T r формы гемоглобина

16. Гемоглобин — основной белок крови

Гемоглобин входит в состав группы белков гемопротеины, которые сами являются подвидом хромопротеинов и
подразделяются на неферментативныебелки (гемоглобин, миоглобин) и ферменты(цитохромы, каталаза,
пероксидаза). Небелковой частью их является гем – структура, включающая в себя порфириновое кольцо
(состоящее из 4 пиррольных колец) и иона Fe2+. Железо связывается с порфириновым кольцом двумя координационными и двумя ковалентными связями.

Строение гемоглобина

Гемоглобин представляет собой белок, включающий 4 гемсодержащие белковые субъединицы. Между собой протомеры соединяются гидрофобными, ионными, водородными связями по принципу комплементарности.
При этом они взаимодействуют не произвольно, а определенным участком — контактной поверхностью. Этот процесс высокоспецифичен, контакт происходит одновременно в десятках точек по принципу комплементарности. Взаимодействие осуществляют разноименно заряженные группы, гидрофобные участки, неровности на поверхности белка. Белковые субъединицы в нормальном гемоглобине могут быть представлены различными типами полипептидных цепей: α, β, γ, δ, ε, ξ (соответственно, греч. — альфа, бета, гамма, дельта, эпсилон, кси). В состав молекулы гемоглобина входят по двецепи двухразных типов. Гем соединяется с белковой субъединицей, во-первых, через остаток гистидинакоординационной связью железа, во-вторых, через гидрофобныесвязи пиррольных колец и гидрофобных аминокислот. Гем располагается как бы «в кармане» своей цепи и формируется гемсодержащий протомер.

Нормальные формы гемоглобина

Существует несколько нормальных вариантов гемоглобина:

 HbР– примитивный гемоглобин, содержит 2ξ- и 2ε-цепи, встречается в эмбрионе между 7-12 неделями жизни,

 HbF– фетальный гемоглобин, содержит 2α- и 2γ-цепи, появляется через 12 недель внутриутробного развития и является основным

после 3 месяцев,

 HbA– гемоглобин взрослых, доля составляет 98%, содержит 2α- и 2β-цепи, у плода появляется через 3 месяца жизни и к рождению

составляет 80% всего гемоглобина,

 HbA2– гемоглобин взрослых, доля составляет 2%, содержит 2α- и 2δ-цепи,

 HbO2– оксигемоглобин, образуется при связывании кислорода в легких, в легочных венах его 94-98% от всего количества гемоглобина,

 HbCO2– карбогемоглобин, образуется при связывании углекислого газа в тканях, в венозной крови составляет 15-20% от всего

количества гемоглобина.

Патологические формы гемоглобина

HbS– гемоглобин серповидно-клеточной анемии.

MetHb– метгемоглобин, форма гемоглобина, включающая трехвалентный ион железа вместо двухвалентного. Такая форма обычно образуется

спонтанно, в этом случае ферментативных мощностей клетки хватает на его восстановление. При использовании сульфаниламидов,

употреблении нитрита натрия и нитратов пищевых продуктов, при недостаточности аскорбиновой кислоты ускоряется переход Fe2+ в Fe3+.

Образующийся metHb не способен связывать кислород и возникает гипоксия тканей. Для восстановления ионов железа в клинике используют

аскорбиновую кислоту и метиленовую синь.

Hb-CO– карбоксигемоглобин, образуется при наличии СО (угарный газ) во вдыхаемом воздухе. Он постоянно присутствует в крови в малых концентрациях, но его доля может колебаться от условий и образа жизни.
Угарный газ является активным ингибитором гем-содержащих ферментов, в частности, цитохромоксидазы4-го комплекса дыхательной цепи.

HbA1С– гликозилированный гемоглобин. Концентрация его нарастает при хронической гипергликемии и является хорошим скрининговым показателем уровня глюкозы крови за длительный период времени.

17. Аллостерические эффекты гемоглобина: кооперативный эффект, эффект Бора, эффект 2,3-дифосфоглицерата. Механизмы, физиологическое значение.

Эффективность транспорта кислорода

регулируется

Изменение рН среды

Влияние рН на сродство гемоглобина к кислороду носит название эффекта Бора. При закислении среды сродство снижается, при

защелачивании – повышается.

