世界で初めてのヘモグロビン・サーモダイナミックス(11)

ヘモグロビンの協同性

ヘモグロビンの協同性とは、
4個のヘム機構を持つデオキシヘモグロビン1分子に、
1分子の酸素分子が配位すると次の酸素分子の配位する反応速度が加速され、
4分子の酸素分子が配位するまで反応速度の加速が連鎖すること、
及び、オキシヘモグロビン1分子から、
1分子の酸素分子が解離すると次の酸素分子の解離する反応速度が加速され、
4分子の酸素分子が解離するまで反応速度の加速が連鎖することです。

興味深いヘモグロビンの協同性については、
多大な経費と時間とをかけて様々な研究がなされた。
ポリフィリン環の平面性と非平面性との間で生ずるコンフォメーション変化が、
情報伝達機構になるとする説があります。
また、協奏的全て又は無の対称性保存モデル等が提唱されています。         


ギブスエネルギー値は状態量であるから、                                         
始めの状態と終わりの状態とを定めると経路によらず一定になります。

それでもヘモグロビンの協同性は中間体を含む概念であるから、
反応経路上にある中間体を含めて論じる必要があります。

化学反応についての熱力学的支配と反応速度支配とは必ずしも一致しませんが、
へモグロビンの酸化還元反応はその中間体を含めて極めて類似する反応であるから、
それらの関係は強い相関を持っていると推定されます。
即ち、熱力学的支配関係から反応速度支配関係を予測することが可能であると解します。
反応速度支配の結果現れるヘモグロビンの協同性について、
熱力学的支配の見地から推定します。

fig-7 色塗りした部分

fig-7を見て下さい。
色塗りした部分を上から下に向かって読み取ります。
縦方向に長い程ギブスエネルギーの低下が大きくなります。
中間体である色塗りした下方部分のほうがギブスエネルギーの低下に大きく貢献しています。
肺胞の毛細血管内と体の組織の末端との双方に於いて、
1分子の酸素分子が反応を開始すると、
直ちに4分子の酸素分子が反応する様子が理解できます。

尚、全ての図は相対的な関係を示したものであり、
絶対値としての意味はないことに留意して下さい。

未完

参考文献:
生命科学系のための物理化学
Raymond Chang著 岩澤 康裕・北川 禎三・濱口 宏夫 訳 
東京化学同人

エントロピーの正体 アリー・ベン=ナイム著 小野喜之 訳 
丸善出版株式会社

https://www.jstage.jst.go.jp/article/biophys/41/2/41_2_74/_pdf/-char/ja

 

The first thermodynamics in the world with regard to hemoglobin (11)

Hemoglobin's cooperativity

Hemoglobin's cooperativity means that in one molecule of deoxyhemoglobin with 4 heme mechanisms,
after one oxygen molecule coordinates to one molecule of deoxyhemoglobin, the reaction rate of the next oxygen molecule accelerates,
and the chain accelerations of the reaction rate continue untill four oxygen molecules coordinate,
and after one oxygen molecule dissociates from one molecule of oxyhemoglobin, 
the reaction rate of the next oxygen molecule accelerates,
and the chain accelerations of the reaction rate continue untill four oxygen molecules dissociate.

Great expense and time are consumed to study interesting hemoglobin's cooperativity.
There is a theory that the conformational change that occurs between the planarity and non-planarity of the polyphyllin ring becomes an mechanism of informational transmission .
In addition, a model of concerted all-or-none in which symmetry is conserved has been suggested.


Since the Gibbs energy value is a quantity of state, it will be constant regardless of the route by choosing the state of the beginning and the state of the end.
Still, hemoglobin's cooperativity is a concept that includes intermediates, so intermediates on the reaction path should be discussed. 

Thermodynamics dominance and kinetic dominance of chemical reactions do not always coincide.
Since the redox reactions of hemoglobin are extremely similar reactions including its intermediates, their relationship of dominances has been presumed to be strongly correlated.
In other words, it is possileto predict the reaction rate dominance relationship from the thermodynamic dominance relationship.
The hemoglobin's cooperativity that appears as a result of reaction rate dominance is estemated from the point of view of thermodynamics dominance.

See fig-7.

Read the colored area from top to bottom.
The longer it is in the vertical direction, the greater the decrease in Gibbs energy value.
The intermediates that are lower parts of the colored area contribute significantly to the reduction of Gibbs energy value.
It's comprehensible that no sooner has one oxygen molecule begun to react than four oxygen molecules react in both the capillaries of the alveoli and the ends of tssues of the body.

All figures show relative relationships.
Please note that they don't have any meanings as absolute values.

