Оксигемоглобин превращается в восстановленный гемоглобин при реакции среды
Гемоглобин
Гемоглобин (от др.-греч. Гемо — кровь и лат. globus — шар) — это сложная белковая молекула внутри красных клеток крови — эритроцитов (у человека и позвоночных животных). Гемоглобин составляет примерно 98% массы всех белков эритроцита.
Гемоглобин (от др.-греч. Гемо — кровь и лат. globus — шар) — это сложная белковая молекула внутри красных клеток крови — эритроцитов (у человека и позвоночных животных). Гемоглобин составляет примерно 98% массы всех белков эритроцита. За счет своей структуры гемоглобин участвует в переносе кислорода от легких к тканям, и оксида углерода обратно.
Строение гемоглобина
Гемоглобин состоит из двух цепей глобина типа альфа и двух цепей другого типа (бета, гамма или сигма), соединенными с четырьмя молекулами гемма, содержащего железо. Структура гемоглобина записывается буквами греческого алфавита: α2γ2.
Обмен гемоглобина
Гемоглобин образуется эритроцитами в красном костном мозге и циркулирует с клетками в течение всей их жизни — 120 дней. Когда селезенкой удаляются старые клетки, компоненты гемоглобина удаляются из организма или поступают обратно в кровоток, чтобы включиться в новые клетки.
Типы гемоглобина
К нормальным типам гемоглобина относится гемоглобин А или HbA (от adult — взрослый), имеющий структуру α2β2, HbA2 (минорный гемоглобин взрослого, имеющий структуру α2σ2 и фетальный гемоглобин (HbF, α2γ2. Гемоглобин F — гемоглобин плода. Замена на гемоглобин взрослого полностью происходит к 4-6 месяцам (уровень фетального гемоглобина в этом возрасте менее 1%). Эмбриональный гемоглобин образовывается через 2 недели после оплодотворения, в дальнейшем, после образования печени у плода, замещается фетальным гемоглобином.
| Тип гемоглобина | Процент содержания у взрослого человека |
| HbA — взрослый гемоглобин | 98% |
| HbA2 — взрослый гемоглобин минорный | Около 2% |
| HbFi — фетальный гемоглобин | 0,5-1% |
| Эмбриональный гемоглобин | нет |
| HbA1C — гликированный гемоглобин |
Аномальных гемоглобинов более 300, их называют по месту открытия.
Функция гемоглобина
Основная функция гемоглобина — доставка кислорода от легких к тканям и углекислого газа обратно.
Формы гемоглобина
- Оксигемоглобин — соединение гемоглобина с кислородом. Оксигемоглобин преобладает в артериальной крови, идущей от легких к тканям. Из-за содержания оксигемоглобина артериальная кровь имеет алый цвет.
- Восстановленный гемоглобин или дезоксигемоглобин (HbH) — гемоглобин, отдавший кислород тканям
- Карбоксигемоглобин — соединение гемоглобина с углекислым газом. Находится в венозной крови и придает ей темный вишневый цвет.
Как же это происходит? Почему в легких гемоглобин забирает, а в тканях отдает кислород?
Эффект Бора
Эффект был описан датским физиологом Христианом Бором https://en.wikipedia.org/wiki/Christian_Bohr (отцом знаменитого физика Нильса Бора).
Христиан Бор заявил, что при большей кислотности (более низкое значение рН, например, в тканях) гемоглобин будет меньше связываться с кислородом, что позволит его отдать.
В легких, в условиях избытка кислорода, он соединяется с гемоглобином эритроцитов. Эритроциты с током крови доставляют кислород ко всем органам и тканям. В тканях организма с участием поступающего кислорода проходят реакции окисления. В результате этих реакций образуются продукты распада, в том числе, углекислый газ. Углекислый газ из тканей переносится в эритроциты, из-за чего уменьшается сродство к кислороду, кислород выделяется в ткани.
Эффект Бора имеет громадное значение для функционирования организма. Ведь если клетки интенсивно работают, выделяют больше СО2, эритроциты могут снабдить их большим количеством кислорода, не допуская кислородного «голодания». Следовательно, эти клетки могут и дальше работать в высоком темпе.
