Special Focus 473transmitted to the

Special Focus 473
transmitted to the subunit interfaces, where they trigger conformational readjust-
ments that lead to the rupture of interchain salt links.
The Oxy and Deoxy Forms of Hemoglobin Represent Two Different
Conformational States
Hemoglobin resists oxygenation (see Figure 15.20) because the deoxy form is sta-
bilized by specific hydrogen bonds and salt bridges (ion-pair bonds) (Figure
15.27). All of these interactions are broken in oxyhemoglobin, as the molecule sta-
bilizes into a new conformation. The shift in helix F upon oxygenation leads to
rupture of the Tyr 145:Val 98 hydrogen bond. In deoxyhemoglobin, with these
interactions intact, the C-termini of the four subunits are restrained, and this con-
formational state is termed T, the tense or taut form. In oxyhemoglobin, these
C-termini have almost complete freedom of rotation, and the molecule is now in
its R, or relaxed, form.
The Allosteric Behavior of Hemoglobin Has Both Symmetry (MWC)
Model and Sequential (KNF) Model Components
Oxygen is accessible only to the heme groups of the -chains when hemoglobin is
in the T conformational state. Max Perutz has pointed out that the heme environ-
ment of -chains in the T state is virtually inaccessible because of steric hindrance
by amino acid residues in the E helix. This hindrance disappears when the hemo-
globin molecule undergoes transition to the R conformational state. Binding of O2
to the -chains is thus dependent on a T-to-R conformational shift, and this shift is
triggered by the subtle changes that occur when O2 binds to the -chain heme
groups. Together these observations lead to a model that is partially MWC and par-
tially KNF: O2 binding to one -subunit and then the other leads to sequential
changes in conformation, followed by a switch in quaternary structure at the
Hb-
2O2 state from T to R. Thus, the real behavior of this protein is an amalgam of
the two prominent theoretical models for allosteric behavior.
H-
Promotes the Dissociation of Oxygen from Hemoglobin
Protons, carbon dioxide, and chloride ions, as well as the metabolite 2,3-
bisphosphoglycerate (or BPG), all affect the binding of O2 by hemoglobin. Their ef-
fects have interesting ramifications, which we shall see as we discuss them in turn. De-
oxyhemoglobin has a higher affinity for protons than oxyhemoglobin. Thus, as the
pH decreases, dissociation of O2 from hemoglobin is enhanced. In simple symbolism,
ignoring the stoichiometry of O2 or H involved:
HbO2  H34HbH  O2
(a)
(b)
FIGURE 15.27 Salt bridges between different subunits
in human deoxyhemoglobin.These noncovalent, electro-
static interactions are disrupted upon oxygenation.
(a) A focus on those salt bridges and hydrogen bonds
involving interactions between N-terminal and
C-terminal residues in the -chains. Residues in the
lower center are Arg 1 141 (green) with Val 1 1
(purple), Asp 2 126 (orange), Lys 2 127 (yellow), and
Val 2 34 (olive); residues at top are Val 1 93 (yellow)
with Tyr 1 140 (purple).(b) A focus on those salt bridges
and hydrogen bonds involving C-terminal residues of
-chains: Val 2 78 (olive) with Tyr 2 145 (purple); His 2
146 (light blue) with Asp 2 94 (orange) and Lys 1 40
(yellow) (pdb id  2HHB).
A DEEPER LOOK
Changes in the Heme Iron upon O2 Binding
In deoxyhemoglobin, the six d electrons of the heme Fe2 exist as
four unpaired electrons and one electron pair, and five ligands
can be accommodated: the four N-atoms of the porphyrin ring sys-
tem and histidine F8. In this electronic configuration, the iron
atom is paramagnetic and in the high-spin state. When the heme
binds O2 as a sixth ligand, these electrons are rearranged into
three e pairs and the iron changes to the low-spin state and is
diamagnetic. This change in spin state allows the bond between
the Fe2 ion and histidine F8 to become perpendicular to the
heme plane and to shorten. In addition, interactions between the
porphyrin N atoms and the iron strengthen. Also, high-spin Fe2
has a greater atomic volume than low-spin Fe2 because its four
unpaired e occupy four orbitals rather than two when the elec-
trons are paired in low-spin Fe2. So, low-spin iron is less sterically
hindered and able to move nearer to the porphyrin plane.

