Гемоглобін

Від | 20.02.2025
0 Коментарів

Гемоглобін — це складний білок, який відіграє ключову роль у транспорті кисню в організмі хребетних тварин, включаючи людину. Він міститься в еритроцитах (червоних кров’яних тільцях) і забезпечує доставку кисню з легень до тканин, а також зворотний транспорт вуглекислого газу. Ось докладний опис гемоглобіну з хімічної, структурної, біологічної та функціональної точок зору.

Хімічна структура

  • Тип білка: Гемоглобін є металопротеїном (гемопротеїном), що належить до класу складних білків (білок + простетична група).
  • Склад:
  1. Globins (глобіни): Поліпептидні ланцюги, які формують білкову частину.
  2. Heme (гем): Простетична група — порфіринове кільце з атомом заліза (Fe²⁺) у центрі.
  • Молекулярна маса: Близько 64,5 кДа (для гемоглобіну дорослої людини, HbA).
  • Гем:
  • Складається з порфіринового кільця (тетрапірол), до якого через координаційні зв’язки приєднаний Fe²⁺.
  • Залізо може зв’язувати молекулярний кисень (O₂), але не окислюється до Fe³⁺ у нормальних умовах завдяки захисту білковою структурою.
  • Амінокислотний склад: Містить ~574 амінокислоти (залежить від виду гемоглобіну).

Структурна організація

1. Первинна структура:

  • Послідовність амінокислот у поліпептидних ланцюгах (α- і β-ланцюги в HbA).

2. Вторинна структура:

  • Переважно α-спіралі (близько 75% структури), стабілізовані водневими зв’язками.

3. Третинна структура:

  • Кожен ланцюг (субодиниця) згортається в компактну глобулярну форму з гідрофобним ядром, де розміщений гем.
  • Гем утримується в “кишені” за допомогою координаційного зв’язку між Fe²⁺ і гістидином (F8 у спіралі F).

4. Четвертинна структура:

  • Гемоглобін людини (HbA) — тетрамер, що складається з 4 субодиниць:
    • Дві α-ланцюги (141 амінокислота кожна).
    • Дві β-ланцюги (146 амінокислот кожна).
  • Субодиниці зв’язані нековалентними взаємодіями (водневі зв’язки, гідрофобні контакти, іонні зв’язки).

Типи гемоглобіну

  1. HbA (дорослий): 95-98% гемоглобіну в крові дорослих (α₂β₂).
  2. HbF (фетальний): Переважає у плода (α₂γ₂), має вищу спорідненість до кисню.
  3. HbA₂: Менш поширений у дорослих (~2-3%, α₂δ₂).
  4. Патологічні форми:
  • HbS: Серповидноклітинний (мутація в β-ланцюзі, Glu6 → Val).
  • MetHb: Окиснений гемоглобін (Fe³⁺), не зв’язує кисень.

Фізичні властивості

  • Колір:
  • Оксигемоглобін (HbO₂): Яскраво-червоний (артеріальна кров).
  • Дезоксигемоглобін (Hb): Темно-червоний (венозна кров).
  • Розчинність: Розчинений у цитоплазмі еритроцитів, не розчиняється у воді як ізольована молекула через гідрофобні ділянки.
  • Спектр поглинання: Характерні смуги в УФ-видимому спектрі (залежить від стану заліза і зв’язування O₂).

Функціональні властивості

1. Зв’язування кисню:

  • Кожна молекула гемоглобіну може зв’язати до 4 молекул O₂ (по одній на кожен Fe²⁺ у гемі).
  • Кооперативність: Зв’язування першого O₂ полегшує зв’язування наступних завдяки конформаційним змінам (перехід від T-форми, напруженої, до R-форми, розслабленої).
  • Крива насичення: Сигмоїдна, що відображає алостеричну регуляцію.

2. Транспорт CO₂:

  • ~20% вуглекислого газу переноситься у вигляді карбаміно-гемоглобіну (CO₂ зв’язується з -NH₂ групами).
  • Решта CO₂ розчиняється в плазмі або переноситься як HCO₃⁻.

3. Буферна функція:

  • Гемоглобін регулює pH крові, зв’язуючи H⁺ (ефект Бора): зниження pH зменшує спорідненість до O₂, сприяючи його вивільненню в тканинах.

4. Зв’язування інших лігандів:

  • CO (чадний газ): Зв’язується з Fe²⁺ у 200 разів сильніше, ніж O₂, утворюючи карбоксигемоглобін (HbCO).
  • NO (оксид азоту): Зв’язується з гемом, регулюючи тонус судин.

Регуляція спорідненості до кисню

  • Ефект Бора: Зниження pH (більше H⁺) і підвищення CO₂ зменшують спорідненість до O₂.
  • 2,3-Бісфосфогліцерат (2,3-BPG): Зв’язується з β-ланцюгами в T-формі, знижуючи спорідненість до кисню (особливо важливий для адаптації до висот).
  • Температура: Підвищення температури сприяє вивільненню O₂.

Біологічна роль

  1. Транспорт кисню: Доставляє O₂ від легень до тканин (~98% кисню в крові переноситься гемоглобіном).
  2. Транспорт CO₂: Зворотне перенесення вуглекислого газу до легень.
  3. Гомеостаз pH: Допомагає підтримувати кислотно-лужний баланс крові.
  4. Детоксикація: Зв’язує NO і CO, зменшуючи їх токсичний вплив.

Синтез

  • Місце: Еритробласти в кістковому мозку.
  • Глобіни: Кодуються генами HBA (α-ланцюги) і HBB (β-ланцюги) на хромосомах 16 і 11 відповідно.
  • Гем: Синтезується в мітохондріях і цитоплазмі з гліцину та сукциніл-КоА через шлях синтезу порфіринів.
  • Регуляція: Залежить від наявності заліза і кисню.

Метаболізм і деградація

  • Тривалість життя: ~120 днів (в еритроцитах).
  • Розпад:
  • Старі еритроцити фагоцитуються макрофагами в селезінці та печінці.
  • Гем розщеплюється на Fe²⁺ (зберігається у феритині) і білірубін (виводиться з жовчю).
  • Глобіни гідролізуються до амінокислот.

Патології

  1. Анемія: Низький рівень гемоглобіну (залізодефіцит, таласемія).
  2. Серповидноклітинна анемія: Мутація в HBB гені (HbS), призводить до деформації еритроцитів.
  3. Метгемоглобінемія: Fe²⁺ окислюється до Fe³⁺, втрачається здатність зв’язувати O₂.
  4. Отруєння CO: Блокування зв’язування кисню.

Джерела

  • Синтезується організмом, але рівень заліза залежить від дієти (м’ясо, шпинат).

Застосування

  • Медицина: Вимірювання рівня гемоглобіну (норма: 120-160 г/л у жінок, 130-180 г/л у чоловіків) для діагностики.
  • Трансфузіологія: Розробка штучних замінників гемоглобіну.

Цікаві факти

  • У різних видів гемоглобін адаптований до умов: у глибинних риб — висока спорідненість до O₂.
  • Червоний колір крові зумовлений саме гемоглобіном.
  • Одна молекула Hb переносить ~1.34 мл O₂/г.
Переглядів: 19