МОЛЕКУЛА ГЕМОГЛОБИНА
НАСТОЯЩЕЕ ЧУДО!
«Процесс дыхания представляется нам очень простым, однако, за этим элементарным проявлением жизни стоит взаимодействие множества различных атомов в гигантской и невероятно сложной молекуле» (Макс Перуц, получивший в 1962 году Нобелевскую премию за изучение молекулы гемоглобина)
Подготовила ученица 8 класса Пересторонина Марина
201 1 год

                                                               Доклад по биологии на тему:




         На протяжении более 100 лет биохимики многих стран мира прикладывали усилия, чтобы выяснить природу белков. Здесь, как и в других областях науки, все решали инструменты исследования. С появлением рентгеноструктурного анализа стало возможным определить расположение атомов в молекуле гемоглобина - важнейшего пигмента, который отвечает за снабжение организма человека кислородом. Одним из первых пространственную структуру этого белка изучил американский биохимик, лауреат Нобелевской премии М.Ф.Перутц. Чтобы выяснить структуру кристалла гемоглобина, ученым потребовалось четыре года непрерывной работы. Теперь, благодаря этим исследованиям, мы узнали значительно больше о процессах, происходящих в кровеносных сосудах живого организма.

Гемоглобин - белок эритроцитов, красных кровяных клеток, переносящий молекулярный кислород от легких к тканям в организмах позвоночных животных. Гемоглобин можно считать своего рода модельным белком, структура, свойства и функции которого наиболее полно изучены по сравнению с другими белками на протяжении последних 50 лет. Американский физик Хопфилд назвал его атомом водорода современной биохимии, имея в виду, что изучение гемоглобина сыграло в биохимии ту же роль, что и изучение атома водорода в физике. Гемоглобин называют также почетным ферментом, поскольку исследования его структуры в статике и динамике позволили значительно продвинуться в понимании механизмов функционирования ферментов.

Химически гемоглобин относится к группе хромопротеидов. Молекула гемоглобина состоит из белковой части — глобина и простетичной группы небелковой природы — гема, в состав которого входит железо. В одной молекуле гемоглобина содержится 4 простетических группы. В 100 мл крови здорового человека содержится 13 – 16 г гемоглобина. Железо, которое содержится в геме, способно образовывать с молекулами кислорода распадающееся соединение при прохождении эритроцита через капилляры легких, а при прохождении через сосуды других органов — отдавать кислород и связываться с углекислотой, которую гем затем отдает, когда эритроцит вновь попадает в капилляры легких. Кровь, протекающая по артериям, насыщена кислородом, имеет ярко-алый цвет; после поглощения кислорода тканями и связывания гемоглобина с углекислотой кровь приобретает темно-красный цвет (эта кровь протекает по венам). Помимо гемоглобина крови, у ряда животных в ритмически работающих мышцах с интенсивным обменном (мышца сердца) имеется мышечный гемоглобин (миоглобин), близкий по своему составу и свойствам к гемоглобину крови.

У гемоглобина есть еще одна немаловажная функция: он ускоряет транспорт углекислого газа от тканей к легким. Гемоглобин связывает углекислый газ сразу после высвобождения кислорода; примерно 15% углекислого газа, присутствующего в крови, переносится молекулами гемоглобина. Находящаяся в эритроцитах карбоангидраза катализирует превращение поступающего из тканей углекислого газа в угольную кислоту. Угольная кислота быстро диссоциирует на бикарбонат-ион и протон, причем равновесие сдвинуто в сторону диссоциации. Для предотвращения опасного повышения кислотности крови должна существовать буферная система, способная поглощать избыток протонов. Гемоглобин связывает два протона на каждые четыре освободившиеся молекулы кислорода, определяя буферную емкость крови.

ОБОЙДЕМСЯ БЕЗ ГЕМОГЛОБИНА!