Какой уровень гемоглобина в норме?
В каждом миллилитре крови содержится около 150 мг гемоглобина! Уровень гемоглобина меняется с возрастом и зависит от пола. Так, у новорожденных гемоглобин значительно выше, чем у взрослых, а у мужчин выше, чем у женщин.
Что еще влияет на уровень гемоглобина?
Некоторые другие состояния также влияют на уровень гемоглобина, например, пребывание на высоте, курение, беременность.
Заболевания, связанные с изменением количества или структуры гемоглобина
- Повышение уровня гемоглобина наблюдается при эритроцитозах, обезвоживании.
- Снижение уровня гемоглобина наблюдается при различных анемиях.
- При отравлении угарным газом образуется карбгемоглобин (не путайте с карбоксигемоглобином!), который не может присоединять кислород.
- Под действием некоторых веществ образуется метгемоглобин.
- Изменение структуры гемоглобина называется гемоглобинопатией. Самые известные и частые заболевания этой группы — серповидно-клеточная анемия, бета-талассемия, персистенция фетального гемоглобина. См.гемоглобинопатии на сайте Всемирной организации здравоохранения https://www.who.int/centre/factsheets/fs308/ru/index.html
Знаете ли Вы?
- У беспозвоночных животных гемоглобин растворен в плазме крови.
- В сутки из легких в ткани переносится около 600 литров кислорода!
- Красный цвет крови придает гемоглобин, входящий в состав эритроцитов. У некоторых червей вместо гемоглобина хлорокруорин и кровь зеленая. А у каракатиц, скорпионов и пауков голубая, так как вместо гемоглобина — содержащий медь гемоцианин.
Другие статьи раздела
Распространенный возбудитель инфекций дыхательных путей (фарингиты, синуситы, отиты, бронхиты и пневмонии). Анализы на антитела используются для диагностики инфекции Chlamydophila pneumoniae при длительных инфекциях дыхательных путей.
Mycoplasma pneumoniae — возбудитель пневмонии человека, острых респираторных заболеваний (ОРЗ), заболеваний верхних дыхательных путей (фарингита, бронхита), а также некоторых нереспираторных заболеваний.
Азооспермия (azoospermia) — отсутствие сперматозоидов в эякуляте
Бактерии — одноклеточные микроорганизмы, некоторые из которых могут вызывать заболевания.
Mycoplasma pneumoniae (микоплазма пневмонии), Chlamydohpila pneumoniae (хламидофила пневмонии, прежнее название Chlamydia pneumoniae)
Гипофиз — непарная железа внутренней секреции, расположенная на основании головного мозга в костном кармане — гипофизарной ямке турецкого седла. Гипофиз вырабатывает гормоны, оказывающие влияние на работу всего организма — рост и развитие, обмен веществ, половую функцию.
Повышенный рост волос (гирсутизм) может быть следствием не только повышенного уровня андрогенов (см. «гиперандрогения»), но и высокой активности 5-альфа-редуказы в коже (фермента волосяных фолликулов, превращающего тестостерон в гораздо более активный дигидротестостерон.
По данным ВОЗ (Всемирная организация здравоохранения) заболеваемость в России составляет более 50 человек на 100 000 населения. Имеет важное значение то, что у женщин значительно чаще чем у мужчин (50-90% против 10%) возможно бессимптомное течение заболевания.
Делеция (ген.) — вид хромосомных мутаций, при котором происходит потеря какого-либо участка хромосомы.
Механизм обратной связи — система, которая используется организмом для контроля некоторых функций и поддержания состояния постоянства организма. Механизм обратной связи использует один из продуктов пути обмена веществ, обычно конечный продукт, для контроля активности пути обмена веществ и регуляции количества этого продукта. Обратная связь может быть отрицательной и положительной.
