Ионы какого химического элемента придают гемоглобину красную окраску

Строение гемоглобина влияет на его способность присоединять кислород, он содержит красный пигмент гем с железом и белок глобин. Они соединяются в субъединицы, а потом четыре из них скрепляются в один комплекс. Каждый гем с глобином могут переносить кислород и забирать из тканей углекислый газ.

Биологическая роль гемоглобина состоит в обеспечении тканевого дыхания, он также регулирует кислотность крови, связывает токсины. Нормальными формами считается оксигемоглобин (соединение с кислородом), дезоксигемоглобин (углекислота вместо кислорода). В норме в крови есть и немного окисленной формы (метгемоглобин), но при повышении ее уровня нарушается способность гемоглобина обеспечивать ткани кислородом.

Строение гемоглобина и его структура

Гемоглобин имеет в структуре две части – белок глобин и небелковый гем, строение молекулы позволяет ему присоединять и отдавать кислород, воду и углекислый газ. Гем относится к пигментам, то есть красящим веществам. Он придает крови алый цвет. Внутри гема есть железо. Гемоглобин содержит 4 гема, каждый со всех сторон обвит цепочкой аминокислот белка глобина. Эти 4 субъединицы позволяют связывать 4 молекулы кислорода из воздуха в легких.

Эритроциты, состоящие на 95% из гемоглобина, захватывают кислородные молекулы и переносят его к клеткам организма. Гемоглобин отдает кислород, а взамен забирает воду и углекислый газ, которые выделяются также через легкие. Соединение гемоглобина с кислородом называется оксигемоглобин, а с углекислотой – дезоксигемоглобин. Все они в норме есть в эритроцитах.

Если гемоглобин соединяется с угарным газом, то блокируются все 4 части молекулы, в результате она теряет способность соединяться с кислородом. Если есть отравление азотом или цианидами, то железо становится из двухвалентного (нормального) трехвалентным. Это тоже нарушает перенос кислородных молекул, образуется метгемоглобин. Подобная реакция бывает и при отравлении некоторыми медикаментами, наследственных болезнях.

Виды

Все виды гемоглобина делятся на нормальные (физиологические) и с нарушенной структурой (патологические). Для их обозначения используют латинские буквы и сокращение Hb (haemoglobinum).

Нормальные формы

В норме можно найти в крови:

• зрелый гемоглобин HbA, его у взрослого 95-98%, а у новорожденного 80%;
• фетальный гемоглобин HbF (фетус означает плод) образуется со 2 месяца беременности у плода, циркулирует до рождения, разрушается в первую неделю жизни, отличается большей способностью захватывать кислород;
• эмбриональный HbE образуется у плода до 2 месяца внутриутробного развития.

В зависимости от того, что присоединил гемоглобин, выделены формы:

• HbО2 – соединение с кислородом (оксигемоглобин);
• HbСО2 – гемоглобин с углекислым газом, он называется дезоксигемоглобин;
• HbMet – метгемоглобин с окисленным железом, его количество в норме допускается до 3%.

Патологические

Патологических гемоглобинов известно более 300 форм. Наиболее часто находят:

• HbS – гемоглобин при серповидно-клеточной анемии;
• HbCO – карбоксигемоглобин, образующийся при отравлении угарным газом;
• HbA1С – гликозилированный гемоглобин, его уровень возрастает при сахарном диабете.

Железо входит в состав гемоглобина крови?

Ионы металла железа входят в состав гемоглобина и находятся в центре каждой из 4 субъединиц. У них есть 4 связи постоянные и две свободные валентности, одна из них соединена с белком, а ко второй может прикрепиться кислород или вода, азот, углекислота.

Небелковая часть гемоглобина

Гем – это небелковая часть гемоглобина, составляющая 4% от его массы. По химическим свойствам он является пигментом красного цвета. Молекула гемоглобина содержит ионы железа двухвалентного, при окислении оно переходит в трехвалентное, а гем – в гематин, гемоглобин – в метгемоглобин. Перенос кислорода при этом нарушается.

Провоцируют потерю способности к транспортировке молекул свободные радикалы. Они образуются при обменных нарушениях, сахарном диабете, применении некоторых медикаментов (Парацетамол, сульфаниламиды), попадании нитратов из воды и продуктов. Препятствуют окислению гема витамины С, А, Е и микроэлемент селен. Они относятся к системе антиоксидантной защиты организма. Больше всего их содержится в таких продуктах:

• болгарском перце, черной смородине, цитрусовых, зеленом горошке (витамин С);
• говяжьей печени, молоке, твороге, моркови, шпинате (витамин А и провитамин каротин);
• растительном масле, зародышах пшеницы, орехах (витамин Е);
• яйцах, кукурузе, чечевице, миндале, бразильских орехах (селен).

Биологическая роль гемоглобина

Основная биологическая роль гемоглобина – это обеспечение тканевого дыхания, переноса кислорода для образования энергии и удаления углекислого газа. При этом первая его функция основная для организма, так как без гемоглобина кислородное обеспечение невозможно. Для выведения углекислоты есть и другие пути – 80% ее просто растворяется в крови и только 20% переносит гемоглобин.

