Гемоглобин и его функции

Гемоглобин (Hb) — это сложный железосодержащий белок, который находится в эритроцитах. Именно он является основной составляющей эритроцитов и придает им характерный красный цвет. Это один из важнейших компонентов крови, так как основной функцией гемоглобина является перенос кислорода из альвеол легких к клеткам всего организма, а также углекислого газа в обратном направлении (к легким).

В одном эритроците содержится приблизительно 400 000 000 молекул гемоглобина.

Молекулярная масса гемоглобина — 66 800 г/моль (66,8 кДа).

Строение гемоглобина

Строение молекулы гемоглобина простое — в ее состав входит всего 2 компонента:

Гем — это природный пигмент, в состав которого входит соединение порфирина с железом. Общая доля гема в структуре гемоглобина составляет всего 4%. Железо, входящее в гем гемоглобина, имеет валентность Fe2+.

Молекулярная масса гема — 616,5 г/моль.

Наличие в крови сильных окислителей (свободных радикалов) приводит к окислению двухвалентного железа до трехвалентного (Fe3+). Гем в этом случае превращается в гематин, а сам гемоглобин в метгемоглобин. Только двухвалентное железо способно присоединять кислород и транспортировать его от альвеол легких до тканей организма, поэтому окисление железа в составе гема и образование метгемоглобина очень негативно сказывается на способности эритроцитов транспортировать кислород, что приводит к гипоксии.

Антиоксиданты (витамины С, А, Е, селен и др.) препятствуют образованию метгемоглобина за счет инактивации свободных радикалов. А вот уже образовавшийся гематин перевести обратно в гем могут только специальные ферменты — НАДН- и НАДФН-метгемоглобинредуктаза. Именно эти ферменты восстанавливают Fe3+ в составе метгемоглобина до Fe2+ гемоглобина.

Глобин

Глобин — это альбуминовый белок, который составляет 96% массы гемоглобина и состоит из 4 цепей — 2 α и 2 β .

Каждая альфа-цепь глобина состоит из 141 аминокислоты, бета-цепь — из 146 аминокислот. Всего в молекуле гемоглобина присутствует 574 аминокислотных остатка.

Глобин человека, в отличие от глобина животных не содержит в своем составе аминокислот лейцин и цистин.

Молекулярный вес глобина составляет 64 400 г/моль (64,4 кДа).

Альфа- и бета-цепи глобина образуют 4 гидрофобным кармана, в которых располагается 4 гема. Именно гидрофобный карман белка глобина позволяет железу гема присоединять кислород не окисляясь, т.е. без перехода в Fe3+. Особое значение в формировании гидрофобного кармана играют 3 аминокислотных остатка: проксимальный гистидин, дистальный гистидин и валин.

Гемоглобин входит в состав эритроцитов и заполняет большую часть их внутриклеточного пространства. Основная функция гемоглобина связана с транспортом газов (кислорода и углекислого газа) в крови человека. Кроме этого, гемогобин участвует в поддержании кислотно-основного равновесия в организме человека и животных, образуя самую мощную гемоглобиновую буферную систему крови.

В настоящее время достаточно хорошо изучены структура и свойства гемоглобина. У взрослого человека в крови различают следующие физиологические типы гемоглобина:

1. Гемоглобин A₁ (HbA₁ – от англ. adult – взрослый), содержание которого составляет 96 % от общего содержания гемоглобина (Hb).

2. Гемоглобин A₂ (HbA₂) – содержание составляет до 2,5 %.

3. Фетальный гемоглобин (HbF от англ. fеtus – плод) составляет 1,5 – 2 %.

HbF явяляется главным гемоглобином у плода и у новорожденных, так как его содержание у новорожденных достигает до 80 %, но затем в первые три месяца после рождения он почти полностью заменяется на HbA.

На рис. 1 схематично представлена структура молекулы гемоглобина.

Рис. 1. Модель молекулы гемоглобина (HbA₁) (ланцюг с укр. – цепь).

