Sistem sirkulasi melakukan fungsi transportasi dalam tubuh semua hewan berdarah panas, mengirimkannya ke jaringan nutrisi dan oksigen. Pengangkutan oksigen dan karbon dioksida dilakukan berkat sel darah merah, yang mengandung zat penting - hemoglobin. Pada artikel ini kita akan melihat jenis dan senyawa hemoglobin.

Apa itu hemoglobin

Hemoglobin merupakan salah satu komponen sel darah merah yang termasuk dalam kelompok protein. Terdiri dari 96% zat protein globin dan 4% zat dengan atom - heme. Satu sel eritrosit mengandung sekitar 280 juta molekul yang membentuk warna merah darah.

Sifat utama hemoglobin adalah kemampuan besi untuk mengikat dan memecah gas, membentuk pergerakan oksigen dari paru-paru ke jaringan dan karbon dioksida dari jaringan ke paru-paru. Dengan demikian, perannya dalam proses pertukaran gas dalam tubuh tidak tergantikan.

Struktur dan jenis hemoglobin dalam darah manusia

Pada berbagai tahap perkembangan tubuh manusia, komposisi hemoglobin berbeda dalam struktur rantai polipeptida. Tergantung pada rantai polipeptida mana yang dikandung struktur hemoglobin, jenis hemoglobin pada manusia adalah sebagai berikut:

Jenis hemoglobin patologis

Dalam beberapa kasus, di bawah pengaruh cacat genetik, terjadi sintesis sel hemoglobin yang tidak normal. Jenis hemoglobin patologis berbeda dari jenis hemoglobin fisiologis dalam komposisi ikatan polipeptida, atau lebih tepatnya, dalam mutasinya.

Akibat mutasi DNA, sintesis komponen eritrosit dilakukan bukan dengan glutamin, melainkan dengan asam amino valin. Penggantian “bingkai” ini mengarah pada pembentukan struktur protein tipe 2 dengan daerah “lengket” di permukaan yang mampu membentuk struktur sesuai jenisnya sendiri. Dengan demikian, terjadi polimerisasi molekul HbS dan, sebagai akibatnya, sedimentasi sel darah merah yang berat dan sulit diangkut di pembuluh darah. Penyimpangan ini disebut

Nilai normal kandungan hemoglobin dalam darah, tidak dianggap sebagai penyimpangan patologis:

  • Untuk pria - 130-150 g/l.
  • Untuk wanita - 120-140 g/l.
  • Pada anak di bawah satu tahun, 100-140 g/l, dan pada bulan pertama nilai ini bisa mencapai 220 g/l karena peningkatan konsentrasi hemoglobin janin. Pada anak-anak dari usia satu hingga 6 tahun - 110-145 g/l, dan dari usia 6 tahun - 115-150 g/l, terlepas dari jenis kelamin anak.
  • Selama kehamilan, terjadi penurunan konsentrasi HbA hingga 110 g/l, namun hal ini tidak dianggap anemia.
  • Pada orang lanjut usia, norma tersebut dianggap sebagai kecenderungan penurunan sebesar 5 unit dari norma yang disebutkan, tergantung pada jenis kelamin pasien.

Komposisi darah yang sekaligus mengandung jenis yang berbeda hemoglobin. Misalnya, pada orang dewasa, rasio alaminya adalah 99% HbA dan hingga 1% HbF. Pada anak-anak di bawah usia satu tahun, persentase HbF secara signifikan lebih tinggi dibandingkan pada orang dewasa, yang dijelaskan oleh pemecahan bertahap bentuk hemoglobin janin yang sudah ada sebelumnya.

Bentuk fisiologis

Karena pigmen merah pernapasan terus-menerus terlibat dalam proses pertukaran gas di dalam tubuh, sifat utamanya adalah kemampuan membentuk senyawa dengan molekul berbagai gas. Sebagai hasil dari reaksi tersebut, jenis hemoglobin fisiologis tercipta, yang dianggap normal.


Koneksi patologis

Sel darah merah tidak hanya dapat menempel pada gas yang terlibat dalam proses pernapasan, tetapi juga gas lain, membentuk jenis hemoglobin patologis yang membahayakan kesehatan dan bahkan kehidupan manusia. Senyawa ini memiliki tingkat penguraian yang rendah, sehingga menyebabkan jaringan kekurangan oksigen dan gangguan serius pada proses pernapasan.

Diagnosis hemoglobin

Untuk menentukan konsentrasi struktur pernapasan globin dalam darah manusia, dilakukan analisis kualitatif dan kuantitatif. Hemoglobin juga diperiksa untuk mengetahui jumlah ion besi yang dikandungnya.

Utama metode kuantitatif Penentuan konsentrasi hemoglobin saat ini adalah analisis kolorimetri. Ini adalah studi tentang saturasi warna bahan biologis ketika reagen khusus ditambahkan ke dalamnya.

