7.11. A hemoglobin oxigénkötésének anyagcserétől független szabályozása

A hemoglobinnal kapcsolatos vizsgálatok során csak viszonylag későn derült fény arra, hogy a hemoglobin csak akkor mutatja a fent ismertetett kooperatív működést, ha egy foszforilált cukorszármazék, a 2,3-biszfoszfo-glicerinsav, BPG is jelen van a környezetében (lásd 7.23. ábra).

A kezdetben izolált hemoglobin preparátumok „szennyezve voltak” ezzel az rendkívül fontos szabályzó molekulával. Amikor valóban homogén hemoglobin preparátumot sikerült előállítani, amely csak a fehérje komponenseket tartalmazta, kiderült, hogy az így izolált preparátumban a hemoglobin rendkívül erősen, és nem kooperatív módon köt oxigént.

7.23. ábra: A hemoglobin szabályozásában fontos szerepet játszó 2,3-biszfoszfo-glicerinsav szerkezete

7.23. ábra: A hemoglobin szabályozásában fontos szerepet játszó 2,3-biszfoszfo-glicerinsav szerkezete

Ma már tudjuk, hogy a BPG a hemoglobin egy anyagcserétől független szabályozási módjának a kulcsa. Kiderült, hogy a széndioxid és a protonkötés esetével analóg módon formálisan a BPG-kötés és az oxigénkötés is kizárják egymást:

7.14. egyenlet

A 2,3-BPG a hemoglobin T konformációs állapotának nyitott csatornájába kötődik és ionos kölcsönhatásokon keresztül stabilizálja a T állapotot (lásd 7.24. ábra). A BPG tehát a hemoglobin negatív allosztérikus szabályozó molekulája, effektora. (Az allosztérikus fehérjék általános tulajdonságait később, a 17.2. fejezetben tárgyaljuk.)

BPG hiányában a T állapot elenyésző arányban alakul ki, így az R konformáció dominál. Ez az oka a BPG-mentes hemoglobin nagy oxigénkötő affinitásának, és nem-kooperatív működésének. De hogyan használható ez a molekula szabályozásra?

Ezzel kapcsolatban kulcs ismeret, hogy a BPG koncentrációja a tüdőben kialakuló parciális oxigén nyomás alapján szabályozódik. A tengerszintre jellemző parciális oxigénnyomáson a vörösvértestekben a BPG koncentrációja mintegy 5 mM, és a hemoglobin a maximális lehetséges oxigéntároló kapacitásának nagyjából 38%-ányi oxigént képes a szöveteknek leadni.

7.24. ábra: A BPG a hemoglobin négy alegysége közötti üregbe köt a T állapotban.A jobb oldali kinagyított részletben a komplex kialakításában szerepet játszó aminosav oldalláncok is látszanak (PDB: 1B86)

7.24. ábra: A BPG a hemoglobin négy alegysége közötti üregbe köt a T állapotban. A jobb oldali kinagyított részletben a komplex kialakításában szerepet játszó aminosav oldalláncok is látszanak (PDB: 1B86)

Hirtelen 4500 m-re utazva az oxigén parciális nyomása a tüdőben lényegesen alacsonyabb lesz, így a hemoglobin kevesebb oxigént képes felvenni, de csak ugyanannyit tud leadni, mint tengerszinten. A leadható oxigén a maximális tárolókapacitás 30%-ára esik a korábbi 38%-ról (lásd 7.25. ábra).

7.25. ábra: A hemoglobin működésének szabályozása BPG-vel a légköri oxigénnyomás függvényében

7.25. ábra: A hemoglobin működésének szabályozása BPG-vel a légköri oxigénnyomás függvényében

Egy itt nem ismertetett szabályozásnak köszönhetően a BPG-szint a vörösvértestekben pár óra leforgásával kb. 8 mM-ra emelkedik. Ez az emelkedett BPG-szint csak kismértékben csökkenti a tüdőben felvehető oxigén mennyiséget, miközben annál jóval nagyobb mértékben növeli a szöveteknek leadható mennyiséget. Ennek köszönhetően a tengerszinti körülményekre jellemző értékhez hasonló mennyiségű oxigén szállítódik.

(Ez a szabályozás nem keverendő össze a szervezetnek azzal a válaszával, melynek során az oxigénhiányos környezet hatására egy jóval hosszabb idő elteltével megnő a vörösvértestek száma. Ez utóbbi azzal kapcsolatos, hogy a normálisnál alacsonyabb oxigén koncentráció hatására a vese megnöveli az eritropoetin (EPO) hormon termelésének ütemét. Ez fokozza a vörösvértestté váló sejtek differenciációját, és közvetve lassítja a már meglévő vörösvértestek pusztulását. Ennek a szabályozásnak azonban nincs köze a hemoglobin működési mechanizmusához.)