Молекула гемоглобина взрослого человека HbA₁ состоит из четырех полипептидных цепей, каждая из которых связана с одним гемом. Белковая часть молекулы гемоглобина имеет название "глобин".

В состав HbA₁ входят 2a- и 2b-цепи, которые являются продуктами экспрессии двух разных генов, и потому они имеют разную первичную структуру. В состав a-цепи входит 141, а в состав b-цепи – 146 аминокислотных остатков. Субъединицы гемоглобина, каждая содержит одну полипептидную цепь и один гем, по своей конформации напоминают структуру молекулы миоглобина (рис. 7). Схематично гемоглобин А₁ записывают так: HbA₁ = α₂β₂. В гемоглобине А₂ вместо β субъединиц находятся δ-субъединицы: HbA₂ = α₂δ₂, а в фетальном гемоглобине – γ-субъединицы, то есть HbF = α₂γ_2.

При образовании четвертичной структуры гемоглобина возникают многочисленные нековалентные связи между отдельными полипептидными цепями глобина. Наибольшее их количество образуется между разными типами цепей (a – b, α – δ, α – γ). Это преимущественно гидрофобные взаимодействия, которые возникают между радикалами некоторых аминокислот (лейцин, валин, фенилаланин и др.). Исследование структурной организации субъединиц молекулы гемоглобина в олигомерный белок проводилось с использованием раствора 8М мочевины или при резких изменениях рН. При этом молекула гемоглобина обратимо диссоциирует на две α- и две β-цепи. Эта диссоциация обусловлена разрывом водородных связей. После удаления мочевины происходит автоматическая ассоциация исходной молекулы гемоглобина (рис.2)

Рис. 2. Обратимая диссоциация молекулы гемоглобина при действии 8М раствора мочевины.

Небелковый компонент гемоглобина – гем. Основой структуры гема является протопорфирин. Протопорфирин состоит из четырех пиррольных колец, соединенных между собой α-метиновыми мостиками (–СН=). В зависимости от природы групп, которые находятся в боковых радикалах, порфирины имеют большое количество изомеров. Из возможных 15 изомеров протопорфиринов наиболее широко распространенным в биологических объектах является протопорфирин IX. Он содержит в боковых положениях 4 метильные, 2 винильные и 2 пропионильные группы (рис. 3 А). Хелатный комплекс протопорфирина IX с Fe 2+ называется протогемом IX или гемом.

Катион железа, входящий в структуру гема, образует две ковалентные связи и две координационные связи с атомами азота пиррольных колец в плоскости протопорфиринового комплекса. Кроме этого, он участвует в образовании ещё двух координационных связей, которые расположены перпендикулярно плоскости протопорфиринового комплекса (рис. 3 Б).

Рис. 3. Связи катиона железа в геме гемоглобина. А – вид сверху; Б – вид сбоку (координационная связь над плоскостью протопорфиринового кольца свободна).

Пятая координационная связь атома железа обеспечивает присоединение гема к остатку гистидина, который находится в полипептидной цепи глобина.

Шестая координационная связь катиона железа используется для присоединения к гему различных лигандов (молекулы кислорода, монооксида углерода или других соединений). Именно данная связь имеет специальное значение для обратимого связывания молекулы кислорода.

Дата добавления: 2016-03-05 ; просмотров: 2810 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Гемоглобин — дыхательный пигмент крови — выполняет в организме важную роль переносчика кислорода и принимает участие в транспорте углекислого газа.

В 100 г крови содержится 16,67—17,4 г гемоглобина. У мужчин в крови содержится в среднем 130—160 г/л (13—16 г %) гемоглобина, у женщин—120—140 г/л (12—14 г%).

Гемоглобин состоит из белкаглобина и четырех молекул гема. Молекула гема, содержащая атом железа, обладает способностью присоединять или отдавать молекулу кислорода.

В скелетных и сердечной мышцах находится мышечный гемоглобин, или миоглобин. Миоглобин человека связывает до 14% общего количества кислорода в организме. Он играет важную роль в снабжении кислородом работающих мышц.

Физиологические формы гемоглобина: 1) оксигемоглобин (HbО2) – соединение гемоглобина с кислородом образуется, преимущественно, в артериальной крови и придает ей алый цвет, кислород связывается с атомом железа посредством координационной связи. 2) восстановленный гемоглобин или дезоксигемоглобин (HbH) – гемоглобин, отдавший кислород тканям. 3) карбоксигемоглобин (HbCO2) – соединение гемоглобина с углекислым газом; образуется, преимущественно, в венозной крови, которая вследствие этого приобретает темно-вишневый цвет.

Патологические формы гемоглобина: 1) карбгемоглобин (HbCO) – образуется при отравлении угарным газом (СО), при этом гемоглобин теряет способность присоединять кислород. 2) мет гемоглобин – образуется под действием нитритов, нитратов и некоторых лекарственных препаратов происходит переход двухвалентного железа в трехвалентное с образованием мет гемоглобина- HbMet.

Гемоглобин синтезируется в клетках красного костного мозга. Для нормального синтеза гемоглобина необходимо достаточное поступление железа. Разрушение молекулы гемоглобина осуществляется преимущественно в клетках мононуклеарной фагоцитарной системы (ретикуло-эндотелиальной системы), к которой относятся специальные клетки печени, селезенки, костного мозга, моноциты крови.

Функции гемоглобина. Гемоглобин выполняет свои функции лишь при условии нахождения его в эритроцитах. Если по каким-то причинам гемоглобин появляется в плазме (гемоглобинемия), то он не способен выполнять свои функции, так как быстро захватывается клетками мононуклеарной фагоцитарной системы и разрушается, а часть его выводится через почечный фильтр (гемоглобинурия). Дыхательная функция гемоглобина осуществляется за счет переноса кислорода от легких к тканям и углекислого газа от клеток к органам дыхания.

Физиологические основы оседания эритроцитов, СОЭ и её клиническое значение.

Удельный вес эритроцитов выше, чем плазмы. Поэтому в капилляре или пробирке с кровью, содержащей вещества препятствующие ее свертыванию, происходит оседание эритроцитов. Над кровью появляется светлый столбик плазмы. Это явление называется реакцией оседания эритроцитов.

В сосудистой системе эритроциты не оседают. Это связано с тем, что они имеют одинаковый отрицательный заряд и отталкиваются друг от друга. Такой же отрицательный заряд имеет стенка сосудов. Способствуют взвешенному состоянию эритроцитов и низкомолекулярные белки плазмы – альбумины. Оседание эритроцитов вне организма обусловлено потерей ими заряда и образованием скоплений – агрегатов.

В норме скорость оседания эритроцитов (СОЭ) у мужчин 2-10 мм/час, у женщин 2-15 мм/час. Она возрастает при беременности. Особенно СОЭ повышается при различных заболеваниях. Например, при анемии она возрастает из-за снижения вязкости крови. СОЭ также увеличивается при инфекционных, воспалительных заболеваниях и особенно злокачественных опухолях. В этом случае ее возрастание объясняется накоплением в крови грубодисперсных глобулинов – агломеринов.

Показатель скорости оседания эритроцитов в крови помогает: дифференцировать диагноз, к примеру — стенокардию и инфаркт миокарда, острый аппендицит и внематочную беременность (признаки), остеоартрит и ревматоидный артрит и пр. определить ответную реакцию организма во время лечения при туберкулезе, ревматоидном артрите, лимфогранулематозе, диссеминированной красной волчанке и т.д. констатировать скрыто протекающее заболевание, однако даже нормальное значение СОЭ не исключает тяжелое заболевание или злокачественное новообразование.

Дата добавления: 2018-06-01 ; просмотров: 415 ; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