При повышенииконцентрации протонов (закисление среды) в тканяхвозрастает освобождение кислорода из оксигемоглобина. В легкихпосле

удаления угольной кислоты (в виде СО2) из крови и одновременном увеличении концентрации кислорода высвобождаются ионы Н+ из

гемоглобина.

Реакция взаимодействия кислорода с гемоглобином упрощенно имеет вид:

Изменение сродства гемоглобина к кислороду в тканях и в легких при изменении концентрации ионов H+ и О2обусловлено конформационными

перестройками глобиновой части молекулы. В тканяхионы водорода присоединяются к остаткам гистидина, образуя восстановленный

гемоглобин (H-Hb) с низким сродством к кислороду. В легкихпоступающий кислород «вытесняет» ион водорода из связи с остатком гистидина

гемоглобиновой молекулы.

Кооперативное взаимодействие

Взаимовлияние протомеров олигомерного белка друг на друга называется кооперативное взаимодействие.

В легкихтакое взаимодействие субъединиц гемоглобина повышает его сродство к кислороду и ускоряет присоединение кислорода в 300 раз.

В тканяхидет обратный процесс, сродство снижается и ускорение отдачи кислорода также 300-кратное.

Схема кооперативного взаимодействия субъединиц гемоглобина

Объясняется такой феномен тем, что в легких при присоединении первой молекулы кислорода к железу (за счет 6-й координационной связи) атом

железа втягивается в плоскость гема, кислород остается вне плоскости. Это вызывает перемещение участка белковой цепи и изменение

конформации первого протомера. Такой измененный протомер влияет на другие субъединицы и облегчает связывание кислорода со второй

субъединицей. Это меняет конформацию второй субъединицы, облегчая присоединение последующих молекул кислорода и изменение других

протомеров.

Роль 2,3-дифосфоглицерата

2,3-Дифосфоглицерат образуется в эритроцитах из 1,3-дифосфоглицерата, промежуточного метаболитагликолиза, в реакциях, получивших

название шунт Раппопорта.

2,3-Дифосфоглицерат располагается в центральной полоститетрамера дезоксигемоглобина и связывается с ?-цепями, образуя поперечный

солевой мостик между атомами кислорода 2,3-дифосфоглицератаи аминогруппами концевого валинаобеих ?-цепей, также аминогруппами

радикалов лизинаи гистидина.

Функция 2,3-дифосфоглицерата заключается в снижении сродствагемоглобина к кислороду. Это имеет особенное значение при подъеме на

высоту, при нехватке кислорода во вдыхаемом воздухе. В этих условиях связывание кислорода с гемоглобином в легких не нарушается, так как

концентрация его относительно высока. Однако в тканях за счет 2,3-дифосфоглицерата отдача кислорода возрастает в 2 раза.

Обмен кислорода и углекислого газа в тканях

В тканях диффундирующий в кровь из клеток СО2 большей частью (около 90%) по градиенту концентрации попадает в эритроциты. Движущей

силой этого процесса является быстрая, постоянно идущая реакция превращения его в угольную кислоту при участии

фермента карбоангидразы. Угольная кислота диссоциирует и подкисляет содержимое эритроцита, что улучшает отдачу оксигемоглобином

кислорода (Эффект Бора).

Одновременно с концевыми NH2-группами β-цепей гемоглобина связывается 10-12% карбонат-иона с образованием карбаминогемоглобина(HHbCO2).

Остальные бикарбонаты выходят в плазму крови в обмен на ионы хлора (гипохлоремический сдвиг).

Обмен кислорода и углекислого газа в легких

В легочных капиллярах имеется относительно низкая концентрация углекислого газав альвеолярном воздухе:

происходит высокоэффективная диффузия СО2 из плазмы через альвеолярные мембраны и его удаление с выдыхаемым воздухом,

 уменьшение концентрации СО2 в плазме стимулирует его образование в карбоангидразнойреакции внутри эритроцита и снижает

здесь концентрацию иона HCO3

–,

 одновременно высокая концентрация кислорода вытесняет СО2 из комплекса с гемоглобином с образованием оксигемоглобина –

более сильной кислоты, чем угольная,

 диссоциирующие от оксигемоглобина ионы Н+ нейтрализуют поступающий извне ион HCO3

– с образованием угольной кислоты. После

карбоангидразной реакции образуется СО2, который выводится наружу.

Поиск по сайту: