Hemoglobin: Cooperativity and Electronic Properties

تقریبا یک سوم جرم گلبول قرمز پستانداران هموگلوبین است. وظیفه اصلی آن اتصال اکسیژن در فشار جزئی موجود در ریه ها و رها کردن آن به بافت هایی است که فشار جزئی کمتر است. فرآیندی که در آن هموگلوبین این نقش فیزیولوژیکی اساسی را ایفا می کند با یک تعامل مشترک بین زیر واحدهای تشکیل دهنده آن مشخص می شود. تلاش‌های پژوهشی زیادی به این تعامل اختصاص یافته است که حداقل به دهه‌ی مناسب این قرن برمی‌گردد. علاوه بر این، همکاری در هموگلوبین احتمالا منحصر به فرد نیست. این ممکن است یکی از نمونه های یک کلاس کلی از برهمکنش هایی باشد که در مولکول های بیولوژیکی رخ می دهد. برای مثال، برخی از آنزیم‌ها با انواع عملکردهای تنظیمی و کاتالیزوری، حاوی مکان‌های متعددی هستند که به شیوه‌ای بسیار خاص برهمکنش می‌کنند، به طوری که میل ترکیبی یک مکان معین برای بستر به‌طور قابل‌توجهی تحت تأثیر وضعیت اتصال در سایر مکان‌ها قرار می‌گیرد. اما در حالی که ما اطلاعات کمی از ساختار اکثر آنزیم‌های این نوع داریم، هموگلوبین یکی از تعداد بسیار کمی از مولکول‌های بیولوژیکی است که ماشین‌های بسیار پیچیده آن برای ما آشکار شده است. ما این بینش را مدیون گروه تحت رهبری M. F. PERUTZ در کمبریج، انگلستان هستیم، که تحقیقات آنها در یک دوره چندین دهه به شرح مفصل ساختار سه بعدی ختم شد.

Approximately one third of the mass of a mammalian red blood cell is hemo­ globin. Its major function is to bind oxygen at the partial pressure prevailing in the lungs and to release it to the tissues where the partial pressure is lower. The process whereby hemoglobin performs this essential physiological role is characterized by a cooperative interaction among its constituent subunits. A great deal of research effort has been devoted to this interaction, going back at least as far as the fitst decade of this century. Moreover, cooperativity in hemo­ globin is probably not unique; it may well be one instance of a general class of interactions that occur in biological molecules. Certain enzymes with a variety of regulatory and catalytic functions, for example, contain several sites which interact in a highly specific manner such that the affinity of a given site for the substrate is markedly influenced by the state of binding at the other sites. But whereas we know very little of the structure of most enzymes of this type, hemo­ globin is one of a very small number of biological molecules whose immensely intricate machinery has been revealed to us. We owe this insight to the group under the leadership of M. F. PERUTZ in Cambridge, England, whose research over a period of several decades culminated in a detailed description of the three­ dimensional structure.