Metode kualitatif meliputi pemeriksaan darah untuk mengetahui perbandingan jenis HbA dan HbF. Ini juga mencakup penentuan jumlah molekul hemoglobin terglikasi (senyawa dengan karbon) dalam darah - metode ini digunakan untuk mendiagnosis diabetes mellitus.

Penyimpangan konsentrasi hemoglobin dari normal

Keseimbangan HbA dapat bervariasi di bawah dan di atas normal. Bagaimanapun, ini mengarah pada konsekuensi negatif. Ketika HbA turun di bawah norma yang ditetapkan, sindrom patologis terjadi, yang disebut “anemia defisiensi besi.” Dinyatakan dengan kelesuan, kehilangan kekuatan, kurangnya perhatian. Berdampak negatif sistem saraf, sangat berbahaya di masa kecil, karena sering menyebabkan keterlambatan perkembangan psikomotorik.

Peningkatan hemoglobin bukanlah penyakit yang terpisah, melainkan suatu sindrom yang menunjukkan berbagai patologi, seperti diabetes mellitus, insufisiensi paru, penyakit jantung, penyakit ginjal, kelebihan hemoglobin. asam folat atau vitamin B, onkologi, dll.

Hemoglobin- molekul yang terdiri dari protein globin (rantai 2a dan 2β) dan 4 gugus pigmen (heme), yang mampu mengikat oksigen molekuler secara reversibel. Satu sel darah merah rata-rata mengandung 400 juta molekul hemoglobin. Hemoglobin yang terikat pada oksigen disebut oksiheluglobin(memberi darah warna merah cerah). Proses pengikatannya dengan oksigen disebut oksigenasi, dan kembalinya ke oke dan hemoglobin - deoksigenasi. Hemoglobin yang tidak terikat pada oksigen disebut deoksiheluglobin. Hemoglobin mampu berikatan dengan karbon dioksida (carbaminghemoglobin) dan karbon monoksida (carboxyhemoglobin). Selain itu, NO, berinteraksi dengan protein ini, membentuk berbagai bentuk NO: methemoglobin, nitrosilhemoglobin(HbFe 2+ TIDAK) dan S-nitrosohemoglobin(SNO-Hb), yang berperan sebagai semacam pengatur alosterik aktivitas fungsional hemoglobin.

Norma dan fungsi hemoglobin

Jumlah hemoglobin pada pria adalah 130-160 g/l, pada wanita - 120-140 g/l. Pengangkutan oksigen dan karbon dioksida adalah fungsi hemoglobin. Hemoglobin itu kompleks senyawa kimia, terdiri dari protein globin dan empat molekul heme.

Beras. Kadar hemoglobin normal pada pria dan wanita

Fungsi utamanya adalah karena adanya protein kromoprotein khusus - hemoglobin. Berat molekul hemoglobin manusia adalah 68.800 Hemoglobin adalah enzim pernapasan yang ditemukan dalam sel darah merah dan bukan dalam plasma karena:

  • memberikan penurunan kekentalan darah (melarutkan jumlah hemoglobin yang sama dalam plasma akan meningkatkan kekentalan darah beberapa kali lipat dan menghambat kerja jantung dan sirkulasi darah);
  • mengurangi tekanan onkotik plasma, mencegah dehidrasi jaringan;
  • mencegah tubuh kehilangan hemoglobin karena filtrasinya di glomeruli ginjal dan ekskresinya melalui urin.

Tujuan utama hemoglobin- pengangkutan oksigen dan karbon dioksida. Selain itu, hemoglobin memiliki sifat buffering, serta kemampuan mengikat zat beracun.

Beras. Interaksi hemoglobin dengan oksigen. k adalah konstanta laju reaksi

Hemoglobin terdiri dari bagian protein (globin) dan bagian besi non-protein (heme). Ada empat molekul heme per molekul globin. Zat besi yang merupakan bagian dari heme mampu mengikat dan melepaskan oksigen. Dalam hal ini, valensi besi tidak berubah, mis. itu tetap divalen. Besi adalah bagian dari semua enzim pernapasan.

Dalam darah orang sehat, kandungan hemoglobin adalah 120-165 g/l (120-150 g/l untuk wanita, 130-160 g/l untuk pria).

Biasanya, hemoglobin terkandung dalam bentuk tiga senyawa fisiologis: tereduksi, oksihemoglobin dan karboksihemoglobin. Hemoglobin, yang telah menambahkan oksigen, berubah menjadi oksihemoglobin - HbО2,. Ini adalah senyawa merah cerah yang menentukan warna darah arteri. Satu gram hemoglobin mampu mengikat 1,34 ml oksigen.

