4.13. Механизм кооперативного связывания кислорода

Почему четвертая молекула O2 связывается гемоглобином примерно в 300 раз прочнее, чем первая? Понять это явление можно из аналогии, приведенной на рис. 4.17. Дезоксигемоглобин имеет жесткую структуру, усиленную восемью солевыми связями между четырьмя субъединицами. Присоединение кислорода может произойти лишь после того, как разрыв каких-то из этих связей позволит атому железа переместиться в плоскость гема. Сколько должно разорваться солевых связей, чтобы присоединилась молекула Это зависит от того, какая по счету молекула должна присоединиться: первая, вторая, третья или четвертая. Для связывания первой молекулы необходимо разорвать больше связей, чем для связывания последующих. Поскольку разрыв солевых связей требует энергии, присоединение первой молекулы энергетически менее выгодно, чем присоединение

Рис. 4.17. Пояснение хода оксигенирования гемоглобина на примере почтовых марок. Для того чтобы оторвать одну марку из четырех, нужно разорвать две перфорированные стороны. Чтобы отделить вторую марку, нужно произвести разрыв только с одной стороны; чтобы отделить третью - тоже с одной. После этого четвертая марка остается свободной.

остальных. Присоединение же второй и третьей молекул по величине затраты энергии занимает промежуточное положение между первой и четвертой (рис. 4.18). Такое постепенное увеличение сродства к кислороду придает кривой связывания ту сигмоидность формы, которая выявляется экспериментально.

Этот аллостерический механизм можно описать и на уровне более тонкой структуры. Почти все молекулы дезоксигемоглобина находятся в -форме. По мере последовательного связывания молекул возрастает вероятность перехода в R-форму. Сродство -формы к в 300 раз ниже, чем сродство R-формы, так как в -форме передвижение проксимального гистидина в плоскость гема имеет больше ограничений. В частности, в -форме проксимальный гистидин больше наклонен к плоскости гема (см. рис. 4.16), а потому и увеличено стерическое отталкивание, препятствующее его перемещению. Более симметричное положение проксимального гистидина в R-форме облегчает его приближение к гему. Кроме того, в -форме участок связывания в -субъединице заслонен валином в большей степени, чем в R-форме.