Источник
: 4 : 119 : 188-284 : 2003 . . . -, 2002 . 7. 7.4. , , ( , ). : , , . , , . : (, ), ( ), , , . , , . , . 1. , , , , , . «» (), — . , . , , , , , , . , , , , . — , . , 200 400 . . , , , . 2. — . : — — ; — — . 0,2 2 100 . 100 (20 100 ). 1 1,5 2, 100 14 — 16 . (Hb) ( 1). 1. ( ) b 100 mmHg 100%. 2 ( ) b , . 2 S- . 2 %b (- ), — (2 — 40 mmHg; 2 — 20 mmHg; 50% ). . : , 2 ( ), (2,3-). , , , , . 2.1. , . , , . , . , , . — 1%. , , , , , . 1% . — . , () -, , . , , , , . . , . ( 2). 2 ( ) . , . (95% in vivo; 67% in vitro). (). 4 . -6- (-6-) (), -, ( — — . ). . 2.1.1. , 1% . . , , , , , ( 1). 1.
, , ( 2). 2.
(-), . 2.1.1.1. . , — — . . , ( , ) . , . 25 — 30%. . , , , . — . — . , . 10 — 50%. . 40% , , . 10%. — — 2%, . — . , . -6- . , , , , . . , . . 2.1.1.2. , . , , , , . , , . . 2.1.2. 2.1.2.1. — , , . , , , . , — . . . , in vitro, , . , : , 2-, 4- — in vitro. , , , 2- 4- , 100:4:1 ( 3). 3. , , . 2.1.2.2. (4,4-) — , ( 4). 4. , , ( ), , , .. , , , Pneumocystis carinii, . -, (. ). 200 / . . . — . , , 6 — 9 . 4 — 6 . , . , , . 2.1.2.3. , , . ( — NaNO2). , . . (, ..), (—N=), . — , . ( .). — . . (4,8 . ) ( 0,5%). , . , , . . . , -6-, . — ( — NaNO3), , . . — ; — , Escherichia coli, Pseudomonas aurogenosa . . — , , , . . — , — . , 45 ppm ( NO3). . , , , 1945. Comly. , , — , ( 4 ) -, , , . , , , , . 2.1.3. . . ; , . . . — . — , ( ). ( 0,5 ), ( 1,5 ) ( 5 ). 15% . 55%. , 3. 3.
. . , -, . , . . . . . . . 2.1.4. . 15%, «» , . . , , . , 100 , , . — , . . . , . . (, , , ). , .. . . ( ) , . , , in vitro. , . . 2.1.5. , , , , — , , . , , . ( 2). ( ). 30%. , . , , 1 — 2 . . , , , ( 5). — , ( ) . -6- , . 5. 0.1 — 0.2 / 1% (1 — 2 /). , . . -6-, -, . , , 30%. 7 — 15 /. , . , , , , . , , , , , , , , . — R. . , , . 2.2. (), , , (Ni(CO)4; Fe(CO)5). , . (, , , , ..), , , , , . — . 200 — 300 , , , , . : — ( 1,0), . : — ; — ; — . , 1 1500 , 50% . , 0,1% 10% . 0,5% 20% , , . 30 — 50%, — 60%, — 66%. . , , . , ( 14 — 50 , ), , — (), ( , -450 ..). . , , , , , — . , , . , . , : (), , , ; , , . , . 25% . 3. . : (, ), , , . 3.1. , — . , ( 4): 1. ( ) ; 2. -6-; 3. . 4. , 1. 2. , -6- 3. , , , , , , . , . -6- (. ), . , . . . . (IgG) . — . (IgM) . , , , , , . , , — , . . , . . : — — ( 7 20%); — . 100 , .. . , 800 . 3, b 30% ; — , , . , , — 2,3-; — , . . 3.1.2. 3.1.2.1. ( — AsH3) — , . , . . . 20%. , . 250ppm, 30 25 — 50ppm ; 10ppm . , , , , . , , 28 5ppm . 4 10ppm 100% . . , , . , , . , , . , , AsH3 , — . , 1 5 ppm 26 ppm . , , — 11 . , , . (15ppm — 25ppm). . . . , , — (). Howell-Jolly. . , , , . . , . 2 ppm. . , , , , , . , 2 24 , , . . -6-, . : , , . . . 1,5 / . , , . . , , . . 1 — 6 . (TLY — TWA: Threshold Limit Value — -Weighted Average) 0,05 ppm. , ( ) 8- , . 3.1.2.2. ( — SbH3) . . , , . : , , , , , . . , , . 3.1.2.3. . : . : ( ), . , , . 3.1.3. , , . . 50 / . . 3 / , 0,3 / , — 0,5 — 2,6 / . 3.2. . , , , , , . , , , . , , , , , , , . . , , , . , , . . . , , . , , , 1 : 20000 — 30000; 1 : 1200. , , 5. 5. ,