 

unfinished

Reference:
Physical Chemistry for the Bioscience Written by Raymond Chang Translated by Iwasawa Yasuhiro, Kitagawa Teizou, Hamaguchi Hiroo TOKYOKAGAKUDOJIN Co., Ltd.
ENTROPY AND THE SECOND LAW Written by ARIEH BEN-NAIM  Translated by Ono Yoshiyuki Maruzen-publishing Co.,Lid
https://www.jstage.jst.go.jp/article/biophys/41/2/41_2_74/_pdf/-char/ja

 

 

wishikawa のブログの索引

wishikawa.hatenablog.com

 

wishikawa.hatenablog.com

 

The index of wishikawa's blog.

wishikawa.hatenablog.com

 

wishikawa.hatenablog.com

 

 

wishikawa のブログの索引

 

 

 

 wishikawa.hatenablog.com

 

 

wishikawa.hatenablog.com

 

wishikawa.hatenablog.com

 

wishikawa.hatenablog.com

 

 

 

 

The index of wishikawa's blog.

 

wishikawa.hatenablog.com

 

wishikawa.hatenablog.com

 

wishikawa.hatenablog.com

 

wishikawa.hatenablog.com

 

 

世界で初めてのヘモグロビン・サーモダイナミックス の索引

世界で初めてのヘモグロビン・サーモダイナミックス (1)
胎児のへモグロビン
https://wishikawa.hatenablog.com/entry/2023/08/07/000000

世界で初めてのヘモグロビン・サーモダイナミックス (2)
負のヘテロピックエフェクター
https://wishikawa.hatenablog.com/entry/2023/08/14/000000

世界で初めてのヘモグロビン・サーモダイナミックス (3)
大人のヘモグロビン   デオキシヘモグロビンA
https://wishikawa.hatenablog.com/entry/2023/08/21/000000

世界で初めてのヘモグロビン・サーモダイナミックス (4)
分配係数の対数 logP
https://wishikawa.hatenablog.com/entry/2023/08/28/000000

世界で初めてのヘモグロビン・サーモダイナミックス (5)
お母さんから胎児への酸素分子の移動
https://wishikawa.hatenablog.com/entry/2023/09/04/000000

世界で初めてのヘモグロビン・サーモダイナミックス (6)
fig-5の黄色の領域
https://wishikawa.hatenablog.com/entry/2023/09/11/000000

世界で初めてのヘモグロビン・サーモダイナミックス (7)
分配係数とボルツマン分布
https://wishikawa.hatenablog.com/entry/2023/09/18/000000

世界で初めてのヘモグロビン・サーモダイナミックス (8)
溶質のギブスエネルギーについての補足説明
https://wishikawa.hatenablog.com/entry/2023/09/25/000000

世界で初めてのヘモグロビン・サーモダイナミックス (9)
駆動力は宇宙全体のエントロピーの増大
https://wishikawa.hatenablog.com/entry/2023/10/02/000000

世界で初めてのヘモグロビン・サーモダイナミックス (10)
ギブスエネルギーについての説明
https://wishikawa.hatenablog.com/entry/2023/10/12/000000

世界で初めてのヘモグロビン・サーモダイナミックス (11)

ヘモグロビンの協同性

https://wishikawa.hatenablog.com/entry/2023/12/14/000000?_gl=1*1n41pdg*_gcl_au*MTIyNjE1NjM1LjE3MDY5NTAyMjE.

 

 

 


The first thermodynamics in the world with regard to hemoglobin (1).
Fetal Hemoglobin
https://wishikawa.hatenablog.com/entry/2023/08/03/000000

The first thermodynamics in the world with regard to hemoglobin (2).
negative heteropic effector
https://wishikawa.hatenablog.com/entry/2023/08/10/000000

The first thermodynamics in the world with regard to hemoglobin (3).
Hemoglobin A
https://wishikawa.hatenablog.com/entry/2023/08/17/000000

The first thermodynamics in the world with regard to hemoglobin (4).
About logP which is the logarithm of partition coefficient(P)
https://wishikawa.hatenablog.com/entry/2023/08/24/000000

The first thermodynamics in the world with regard to hemoglobin (5).
The transfer of oxygen molecules 
https://wishikawa.hatenablog.com/entry/2023/08/31/000000

The first thermodynamics in the world with regard to hemoglobin (6).
The yellow region in fig-5     the pink region of fig-6
https://wishikawa.hatenablog.com/entry/2023/09/07/000000

The first thermodynamics in the world with regard to hemoglobin (7).
The partition coefficient and the Boltzmann distribution
https://wishikawa.hatenablog.com/entry/2023/09/14/074853

The first thermodynamics in the world with regard to hemoglobin (8).
The supplementary explanation about the Gibbs energy of solute
https://wishikawa.hatenablog.com/entry/2023/09/21/000000

The first thermodynamics in the world with regard to hemoglobin (9).
The driving force is the increase of entropy in the entire universe
https://wishikawa.hatenablog.com/entry/2023/09/28/000000

The first thermodynamics in the world with regard to hemoglobin (10).
Spontaneous processes and the negative values of the changes in Gibbs energy values
https://wishikawa.hatenablog.com/entry/2023/10/05/000000

The first thermodynamics in the world with regard to hemoglobin (11).
Hemoglobin's cooperativity
https://wishikawa.hatenablog.com/entry/2023/12/12/000000?_gl=1*ak2a7m*_gcl_au*MTIyNjE1NjM1LjE3MDY5NTAyMjE.