Структура гемоглобіну

Гемоглобін (Нb) – це червоний пігмент, хромопротеїн, який знаходиться в еритроцитах і переносить кисень.

В організмі людини масою 70 кг міститься близько 900 грамів гемоглобіну.

В одному еритроциті знаходиться близько 400 млн молекул гемоглобіну (або приблизно 29 пг).

Молекулярна маса гемоглобіну – 64 450.

Гемоглобін має глобулярну молекулу, утворену чотирма субодиницями. Кожна субодиниця містить гем. Гем – це залізовмісна сполука, похідна порфірину. Молекула гему складається з 4 пірольних кілець. У центрі неї розміщений іон Fе²⁺ .

Дезоксигенований гемоглобін Оксигенований гемоглобін

Рисунок 6

Гем зв’язаний з поліпептидом. Комплекс поліпептидів називають глобіновою частиною молекули гемоглобіну (глобіном). У кожній молекулі гемоглобіну є дві пари поліпептидів (ланцюгів). Кожний ланцюг містить більше 140 амінокислот. Залежно від кількості і послідовності амінокислот розрізняють 4 типи ланцюгів: α, β, γ, Δ (α – 141, β - 146, γ - 146 амінокислот).

Рисунок 7 - Схематичне зображення молекули гемоглобіну А. Показано 2α- і 2β-ланцюги, кожний із яких з’єднаний з гемом. Гем зображено у вигляді дисків

Основні форми і сполуки гемоглобіну

Залежно від виду білкових ланцюгів розрізняють такі форми гемоглобіну в нормі;

• Нb Р (примітивний) міститься у ембріона перші 7-12 тижнів.

• Нb F (фетальний, fetus -- плід) міститься у плода. З'являється на 9-му тижні. Складається з 2α- і 2γ- ланцюгів. Нb, F відрізняються кращою здатністю приєднувати і транспортувати кисень (це пов’язано з меншою спорідненістю НbF до 2,3-ДФГ). Тому у крові плода, незважаючи на нижчу напругу О₂ , утворюється достатня кількість HbO_2. У нормі після народження фетальний гемоглобін замінюється гемоглобіном дорослих.

• НbA₁ (adult - дорослий). Містить 2α- і 2β- ланцюги. НbA₁ становить 95% гемоглобіну дорослої людини.

• НbА₂ - містить 2 - і 2∆- ланцюги. Становить 5% гемоглобіну дорослої людини.

При деяких спадкових захворюваннях виникає дефект генів, що кодують α- або β – ланцюги, і синтез Нb порушується. Ці захворювання називають талаcеміями.

При α-таласемії порушується синтез α-ланцюгів. Еритроцити нагадують форму мішеней, тому а -таласемію називають мішенеподібною анемією. При β-таласемії порушується синтез β - ланцюгів (хвороба Кулі).

До патологічних змін Нb відносять також і порушення первинної структури ланцюгів гемоглобіну. Мутантні гени, які продукують аномальні гемоглобіни, досить поширені. У людей описано багато форм аномальних гемоглобінів. Наприклад, якщо в β- ланцюгу глютамінова кислота заміщується на валін, утворюється патологічний HbS. У відновленому стані його розчинність зменшується в 100 разів, і він випадає в осад. Утворюються кристали, які деформують еритроцит. Він набуває серпоподібної форми, важко проходить через вузькі капіляри і фагоцитується макрофагами. Ця патологія – серпоподібно-клітинна анемія.

Основні фізіологічні сполуки гемоглобіну:

1) НbО₂ (оксигемоглобін) - сполука Нb з киснем. Має яскраво-червоний колір, що визначає колір артеріальної крові.

Оскільки при взаємодії Нb з О₂ окиснення не відбувається і ступінь окиснення заліза не змінюється, реакція називається реакцією оксигенації (неокиснення);

2) Нb (відновлений Нb або дезокси Нb) - Нb, який віддав кисень. Має темно-вишневий колір, що й визначає колір венозної крові.

Реакція від'єднання кисню від Нb називається дезоксигенацією;

3. НbСО₂ (карбгемоглобін) - сполука Нb з СО₂.