(, , .), (, .), ( .) (), () () . , , . 3.2.1. 3.2.1.1. . : , ; , , ; — . , , . — . . . , . — ( 2000000 3); — 1500 3 ; ; . 3.2.1.2. . 500 — 300 3 . . 2% . , . : (, , , ), . , . , . 3.2.1.3. , , . : , , , — . 1000 3 , . . 3.3. 3.3.1. 24000 , 3% . () 46% ; () — 14%; () — 13%; () — 29%. . 90% . , , , . — . , . , , , , 0,3 20%. — . . , , , . , , , . , , , , . , , . 3.3.2. , — . , — — , . , . . , 20 — 29 0,061 100000, 70 — 79 — 19,58 100000. 3.3.3. , . — , , , . , . . , , , , . , , . , , , , , , , . 3.4. , , . , : , , , , (, , 2,4-; 2,4,5-) , 1,3-. 3.4.1. , , , , , , . , , — , . . , . , , , .. — . , . . , . , . -450- . . -450- , , , , — , , -. , (==), , . . , , , . — 1,4-. — . , ( ) . () . , ( ). , , . 20 . , . : , , , , , , , . — , . , , . , , (Greenberg, 1939; Goldwater et al, 1941). , . , — : , , . 100. , G2 . () (, -), — , . , . . . 3 — 10 . , , 10 — 15 . . , . , . , . 3.4.2. . , , . , , . , , . . , , — , . . , , . — . , (1) , — (2) . , . , , , . — , , . , , . . , , . — . . 3.4.3. . , , — . , , , . . 1 — 3 . — . . , , . 3.4.4. , . , . . . , . , , . 3.4.5. , , , , . . . , . , , . . 3.4.6. 2,4- 2,4,5- . , . , . , , , ( ). . . . 4. , , . , . , . . — . -, . , , , . , , . : — ( , ); — , , — ( , ..) , . | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
Источник
Методички_1 / биохимия крови
31
Поэтому при переливании крови I группы людям с другими группами крови также могут развиться гемотрансфузионные осложнения. В связи с этим в настоящее время пользуются правилом, по которому переливается только одногруппная кровь.
Система резус — фактора
К.Ландштейнером и А.Винером в 1940 г. в эритроцитах обезьяны макаки-резуса был обнаружен антиген, который они назвали резус-фактором. Этот антиген находится и в крови 85% людей белой расы. У некоторых народов, например, эвенов резусфактор встречается в 100%. Кровь, содержащая резус-фактор, называется резус-положительной (Rh+). Кровь, в которой резусфактор отсутствует, называется резус-отрицательной (Rh-). Резусфактор передается по наследству. В настоящее время известно, что система резус включает много антигенов. Наиболее активными в антигенном отношении являются антиген D, затем следуют С, Е, d, с, е. Они и чаще встречаются. Система резус, в отличие от системы АБО, не имеет в норме соответствующих агглютининов в плазме. Однако если кровь резус-положительного донора перелить резусотрицательному реципиенту, то в организме последнего образуются специфические антитела по отношению к резус-фактору — антирезусагглютинины. При повторном переливании резус-положительной крови этому же человеку у него произойдет агглютинация эритроцитов, т.е. возникает резус-конфликт, протекающий по типу гемотрасфузионного шока. Поэтому резус-отрицательным реципиентам можно переливать только резус-отрицательую кровь. Резус-конфликт также может возникнуть при беременности, если кровь матери резусотрицательная, а кровь плода резусположительная. Резус-агглютиногены, проникая в организм матери, могут вызвать выработку у нее антител. Однако значительное поступление эритроцитов плода в организм матери наблюдается только в период родовой деятельности. Поэтому первая беременность может закончиться благополучно. При последующих беременностях резус-положительным плодом антитела проникают через плацентарный барьер, повреждают ткани и эритроциты плода, вызывая выкидыш или тяжелую гемолитическую анемию у новорожденных. С целью иммунопрофилактики резусотрицательной женщине сразу после родов или аборта вводят концентрированные анти-D-антитела.
