Κυκλοφορικό σύστημαεκτελεί μια λειτουργία μεταφοράς στο σώμα όλων των θερμόαιμων ζώων, μεταφέροντας στους ιστούς ΘΡΕΠΤΙΚΕΣ ουσιεςκαι οξυγόνο. Η μεταφορά οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα πραγματοποιείται χάρη στα ερυθρά αιμοσφαίρια, τα οποία περιέχουν μια σημαντική ουσία - την αιμοσφαιρίνη. Σε αυτό το άρθρο θα εξετάσουμε τους τύπους και τις ενώσεις της αιμοσφαιρίνης.

Τι είναι η αιμοσφαιρίνη

Η αιμοσφαιρίνη είναι συστατικό των ερυθρών αιμοσφαιρίων που ανήκει στην ομάδα των πρωτεϊνών. Αποτελείται από 96% πρωτεϊνική ουσίασφαιρίνη και 4% ουσίας με άτομο - αίμη. Ένα ερυθροκύτταρο περιέχει περίπου 280 εκατομμύρια μόρια, τα οποία σχηματίζουν το κόκκινο χρώμα του αίματος.

Η κύρια ιδιότητα της αιμοσφαιρίνης είναι η ικανότητα του σιδήρου να προσκολλάται και να διασπά αέρια, σχηματίζοντας την κίνηση του οξυγόνου από τους πνεύμονες στους ιστούς και του διοξειδίου του άνθρακα από τους ιστούς στους πνεύμονες. Έτσι, ο ρόλος του στη διαδικασία ανταλλαγής αερίων στο σώμα είναι αναντικατάστατος.

Δομή και τύποι αιμοσφαιρίνης στο ανθρώπινο αίμα

Σε διαφορετικά στάδια ανάπτυξης του ανθρώπινου σώματος, η σύνθεση της αιμοσφαιρίνης διαφέρει στη δομή των πολυπεπτιδικών αλυσίδων. Ανάλογα με το ποιες πολυπεπτιδικές αλυσίδες περιέχει η δομή της αιμοσφαιρίνης, οι τύποι αιμοσφαιρίνης στον άνθρωπο είναι οι ακόλουθοι:

Παθολογικοί τύποι αιμοσφαιρίνης

Σε ορισμένες περιπτώσεις, υπό την επίδραση γενετικών ελαττωμάτων, εμφανίζεται ανώμαλη σύνθεση κυττάρων αιμοσφαιρίνης. Οι παθολογικοί τύποι αιμοσφαιρίνης διαφέρουν από τους φυσιολογικούς ως προς τη σύνθεση των πολυπεπτιδικών δεσμών ή ακριβέστερα στη μετάλλαξή τους.

Ως αποτέλεσμα της μετάλλαξης του DNA, η σύνθεση των συστατικών των ερυθροκυττάρων δεν πραγματοποιείται με γλουταμίνη, αλλά με αμινοξύ βαλίνης. Αυτή η αντικατάσταση «πλαισίου» οδηγεί στο σχηματισμό μιας δομής πρωτεΐνης τύπου 2 με μια «κολλώδη» περιοχή στην επιφάνεια που είναι ικανή να αποδώσει δομές στο είδος της. Έτσι, λαμβάνει χώρα πολυμερισμός των μορίων HbS και, ως αποτέλεσμα, καθίζηση βαρέων και κακώς μεταφερόμενων ερυθρών αιμοσφαιρίων στα αιμοφόρα αγγεία. Αυτή η απόκλιση ονομάζεται

Φυσιολογικές τιμές της περιεκτικότητας σε αιμοσφαιρίνη στο αίμα, που δεν θεωρούνται παθολογική απόκλιση:

  • Για άνδρες - 130-150 g/l.
  • Για γυναίκες - 120-140 g/l.
  • Σε παιδιά ηλικίας κάτω του ενός έτους, 100-140 g/l και τον πρώτο μήνα αυτές οι τιμές μπορεί να φτάσουν έως και 220 g/l λόγω της αυξημένης συγκέντρωσης εμβρυϊκής αιμοσφαιρίνης. Σε παιδιά από ένα έως 6 ετών - 110-145 g/l και από 6 ετών - 115-150 g/l, ανεξάρτητα από το φύλο του παιδιού.
  • Κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης παρατηρείται μείωση της συγκέντρωσης HbA στα 110 g/l, η οποία όμως δεν θεωρείται αναιμία.
  • Σε άτομα μεγαλύτερης ηλικίας, ο κανόνας θεωρείται ότι είναι μια τάση μείωσης κατά 5 μονάδες από τον δηλωμένο κανόνα, ανάλογα με το φύλο του ασθενούς.

Η σύνθεση του αίματος, που περιέχει ταυτόχρονα ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙαιμοσφαιρίνη. Για παράδειγμα, σε έναν ενήλικα, η φυσική αναλογία είναι 99% HbA και έως 1% HbF. Σε παιδιά ηλικίας κάτω του ενός έτους, το ποσοστό της HbF είναι σημαντικά υψηλότερο από ό,τι στους ενήλικες, γεγονός που εξηγείται από τη σταδιακή διάσπαση της αρχικά υπάρχουσας μορφής εμβρυϊκής αιμοσφαιρίνης.

Φυσιολογικές μορφές

Δεδομένου ότι η αναπνευστική κόκκινη χρωστική ουσία εμπλέκεται συνεχώς στις διαδικασίες ανταλλαγής αερίων στο σώμα, η κύρια ιδιότητά της είναι η ικανότητα να σχηματίζει ενώσεις με μόρια διαφόρων αερίων. Ως αποτέλεσμα τέτοιων αντιδράσεων δημιουργούνται φυσιολογικοί τύποι αιμοσφαιρίνης, οι οποίοι θεωρούνται φυσιολογικοί.


Παθολογικές συνδέσεις

Τα ερυθρά αιμοσφαίρια μπορούν να προσκολλήσουν όχι μόνο αέρια που εμπλέκονται στην αναπνευστική διαδικασία, αλλά και άλλα, σχηματίζοντας παθολογικούς τύπους αιμοσφαιρίνης που θέτουν σε κίνδυνο την ανθρώπινη υγεία και ακόμη και τη ζωή. Αυτές οι ενώσεις έχουν χαμηλό βαθμό αποσύνθεσης και ως εκ τούτου οδηγούν σε λιμοκτονία των ιστών με οξυγόνο και σοβαρές διαταραχές στην αναπνευστική διαδικασία.

Διάγνωση αιμοσφαιρίνης

Για τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης των αναπνευστικών δομών σφαιρίνης στο ανθρώπινο αίμα, πραγματοποιούνται ποιοτικοί και ποσοτικοί τύποι αναλύσεων. Η αιμοσφαιρίνη εξετάζεται επίσης για την ποσότητα ιόντων σιδήρου που περιέχει.

Κύριος ποσοτική μέθοδοςΟ προσδιορισμός της συγκέντρωσης της αιμοσφαιρίνης σήμερα είναι μια χρωματομετρική ανάλυση. Είναι μια μελέτη του κορεσμού χρώματος ενός βιολογικού υλικού όταν προστίθεται ένα ειδικό αντιδραστήριο σε αυτό.

Οι ποιοτικές μέθοδοι περιλαμβάνουν εξέταση αίματος για τον προσδιορισμό της αναλογίας των τύπων HbA και HbF. Περιλαμβάνει επίσης τον προσδιορισμό της ποσότητας μορίων γλυκοζυλιωμένης αιμοσφαιρίνης (ενώσεις με άνθρακες) στο αίμα - η μέθοδος χρησιμοποιείται για τη διάγνωση του σακχαρώδη διαβήτη.

Απόκλιση της συγκέντρωσης της αιμοσφαιρίνης από το φυσιολογικό

Το ισοζύγιο HbA μπορεί να ποικίλλει τόσο κάτω όσο και πάνω από το φυσιολογικό. Σε κάθε περίπτωση, αυτό οδηγεί σε αρνητικές επιπτώσεις. Όταν η HbA πέφτει κάτω από τον καθιερωμένο κανόνα, εμφανίζεται ένα παθολογικό σύνδρομο, το οποίο ονομάζεται «αναιμία ανεπάρκειας σιδήρου». Εκφράζεται με λήθαργο, απώλεια δύναμης, απροσεξία. Επηρεάζει αρνητικά νευρικό σύστημα, ιδιαίτερα επικίνδυνο σε Παιδική ηλικία, καθώς συχνά προκαλεί καθυστερήσεις στην ψυχοκινητική ανάπτυξη.

Η αυξημένη αιμοσφαιρίνη δεν είναι μια ξεχωριστή ασθένεια, είναι μάλλον ένα σύνδρομο που υποδεικνύει διάφορες παθολογίες, όπως σακχαρώδη διαβήτη, πνευμονική ανεπάρκεια, καρδιακές παθήσεις, νεφρική νόσο, υπερβολική φολικό οξύή βιταμίνες Β, ογκολογία κ.λπ.

Αιμοσφαιρίνη- ένα μόριο που αποτελείται από πρωτεΐνη σφαιρίνης (αλυσίδες 2α και 2β) και 4 ομάδες χρωστικής (αίμη), οι οποίες είναι ικανές να δεσμεύουν αναστρέψιμα το μοριακό οξυγόνο. Ένα ερυθρό αιμοσφαίριο περιέχει κατά μέσο όρο 400 εκατομμύρια μόρια αιμοσφαιρίνης. Η αιμοσφαιρίνη που συνδέεται με το οξυγόνο ονομάζεται οξυελουσφαιρίνη(δίνει στο αίμα έντονο κόκκινο χρώμα). Η διαδικασία της δέσμευσής του με το οξυγόνο ονομάζεται οξυγόνωσηκαι η επιστροφή του στο οκ και στην αιμοσφαιρίνη - αποοξυγόνωση.Η αιμοσφαιρίνη που δεν είναι συνδεδεμένη με το οξυγόνο ονομάζεται δεοξυελουσφαιρίνη.Η αιμοσφαιρίνη είναι σε θέση να δεσμεύεται με το διοξείδιο του άνθρακα (καρβαμιγγαιμοσφαιρίνη) και το μονοξείδιο του άνθρακα (καρβοξυαιμοσφαιρίνη). Επιπλέον, το ΝΟ, αλληλεπιδρώντας με αυτήν την πρωτεΐνη, σχηματίζει διάφορες μορφές ΝΟ: μεθαιμοσφαιρίνη, νιτροσυλαιμοσφαιρίνη(HbFe 2+ NO) και μικρό-νιτροσοαιμοσφαιρίνη(SNO-Hb), που παίζουν το ρόλο ενός είδους αλλοστερικού ρυθμιστή της λειτουργικής δραστηριότητας της αιμοσφαιρίνης.

