Почему эритроциты содержат гемоглобин, а не миоглобин?

Просто немного расширим ответ Джека Эйдли:

Взгляните на этот раздел из учебника по биохимии Страйера , в частности на рис. 10.17, где вы можете видеть, что гемоглобин эволюционировал, чтобы иметь высокое сродство к кислороду при концентрациях O ₂ , присутствующих в легких, но низкое сродство при концентрациях O ₂ присутствуют в периферических тканях. Это достигается за счет совместного связывания кислорода. Это означает, что гемоглобин может высвобождать 60-70% связанного кислорода. В тех же условиях миоглобин, если бы он использовался в красных кровяных тельцах в качестве переносчика кислорода, выделял бы гораздо меньше.

Между прочим, на рисунке показано сравнение между гемоглобином и гипотетическим белком, который демонстрирует 50% насыщение при той же концентрации кислорода, но связывает кислород некооперативно (например, миоглобин).

Более прямое сравнение гемоглобина и миоглобина, найденное здесь , показано ниже:

добавлено редактирование, чтобы ответить на ответ Шигеты

Я не понимаю некоторых утверждений шигеты, поэтому вот мое мнение: если я ошибаюсь, я (искренне) хотел бы, чтобы меня поправили, так как я должен учить этому.

«Что особенно полезно в кооперативности гемоглобина, так это то, что последний кислород труднее отделить от тетрамера гемоглобина, чем первый».

Это утверждение противоречит моему пониманию кислородосвязывающего поведения гемоглобина. В дезоксигенированном состоянии белок находится в конформации, известной как состояние Т (для напряженного состояния), и это состояние с низким сродством. Связывание молекулы кислорода с одной из групп гема в одной из глобиновых субъединиц тетрамера увеличивает сродство, так что последующее связывание кислорода становится легче. Детали того, как это происходит, все еще обсуждаются, но я думаю, что то, что я сказал до сих пор, принимается всеми.

Вот уравнение, представляющее связывание первой молекулы кислорода с тетрамером гемоглобина:

О ₂ + [Hb] ₄ <--> [Hb ₄ ]O ₂

Если деоксигенированный гемоглобин имеет низкое сродство к кислороду, то это равновесие должно лежать в левой части, другими словами, реакция справа налево (высвобождение) протекает быстрее, чем реакция справа налево (связывание). Это не согласуется с идеей о том, что гемоглобин цепляется за свой последний кислород.

«Сердце, которое является первым органом в кровообращении после легких, использует много кислорода — если бы гемоглобин не был кооперативным, оно могло бы забрать весь кислород из гемоглобина сразу после удара, когда оно использует кислород в состоянии стресса, создавая блок гемоглобина, полностью лишенного связанного кислорода».

Это основано на ошибочном представлении о кровообращении — оно подразумевает, что вся кровь проходит через коронарную артерию, прежде чем попасть в остальные части тела. Насыщенная кислородом кровь покидает сердце через аорту. Хотя верно то, что первой ветвью аорты является коронарная артерия, большая часть крови не попадает в эту ветвь, а поступает в остальную часть кровообращения. В этом смысле коронарное кровообращение (под которым я подразумеваю коронарную артерию > коронарные вены — собственное кровоснабжение сердца) идет параллельно с остальной системой кровообращения, а не последовательно с ней. В состоянии покоя только 5% сердечного выброса поступает в коронарный кровоток.

Согласно этому обзору «Регулирование коронарного кровотока во время упражнений » (здесь я многое упрощаю, но это утверждение действительно фигурирует в обзоре и не вырвано из контекста): «Повышение потребности миокарда в кислороде во время упражнений удовлетворяется в основном за счет увеличения коронарный кровоток». В состоянии покоя сердце уже извлекает большую часть кислорода из своего кровоснабжения (см. здесьдля некоторых интересных данных) так что опять же не может быть речи о том, чтобы сердце извлекало намного больше - ему просто нужно больше крови, и конечно учащенное сердцебиение будет этому способствовать. Существует также возможность направления большей части сердечного выброса через коронарное кровообращение, но мне не удалось найти никаких количественных утверждений об этом. Интересно, что если вы посмотрите на данные в 1-й таблице данных здесь , вы увидите, что в покое 22% сердечного выброса поступает в почечную циркуляцию, но из этой крови извлекается гораздо меньше кислорода (около одна девятая того, что извлекается из крови, проходящей через сердечный кровоток). Это представляет собой источник потенциального увеличения поступления крови к сердцу за счет снижения почечной фильтрации.

