Журнал о Медицине
rss новости rss статьи rss все архив
Словарь научных терминов

Гемоглобин

ГЕМОГЛОБИН (от греч. haima- кровь и лат. globus-шар), осн. белок дыхат. цикла, участвующий в переносе О2 от органов дыхания к тканям, а в обратном направлении - СО2. Содержится в эритроцитах крови почти всех позвоночных и гемолимфе большинства беспозвоночных животных. Г. позвоночных (мол. м. 6,4*104-6,6*104) состоят из четырех попарно идентичных субъединиц (их обозначают греч. буквами; теми же буквами обозначают входящие в состав субъединиц полипептидные цепи, а также гены, кодирующие эти цепи). Каждая субъединица имеет белковую глобиновую часть, состоящую из 140-160 аминокислотных остатков, с к-рой нековалентно связан гем-ферропрото-порфирин (см. ф-лу).
http://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/3/1/5231.jpeg

Ф-цию переноса О2 у нек-рых видов беспозвоночных выполняют крупные гемсодержащие белки-эритрокруорины (мол. м.

0,4*106-6,7*106), состоящие из 30-400 субъединиц, и хлоркруорины (мол. м. 3,4*106), состоящие из 190 субъединиц. Эти белки способны обратимо связывать одну молекулу О2 на группу тема, т.е. на субъединицу. Переносчиком О2 у др. видов беспозвоночных служат негемовые белки, состоящие из 8-10 субъединиц,— медьсодержащие гемоцианины (мол. м. 0,05*107*107) и железосодержащие гемэритрины (мол. м. 1*105). Каждая субъединица таких белков содержит два атома металла (соотв. Сu + и Fe2 +), способных связать одну молекулу О2.

Г. взрослого человека (НbА) имеет мол. м. 6,49*104 и принадлежит к числу наиб. изученных белков. Его форма в р-ре близка к эллипсоиду с осями 6,4, 5,5 и 5,0 нм; изоэлектрич. точка 6,9. Тетрамер НЬА состоит из двухhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/3/2/5232.jpeg и двухhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/3/3/5233.jpegсубъединиц, их полипептидные цепи содержат соотв. 141 и 146 аминокислотных остатков. Известны первичная структура обеих цепей, а также пространств. структура оксигенированной, дезоксигенированной, ряда лигандированных, а также окисленной формы (содержит Fe3 +) НbА. Пространств. структура субъединиц (рис. 1) характеризуется наличием восьмиhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/3/4/5234.jpegспиральных участков, включающих около 80% аминокислотных остатков, и внутр. полости -гемового кармана. Фиксирование тема в субъединице осуществляется в результате гидрофобных взаимод. пиррольных и винильных групп тема с алифатич. и ароматич. боковыми радикалами аминокислот, выстилающими полость кармана, а также благодаря координационной связи (направлена перпендикулярно к плоскости кольца тема) Fe2+ с аксиальным лигандом-имидазольной группой гистидина (т. наз. проксимальный гистидин). При оксигенации молекула О2 занимает шестое вакантное место в координационной сфере Fe2+. Связывание происходит обратимо, без окисления железа, с образованием стабильного оксигенированного комплекса НbО2. Одна молекула Г. способна присоединить 4 молекулы О2-по одной на группу тема.
http://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/3/5/5235.jpeg

Рис. 1. Схема упаковки поли-пептидной цепиhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/3/6/5236.jpegсубъединицы гемоглобина. Точками обозначены положенияhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/3/7/5237.jpegС атомов аминокислотных остатков; 1 -гем; 2-проксимальный остаток гистидина.

Субъединицыhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/3/8/5238.jpeg иhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/3/9/5239.jpeg прочно удерживаются в составе тетрамера Г. множественными ван-дер-ваальсовыми взаимод. и водородными связями; дезоксигенированная форма НbА стабилизирована кроме того неск. ионными связями внутри и между субъединицами. Теграмер Г.-кооперативная структура, в к-рой существует взаимод. пространственно разобщенных между собой групп (т. наз. гем-гем взаимодействие). Это проявляется в облегчении присоединения к тетрамеру последующих молекул О2 по мере протекания оксигенирования, что значительно увеличивает эффективность переноса О2 при физиол. условиях по сравнению с мономерными Г. и миоглобином (белок, депонирующий О2 в мышцах). Присоединение О2 к молекуле Г. сопровождается значит. конформационными перестройками пространств. структуры субъединиц и тетрамера в целом.

Сродство Г. к О2 является основным физ.-хим. показателем функциональных св-в Г.; его принято характеризовать зависимостью степени оксигенирования Г. от парциального давления кислородаhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/4/0/5240.jpeg (кислородно-диссоционная кривая, или КДК, рис. 2), а также величинойhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/4/1/5241.jpeg, при к-рой достигается оксигенирование 50% Г. (р50)- Нормальная величина р50 НbА в крови при физиол. условиях [37 °С, парциальное давление СО2http://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/4/2/5242.jpeg 40 мм рт. ст., рН 7,4] составляет 26-28 мм рт. ст. Сигмоидный характер КДК отражает кооперативный характер оксигенирования. При существующем у человека различии артериальной и венозной крови (соотв. 90 ± 10 и 40 ±http://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/4/3/5243.jpeg 2 мм рт. ст.) 1 л крови, насыщенной в легких кислородом (92-98% Г. находится в форме НbО2), отдает в тканях ок. 45 мл О2, при этом содержание НbО2 в венозной крови составляет 70-75%.
http://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/4/4/5244.jpeg

Рис. 2. Зависимость содержания оксигемоглобина от парциального давления О2.