Κανόνας και λειτουργίες της αιμοσφαιρίνης

Η ποσότητα της αιμοσφαιρίνης στους άνδρες είναι 130-160 g/l, στις γυναίκες - 120-140 g/l. Η μεταφορά οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα είναι συνάρτηση της αιμοσφαιρίνης. Η αιμοσφαιρίνη είναι πολύπλοκη χημική ένωση, που αποτελείται από μια πρωτεΐνη σφαιρίνης και τέσσερα μόρια αίμης.

Ρύζι. Φυσιολογικά επίπεδα αιμοσφαιρίνης σε άνδρες και γυναίκες

Οι κύριες λειτουργίες οφείλονται στην παρουσία στη σύνθεσή τους μιας ειδικής πρωτεΐνης χρωμοπρωτεΐνης - αιμοσφαιρίνης. Το μοριακό βάρος της ανθρώπινης αιμοσφαιρίνης είναι 68.800. Η αιμοσφαιρίνη είναι ένα αναπνευστικό ένζυμο που βρίσκεται στα ερυθρά αιμοσφαίρια και όχι στο πλάσμα γιατί:

  • παρέχει μείωση του ιξώδους του αίματος (η διάλυση της ίδιας ποσότητας αιμοσφαιρίνης στο πλάσμα θα αυξήσει το ιξώδες του αίματος αρκετές φορές και θα παρεμπόδιζε το έργο της καρδιάς και την κυκλοφορία του αίματος).
  • μειώνει την ογκοτική πίεση του πλάσματος, αποτρέποντας την αφυδάτωση των ιστών.
  • εμποδίζει το σώμα να χάσει την αιμοσφαιρίνη λόγω της διήθησής της στα σπειράματα των νεφρών και της απέκκρισής της στα ούρα.

Ο κύριος σκοπός της αιμοσφαιρίνης- μεταφορά οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα. Επιπλέον, η αιμοσφαιρίνη έχει ρυθμιστικές ιδιότητες, καθώς και την ικανότητα να δεσμεύει τοξικές ουσίες.

Ρύζι. Αλληλεπίδραση της αιμοσφαιρίνης με το οξυγόνο. k είναι η σταθερά ταχύτητας αντίδρασης

Η αιμοσφαιρίνη αποτελείται από ένα πρωτεϊνικό μέρος (σφαιρίνη) και ένα μη πρωτεϊνικό τμήμα σιδήρου (αίμη).. Υπάρχουν τέσσερα μόρια αίμης ανά μόριο σφαιρίνης. Ο σίδηρος, ο οποίος είναι μέρος της αίμης, είναι σε θέση να προσκολλήσει και να απελευθερώσει οξυγόνο. Σε αυτή την περίπτωση, το σθένος του σιδήρου δεν αλλάζει, δηλ. παραμένει δισθενής. Ο σίδηρος είναι μέρος όλων των αναπνευστικών ενζύμων.

Στο αίμα ενός υγιούς ατόμου, η περιεκτικότητα σε αιμοσφαιρίνη είναι 120-165 g/l (120-150 g/l για τις γυναίκες, 130-160 g/l για τους άνδρες).

Κανονικά, η αιμοσφαιρίνη περιέχεται με τη μορφή τριών φυσιολογικών ενώσεων: ανηγμένη, οξυαιμοσφαιρίνη και καρβοξυαιμοσφαιρίνη. Η αιμοσφαιρίνη, η οποία έχει προσθέσει οξυγόνο, μετατρέπεται σε οξυαιμοσφαιρίνη -НbО2,. Αυτή είναι μια λαμπερή κόκκινη ένωση που καθορίζει το χρώμα του αρτηριακού αίματος. Ένα γραμμάριο αιμοσφαιρίνης είναι ικανό να προσκολλήσει 1,34 ml οξυγόνου.

Η οξυαιμοσφαιρίνη που έχει εγκαταλείψει το οξυγόνο ονομάζεται μειωμένη αιμοσφαιρίνη (Hb). Βρίσκεται στο φλεβικό αίμα, το οποίο έχει σκούρο κερασί χρώμα. Επιπλέον, το φλεβικό αίμα περιέχει μια ένωση αιμοσφαιρίνης με διοξείδιο του άνθρακα - καρβοαιμοσφαιρίνη(HbCO 2), που μεταφέρει διοξείδιο του άνθρακα από τους ιστούς στους πνεύμονες.

Η αιμοσφαιρίνη έχει την ικανότητα να σχηματίζει παθολογικές ενώσεις. Ένα από αυτά είναι καρβοξυαιμοσφαιρίνη -σύνδεση της αιμοσφαιρίνης με το μονοξείδιο του άνθρακα (HbCO). Η συγγένεια της αιμοσφαιρίνης σιδήρου για το μονοξείδιο του άνθρακα υπερβαίνει τη συγγένεια για το οξυγόνο, επομένως ακόμη και το 0,1% μονοξείδιο του άνθρακα στον αέρα οδηγεί στη μετατροπή του 80% της αιμοσφαιρίνης σε καρβοξυαιμοσφαιρίνη, η οποία δεν μπορεί να προσκολλήσει οξυγόνο, κάτι που είναι απειλητικό για τη ζωή. Η ήπια δηλητηρίαση από μονοξείδιο του άνθρακα είναι μια αναστρέψιμη διαδικασία. Κατά την αναπνοή καθαρός αέραςαπελευθερώνεται μονοξείδιο του άνθρακα. Η εισπνοή καθαρού οξυγόνου αυξάνει τον ρυθμό διάσπασης του HbCO κατά 20 φορές.