32
Кроме агглютиногенов системы АВО и резус-фактора в последние годы на мембране эритроцитов обнаружены и другие агглютиногены, которые определяют группы крови в данной системе. Таких антигенов насчитывается более 400. Наиболее важными антигенными системами считаются MNSs, Р, Лютеран (Lи), Льюис (Lе), Даффи (Fу) и др.
Наибольшее значение для клиники переливания крови имеют система АВО и резус-фактор.
В эритроцитах высока активность фермента ЛДГ, примерно в 100 раз выше, чем в плазме.
Липидный состав мембраны не отличается от состава мембран соматических клеток. Углеводы находятся в ассоциированном виде.
Гемоглобин
Основным белком эритроцитов является гемоглобин, который по своей химической природе является производным металлопорфиринов.
Порфирины — циклические образования, образованные 4 пиррольными кольцами, соединенными между собой метенильными мостиками. Характерным свойством порфиринов является их способность образовывать комплексы с ионами металлов, связывающиеся с атомами азота пиррольных колец. Порфирины содержащие ионы металлов — металлопорфирины.
Металлопорфирины способны связываться с белками, в результате образуются соединения, играющие важную роль в биологических процессах.
Металлопорфирины:
1.Гемоглобины — железопорфирины, связанные с белком глобином
2.Миоглобины — дыхательные пигменты мышечных клеток
3.Цитохромы — соединения, функционирующие как переносчики электронов в реакциях ОВР
4.Каталазы — железосодержащий фермент
5.Триптофанпирролаза — содержит железо
Гемоглобин
33
Гемоглобин — красный пигмент крови человека и животных. Подсчитано, что в одном эритроците содержится около ~ 340000000 молекул гемоглобина, каждая из которых состоит примерно из 103 атомов. В крови человека в среднем содержится 750 г.
Гемоглобин — кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде и нерастворимое в спирте, эфире и хлороформе. В эритроцитах гемоглобин находится в растворенном состоянии. Его содержание в эр более 30%.
Наиболее характерным свойством гемоглобина является обратимое присоединение газов О2, СО и др. Образовавшиеся при этом соединения называются оксигемоглобином и карбоксигемоглобином, соответственно. Реакция присоединения молекулярного кислорода не является истинным окислением гемоглобина, так как валентность железа в геме при этом не изменяется, и эту реакцию правильнее называть оксигенацией. Истинное окисление гемоглобина происходит только тогда, когда железо переходит в трехвалентное состояние.
В крови гемоглобин существует, по крайней мере, в четырех формах: оксигемоглобин, дезоксигемоглобин, карбоксигемоглобин, метгемоглобин. В эритроцитах молекулярные формы гемоглобина способны к взаимопревращению, их соотношение определено индивидуальными особенностями организма.
Гемоглобин — это хромопротеид, слагающийся из протеиновой группы (глобин) и простетической (гем) частей.
Простетическая группа в молекуле гемоглобина представлена 4 одинаковыми железопорфириновыми соединениями, которые называются гемами. Гем составляет физиологически активную часть молекулы гемоглобина благодаря своей способности вступать в обратимую комбинацию с кислородом. Молекула гема состоит из порфирина IХ, связанного с железом двумя атомами азота ковалентными и двумя другими атомами азота координационными связями.
34
Рисунок 2. Строение гемма . Примечание: На схеме Р — остатки пропионовой кислоты
Протопорфириновое кольцо образовано четырьмя пиролльными кольцами: четыре замещенных пиррола связаны метиленовыми мостиками, так что создаётся система сопряжённых двойных связей (то есть при движении по кругу одинарные и двойные связи в молекуле чередуются). Атом железа (II) расположен в центре гема и придает крови характерный красный цвет, степень его окисления не изменяется независимо от присоединения или отдачи кислорода. Атом железа может образовать шесть координационных связей. Четыре связи направлены к атомам азота пиррольных колец, оставшиеся две связи — перпендикулярно к плоскости порфиринового кольца по обе его стороны.