«Кроме того, гемоглобин довольно явно является эволюционной адаптацией, когда четыре миоглобина объединились, чтобы сформировать совместное связывание кислорода, поэтому, вероятно, когда-то миоглобин был переносчиком кислорода. Есть некоторые примитивные животные, у которых нет отдельного гемоглобина, только миоглобин-подобные носители».

Я согласен с тем, что очевидно, что гемоглобин и миоглобин произошли от мономерного миоглобиноподобного предка, и что появление тетрамерной молекулы создало потенциал для кооперативного связывания кислорода. Меня не так убеждает остальная часть предложения. Я думаю, мы должны сначала договориться о том, что мы подразумеваем под переносчиком кислорода. Я имею в виду белок, который является компонентом системы кровообращения. Я не знаю никаких доказательств того, что молекула, подобная миоглобину, может выполнять эту функцию. Это происходит непосредственно из формы простой кривой связывания (прямоугольная гипербола). Чтобы белок насыщался при атмосферных концентрациях кислорода, он должен иметь определенную K _d, что исключает значительное выделение кислорода в физиологически полезных концентрациях. Либо у вас есть белок, который может эффективно разгрузиться, но никогда не насытится кислородом, либо у вас есть молекула, которая способна стать насыщенной, но не может разгрузиться, кроме как при любой низкой концентрации кислорода. Это замечательная особенность гемоглобина — появление кооперативного связывания позволило осуществить более похожее на переключение взаимопревращение между состоянием с высоким сродством для загрузки и состоянием с низким сродством для разгрузки.

Теперь, если вы хотите включить внутриклеточный транспорт кислорода в ваше определение «переносчика», тогда мы вступаем в совершенно другую дискуссию о роли миоглобина, но я уже зашел слишком далеко, поэтому я остановлюсь на этом.

Просто хотел дополнить два других ответа... Я пытался использовать комментарии, но не хватило места.

Рисунок @AlanBoyd говорит вам о многом - вы можете видеть, что миоглобин (Mb) имеет гораздо более высокое сродство к кислороду, поэтому он будет находиться в мышцах и брать кислород, необходимый ткани, из гемоглобина (Hb) по мере прохождения крови. ткань.

Но что особенно полезно в кооперативности гемоглобина, так это то, что последний кислород труднее оторвать от тетрамера гемоглобина, чем первый. В результате Hb будет иметь тенденцию удерживать некоторое количество кислорода, когда он проходит через тело, сохраняя часть своего кислорода на каждой молекуле Hb до более позднего цикла оксигенации. Это поддерживает постоянную концентрацию кислорода в крови. Сердце, которое является первым органом в круговороте крови после легких, использует много кислорода - если бы гемоглобин не был кооперативным, оно могло бы забрать весь кислород из гемоглобина сразу после удара, когда оно использует кислород при бедствии, создавая блок гемоглобина, полностью лишенного связанного кислорода. Поскольку такое количество гемоглобина циркулирует в капиллярах, вы можете получить некоторые части тела вообще без кислорода.

Кроме того, гемоглобин довольно явно является эволюционной адаптацией, когда четыре миоглобина объединились, чтобы сформировать совместное связывание кислорода, так что когда-то, вероятно, миоглобин был переносчиком кислорода. Есть некоторые примитивные животные, у которых нет определенного гемоглобина, только миоглобин-подобные носители . Кроме того, некоторые гемоглобины не тетрамерные, а со многими субъединицами, поэтому кривые кооперативности иногда настраивались эволюцией для разных организмов.

Рисунок выше: «Визуализация тетрамера Hb и мономерного Mb. Hb состоит из четырех субъединиц, двух α-субъединиц и двух β-субъединиц, каждая из которых в высокой степени гомологична Mb» ( из рисунка в ссылке )

Кровь должна иметь возможность терять кислород, а также захватывать его, весь смысл в том, чтобы поглощать кислород в легких, а затем выделять его по всему телу. Кровь, которая просто очень хорошо поглощает кислород, будет всего лишь кислородной ловушкой. Миоглобин, имеющий большее сродство к кислороду, может брать кислород из гемоглобина и хранить его в мышцах для использования в ближайшем будущем.