Τραπέζι. Χαρακτηριστικά των αιμοσφαιρινών

ΜεθαιμοσφαιρίνηΤο (MetHb) είναι επίσης μια παθολογική ένωση, είναι η οξειδωμένη αιμοσφαιρίνη, στην οποία, υπό την επίδραση ισχυρών οξειδωτικών παραγόντων (σιδηροκυανίδιο, υπερμαγγανικό κάλιο, υπεροξείδιο του υδρογόνου, ανιλίνη κ.λπ.), ο σίδηρος της αίμης μετατρέπεται από δισθενή σε τρισθενή. Όταν μια μεγάλη ποσότητα μεθαιμοσφαιρίνης συσσωρεύεται στο αίμα, η μεταφορά οξυγόνου από τους ιστούς διακόπτεται και μπορεί να επέλθει θάνατος.

Το μυοκάρδιο περιέχει μυϊκή αιμοσφαιρίνη, που ονομάζεται μυοσφαιρίνη.Το μη πρωτεϊνικό μέρος του είναι παρόμοιο με την αιμοσφαιρίνη του αίματος και το πρωτεϊνικό μέρος - σφαιρίνη - έχει χαμηλότερο μοριακό βάρος. Η ανθρώπινη μυοσφαιρίνη δεσμεύει το 14% της συνολικής ποσότητας οξυγόνου στο σώμα. Αυτή η ιδιότητα παίζει σημαντικό ρόλο στην παροχή των μυών που λειτουργούν. Όταν οι μύες συστέλλονται, τα τριχοειδή τους αγγεία συμπιέζονται και η ροή του αίματος μειώνεται ή σταματά. Ωστόσο, λόγω της παρουσίας οξυγόνου συνδεδεμένου με τη μυοσφαιρίνη, η παροχή οξυγόνου στις μυϊκές ίνες διατηρείται για κάποιο χρονικό διάστημα.

Το μόριο της αιμοσφαιρίνης περιέχει 4 πανομοιότυπες ομάδες αίμης. Η αίμη είναι μια πορφυρίνη που περιέχει ένα ιόν Fe 2+ που βρίσκεται στο κέντρο. Είναι ένα παράγωγο της πορφίνης, η οποία είναι ένα συμπυκνωμένο σύστημα 4 πυρρολών που συνδέονται με γέφυρες μεθίνης (-CH=). Ανάλογα με τη δομή των υποκαταστατών στην πορφίνη, διακρίνονται διάφοροι τύποι αίμων.

    Η αίμη IX είναι ο πιο κοινός τύπος αίμης. Το παράγωγο της πορφίνης σε αυτό είναι η πρωτοπορφυρίνη IX (1,3,5,8 - τετραμεθυλ-2,4 - διβινυλ - 6, 7 - διπροπιονικό οξύ πορφίνη).

    αίμη α (φορμυλπορφυρίνη). Η αίμη α, αντί για ομάδα μεθυλίου, περιέχει ένα υπόλειμμα φορμυλίου στην όγδοη θέση (-CHO) και αντί για μία ομάδα βινυλίου (στη δεύτερη θέση) μια ισοπρενοειδή αλυσίδα. Η αίμη α είναι μέρος της οξειδάσης του κυτοχρώματος.

    αίμη c, στην οποία τα υπολείμματα κυστεΐνης συνδέονται με ομάδες βινυλίου (-CH=CH 2) στις θέσεις 2 και 4. Μέρος του κυτοχρώματος C;

    Η αίμη  είναι μια διυδροπορφυρίνη σιδήρου 4.

Η αίμη είναι μια προσθετική ομάδα όχι μόνο της αιμοσφαιρίνης και των παραγώγων της, αλλά και της μυοσφαιρίνης, της καταλάσης, της υπεροξειδάσης, των κυτοχρωμάτων και του ενζύμου τρυπτοφάνη πυρολάση, που καταλύει την οξείδωση της τροποφάνης σε φορμυλκυνουρενίνη.

Ο αριθμός συντονισμού για τα άτομα σιδήρου είναι 6. Στην αίμη, ο σίδηρος συνδέεται με δύο ομοιοπολικούς δεσμούς με τα άτομα αζώτου δύο δακτυλίων πυρρολίου και δύο δεσμούς συντονισμού με τα άτομα αζώτου των υπόλοιπων δακτυλίων πυρρολίου. Ο πέμπτος και ο έκτος δεσμός συντονισμού του σιδήρου κατανέμονται διαφορετικά, ανάλογα με το μόριο πρωτεΐνης που περιέχει αίμη, ανάλογα με τις λειτουργίες του. Για παράδειγμα, στα κυτοχρώματα 5 και 6, οι δεσμοί συντονισμού σιδήρου συνδέονται με υπολείμματα ιστιδίνης και μεθειονίνης. Αυτή η διάταξη της αίμης στα κυτοχρώματα είναι απαραίτητη για την εκτέλεση της συγκεκριμένης λειτουργίας τους - μεταφορά ηλεκτρονίων στην αναπνευστική αλυσίδα. Μεταβάσεις Fe 3+ + e= Fe 2+ ; Fe 2+ -е= Fe 3+ δημιουργούν την ευκαιρία μεταφοράς ηλεκτρονίων από το ένα κυτόχρωμα στο άλλο.

Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στη θέση της αίμης στην αιμοσφαιρίνη (μυοσφαιρίνη). Η αίμη βρίσκεται στη σχισμή μεταξύ των ελίκων E και F. Οι πολικές προπιονικές ομάδες του είναι προσανατολισμένες προς την επιφάνεια του σφαιριδίου και το υπόλοιπο βρίσκεται μέσα στη δομή και περιβάλλεται από μη πολικά υπολείμματα, με εξαίρεση τα His F8 και His F7. Η πέμπτη θέση συντονισμού του ατόμου σιδήρου καταλαμβάνεται από το άτομο αζώτου του ετεροκυκλικού δακτυλίου της εγγύς ιστιδίνης His F8. Η περιφερική ιστιδίνη (His F7) βρίσκεται στην άλλη πλευρά του δακτυλίου αίμης, σχεδόν απέναντι από το His F8, αλλά η έκτη θέση συντονισμού του ατόμου σιδήρου παραμένει κενή. Από τους δύο αχρησιμοποίητους δεσμούς συντονισμού, ο ένας συνδέεται με την πρωτεΐνη και ο δεύτερος συνδέεται με διάφορους συνδέτες (φυσιολογικούς - οξυγόνο, νερό και ξένο - διοξείδιο του άνθρακα, κυάνιο κ.λπ.).

Παράγωγα αιμοσφαιρίνης

Η αιμοσφαιρίνη αλληλεπιδρά με διάφορους συνδέτες· ο έκτος δεσμός συντονισμού του σιδήρου στην αίμη προορίζεται για αυτό. Τα παράγωγα αιμοσφαιρίνης περιλαμβάνουν:

    οξυαιμοσφαιρίνη HbO 2 – μια ένωση μοριακού οξυγόνου με αιμοσφαιρίνη. Για να τονιστεί το γεγονός ότι το σθένος του σιδήρου δεν αλλάζει κατά τη διάρκεια αυτής της δέσμευσης, η αντίδραση ονομάζεται οξυγόνωση και όχι οξείδωση. η αντίστροφη διαδικασία ονομάζεται αποοξυγόνωση. Όταν θέλουν να σημειώσουν συγκεκριμένα ότι η αιμοσφαιρίνη δεν σχετίζεται με το οξυγόνο, ονομάζεται δεοξυαιμοσφαιρίνη.

    καρβοξυαιμοσφαιρίνη HbCO. Το σθένος του σιδήρου ως αποτέλεσμα της προσθήκης μονοξειδίου του άνθρακα (μονοξείδιο του άνθρακα - CO) παραμένει επίσης II. Το CO συνδέεται με την αίμη περίπου διακόσιες φορές ισχυρότερα από τον δεσμό αίμης-Ο 2. Όχι η πλειοψηφία των μορίων αιμοσφαιρίνης (1%) σε φυσιολογικές συνθήκεςδεσμεύει την CO. Για τους καπνιστές, μέχρι το βράδυ αυτή η τιμή φτάνει το 20%. Σε περίπτωση δηλητηρίασης από μονοξείδιο του άνθρακα, ο θάνατος επέρχεται από ασφυξία και ανεπαρκή παροχή οξυγόνου στους ιστούς.

    μεθαιμοσφαιρίνη (HbOH). Δεν δεσμεύει το μοριακό οξυγόνο. Το άτομο σιδήρου στο μόριό του βρίσκεται σε κατάσταση οξείδωσης 3+. Η μεθαιμοσφαιρίνη σχηματίζεται όταν η αιμοσφαιρίνη εκτίθεται σε οξειδωτικά μέσα (οξείδια του αζώτου, μπλε του μεθυλενίου, χλωρικά). Στο ανθρώπινο αίμα, η μεθεμοσφαιρίνη βρίσκεται σε μικρές ποσότητες, αλλά σε ορισμένες ασθένειες (για παράδειγμα, διαταραχή της σύνθεσης του GL-6-φωσφορικού DH) ή σε περίπτωση δηλητηρίασης με οξειδωτικά μέσα, η περιεκτικότητά της αυξάνεται, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει θάνατο, καθώς η μεθαιμοσφαιρίνη είναι δεν μπορεί να μεταφέρει οξυγόνο από τους πνεύμονες στους ιστούς.

    κυανομεθαιμοσφαιρίνη (HbСN) – η μεθαιμοσφαιρίνη έχει επίσης θετική επίδραση. Δεσμεύει το CN - για να σχηματίσει κυανομεθαιμοσφαιρίνη και σώζει τον οργανισμό από τις θανατηφόρες επιδράσεις του κυανίου. Ως εκ τούτου, οι σχηματιστές μεθαιμοσφαιρίνης (το ίδιο νιτρώδες Na) χρησιμοποιούνται για τη θεραπεία της δηλητηρίασης από κυάνιο.

    Η καρβαιμοσφαιρίνη σχηματίζεται όταν η αιμοσφαιρίνη δεσμεύεται με CO 2 . Ωστόσο, το CO 2 δεν προσκολλάται στην αίμη, αλλά στις ομάδες NH 2 της σφαιρίνης:

HbNH 2 + CO 2 = HbNHCOO - + H +

Επιπλέον, η δεοξυαιμοσφαιρίνη δεσμεύει περισσότερο CO 2 από την οξυαιμοσφαιρίνη. Ο σχηματισμός της καρβαιμοσφαιρίνης χρησιμοποιείται για την απομάκρυνση του CO 2 από τους ιστούς στους πνεύμονες. 10-15% CO 2 αφαιρείται με αυτόν τον τρόπο.

