемоглобина. Наклон обозначается: Δ log (P 50) Δ pH { textstyle { scriptstyle Delta log (P_ {50}) over Delta { text {pH}}}} , где Δ { textstyle Delta} обозначает изменение. То есть Δ log (P 50) { textstyle Delta log (P_ {50})} обозначает изменение в log (P 50) { textstyle log (P_ {50})} и Δ pH { textstyle Delta { text {pH}}} изменение pH { textstyle { text {pH}}} . Сила эффекта Бора обратно пропорциональна размеру организма: величина увеличивается с уменьшением размера и веса. Например, мыши обладают очень сильным эффектом Бора с Δ log (P 50) Δ pH { textstyle { scriptstyle Delta log (P_ {50}) over Дельта { text {pH}}}} значение -0,96, которое требует относительно незначительных изменений концентраций H или CO 2 , в то время как слоны требуют гораздо большего изменения концентрации для достижения гораздо более слабого эффекта (Δ log (P 50) Δ pH = — 0,38) { textstyle left ({ scriptstyle Delta log (P_ {50}) over Delta { text {pH}}} = — 0,38 right)} .
Механизм
Аллостерические взаимодействия
Гемоглобин изменяет конформацию с высокоаффинного R-состояния (насыщенный кислородом) на низкоаффинное T-состояние ( деоксигенированный) для улучшения поглощения и доставки кислорода.
Эффект Бора основан на аллостерических взаимодействиях между гемами гемоглобина тетрамера , механизм, впервые предложенный Максом Перуцем в 1970 году. Гемоглобин существует в двух конформациях: R-состоянии с высоким сродством и T-состоянии с низким сродством. Когда уровни концентрации кислорода высоки, как в легких, предпочтительнее состояние R, что позволяет максимальному количеству кислорода связываться с гемами. В капиллярах, где уровни концентрации кислорода ниже, предпочтительнее состояние T, чтобы облегчить доставку кислорода к тканям. Эффект Бора зависит от этой аллостерии, поскольку увеличение CO 2 и H помогает стабилизировать Т-состояние и обеспечивает большую доставку кислорода к мышцам в периоды повышенного клеточного дыхания. Об этом свидетельствует тот факт, что миоглобин , мономер без аллостерии, не проявляет эффекта Бора. Мутанты гемоглобина с более слабой аллостерией могут проявлять пониженный эффект Бора. Например, в варианте Хиросимы гемоглобинопатия аллостерия гемоглобина снижена, а эффект Бора ослаблен. В результате во время физических нагрузок мутантный гемоглобин имеет более высокое сродство к кислороду, и ткани могут испытывать незначительное кислородное голодание .
стабилизация Т-состояния
Когда гемоглобин находится в своем Т-состоянии, N-концевые аминогруппы α-субъединиц и C-концевыегистидин β-субъединиц протонируются, придавая им положительный заряд и позволяя им остатки для участия в ионных взаимодействиях с карбоксильными группами на соседних остатках. Эти взаимодействия помогают удерживать гемоглобин в состоянии T. Снижение pH (повышение кислотности) еще больше стабилизирует это состояние, поскольку уменьшение pH делает эти остатки еще более вероятными для протонирования, усиливая ионные взаимодействия. В состоянии R ионные пары отсутствуют, а это означает, что стабильность состояния R увеличивается с увеличением pH, поскольку эти остатки с меньшей вероятностью будут оставаться протонированными в более щелочной среде. Эффект Бора работает путем одновременной дестабилизации состояния R с высоким сродством и стабилизации состояния T с низким сродством, что приводит к общему снижению сродства к кислороду. Это можно визуализировать на кривой диссоциации кислород-гемоглобин , сдвинув всю кривую вправо.
Двуокись углерода может также напрямую реагировать с N-концевыми аминогруппами с образованием карбаматов в соответствии со следующей реакцией:
R — NH 2 + CO 2 ↽ — — ⇀ R — NH — COO — + H + { displaystyle { ce {R-NH2 + CO2 R-NH-COO ^ — + H +}}}
CO2формирует карбаматы часто с состоянием T, которое помогает стабилизировать эту конформацию. В процессе также образуются протоны, а это означает, что образование карбаматов также способствует усилению ионных взаимодействий, дополнительно стабилизируя состояние T.
Особые случаи
Хотя они являются одними из самых крупных животных на планете, горбатые киты обладают эффектом Бора, подобным таковому у морских свинок.
Морские млекопитающие
Исключение из прочно обоснованной связи между животными размер тела и чувствительность его гемоглобина к изменения pH были обнаружены в 1961 году. На основании их размера и веса была выдвинута гипотеза, что многие морские млекопитающие обладают очень слабым, почти несущественным эффектом Бора. Однако, когда их кровь была исследована, этого не произошло. Горбатые киты весом 41 000 килограммов имели наблюдаемое Δ log (P 50) Δ pH { textstyle { scriptstyle Delta log (P_ {50}) over Delta { text { pH}}}} 0,82, что примерно эквивалентно величине эффекта Бора у морской свинки весом 0,57 кг . Предполагается, что этот чрезвычайно сильный эффект Бора является одной из многих адаптаций морских млекопитающих для глубоких и длительных погружений, поскольку он позволяет практически всему связанному с гемоглобином кислороду диссоциировать и снабжать тело кита, пока он находится под водой. Это подтверждается исследованиями других видов морских млекопитающих. У китов-лоцманов и морских свиней , которые в основном питаются с поверхности и редко ныряют более чем на несколько минут, Δ log (P 50) Δ pH { textstyle { scriptstyle Delta log (P_ {50}) over Delta { text {pH}}}} было 0,52, что сопоставимо с коровой , что намного ближе к ожидаемая величина эффекта Бора для животных их размера.
Окись углерода
Другой частный случай эффекта Бора имеет место, когда присутствует окись углерода . Эта молекула служит конкурентным ингибитором кислорода и связывается с гемоглобином с образованием карбоксигемоглобина . Сродство гемоглобина к CO примерно в 210 раз выше, чем его сродство к O 2 , что означает, что он очень маловероятно диссоциирует, и после связывания он блокирует связывание O 2 с этим субъединица. В то же время СО структурно достаточно похож на O 2 , чтобы заставить карбоксигемоглобин благоприятствовать состоянию R, повышая сродство к кислороду оставшихся незанятых субъединиц. Эта комбинация значительно снижает доставку кислорода к тканям тела, что делает окись углерода столь токсичной . Эта токсичность несколько снижается за счет увеличения силы эффекта Бора в присутствии карбоксигемоглобина. Это увеличение в конечном итоге связано с различиями во взаимодействии между гемовыми группами карбоксигемоглобина по сравнению с оксигенированным гемоглобином. Это наиболее выражено, когда концентрация кислорода чрезвычайно низкая, как последнее усилие, когда потребность в доставке кислорода становится критической. Однако физиологические последствия этого явления остаются неясными.
См. Также
- Аллостерическая регуляция
- Эффект Холдейна
- Корневой эффект
Ссылки
Внешние ссылки
- Воздействие обучения
Источник