Нарушение этих процессов происходит при снижении абсолютного числа гемоглобина или потери его активности. Чтобы проверить достаточность питания клеток кислородом, назначается общий анализ крови, а последствия нехватки показывает биохимия:

• напряжение кислорода;
• кислородная емкость;
• артерио-венозная разница по кислороду;
• насыщение гемоглобина кислородом.

Какое число гемов в составе молекулы гемоглобина

Каждая молекула гемоглобина содержит 4 единицы гема. Они образуются из аминокислоты глицина и органической янтарной кислоты. Первый компонент (глицин) содержатся в мясных и рыбных продуктах (говядина, курица, тунец, окунь, щука, скумбрия). Источником янтарной кислоты может стать:

• кефир, простокваша, йогурт, творог;
• крыжовник, вишня, яблоки;
• семена и масло подсолнечника;
• ржаной хлеб.

Физиологическая роль гемоглобина

Физиологическая роль гемоглобина не ограничивается только процессом тканевого дыхания, он также:

• поддерживает равновесие между кислотами и щелочами;
• выводит из клеток кислоту, предупреждая их закисление, снижающее иммунную реакцию;
• тормозит защелачивание крови в легких;
• связывает токсические соединения (нитраты, углекислый газ, сероводород, цианиды), но при их высокой концентрации возникает кислородное голодание или даже смерть.

Гемоглобин: клиническое значение

При снижении нормальных форм гемоглобина в крови ставят диагноз анемии, клиническое значение имеют показатели ниже 100 г/л при норме 120-140 г/л для женщин и 135-160 г/л для мужчин. Для детей результат рассматривают в зависимости от возраста – нижняя граница может быть от 90 единиц для грудничков и 105-115 для ребенка в 7-12 лет.

Симптоматика сниженного гемоглобина в крови включает признаки дефицита кислорода: общая и мышечная слабость, одышка, частый пульс, быстрая утомляемость, головная боль, головокружение, обморочные состояния. Анализ крови на эритроциты и гемоглобин покажет их нехватку, но не дает возможности определить причину. Поэтому требуется обследование: тесты на ферритин, трансферрин, железо и способность к его связыванию.

Реже обнаруживают гемоглобин выше нормы, это состояние называется полиглобулией и бывает при опухолевом процессе, длительной дыхательной и сердечной недостаточности. Для высоких показателей типично покраснение кожи, синева в носогубном треугольнике, головные боли, снижение зрения, тяжесть в правом подреберье.

Миоглобин и гемоглобин – отличия

Миоглобин и гемоглобин похожи, но первый находится в мышечной ткани, в отличие от гемоглобина, циркулирующего в крови. Он способен присоединять и временно удерживать кислород, перемещать его внутри клеток. При недостаточном поступлении кислорода миоглобин временно устраняет его дефицит.

Молекула гемоглобина имеет сложную структуру, состоит из нескольких белковых цепей, а миоглобин имеет только одну цепочку. В норме миоглобина в крови нет, он появляется только при разрушении мышечной ткани. Этим признаком пользуются при постановке диагноза инфаркта миокарда, так как в сердечной мышце содержится особый вид этого белкового комплекса. 

Частые вопросы по структуре гемоглобина

Какая валентность железа в гемоглобине? В норме железо двухвалентное, при окислении переходит в трехвалентное, что ухудшает перенос кислорода.

В чем особенность химического строения гемоглобина? Гемоглобин имеет четвертичную структуру, то есть белковые цепи и пигмент вначале соединены в комплексы (первичная структура), а потом эти четыре субъединицы скрепляются между собой.

Что такое нативный гемоглобин и какую он имеет структуру? Нативный гемоглобин – это нормальный, не поврежденный, в его структуре есть гем и глобин, соединенные в 4 комплекса.

Сколько атомов железа в молекуле гемоглобина? В составе гемоглобина 4 гема с железом, поэтому в одной молекуле содержится 4 атома этого микроэлемента.

Строение гемоглобина позволяет ему присоединить кислород, переносить его к клеткам, забирать углекислый газ. При снижении возникает анемия с симптомами кислородного голодания.

Почему человеческая кровь красная

Науке известно, что у разных живых организмов на планете кровь имеет разный оттенок.

Однако у человека она именно красная. Почему кровь красная этим вопросом задаются и дети, и взрослые.

Ответ достаточно прост: красный цвет благодаря гемоглобину, содержащему в своей структуре атомы железа.

Делает красной кровь гемоглобин, который состоит:

• Из белка под названием глобин,
• Небелкового элемента гема, который содержит ион двухвалентного железа.

В молекулах гемоглобина четыре гема. Их количество 4 процента от всей массы молекулы, а глобину приходится 96 процентов.

Основное действие в активности гемоглобина принадлежит иону железа.

Двухвалентное окисное железо делает кровь красной.

Металл способствующий воспроизведению красных кровяных телец непрерывно вырабатывается организмом человека.

