ヘモグロビンのアルカ​​リ性ボーア効果におけるベータ146ヒスチジル残基の役割

高解像度のプロトン核磁気共鳴分光法は、正常なヒト成体ヘモグロビンのアルカ​​リBoHR効果に対するリン酸塩や塩化物などの無機陰イオンの効果を調査するために使用されています。PHの関数としてベータ146ヒスチジル残基のC2プロトンの化学シフトを監視することにより、リガー化された形態と無リゲーション形態の両方でPK値を決定しました。27度CのD2Oで0.1 Mビストリスバッファー（0.005から0.06 mの範囲の塩化物イオン濃度を含む）の存在下で、デオキシヘモグロビンのベータ146ヒスチジンのPK値は7.98 +/- 0.03および炭素炭素です。モノキシ）ヘモグロビンは7.85 +/- 0.03です。ただし、27度CのD2Oで0.2 mのリン酸および0.2 m NaClの存在下では、この研究室で以前に報告されたように、対応するPK値は8.08および7.14です[Kilmartin、J。V.、Breen、J。、Roberts、G。C. K.＆Ho Ho、C。（1973）Proc。natl。アカデミー。SCI。U.S.A. 70、1246-1249]。0.2 Mリン酸塩と0.2 M NaClの存在下でのデオキシと炭素モノキシの形態のPK値のこの大きな違いは、（1）ベータ146ヒスチジンとベータ94アスパレーティングの間のアスブユニット塩橋の破壊の直接的なサポートとして解釈されました。ヘモグロビン分子は、Perutz [Perutz、M。F.（1970）Nature（London）228、726-739]および（2）Perutzの提案によって提案された第四紀構造的遷移を受けます。アルカリのボーア効果。0.1 Mビストリスバッファーの存在下でのベータ146ヒスチジンのPK値に大きな変化がないことは、（1）上記のサブユニット内塩橋がデオキシからカーボンモノキシ型への移動で壊れていないことを意味します。（2）ベータ146ヒスチジル残基は、これらの条件下でアルカリ性BOHR効果に有意に寄与しません。また、ヘモグロビンの酸素親和性を0.1 M BIS-TRISまたは0.2 Mリン酸塩と0.2 M NaCl（両方ともD2O）の存在下でのpHの関数として測定する際に、アルカリ性BOHR効果に有意差はないことを発見しました。これら2つのメディアで。したがって、我々の結果は、BOHR効果の詳細な分子メカニズムが実験条件に依存することを示唆しています。

High-resolution proton nuclear magnetic resonance spectroscopy has been used to investigate the effects of inorganic anions, such as phosphate or chloride, on the alkaline Bohr effect of normal human adult hemoglobin. By monitoring the chemical shift of the C2 proton of the beta 146 histidyl residue as a function of pH, we have determined its pK values in both ligated and unligated forms. In the presence of 0.1 M Bis-Tris buffer (with chloride ion concentration ranging from 0.005 to 0.06 M) in D2O at 27 degrees C, the pK value of the beta 146 histidine of deoxyhemoglobin is 7.98 +/- 0.03 and that of (carbon monoxy)hemoglobin is 7.85 +/- 0.03. However, in the presence of 0.2 M phosphate and 0.2 M NaCl in D2O at 27 degrees C, the corresponding pK values are 8.08 and 7.14, as previously reported by this laboratory [Kilmartin, J. V., Breen, J. J., Roberts, G. C. K., & Ho, C. (1973) Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 70, 1246-1249]. This large difference in the pK value between the deoxy and carbon monoxy forms in the presence of 0.2 M phosphate and 0.2 M NaCl was interpreted as direct support for (1) the breaking of an intrasubunit salt bridge between beta 146 histidine and beta 94 aspartate when the hemoglobin molecule undergoes the quaternary structural transition as proposed by Perutz [Perutz, M. F. (1970) Nature (London) 228, 726-739] and (2) Perutz's suggestion that the beta 146 histidine is one of the amino acid residues responsible for the alkaline Bohr effect. The absence of a large change in the pK value of the beta 146 histidine in the presence of 0.1 M Bis-Tris buffer implies that (1) the above-mentioned intrasubunit salt bridge is not broken in going from the deoxy to the carbon monoxy form and (2) the beta 146 histidyl residue does not contribute significantly to the alkaline Bohr effect under these conditions. We have also found that in measuring the oxygen affinity of hemoglobin as a function of pH in the presence of 0.1 M Bis-Tris or 0.2 M phosphate plus 0.2 M NaCl (both in D2O), there is no significant difference in the alkaline Bohr effect in these two media. Hence, our results suggest that the detailed molecular mechanism for the Bohr effect depends on the experimental conditions.