2,3-бисфосфоглицериновая кислота
| |
| Имена | |
|---|---|
| Предпочтительное название ИЮПАК
2,3-бис(фосфоноокси)пропановая кислота | |
| Другие имена
2,3-дифосфоглицериновая кислота; 2,3-дифосфоглицерат; 2,3-бисфосфоглицерат
| |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol )
|
|
| Сокращения | 2,3-БПГ; 2,3-ДПГ; 23 БПГ |
| КЭБ | |
| ХимическийПаук | |
| КЕГГ | |
ПабХим CID
|
|
| НЕКОТОРЫЙ | |
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
| Характеристики | |
| С 3 Н 8 О 10 П 2 | |
| Молярная масса | 266.035 g·mol −1 |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
| |
2,3-бисфосфоглицериновая кислота ( сопряженное основание 2,3-бисфосфоглицерат ) ( 2,3-БФГ ), также известная как 2,3-дифосфоглицериновая кислота (сопряженное основание 2,3-дифосфоглицерат ) ( 2,3-ДФГ ), представляет собой трехуглеродный изомер промежуточного гликолитического действия 1,3-бисфосфоглицериновой кислоты (1,3-БФГ).
D -2,3-BPG присутствует в красных кровяных тельцах человека ( эритроцитах ) в концентрации примерно 5 ммоль/л. Он связывается с большим сродством к дезоксигенированному гемоглобину (например, когда эритроцит находится вблизи дышащей ткани), чем к оксигенированному гемоглобину (например, в легких) из-за конформационных различий: 2,3-БФГ (с предполагаемым размером около 9 Å ) подходит для дезоксигенированной конформации гемоглобина (с карманом 11 Ангстрем), но не так хорошо для оксигенированной конформации (5 Ангстрем). Он взаимодействует с дезоксигенированными бета-субъединицами гемоглобина, снижает сродство к кислороду и аллостерически способствует высвобождению оставшихся молекул кислорода, связанных с гемоглобином. Следовательно, он усиливает способность эритроцитов выделять кислород вблизи тканей, которые в нем больше всего нуждаются. Таким образом, 2,3-БФГ является аллостерическим эффектором .
Его функция была открыта в 1967 году Рейнхольдом Бенешем и Рут Бенеш . [ 1 ]
Метаболизм
[ редактировать ]2,3-БФГ образуется из 1,3-БФГ под действием фермента БПГ-мутазы . Затем он может расщепляться 2,3-БФГ-фосфатазой с образованием 3-фосфоглицерата . Таким образом, его синтез и распад представляют собой обход стадии гликолиза с чистыми расходами в размере одного АТФ на молекулу 2,3-БФГ, образующегося при расщеплении высокоэнергетической карбоксильно-фосфатной смешанной ангидридной связи бисфосфоглицератмутазой.
Нормальный гликолитический путь генерирует 1,3-БФГ, который может дефосфорилироваться фосфоглицераткиназой (PGK), образуя АТФ, или может быть переключен на путь Люберинга-Рапопорта , где бисфосфоглицератмутаза катализирует перенос фосфорильной группы от C1 к C2 1,3-БПГ, дающий 2,3-БПГ. 2,3-БФГ, наиболее концентрированный органофосфат в эритроцитах, под действием бисфосфоглицератфосфатазы образует 3-ФГ . Концентрация 2,3-БФГ изменяется пропорционально [H+].
Существует тонкий баланс между необходимостью генерировать АТФ для удовлетворения энергетических потребностей клеточного метаболизма и необходимостью поддерживать соответствующий статус оксигенации/деоксигенации гемоглобина. Этот баланс поддерживается за счет изомеризации 1,3-БФГ в 2,3-БФГ, что усиливает дезоксигенацию гемоглобина.
Структурное связывание с гемоглобином
[ редактировать ]Когда 2,3-БФГ связывается с дезоксигемоглобином, он стабилизирует состояние низкого сродства к кислороду (Т-состояние) переносчика кислорода. Он аккуратно вписывается в полость дезокси-конформации, используя молекулярную симметрию и положительную полярность путем образования солевых мостиков с остатками лизина и гистидина в β-субъединицах гемоглобина . Состояние R, в котором кислород связан с гемовой группой, имеет другую конформацию и не допускает такого взаимодействия. Сам по себе гемоглобин имеет сигмовидную кинетику. Избирательно связываясь с дезоксигемоглобином, 2,3-БФГ стабилизирует конформацию Т-состояния, затрудняя связывание кислорода с гемоглобином и повышая вероятность его высвобождения в соседние ткани.