Патологічні сполуки Нb:

1. НbСО (карбоксигемоглобін) - сполука Нb з чадним газом (СО).

Хімічна спорідненість гемоглобіну до СО у 300 разів вища, ніж до О₂. Тому монооксид вуглецю витісняє О₂ з гемоглобіну, зменшуючи киснезв’язувальну здатність крові. Навіть незначна кількість СО призводить до суттєвого зростання утворення НbСО. При концентрації СО в повітрі 0,1% - 80% Нb з'єднується не з О₂, а з СО. При концентрації СО в повітрі 1% через декілька секунд настає смерть.

Небезпека полягає в тому, що сполука НbСО є стійкою і Нb вже не може переносити кисень.

Слабкі отруєння СО є процесом зворотним, і при диханні свіжим повітрям СО поступово від'єднується. Позитивний ефект дає дихання чистим киснем.

За нормальних умов частка НbСО становить 1% від усього Нb. У курців цей показник дорівнює 3%, після глибокої затяжки - 10%;

2) Меt Нb (НbОН - метгемоглобін) - гемоглобін, який містить Fе³⁺ і має коричневий колір. Окиснення Fе²⁺ у Fе³⁺ у гемоглобіні відбувається при взаємодії з сильними окислювачами (КМnО₄, анілін, бертолетова сіль), а також при введенні в організм ліків з окисними властивостями. Незначне окислення гемоглобіну до метгемоглобіну відбувається і в нормі. Однак за допомогою ферментних систем еритроцита (зокрема, системи НАДН-метгемоглобінредуктази) метгемоглобін знову перетворюється на гемоглобін. Уроджена відсутність ферментів цієї системи є однією з причин спадкової метгемоглобінемії.

За патологічних умов при утворенні метгемоглобіну в організмі циркулює кров з високим вмістом кисню, який, однак, не переходить у тканини.

Кількість гемоглобіну в крові здорової людини дорівнює 140 - 160 г/л - для чоловіків, 120 - 140 г/л - для жінок, 200 г/л - для новонароджених.

Визначення вмісту гемоглобіну:

1 Визначення кількості зв’язаного кисню (1г Нb може приєднати 1,34 мл О₂).

2 Аналіз рівня заліза в крові (вміст заліза в гемоглобіні становить 0,34%).

3 Колориметрія (порівняння кольору крові з кольором стандартного розчину) – метод Салі.

4 Спектрофотометрія.

Перший і другий методи вимагають складної апаратури. третій є неточним. Дуже популярним сьогодні є четвертий метод. Кров змішують з розчином залізосинеродистого калію, ціаністого калію, бікарбонату натрію. Під дією цих речовин еритроцити руйнуються, НЬ перетворюється на ціанметгемоглобін (НbСN). На відміну від Нb НbСN -стабільний, може зберігатися декілька тижнів. Розчин опромінюють монохроматичним світлом з = 546нм, визначають екстинцію. І за спеціальними калібрувальними шкалами визначають вміст НЬ.

Важливими показниками, які дозволяють оцінити еритропоез і провести диференціальну діагностику різних видів анемії є такі:

1. Середній вміст гемоглобіну в одному еритроциті (СГЕ) - показник, який характеризує абсолютну кількість Нb в еритроциті.

СГЕ = Нb / Э.

В нормі СГЕ = 26 – З6 пікограмів.

Якщо СГЕ в нормі, еритроцити (і анемію)

називають нормохромними.

Якщо СГЕ менший за норму, - гіпохромними,

Якщо СГЕ більший за норму, - гіперхромними.

2. Кольоровий показник (КП) - показник, який характеризує відносний вміст Нb в 1 еритроциті.

КП = Нb / перші три цифри кількості еритроцитів.

У нормі КП = 0,85- 1,15.

Якщо КП у нормі, еритроцити (і анемія),– нормохромні. Якщо КП менший за норму, - гіпохромні.

Якщо КП більший за норму,- гіперхромні.

3. Киснева ємність крові (КЄК) - кількість О_2, яка

переноситься 1л крові.

1г Hb може зв'язати 1,34 мл О₂ – це число Хюфнера.

КЄК = ЧХ · Hb (в г/л).