Kết quả (Việt) 1:

Đặc biệt tập trung 473chuyển đến giao diện tiểu đơn vị, nơi mà họ kích hoạt conformational điều chỉnh-ments dẫn đến vỡ interchain liên kết muối.Các Oxy và Deoxy các hình thức của Hemoglobin đại diện cho hai khác nhauConformational kỳHemoglobin chống oxy hóa (xem hình 15,20) bởi vì các hình thức deoxy là sta -bilized bởi cụ thể liên kết hiđrô và muối cầu (ion-cặp trái phiếu) (con số15.27). tất cả các tương tác được chia ở oxyhemoglobin, như là các phân tử sta -bilizes vào một cấu mới. Sự thay đổi trong xoắn F khi oxy hóa dẫn đếnvỡ của coâng khoá phieáu Tyr 145:Val 98 hydro. Trong deoxyhemoglobin, với nhữngtương tác nguyên vẹn, C-termini của bốn subunits được hạn chế, và này con -formational nhà nước được gọi là T, các hình thức căng thẳng hoặc căng thẳng. Trong oxyhemoglobin, các C-termini có gần như hoàn toàn tự do của chuyển động, và các phân tử là bây giờ trongR của nó, hoặc hình thức thoải mái,.Hành vi Allosteric của Hemoglobin có cả hai đối xứng (MWC)Mô hình và trình tự (KNF) mô hình thành phầnOxy có thể truy cập chỉ cho các nhóm heme của dây chuyền-khi hemoglobin làthuộc bang conformational T. Max Perutz đã chỉ ra rằng heme environ-ment của - chuỗi thuộc bang T là hầu như không thể tiếp cận do steric trở ngạibởi axit amin các dư lượng trong xoắn E. Trở ngại này biến mất khi hemo -globin phân tử phải trải qua quá trình chuyển đổi sang trạng thái conformational R. Các ràng buộc của O2để các - dây chuyền do đó là phụ thuộc vào một sự thay đổi conformational T-để-R, và sự thay đổi này làđược kích hoạt bởi những thay đổi tinh tế xảy ra khi O2 liên kết với các - heme ChuỗiNhóm. Với nhau những quan sát này dẫn đến một mô hình là một phần MWC và par -tially KNF: O2 ràng buộc để tiểu đơn vị một - và sau đó khác dẫn đến tuần tựnhững thay đổi trong cấu, theo sau là một chuyển đổi trong Đệ tứ cấu trúc tại cácHB-2O2 nhà nước từ T để R. Do đó, hành vi thực tế của protein này là một hỗn hợp củaCác hai nổi bật mô hình lý thuyết cho hành vi của allosteric.H- Thúc đẩy phân ly của oxy từ HemoglobinProton, carbon dioxide, và các ion clorua, cũng như chất chuyển hóa 2,3-bisphosphoglycerate (hoặc BPG), tất cả ảnh hưởng đến các ràng buộc của O2 bởi hemoglobin. Của ef-fects có chi nhánh thú vị, chúng tôi sẽ xem khi chúng tôi thảo luận về họ lần lượt. De-oxyhemoglobin có ái lực cao hơn cho proton hơn oxyhemoglobin. Vì vậy, như là cácpH giảm, phân ly O2 từ hemoglobin được tăng cường. Trong biểu tượng đơn giản,bỏ qua stoichiometry của O2 hoặc H tham gia:HbO2 H 34HbH O2(a)(b)Con số 15.27 muối cầu giữa khác nhau subunits trong con người deoxyhemoglobin. Các noncovalent, electro-tĩnh tương tác được phá vỡ khi oxy hóa.(a) một tập trung vào những cầu muối và các liên kết hiđrôliên quan đến các tương tác giữa N-ga và C-ga dư lượng trong chuỗi. Dư lượng trong cácTrung tâm thấp hơn là Arg 1 141 (màu xanh lá cây) với Val 1 1(purple), Asp 2 126 (orange), Lys 2 127 (yellow), and Val 2 34 (olive); residues at top are Val 1 93 (yellow)with Tyr 1 140 (purple).(b) A focus on those salt bridgesand hydrogen bonds involving C-terminal residues of -chains: Val 2 78 (olive) with Tyr 2 145 (purple); His 2146 (light blue) with Asp 2 94 (orange) and Lys 1 40(yellow) (pdb id  2HHB).A DEEPER LOOKChanges in the Heme Iron upon O2 BindingIn deoxyhemoglobin, the six d electrons of the heme Fe2 exist asfour unpaired electrons and one electron pair, and five ligandscan be accommodated: the four N-atoms of the porphyrin ring sys-tem and histidine F8. In this electronic configuration, the ironatom is paramagnetic and in the high-spin state. When the hemebinds O2 as a sixth ligand, these electrons are rearranged intothree e pairs and the iron changes to the low-spin state and isdiamagnetic. This change in spin state allows the bond betweenthe Fe2 ion and histidine F8 to become perpendicular to theheme plane and to shorten. In addition, interactions between theporphyrin N atoms and the iron strengthen. Also, high-spin Fe2has a greater atomic volume than low-spin Fe2 because its fourunpaired e occupy four orbitals rather than two when the elec-trons are paired in low-spin Fe2. So, low-spin iron is less stericallyhindered and able to move nearer to the porphyrin plane.