Ερώτηση 7. Ο μηχανισμός κορεσμού της αιμοσφαιρίνης με οξυγόνο

Λόγω του έκτου δεσμού συντονισμού, ένα μόριο οξυγόνου προσκολλάται στο άτομο σιδήρου για να σχηματίσει οξυαιμοσφαιρίνη. Οι πυρρολικοί δακτύλιοι της αίμης βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο, ενώ το άτομο σιδήρου προεξέχει κάπως από αυτό το επίπεδο. Η προσθήκη οξυγόνου «ισιώνει» το μόριο της αίμης: ο σίδηρος κινείται στο επίπεδο των δακτυλίων πυρρολίου κατά 0,06 nm, καθώς η διάμετρος της σφαίρας συντονισμού του ατόμου σιδήρου μειώνεται. Η αιμοσφαιρίνη δεσμεύει 4 μόρια οξυγόνου (ένα μόριο ανά αίμη σε κάθε υπομονάδα). Η οξυγόνωση συνοδεύεται από σημαντικές διαμορφωτικές αλλαγές στην αιμοσφαιρίνη. Προχωρώντας στο επίπεδο των δακτυλίων πυρρολίου, ο Fe, συνδεδεμένος στην 5η θέση συντονισμού με το υπόλειμμα HisF8, «τραβάει» την πεπτιδική αλυσίδα προς τον εαυτό του. Υπάρχει μια αλλαγή στη διαμόρφωση αυτής της αλυσίδας και άλλων πολυπεπτιδικών αλυσίδων που σχετίζονται με αυτήν, καθώς ένα πρωτομερές συνδέεται με πολλούς δεσμούς με άλλα πρωτομερή. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται συνεργατικότητα των αλλαγών στη διαμόρφωση των πρωτομερών. Οι διαμορφωτικές αλλαγές είναι τέτοιες που η αρχική δέσμευση του O 2 σε μία υπομονάδα επιταχύνει τη σύνδεση των μορίων οξυγόνου στις υπόλοιπες υπομονάδες. Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως ομοτροπικό θετικό συνεργατικό αποτέλεσμα (ομοτροπικό επειδή εμπλέκεται μόνο το οξυγόνο). Αυτό είναι που καθορίζει τη σιγμοειδή φύση της καμπύλης κορεσμού οξυγόνου της αιμοσφαιρίνης. Το τέταρτο μόριο οξυγόνου προσκολλάται στην αιμοσφαιρίνη 300 φορές πιο εύκολα από το πρώτο μόριο. Για να έχετε μια σαφέστερη ιδέα αυτού του μηχανισμού, συνιστάται να εξετάσετε τη δομή της αιμοσφαιρίνης με τη μορφή δύο ετεροδιμερών που σχηματίζονται από  και  - υπομονάδες:  1  1 και  2  2. Μια μικρή μετατόπιση του ατόμου του σιδήρου οδηγεί στο γεγονός ότι το ένα ζεύγος υπομονάδων /  περιστρέφεται σε σχέση με το άλλο ζεύγος / . Σε αυτή την περίπτωση, μεταξύ των υπομονάδων δεν υπάρχει καταστροφή ομοιοπολικούς δεσμούς, που προκαλείται από ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις. Ένα σύνολο δεσμών μεταξύ διμερών αντικαθίσταται από ένα άλλο και λαμβάνει χώρα η σχετική περιστροφή τους.

Η τεταρτοταγής δομή της μερικώς οξυγονωμένης αιμοσφαιρίνης περιγράφεται ως κατάσταση Τ (από το αγγλικό Taut - ένταση), η πλήρως οξυγονωμένη αιμοσφαιρίνη (HbO 2) αντιστοιχεί σε μια κατάσταση R (χαλάρωση - χαλάρωση). Η κατάσταση χαρακτηρίζεται από χαμηλότερη συγγένεια για το οξυγόνο· η πιθανότητα μετάβασης από τη μορφή Τ στη μορφή R αυξάνεται καθώς καθεμία από τις 4 αιμοομάδες οξυγονώνεται διαδοχικά. Οι γέφυρες αλατιού (μη ομοιοπολικοί δεσμοί) καταστρέφονται καθώς προστίθεται οξυγόνο, αυξάνοντας την πιθανότητα μετάβασης από τη μορφή Τ στη μορφή R (κατάσταση υψηλής συγγένειας).

Η αιμοσφαιρίνη είναι μέρος της ομάδας των πρωτεϊνών αιμοπρωτεΐνες, οι οποίες από μόνες τους είναι υποτύπος χρωμοπρωτεϊνών και χωρίζονται σε μη ενζυματικήπρωτεΐνες (αιμοσφαιρίνη, μυοσφαιρίνη) και ένζυμα (κυτοχρώματα, καταλάση, υπεροξειδάση). Το μη πρωτεϊνικό τους μέρος είναι η αίμη - μια δομή που περιλαμβάνει έναν δακτύλιο πορφυρίνης (που αποτελείται από 4 δακτυλίους πυρρόλης) και ένα ιόν Fe 2+. Ο σίδηρος συνδέεται με τον δακτύλιο της πορφυρίνης με δύο συντονιστικούς και δύο ομοιοπολικούς δεσμούς.

Η δομή της αιμοσφαιρίνης

Η δομή της αιμοσφαιρίνης Α

Η αιμοσφαιρίνη είναι μια πρωτεΐνη που αποτελείται από 4 υπομονάδες πρωτεΐνης που περιέχουν αίμη. Τα πρωτομερή συνδέονται μεταξύ τους με υδρόφοβους, ιοντικούς και υδρογόνους δεσμούς και δεν αλληλεπιδρούν αυθαίρετα, αλλά μέσω μιας συγκεκριμένης περιοχής - της επιφάνειας επαφής. Αυτή η διαδικασία είναι πολύ συγκεκριμένη, η επαφή πραγματοποιείται ταυτόχρονα σε δεκάδες σημεία σύμφωνα με την αρχή της συμπληρωματικότητας. Η αλληλεπίδραση πραγματοποιείται από αντίθετα φορτισμένες ομάδες, υδρόφοβες περιοχές και ανωμαλίες στην επιφάνεια της πρωτεΐνης.