Жители Тибета не страдают горной болезнью и сопутствующим сгущением крови, так как являются носителями измененного гена, не позволяющего организму повышать уровень гемоглобина в условиях кислородного голодания, как это происходит у обычных людей. Однако как «горные люди» умудряются сохранять активность, испытывая недостаток кислорода в крови и тканях, ученым понять пока не удалось

Жизнь в высокогорьях – вещь, почти недоступная жителям равнин. Кроме пониженного давления, живые организмы испытывают острый недостаток кислорода. Со значительным снижением давления мы автоматически перемещаемся в другое сечение фазовой диаграммы любого процесса, например вода начинает кипеть не при 100 градусах по Цельсию, а ниже. Обычные люди испытывают в горах гипоксию (недостаток кислорода), переохлаждение, обезвоживание организма, страдают от избытка ультрафиолетового излучения и резких перепадов температуры (до 50 градусов в течение одних суток).

А вот постоянные обитатели высокогорий, например непальские шерпы – легендарные проводники к Эвересту, живут на высоте более трех тысяч метров всю жизнь и сохраняют неплохое здоровье.

Меньше месяца назад в Science была опубликована работа, утверждающая генетическую природу адаптации человеческого организма к суровым условиям высокогорья. А в последнем номере Proceedings of the National Academy of Sciences международный коллектив ученых сообщает, какой именно участок генома ответственен за «высокогорность» организма.

Генетическая варианта, связанная с низким содержанием гемоглобина в крови, объясняет успешность существования жителей Тибета в обедненном кислородом воздухе.

Ученые из Китая, Англии, Ирландии и США выяснили, что за 10 тысяч лет существования высоко в горах геном людей изменился по сравнению с их равнинными родичами.

«Высота и связанное с нею кислородное голодание влияет на мыслительный процесс, дыхание, сон. Однако у жителей высокогорий таких проблем нет. Они живут в этих условиях комфортно, сохраняя хорошее здоровье», – отметила Синтия Билл из Кливленда, первый автор работы.

Организм не приспособленных к высоте людей обычно реагирует на проблему повышением выработки гемоглобина – именно для этого спортсмены проводят тренировки общефизической подготовки в горах.

Однако переизбыток гемоглобина может быть очень вредным. Именно он является признаком хронической «горной болезни» – густоты и избыточной вязкости крови.

Тибетцы в условиях высокогорья сохраняют относительно низкий уровень гемоглобина, позволяющий им лучше других людей противостоять суровым условиям.

На высотах до 4 тыс. м жители Тибета могут жить без существенного изменения уровня гемоглобина, которое происходит у обычных людей в таких условиях.

Ученые собрали пробы крови у около 200 жителей тибетских деревень в трех высокогорных регионах Гималаев, чтоб исследовать степень их генетических изменений. Образцы ДНК из этой крови они сравнили с ДНК жителей близлежащих равнинных территорий Китая. Выяснилось, что все жители высокогорья имели одну общую особенность – ген EPAS1 на хромосоме 2, задействованный в производстве эритроцитов и регуляции гемоглобина в крови.

Изначально авторы работали отдельно, но в марте 2009 года в Дареме они встретились и объединили свои результаты.

«Часть из нас изучали полную ДНК тибетцев, другие концентрировались на отдельных группах генов. Когда мы сравнили наши результаты, выяснилось, что оба пути привели к одной и той же точке – гену EPAS1», – объяснил Питер Роббинс из Оксфорда, один из авторов работы.

Все люди являются носителями копии гена EPAS1, однако у тибетцев он немного изменен. На протяжении эволюции жителей высокогорий именно носители измененной копии гена лучше приспосабливались к суровым условиям среды и с большей вероятностью имели потомство и передавали этот ген по наследству. В конце концов, к настоящему периоду измененная копия гена стала общей чертой почти всего населения высокогорий Тибета.

Это исследование стало первым подтвержденным анализом генетического отбора среди жителей Тибета.




Материал взят:

http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/526.html

http://school-collection.edu.ru/catalog/res/0a37e1a3-2412-b03a-1ef9-37f64d31165a/?fullView=1&from=&interface=catalog&rubric_id[]=23579

http://mewo.ru/tumb/14/52/

http://www.gazeta.ru/science/2010/06/08_a_3381605.shtml