Физиологические эффекты
[ редактировать ]
Увеличение уровня 2,3-БФГ существенно облегчает доставку кислорода из гемоглобина в ткани-мишени, но за счет этого несколько затрудняет поглощение гемоглобином кислорода в легких. Этот механизм делает оксигенацию матери и плода более эффективной, поскольку уровень 2,3-БФГ у плода ниже, чем у матери, что приводит к более высокому поглощению кислорода кровью плода в плаценте.
2,3-БФГ может также служить для физиологического противодействия определенным метаболическим нарушениям кривой диссоциации кислорода и гемоглобина. Например, на больших высотах низкое содержание кислорода в атмосфере может вызвать гипервентиляцию и, как следствие, метаболический алкалоз , который вызывает аномальный сдвиг влево кривой диссоциации кислорода и гемоглобина, и этому можно противодействовать увеличением уровня 2,3-БФГ. [ 2 ] Традиционное учение утверждает, что физиологическое повышение уровня 2,3-БФГ, наблюдаемое на больших высотах, просто облегчает доставку кислорода к тканям-мишеням, но этот механизм сам по себе опровергается аргументацией, что снижение сродства к кислороду также будет ингибировать поглощение кислорода в легких и, возможно, приводит к чистому снижению общей доставки кислорода к тканям-мишеням. [ 2 ]
Оксигенация матери и плода
[ редактировать ]У беременных наблюдается увеличение внутриклеточного 2,3-БПГ на 30%. Это снижает сродство материнского гемоглобина к кислороду и, следовательно, позволяет передать больше кислорода плоду в артериях матки. Плод имеет низкую чувствительность к 2,3-БФГ, поэтому его гемоглобин имеет более высокое сродство к кислороду. Следовательно, хотя рО2 в маточных артериях низкое, пупочная артерия плода (несущая деоксигенированную кровь) все равно может насыщаться кислородом от них.
Повышенный материнский 2,3-БФГ также вызывает снижение сродства к поглощению кислорода в легких, но это обычно компенсируется физиологическим увеличением частоты дыхания во время беременности. [ 3 ]
С другой стороны, фетальный гемоглобин (HbF) проявляет низкое сродство к 2,3-БФГ, что приводит к более высокому сродству связывания с кислородом. Это повышенное сродство к связыванию кислорода по сравнению со сродством взрослого гемоглобина (HbA) связано с тем, что HbF имеет два димера α/γ в отличие от двух димеров α/β HbA. Положительные гистидиновые остатки β-субъединиц HbA, необходимые для формирования связывающего кармана 2,3-BPG, заменяются остатками серина в γ-субъединицах HbF. Таким образом, гистидин №143 теряется, поэтому 2,3-БФГ трудно связывается с гемоглобином плода, и он выглядит как чистый гемоглобин. Повышенное сродство связывания фетального гемоглобина по отношению к HbA облегчает прохождение кислорода через плацентарную мембрану от матери к плоду.
Различия между миоглобином (Mb), фетальным гемоглобином (Hb F), взрослым гемоглобином (Hb A)
Заболевания, связанные с 2,3-БПГ
[ редактировать ]Гипертиреоз
Исследование 2004 года проверило влияние гормона щитовидной железы на уровень 2,3-БФГ. В результате гипертиреоз модулирует in vivo содержание 2,3-БФГ в эритроцитах за счет изменения экспрессии фосфоглицератмутазы (PGM) и 2,3-БФГ-синтазы. Этот результат показывает, что повышение содержания 2,3-БФГ в эритроцитах, наблюдаемое при гипертиреозе, не зависит от каких-либо изменений скорости циркулирующего гемоглобина, а, по-видимому, является прямым следствием стимулирующего действия тиреоидных гормонов на гликолитический процесс эритроцитов. активность. [ 4 ]
Хроническая анемия
Эритроциты увеличивают внутриклеточную концентрацию 2,3-БФГ в пять раз в течение одного-двух часов у пациентов с хронической анемией, когда кислородная способность крови снижается. Это приводит к сдвигу кривой диссоциации кислорода вправо и увеличению высвобождения кислорода в тканях.
Хроническое респираторное заболевание с гипоксией
Недавно ученые обнаружили сходство между низкими уровнями 2,3-БПГ и возникновением высотного отека легких на больших высотах.
| н | Hb (г/дл) | 2,3-БПГ (мМ) | ||
|---|---|---|---|---|
| 1 | Нормальность | 120 | 14.2 ± 1.6 | 4.54 ± 0.57 |
| 2 | Гипертиреоз | 35 | 13.7 ± 1.4 | 5.66 ± 0.69 |
| 3 | Железодефицитная анемия | 40 | 10.0 ± 1.7 | 5.79 ± 1.02 |
| 4 | Хроническое респираторное заболевание с гипоксией | 47 | 16.4 ± 2.2 | 5.29 ± 1.13 |
Гемодиализ
[ редактировать ]В исследовании 1998 года концентрация 2,3-БФГ в эритроцитах анализировалась во время процесса гемодиализа . Концентрацию 2,3-BPG выражали относительно концентрации тетрамера гемоглобина (Hb4) как соотношение 2,3-BPG/Hb4. С физиологической точки зрения можно ожидать, что повышение уровня 2,3-БФГ будет противодействовать гипоксии, которая часто наблюдается при этом процессе. Тем не менее, результаты показывают, что соотношение 2,3-BPG/Hb4 снизилось. Это связано с самой процедурой: считается, что механическое воздействие на эритроциты вызывает выход 2,3-БФГ, который затем удаляется с помощью гемодиализа. Концентрации кальция , фосфата , креатинина , мочевины и альбумина существенно не коррелировали с общим изменением соотношения 2,3-БФГ/Hb4. Однако соотношение, взятое непосредственно перед диализом, значительно и положительно коррелировало с общей еженедельной дозой эритропоэтина (основного гормона образования эритроцитов ), назначаемого пациентам. [ 5 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Бенеш, Р.; Бенеш, Р.Э. (1967). «Влияние органических фосфатов эритроцитов человека на аллостерические свойства гемоглобина». Биохимия Биофиз Рес Коммьюнити . 26 (2): 162–7. дои : 10.1016/0006-291X(67)90228-8 . ПМИД 6030262 .
- ^ Jump up to: а б Уэбб К.Л., Доминелли П.Б., Бейкер С.Е., Классен С.А., Джойнер М.Дж., Сенефельд Дж.В.; и др. (2021). «Влияние высокого сродства гемоглобина к кислороду на человека при гипоксии» . Фронт Физиол . 12 : 763933. doi : 10.3389/fphys.2021.763933 . ПМЦ 8795792 . ПМИД 35095551 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ ЛоМауро А, Аливерти А (2015). «Дыхательная физиология беременности: Мастер-класс по физиологии» . Дыши (Шефф) . 11 (4): 297–301. дои : 10.1183/20734735.008615 . ПМЦ 4818213 . ПМИД 27066123 .
- ^ Гонсалес-Синка Н., Перес де ла Осса П., Каррерас Х., Климент Ф. (сентябрь 2004 г.). «Влияние гормона щитовидной железы и гипоксии на 2,3-бисфосфоглицерат, бисфосфоглицератсинтазу и фосфоглицератмутазу в эритробластах и ретикулоцитах кролика in vivo». Гормональные исследования в педиатрии . 62 (4): 191–196. дои : 10.1159/000080897 . ПМИД 15375329 . S2CID 34271262 .
- ^ Нильсен А.Л., Андерсен Э.М., Йоргенсен Л.Г., Йенсен Х.А. (октябрь 1998 г.). «Кислород и 2,3-бифосфоглицерат (2,3-БФГ) во время гемодиализа». Скандинавский журнал клинических и лабораторных исследований . 58 (6): 459–67. дои : 10.1080/00365519850186256 . ПМИД 9832337 .