Οι πρωτεϊνικές υπομονάδες στη φυσιολογική αιμοσφαιρίνη μπορούν να αντιπροσωπεύονται από διάφοροι τύποιπολυπεπτιδικές αλυσίδες: α, β, γ, δ, ε, ξ (αντίστοιχα, ελληνικά - άλφα, βήτα, γάμμα, δέλτα, έψιλον, xi). Το μόριο της αιμοσφαιρίνης περιέχει: δύοαλυσίδες δύοΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙ.

Η αίμη συνδέεται με την υπομονάδα πρωτεΐνης, πρώτα, μέσω του υπολείμματος ιστιδίνηδεσμός συντονισμού του σιδήρου, δεύτερον, μέσω υδρόφοβοι δεσμοίδακτυλίους πυρρόλης και υδρόφοβα αμινοξέα. Η αίμη βρίσκεται, λες, «σε μια τσέπη» της αλυσίδας της και σχηματίζεται ένα πρωτομερές που περιέχει αίμη.

Φυσιολογικές μορφές αιμοσφαιρίνης

Υπάρχουν πολλές φυσιολογικές παραλλαγές αιμοσφαιρίνης:

  • HbР – πρωτόγονη αιμοσφαιρίνη, περιέχει 2ξ- και 2ε-αλυσίδες, βρίσκεται στο έμβρυο μεταξύ 7-12 εβδομάδων ζωής,
  • HbF – εμβρυϊκή αιμοσφαιρίνη, περιέχει 2α- και 2γ-αλυσίδες, εμφανίζεται μετά από 12 εβδομάδες ενδομήτριας ανάπτυξης και είναι η κύρια μετά από 3 μήνες,
  • HbA – αιμοσφαιρίνη ενηλίκων, η αναλογία είναι 98%, περιέχει 2α- και 2β-αλυσίδες, εμφανίζεται στο έμβρυο μετά από 3 μήνες ζωής και εκ γενετής αποτελεί το 80% του συνόλου της αιμοσφαιρίνης,
  • HbA 2 – αιμοσφαιρίνη ενηλίκων, η αναλογία είναι 2%, περιέχει 2α- και 2δ-αλυσίδες,
  • HbO 2 - οξυαιμοσφαιρίνη, σχηματίζεται όταν το οξυγόνο δεσμεύεται στους πνεύμονες· στις πνευμονικές φλέβες είναι το 94-98% της συνολικής ποσότητας αιμοσφαιρίνης,
  • Το HbCO 2 – καρβοαιμοσφαιρίνη, σχηματίζεται από τη δέσμευση του διοξειδίου του άνθρακα στους ιστούς· στο φλεβικό αίμα αποτελεί το 15-20% της συνολικής ποσότητας αιμοσφαιρίνης.

Παθολογικές μορφές αιμοσφαιρίνης

HbS – δρεπανοκυτταρική αιμοσφαιρίνη.

MetHb - μεθαιμοσφαιρίνη, μια μορφή αιμοσφαιρίνης που περιλαμβάνει ένα ιόν σιδήρου αντί για ένα σίδηρο. Αυτή η μορφή σχηματίζεται αυθόρμητα, κατά την αλληλεπίδραση ενός μορίου O 2 και της αίμης Fe 2+, αλλά συνήθως η ενζυματική δύναμη του κυττάρου είναι αρκετή για να την αποκαταστήσει. Κατά τη χρήση σουλφοναμιδίων, την κατανάλωση νιτρώδους νατρίου και νιτρικών αλάτων σε προϊόντα διατροφής και με ανεπάρκεια ασκορβικού οξέος, η μετάβαση του Fe 2+ σε Fe3+ επιταχύνεται. Η προκύπτουσα metHb δεν είναι σε θέση να δεσμεύσει το οξυγόνο και εμφανίζεται υποξία των ιστών. Για τη μείωση του Fe3+ σε Fe2+, η κλινική χρησιμοποιεί ασκορβικό οξύ και μπλε του μεθυλενίου.

Η αιμοσφαιρίνη είναι μέρος των ερυθρών αιμοσφαιρίων και γεμίζει το μεγαλύτερο μέρος του ενδοκυτταρικού τους χώρου. Η κύρια λειτουργία της αιμοσφαιρίνης σχετίζεται με τη μεταφορά αερίων (οξυγόνο και διοξείδιο του άνθρακα) στο ανθρώπινο αίμα. Επιπλέον, η αιμοσφαιρίνη εμπλέκεται στη διατήρηση της οξεοβασικής ισορροπίας στο σώμα του ανθρώπου και των ζώων, σχηματίζοντας το πιο ισχυρό ρυθμιστικό σύστημα αιμοσφαιρίνης στο αίμα.

Επί του παρόντος, η δομή και οι ιδιότητες της αιμοσφαιρίνης έχουν μελετηθεί αρκετά καλά. Σε έναν ενήλικα, οι ακόλουθοι φυσιολογικοί τύποι αιμοσφαιρίνης διακρίνονται στο αίμα:

1. Αιμοσφαιρίνη Α 1 (HbA 1 – από τα αγγλικά. ενήλικας– ενήλικα), η περιεκτικότητα του οποίου είναι 96% της συνολικής αιμοσφαιρίνης (Hb).

2. Αιμοσφαιρίνη A 2 (HbA 2) - η περιεκτικότητα είναι έως 2,5%.

