ximia.org - сайт о химии для химиков
РАЗДЕЛЫ САЙТА
Разная химия
Неорганическая
Органическая
Биологическая
Наглядная биохимия
Токсикологическая

База знаний
Химическая энциклопедия
Справочник по веществам
Таблица Д.И. Менделеева
Гетероциклические соед.
Теплотехника
Углеводы

Партнёры по Химии
Всё об Алхимии

Химия в жизни
Каталог предприятий

Дополнительно
Лекарственные средства Фармацевтический справ.

 
Всё о Химии - Ximia.org

ГЕМОГЛОБИН


Алфавитный указатель: А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


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).
1101-34.jpg

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 двух1101-35.jpg и двух1101-36.jpgсубъединиц, 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 восьми1101-40.jpgспиральных 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.
1101-37.jpg

Рис. 1. Схема упаковки поли-пептидной цепи1101-38.jpgсубъединицы гемоглобина. Точками обозначены положения1101-39.jpgС атомов аминокислотных остатков; 1 -гем; 2-проксимальный остаток гистидина.

Субъединицы1101-41.jpg и1101-42.jpg 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 кислорода1101-43.jpg (кислородно-диссоционная кривая, или КДК, рис. 2), а также величиной1101-44.jpg, при к-рой достигается оксигенирование 50% Г. (р50)- Нормальная величина р50 НbА в крови при физиол. условиях [37 °С, парциальное давление СО21101-45.jpg 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 ±1101-46.jpg 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%.
1101-47.jpg

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:

1101-48.jpg

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-концевыми1101-49.jpgаминогруппами 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 эффект1101-50.jpg 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. строения1101-51.jpg,1101-52.jpg,1101-53.jpg . На более поздних стадиях появляется и доминирует к моменту рождения HbF (1101-54.jpg; 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% НЬА1101-55.jpg , начинающего преобладать через 2-3 месяца после рождения, и 2-3% НbА21101-56.jpg

Первичные структуры1101-57.jpg и1101-58.jpgполипептидных цепей Г. человека, а также мн. др. глобиновых цепей разл. происхождения известны. Гены, кодирующие1101-59.jpgглобиновые цепи Г. человека, сцеплены и расположены в последовательности1101-60.jpg на хромосоме 16 (цифры-номера дуплицированных генов); группа генов, кодирующих др. полипептидные цепи, также непосредственно примыкающие один к другому1101-61.jpg, локализована на хромосоме 11. Первичная структура1101-62.jpgи не1101-63.jpgглобиновых 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,1101-64.jpg и1101-65.jpgглобиновых 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-конца1101-66.jpgглобиновой 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 биосинтез1101-67.jpgи1101-68.jpgцепей и привести к др. распространенной разновидности гемоглобинопатий-талассемии.


===
Исп. литература для статьи «ГЕМОГЛОБИН»:
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.

Страница «ГЕМОГЛОБИН» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

 

Всё о Химии для учителей, учеников, студентов и просто химиков