Оксид азота в свою очередь играет важную роль в регуляции кровяного давления.

Виды крови

Состав

Кровь является быстро обновляющейся соединительной тканью, которая беспрерывно циркулирует по всему телу человека.

Что придает красный цвет удалось выяснить, но ее элементы оказываются не менее интересными. Какие элементы придают ей такой цвет это не менее интересный аспект.

В составе крови:

• Плазма. Жидкость светло-желтого цвета, с ее помощью клетки в ее составе могут перемещаться. Состоит на 90 процентов из воды, а оставшиеся 10 процентов составляют органические и неорганические компоненты. В плазме также имеются витамины, микроэлементы. Светло желтая жидкость содержит множество полезных веществ.
• Форменные элементы кровяные клетки. Существует три вида клеток: лейкоциты, тромбоциты и эритроциты. Каждый вид клеток обладает определенными функциями и особенностями.

Лейкоциты

Это белые тельца, которые защищают тело человека. Они оберегают его от внутренних заболеваний и чужеродных микроорганизмов, проникающих извне.

Лейкоциты

Это по цвету белый элемент. Его белого оттенка невозможно не заметить во время лабораторных исследований, поэтому определяются такие клетки достаточно просто.

Лейкоциты распознают чужеродные клетки, которые могут причинить вред, и уничтожают их.

Тромбоциты

Это очень маленькие цветные пластинки, чья главная функция свертывание.

Тромбоциты

Именно эти клетки отвечают за то, чтобы кровь:

• Свертывалась, не вытекала из организма,
• Довольно быстро свертываясь на поверхности ранки.

Эритроциты

Данных клеток в крови более 90 процентов. Красного цвета она еще и потому, что эритроциты обладают таким оттенком.

Эритроциты

Они переносят кислород из легких к периферическим тканям, непрерывно производятся в костном мозге. Они живут около четырех месяцев, затем разрушаются в печени и селезенке.

Эритроцитам очень важно донести кислород до различных тканей тела человека.

Мало кто знает, что незрелые эритроциты бывают синего цвета, затем приобретают серый оттенок и только после этого становятся красными.

Эритроцитов человека достаточно много, именно поэтому кислород настолько быстро достигает периферических тканей.

Какой элемент обладает большей значимостью сказать трудно. Каждый из них обладает важной функцией, сказывающейся на здоровье человека.

Объяснение для ребенка

Дети часто задают вопросы, касающиеся составляющих тела человека. Кровь является одним из самых популярных тем для обсуждения.

Объяснения для детей должны быть предельно простыми, но в то же время информативными. Кровь содержит множество веществ, различающихся по функциям.

Состоит из плазмы и особых клеток:

• Плазма является жидкостью, в которых содержатся полезные вещества. Обладает светло-желтым оттенком.
• Форменные элементы – это эритроциты, лейкоциты и тромбоциты.

Наличие красных клеток эритроцитов и объясняет ее цвет. Эритроциты красные по своей природе, их скопление и приводит к тому, что кровь у человека именно такого цвета.

Насчитывается около тридцати пяти миллиардов красных клеток, которые движутся по телу человека в кровеносных сосудах.

Почему вены синие

Вены несут бордовую кровь. Они красные, как цвет крови, которая по ним течет, но никак не синие. Вены лишь кажутся синими.

Это можно объяснить законом физики об отражении света и восприятием:

Когда луч света попадает на тело, кожа отбивает часть волн и выглядит светлой. Однако синий спектр она пропускает намного хуже.

Сама кровь поглощает свет всех длин волн. Кожа дает для видимости синий цвет, а вена красный.

Мозг человека сравнивает цвет кровеносного сосуда против теплого тона кожи, в результате показывая синий.

Кровь другого цвета у различных живых существ

Далеко не у всех живых организмов кровь красного цвета.

Белок придающий такой цвет у человека гемоглобин, содержащийся в гемоглобине. У других живых существ вместо гемоглобина иные жиросодержащие белки.

Наиболее распространенными оттенками помимо красного являются:

• Голубой. Таким цветом могут похвастаться ракообразные, пауки, моллюски, осьминоги и кальмары. И голубая кровь имеет огромное значение для этих существ, так как наполнена важными элементами. Вместо гемоглобина содержится гемоцианин, в котором содержится медь.
• Фиолетовый. Этот цвет у морских беспозвоночных и некоторых моллюсков. Обычно такая кровь бывает не только фиолетовой, но и слегка розовой. Розового цвета кровь у молодых беспозвоночных организмов. В данном случае белок гемэритрин.
• Зеленый. Встречается у кольчатых червей и пиявок. Белок хлорокруорин, близок к гемоглобину. Однако железо в этом случае не окисное, а закисное.

Цвет крови различается в зависимости от белка, который в ней содержится. Какого цвета ни была бы кровь, она обладает огромным количеством полезных веществ, необходимых живому организму. Пигмент для каждого организма важен, несмотря на его разнообразие.

Видео  Тайны и загадки нашей крови

Загрузка…