3. Εμβρυϊκή αιμοσφαιρίνη (HbF από τα αγγλικά. έμβρυο- φρούτα) είναι 1,5 - 2%.

Η HbF είναι η κύρια αιμοσφαιρίνη στο έμβρυο και στα νεογνά, αφού η περιεκτικότητά της στα νεογνά φτάνει έως και το 80%, αλλά στη συνέχεια τους πρώτους τρεις μήνες μετά τη γέννηση αντικαθίσταται σχεδόν πλήρως από HbA.

Στο Σχ. Το Σχήμα 1 δείχνει σχηματικά τη δομή του μορίου της αιμοσφαιρίνης.

Ρύζι. 1. Μοντέλο του μορίου της αιμοσφαιρίνης (HbA 1) (Lanzug με ουκρανικό - αλυσίδα).

Το μόριο αιμοσφαιρίνης ενηλίκων HbA 1 αποτελείται από τέσσερις πολυπεπτιδικές αλυσίδες, καθεμία από τις οποίες σχετίζεται με μία αίμη. Το πρωτεϊνικό μέρος του μορίου της αιμοσφαιρίνης ονομάζεται «σφαιρίνη».

Η HbA 1 περιλαμβάνει αλυσίδες 2a και 2b, οι οποίες είναι τα προϊόντα της έκφρασης δύο διαφορετικών γονιδίων και επομένως έχουν διαφορετικές πρωτογενής δομή. Η α-αλυσίδα περιέχει 141 και η β-αλυσίδα περιέχει 146 υπολείμματα αμινοξέων. Οι υπομονάδες αιμοσφαιρίνης, που η καθεμία περιέχει μία πολυπεπτιδική αλυσίδα και μία αίμη, μοιάζουν με τη δομή του μορίου της μυοσφαιρίνης στη διαμόρφωσή τους (Εικ. 7). Σχηματικά, η αιμοσφαιρίνη Α 1 γράφεται ως εξής: HbA 1 = α 2 β 2. Στην αιμοσφαιρίνη A 2 αντί των β υπομονάδων υπάρχουν δ υπομονάδες: HbA 2 = α 2 δ 2, και στην εμβρυϊκή αιμοσφαιρίνη υπάρχουν γ υπομονάδες, δηλαδή HbF = α 2 γ 2.

Κατά τον σχηματισμό της τεταρτοταγούς δομής της αιμοσφαιρίνης, προκύπτουν πολυάριθμοι μη ομοιοπολικοί δεσμοί μεταξύ των επιμέρους πολυπεπτιδικών αλυσίδων της σφαιρίνης. Ο μεγαλύτερος αριθμός από αυτούς σχηματίζεται μεταξύ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙαλυσίδες (a - b, α – δ, α - γ). Αυτές είναι κυρίως υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις που συμβαίνουν μεταξύ των ριζών ορισμένων αμινοξέων (λευκίνη, βαλίνη, φαινυλαλανίνη κ.λπ.). Η μελέτη της δομικής οργάνωσης των υπομονάδων του μορίου της αιμοσφαιρίνης σε μια ολιγομερή πρωτεΐνη πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας ένα διάλυμα ουρίας 8 Μ ή με απότομες αλλαγές στο pH. Σε αυτή την περίπτωση, το μόριο της αιμοσφαιρίνης διασπάται αναστρέψιμα σε δύο α- και δύο β-αλυσίδες. Αυτή η διάσταση προκαλείται από το σπάσιμο των δεσμών υδρογόνου. Μετά την αφαίρεση της ουρίας, λαμβάνει χώρα αυτόματη σύνδεση του αρχικού μορίου αιμοσφαιρίνης (Εικ. 2)

Ρύζι. 2. Αναστρέψιμη διάστασημόρια αιμοσφαιρίνης υπό την επίδραση διαλύματος ουρίας 8 Μ.

Το μη πρωτεϊνικό συστατικό της αιμοσφαιρίνης είναι η αίμη. Η βάση της δομής της αίμης είναι η πρωτοπορφυρίνη. Η πρωτοπορφυρίνη αποτελείται από τέσσερις δακτυλίους πυρρολίου που συνδέονται με γέφυρες α-μεθίνης (–CH=). Ανάλογα με τη φύση των ομάδων που βρίσκονται στις πλευρικές ρίζες, οι πορφυρίνες έχουν ένας μεγάλος αριθμός απόισομερή. Από τα πιθανά 15 ισομερή των πρωτοπορφυρινών, το πιο διαδεδομένο σε βιολογικά αντικείμενα είναι η πρωτοπορφυρίνη IX. Περιέχει 4 ομάδες μεθυλίου, 2 βινυλίου και 2 προπιονυλικές ομάδες σε πλάγιες θέσεις (Εικ. 3 Α). Το χηλικό σύμπλεγμα της πρωτοπορφυρίνης IX με Fe 2+ ονομάζεται πρωτοαίμη IX ή αίμη.

Το κατιόν σιδήρου που περιλαμβάνεται στη δομή της αίμης σχηματίζει δύο ομοιοπολικούς δεσμούς και δύο δεσμούς συντονισμού με τα άτομα αζώτου των δακτυλίων πυρρολίου στο επίπεδο του συμπλέγματος πρωτοπορφυρίνης. Επιπλέον, συμμετέχει στο σχηματισμό δύο ακόμη δεσμών συντονισμού, οι οποίοι βρίσκονται κάθετα στο επίπεδο του συμπλέγματος πρωτοπορφυρίνης (Εικ. 3 Β).