Гемы расположены вблизи поверхности белковой глобулы в специальных гидрофобных «гемовых» карманах, образованных складками полипептидных цепочек глобина.
Гемоглобин при нормальном функционировании может находиться в одной из трех форм:
1.феррогемоглобин (обычно называемый дезоксигемоглобином или просто гемоглобином),
2.оксигемоглобин.
3.допускается наличие в крови и ферригемоглобина (называемый также метгемоглобином) не более 1%.
35
В феррогемоглобине железо находится в закисной форме Fe(II), одна из двух оставшихся связей, перпендикулярных к плоскости порфиринового кольца, направлена к атому азота гистидинового остатка, а вторая связь свободна.
Взаимодействие молекулярного кислорода со свободным гемом приводит к необратимому окислению атома железа гема (Fe(II) в Fе(III); гем в гемин).
В дезоксигемоглобине глобин предохраняет железо гема от окисления.
В структуре гемоглобина каждая молекула глобина связана с гемом, гем, благодаря содержащемуся в нём атому железа гемм способен обратимо связывать кислород, причём в процессе присоединения кислорода и его отдачи железо остаётся 2-х валентным.
В кислой среде связь между гемом и глобином легко разрывается.
Свободный гем легко окисляется кислородом воздуха до гематина, в котором атом железа трехвалентен.
Имеющиеся в молекуле гемоглобина 4 ядра гема закрепляют кислород с различной скоростью, в связи с явлением
кооперативного эффекта.
Реакция оксигенации Обратимое присоединение кислорода (оксигенация), позволяющее гемоглобину выполнять свою основную функцию переносчика, обеспечивается возможностью образовать прочные пятую и шестую координационные связи и перенести электрон на кислород не от железа (то есть окислить Fe2+), а от имидазольного кольца проксимального гистидина.
Вместо молекулярного кислорода железо гема может присоединить окись углерода СО (угарный газ). Даже небольшие концентрации СО приводят к нарушению кислородпереносящей функции гемоглобина и отравлению угарным газом. Выше было сказано, что одна молекула гемоглобина содержит четыре субъединицы и, следовательно четыре гема, каждый из которых может обратимо присоединить одну молекулу кислорода. Поэтому
реакцию оксигенации можно | разделить на четыре стадии: |
Hb+O2 | HbO2 |
НbO2+O2 | Hb(O2)2 |
Hb(O2)2+O2 | Hb(O2)3 |
между гемами одной молекулы гемоглобина существует некоторая связь, благодаря которой присоединение кислорода к одному гему облегчает присоединение кислорода к другому гему той же молекулы — явление кооперативного эффекта.
Присоединение кислорода меняет кислотно-основные свойства гемоглобина. Оксигемоглобин является более сильной кислотой, чем дезоксигемоглобин. Поэтому в тканях, где значительная часть гемоглобина теряет кислород и становится более сильным основанием, гемоглобин связывает образующуюся в ходе метаболических внутриклеточных процессов углекислоту.
Молекула гемоглобина связывает 4 молекулы кислорода, по одной на каждую субъединицу. Насыщение гемоглобина кислородом описывается не гиперболической кривой, как в случае миоглобина, сигмоидной, при чем эта кривая сдвинута вправо по отношению к кривой, характерной для миоглобина (см. рисунок). Для достижения 50% насыщения гемоглобина кислородом необходима более высокая концентрация последнего, чем в случае миоглобина, что указывает на более высокое сродство миоглобина к кислороду. Гемоглобину необходимо забрать как можно больше кислорода из лёгких и отдать его капиллярам в тканях. Наибольшая крутизна сигмоидной кривой (свидетельствующая о наибольшей отдаче кислорода) наблюдается при давлении О2, соответствующем его давлению в капиллярах. Насыщение гемоглобина кислородом происходит при более высоком давлении кислорода, которое характерно для лёгких.
