Гемоглобин: виды, строение, функции, обмен в норме. Метгемоглобинредуктазная система

Синтезированный в митохондриях гем индуцируется синтез цепей глобина на полирибосомах. Гены цепей глобина расположены в 11 и 16 хромосоме.

Цепи глобина формируют глобулы и соединяются с гемом. 4 глобулы нековалентно соединяются в гемоглобин.

Гемоглобин начинает синтезироваться на стадии базофильного эритробласта, а заканчивается у ретикулоцитов. В ретикулоцитах также идет синтез пуринов, пиримидинов, фосфатидов, липида. Чувствительным биохимическим индикатором для отличия ретикулоцитов от зрелых клеток является утрата последними глутаминазы. Глутамин в ретикулоцитах - источник углерода для синтеза порфирина и азота для синтеза пурина.

Строение гемоглобина

Гемоглобин - тетрамерный хромопротеин, имеет массу 64,5кДа, состоит из 4 гемов и 4 глобинов. Глобины представлены полипептидными цепями различных типов a, b, g, d и т.д. a-цепь содержит 141 АК, а b - цепь – 146 АК. Отдельные участки полипептидных цепей образуют правозакрученные a-спирали, особое расположение в пространстве которых формирует глобулы. Глобулаb-субъединицы содержит 8 a-спиралей, а a-субъединицы –7. Гем располагается в щелях между Е и F спиралями глобина, прикрепляясь через гистидин F₈ к спирали F с помощью 5 координационной связи железа. Гидрофобные остатки аминокислот окружающие гем, препятствуют окислению железа водой. 4 глобулы с участием гидрофобных, ионных и водородных связей формируют шарообразный тетрамер гемоглобина. Максимально прочные связи, в основном за счет гидрофобных связей, образуются между a- и b-глобулами. В результате образуются 2 димера a₁b₁ и a₂b₂. Димеры соединяются между собой в основном полярными (ионными и водородными) связями, поэтому взаимодействие димеров зависит от рН. Димеры легко перемещаются друг относительно друга. В центре тетрамера глобулы прилегают друг к другу неплотно, образуя полость.

Функции гемоглобина

· Обеспечивают перенос кислорода от легких к тканям. В сутки около 600литров;

· Участвует в переносе углекислого газа и протонов от тканей к легким;

· Образует гемоглобиновый буфер, регулирует КОС крови.

Производные гемоглобина

Гемоглобин со свободной шестой координационной связью железа в составе гема называется апогемоглобином.

Шестая координационная связь может связывать различные лиганды, с образованием следующих производных гемоглобина:

1) оксигемоглобин HbО₂ (Fe²⁺) – соединение молекулярного кислорода с гемоглобином. Процесс называется оксигенацией; обратный процесс - дезоксигенацией.

2) карбоксигемоглобин HbСО (Fe²⁺). Связь гема с СО в двести раз прочнее, чем с О₂. В норме в крови содержится 1% HbСО. У курильщиков к вечеру концентрация HbСО достигает 20%. При отравлении СО, из-за недостаточного снабжения тканей кислородом может наступить смерть.

3) метгемоглобин HbОН (Fe³⁺). Образуется при воздействии на гемоглобин окислителей (оксидов азота, метиленового синего, хлоратов). В норме в крови содержится <1% HbОН. Накопление метгемоглобина при некоторых заболеваниях (например, нарушение синтеза ГЛ-6-фосфатДГ), отравлении окислителями может стать причиной смерти, так как метгемоглобин не способен к переносу кислорода;

4) цианметгемоглобин HbСN (Fe³⁺). Образуется при присоединении СN^- к метгемоглобину. Эта реакция спасает организм от смертельного действия цианидов. Поэтому для лечения отравлений цианидами применяют метгемоглобинообразователи (нитрит Na);

Карбгемоглобин образуется, когда гемоглобин связывается с СО₂. Однако СО₂ присоединяется не к гему, а к NН₂ – группам глобина, с образованием карбаматов:

HbNH₂ + CO₂= HbNHCOO^- + H⁺

Карбгемоглобин выводит из организма 10-15% СО₂.

Дезоксигемоглобин Hb (Fe²⁺). Форма гемоглобина не связанная с кислородом. Дезоксигемоглобин связывает больше СО₂, чем оксигемоглобин.

В цитохромах гем присоединяется к белковой части через 5 и 6 координационные связи железа (через гистидин и метионин Е и F спиралей). Занятость всех координационных связей не позволяет цитохромам присоединять лиганды, поэтому они могут переносить только по 1 электрону.

Механизм насыщения гемоглобина кислородом

Гемоглобин присоединяет О₂ последовательно, по одной молекуле на каждый гем.

В апогемоглобине, благодаря координационной связи с белковой частью, атом железа выступает из плоскости гема в направлении гистидина F₈.

Присоединение О₂ к шестой координационной связи железа вызывает его перемещение в плоскость гема, за ним перемещаются гистидин F₈ и полипептидная цепь, в состав которой он входит.

Происходит изменение конформации текущего протомера и связанных с ним оставшихся протомеров. При этом у протомеров возрастает сродство к кислороду, в результате каждый следующий кислород присоединяется к гемоглобину лучше предыдущего. Четвертая молекула кислорода присоединяется к гемоглобину в 300 раз легче, чем первая молекула. Обратный процесс аналогичен, чем больше О₂ отдают протомеры, тем легче идет отщепление последующих молекул О₂.