Из клеток тканей СО2 диффундирует через плазму крови в эритроциты, где гидратируется в р-ции, катализируемой ферментом карбоангидразой:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/4/5/5245.jpeg

Гидрокарбонат-ионы в эритроцитах замещаются далее на ионы Cl- из плазмы, сами переходят в плазму и переносятся ею к легким. Определенная часть СО2 связывается в эритроцитах с N-концевымиhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/4/6/5246.jpegаминогруппами Г. с образованием остатка карбаминовой к-ты, уменьшая сродство Г. к О2. Увеличение РСО2 т-ры, ионной силы р-ра и уменьшение рН снижают сродство Г. к О2. Важнейший внутриэритроцитарный регулятор сродства - анионы 2,3-дифосфоглицериновой к-ты. Увеличение их концентрации также уменьшает сродство Г. к О2. Снижение сродства при уменьшении рН в интервале 9-6 наз. щелочным эффектом Бора, к-рый обусловлен существованием равновесия:

Этот эффектhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/4/7/5247.jpeg вносит значит. вклад в поддержание постоянного значения рН крови и освобождение О2 в тканях соотв. уровню обмена в-в [увеличение концентрации СО2 сдвигает равновесие р-ций (1) и (2) вправо]. В легких, где рСО2 составляет 40 мм рт. ст., процессы, описываемые р-циями (1) и (2), идут в обратном направлении, в результате чего СО2, находящийся в растворенном и связанном с Г. состоянии, освобождается, Г. оксигенируется и дыхат. цикл завершается.

У человека на разных этапах развития организма обнаружено несколько Г., различающихся составляющими их субъединицами. На ранних стадиях эмбрионального развития у зародыша обнаруживаются Г. строенияhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/4/8/5248.jpeg,http://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/4/9/5249.jpeg,http://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/5/0/5250.jpeg . На более поздних стадиях появляется и доминирует к моменту рождения HbF (http://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/5/1/5251.jpeg; т. наз. фетальный Г.). Св-ва эмбриональных Г. обеспечивают выполнение кисло-родтранспортной ф-ции в специфич. условиях внутриутробной жизни. В эритроцитах взрослого человека содержится в норме 95-97% НЬАhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/5/2/5252.jpeg , начинающего преобладать через 2-3 месяца после рождения, и 2-3% НbА2http://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/5/3/5253.jpeg

Первичные структурыhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/5/4/5254.jpeg иhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/5/5/5255.jpegполипептидных цепей Г. человека, а также мн. др. глобиновых цепей разл. происхождения известны. Гены, кодирующиеhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/5/6/5256.jpegглобиновые цепи Г. человека, сцеплены и расположены в последовательностиhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/5/7/5257.jpeg на хромосоме 16 (цифры-номера дуплицированных генов); группа генов, кодирующих др. полипептидные цепи, также непосредственно примыкающие один к другомуhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/5/8/5258.jpeg, локализована на хромосоме 11. Первичная структураhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/5/9/5259.jpegи неhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/6/0/5260.jpegглобиновых генов человека известна. Для каждого из них установлено наличие двух нитронов (отрезков ДНК, прерывающих кодирующие участки,-экзоны) и больших некодирующих участков, находящихся на флангах генов. Биосинтез тема,http://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/6/1/5261.jpeg иhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/6/2/5262.jpegглобиновых цепей, а также сборка тетрамерных молекул НbА осуществляется в клетках эритроцитарного ряда и практически завершается к моменту выхода зрелых эритроцитов (их продолжительность жизни у человека составляет 120-130 дней) из костного мозга в кровяное русло.

Точковые мутации в экзонах глобиновых генов могут вести к появлению мутантных Г. с единичной аминокислотной заменой. Это м. б. причиной молекулярных болезней — наследств. гемоглобинопатий. наиб. известный пример мутантного Г.- HbS, в к-ром шестой от N-концаhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/6/3/5263.jpegглобиновой цепи остаток глутаминовой к-ты заменен на остаток валина. Такой Г. содержится в эритроцитах больных серповидноклеточной анемией. Точечная мутация, делеция (выпадение участка ДНК) или другой дефект глобинового гена, локализованный вне экзонов, может уменьшить продукцию глобиновых цепей в эритроцитах, нарушить сбалансированный биосинтезhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/6/4/5264.jpegиhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/6/5/5265.jpegцепей и привести к др. распространенной разновидности гемоглобинопатий-талассемии.

Лит.: Уайт А., Хендлер Ф., Смит Э., Основы биохимии, пер. с англ., т. 3, М, 1981, с. 1218-66; Bunn Н. F., Forget В. G., Ranney Н. М, Нетоglobinopathies, Phil.- L.- Toronto, 1977; Human hemoglobins and hemoglobinopathies, "Texas Reports on Biology and Medicine", 1980-1981, v. 40; Atlas of molecular structures in bioldgy, ed. by D.C. Philips, P.M. Richards, v. 2, Haemoglobin and myoglobin, ed. by G. Fermi and M.F. Perutz, Oxf., 1981; Methods in enzymology, v. 76-Hemoglobins, N. Y.- L.- [a. o.], 1981. B.A. Спивак.






Здоровье и профилактика Акушерство и гинекология Стоматология Красота Зрение Энциклопеди Адреса Реклама
Видео