100
(насыщение | |||||
кислородом в %) | миоглобин гемоглобин | ||||
приблизительное давление кислорода | |||||
в капиллярах | |||||
рО2 | |||||
37
Рисунок 3. Кривая насыщения гемоглобина кислородом.
Гемоглобин, соединенный с углекислым газом, носит название карбгемоглобина. Это соединение также легко распадается. В виде карбгемоглобина переносится 20% углекислого газа.
В альвеолах легких карбгемоглобин снова превращается в оксигемоглобин, становится более сильной кислотой и способствует отщеплению СО2. Это слегка упрощенное описание важного процесса транспорта углекислоты эритроцитами.
Углекислота, освобождаемая тканями, недостаточно хорошо растворима для эффективного переноса. С помощью фермента карбоангидразы, ускоряющего прямую и обратную реакцию СО2+Н2О=НСО3-+Н+ (а) двуокись углерода превращается в хорошо растворимый бикарбонат-анион.
В капиллярах тканей отщепление кислорода повышает содержание дезоксигемоглобина, связывающего протоны и смещающего, таким образом, равновесие реакции (а) вправо. Легко растворимый ион бикарбоната переносится кровью. В альвеолах легких гемоглобин оксигенируется, протоны освобождаются и равновесие (а) смещается влево. Образуется плохо растворимая двуокись углерода СО2, которая удаляется из водной фазы и выдыхается. Таким образом, гемоглобин работает как буфер с переменным значением pK.
Функция гемоглобина как переносчика углекислоты не менее важна, чем его функция переносчика кислорода.
Карбгемоглобин — соединение очень нестойкое и быстро диссоциирует в легочных капиллярах с отщеплением СО2. Часоть СО2 переносится в физически растворённом виде, около 6-7%. СО2 образуя карбаминовую кислоту связывается с гемоглобином.
Соединение гемоглобина с угарным газом (СО) называется карбоксигемоглобином. Карбоксигемоглобин является прочным соединением. Гемоглобин блокирован в нем угарным газом и неспособен осуществлять перенос кислорода. Сродство гемоглобина к угарному газу выше его сродства к кислороду, поэтому даже небольшое количество угарного газа в воздухе является опасным для жизни.
38
Угарный газ (СО) способен связываться не только с гемоглобином, но и с миоглобином сердечной мышцы, и с тканевыми цитохромами.
В силу высокого сродства гемоглобина к СО (в 240 раз выше, чем к О2) требуется высокое содержание кислорода во вдыхаемом воздухе для того, чтобы быстро снизить содержание карбоксигемоглобина в крови. Выраженный эффект может быть получен при гипербарической оксигенации (подача кислорода под давлением).
Внорме на сродство кислорода к гемоглобину влияют
многочисленные факторы. Среди основных: рН, рСО2 (эффект Бора), биорегуляторы процесса диссоциации оксигемоглобина (2,3- дифосфоглицерат).
Метгемоглобинообразование
Впроцессе жизнедеятельности железо гемоглобина постоянно окисляется, превращаясь из двухвалентной в трёхвалентную форму. Гемоглобин, железо которого трёхвалентно, называется метгемоглобином.
Метгемоглобин не участвует в транспорте кислорода, поэтому
внормальных эритроцитах постоянно идёт процесс восстановления образующегося метгемоглобина в гемоглобин. Эритроциты, содержащие метгемоглобин, склонны к гемолизу. Физиологический уровень метгемоглобина в крови — менее 1%. Высокое содержание метгемоглобина, развивающееся как правило в результате действия некоторых токсинов, приводит к нарушению кислородтранспортной функции крови, а спустя некоторое время и гемолизу, что сопровождается снижением парциального давления кислорода в тканях, развитию тяжёлой гипоксии.
Поддержание метгемоглобина на уровне менее 1% обеспечивается двумя физиологическими механизмами.
Первый связан с восстановлением или связыванием ксенобиотиковокислителей до момента их действия на гемоглобин. Так, в присутствии энзима глутатионпероксидазы (ГПО) восстановленный глутатион взаимодействует с молекулами-окислителями, попавшими в эритроциты, предотвращая их метгемоглобинобразующее действие.
(1) Глутатионпероксидаза | (2) |
Глутатионредуктаза |
39
Н2О2 + 2GSH -> 2Н2О +GSSG
ROOH + 2GSH -> ROH +2GSSG +H2O GSSG +NADPH + H+ -> 2GSH +NADP+
Недостаток субстратов, регулирующих содержание оксидантов в эритроцитах на низком уровне, может привести к накоплению этих веществ, умеренной метгемоглобинемии, гемолизу и появлению в крови телец Гейнца (Хайнца).
Тельца Гейнца представляют собой продукты денатурации гемоглобина. Механизм, посредством которого окислители вызывают их образование и взаимоотношения этого процесса с метгемоглобинообразованием не выясненны.
Второй механизм обеспечивает восстановление образовавшегося в крови метгемоглобина до гемоглобина при участии двух ферментативных систем:
1. Пентозофосфатный цикл (в эритроцитах активна 1-я фаза цикла), который является источником НАДФН2, необходимого для работы фермента НАДФН -метгемоглобинредуктазы:
НАДФН + Hb(Fe3+ )-ОН Hb(Fe2+ ) + НАДФ+
(Этот путь обеспечивает 5% восстановительной способности метгемоглобина в организме человека)
2. Путь Эмбдена-Мейергофа обеспечивается за счёт работы
гликолиза (высокоактивен в эритроцитах) — источник | НАДН для | |
работы НАДН — зависимой метгемоглобинредуктазы: | ||
НАДН + Hb(Fe3+ )-ОН | Hb(Fe2+ ) + | НАДФ+ |
(Этот путь обеспечивает 67% восстановительной способности метгемоглобина в организме человека)
В обеих системах донорами электронов (редуцирующие агенты) являются продукты анаэробного этапа метаболизма глюкозы и пентозо-фосфатного цикла (гексозомонофосфатный шунт). Поскольку в эритроцитах отсутствуют энзимы цикла трикарбоновых кислот и цепь дыхательных ферментов, единственным источником энергии в клетках является гликолиз.
40
Вколичественном отношении более значимыми являются механизмы связанные с гликолизом (95% восстановительной активности in vivo; 67% общей восстановительной активности in vitro). Основным донором электронов для процесса восстановления метгемоглобина является восстановленный никатинамидадениндинуклеотид (НАДН). Система достигает полного развития к 4 месяцу жизни новорожденного.
Впроцессе гексозомонофосфатного превращения (пентозо — фосфатный цикл) под влиянием гексозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г- 6ф-ДГ) образуется восстановленный никатинамидадениндинуклеотд фосфат (НАДФН), который не только участвует в превращении метгемоглобина в гемоглобин в присутствии НАДФНметгемоглобинредуктазы, но и переводит окисленный глутатион в восстановленную форму (последний связывает ксенобиотикиокислители — см. выше). Поэтому недостаток НАДФН также может сопровождаться образованием телец Гейнца (Хайнца).
Строение и функции белковой части гемоглобина — глобина.
Видовые различия гемоглобина обусловлены химическим составом и строением глобина. Гемоглобины представляют собой тетрамерные белки, молекулы которых образованы различными типами полипептидных цепей, Глобин состоит из 4 полипептидных цепей. На сегодняшний день известно 5 полипептидных цепей, формирующих молекулу гемоглобина (альфа, бетта, гамма, дельта, эпсилон) при скрещении цепей образуются различные физиологические гемоглобины.
Общая формула глобина X2Y2, где Х — альфа цепь,Y одна из оставшихся 4 — х.
В состав молекулы входят по 2 полипептидные цепи двух разных типов, каждая из которых оборачивает 1 гем гемоглобина. Гемоглобины различных видов различаются вторичной, третичной и четвертичной структурами, и индивидуальные свойства гемоглобинов неразрывно связаны с их структурами. Известно, что гемоглобин человека состоит из двух равных половин, каждая из которых образована двумя одинаковыми полипептидными цепями. У человека обнаружены гемоглобины различных типов, которые отличаются по химическому строению. отличающийся от HbA вторичной, третичной и четвертичной структурами, что обусловливает их различия: по спектральным характеристикам,
Источник