Oksihemoglobin yang telah melepaskan oksigen disebut hemoglobin tereduksi (Hb). Hal ini ditemukan dalam darah vena, yang memiliki warna ceri gelap. Selain itu, darah vena mengandung senyawa hemoglobin dengan karbon dioksida - karbohemoglobin(HbCO 2), yang mengangkut karbon dioksida dari jaringan ke paru-paru.

Hemoglobin memiliki kemampuan membentuk senyawa patologis. Salah satunya adalah karboksihemoglobin - hubungan hemoglobin dengan karbon monoksida (HbCO). Afinitas besi hemoglobin terhadap karbon monoksida melebihi afinitas terhadap oksigen, sehingga bahkan 0,1% karbon monoksida di udara menyebabkan konversi 80% hemoglobin menjadi karboksihemoglobin, yang tidak mampu mengikat oksigen, sehingga mengancam jiwa. Keracunan karbon monoksida ringan merupakan proses yang dapat dibalik. Saat bernapas udara segar karbon monoksida dilepaskan. Menghirup oksigen murni meningkatkan laju pemecahan HbCO sebanyak 20 kali lipat.

Meja. Ciri-ciri hemoglobin

Methemoglobin(MetHb) juga merupakan senyawa patologis, merupakan hemoglobin teroksidasi, di mana, di bawah pengaruh zat pengoksidasi kuat (ferracyanide, kalium permanganat, hidrogen peroksida, anilin, dll.), besi heme diubah dari divalen menjadi trivalen. Ketika sejumlah besar methemoglobin terakumulasi dalam darah, pengangkutan oksigen melalui jaringan terganggu dan kematian dapat terjadi.

Miokardium mengandung hemoglobin otot, yang disebut mioglobin. Bagian non-proteinnya mirip dengan hemoglobin darah, dan bagian proteinnya, globin, memiliki berat molekul lebih rendah. Mioglobin manusia mengikat 14% dari jumlah total oksigen dalam tubuh. Sifat ini berperan penting dalam mensuplai kerja otot. Ketika otot berkontraksi, kapiler darahnya terkompresi dan aliran darah berkurang atau terhenti. Namun karena adanya oksigen yang terikat pada mioglobin, suplai oksigen ke serat otot tetap terjaga selama beberapa waktu.

Molekul hemoglobin mengandung 4 gugus heme yang identik. Heme adalah porfirin yang mengandung ion Fe 2+ yang terletak di pusat. Ini adalah turunan dari porfin, yang merupakan sistem terkondensasi dari 4 pirol yang dihubungkan oleh jembatan metin (-CH=). Tergantung pada struktur substituen dalam porphin, beberapa jenis heme dibedakan.

    heme IX adalah jenis heme yang paling umum. Turunan porfin di dalamnya adalah protoporfirin IX (1,3,5,8 - tetrametil-2,4 - divinil - 6, 7 - porfin asam dipropionat);

    heme a (formilporfirin). Heme a, sebagai pengganti gugus metil, mengandung residu formil pada posisi kedelapan (-CHO) dan sebagai ganti satu gugus vinil (pada posisi kedua) terdapat rantai isoprenoid. Heme a adalah bagian dari sitokrom oksidase;

    heme c, dimana residu sistein berasosiasi dengan gugus vinil (-CH=CH 2) pada posisi 2 dan 4. Bagian dari sitokrom C;

    heme  adalah besi dihidroporfirin 4.

Heme adalah gugus prostetik tidak hanya dari hemoglobin dan turunannya, tetapi juga dari mioglobin, katalase, peroksidase, sitokrom, dan enzim triptofan pirolase, yang mengkatalisis oksidasi troptofan menjadi formilkinurenin.

Bilangan koordinasi atom besi adalah 6. Dalam heme, besi dihubungkan melalui dua ikatan kovalen dengan atom nitrogen dari dua cincin pirol dan dua ikatan koordinasi dengan atom nitrogen dari cincin pirol yang tersisa. Ikatan koordinasi besi kelima dan keenam didistribusikan secara berbeda, bergantung pada molekul protein mana yang mengandung heme, bergantung pada fungsinya. Misalnya, pada sitokrom 5 dan 6, ikatan koordinasi besi dihubungkan dengan residu histidin dan metionin. Susunan heme dalam sitokrom diperlukan untuk menjalankan fungsi spesifiknya - transfer elektron dalam rantai pernapasan. Transisi Fe 3+ + e= Fe 2+ ; Fe 2+ -е= Fe 3+ menciptakan peluang untuk mentransfer elektron dari satu sitokrom ke sitokrom lainnya.

Mari kita lihat lebih dekat letak heme dalam hemoglobin (mioglobin). Heme terletak di celah antara heliks E dan F; gugus propionat polarnya berorientasi pada permukaan globul, dan sisanya terletak di dalam struktur dan dikelilingi oleh residu non-polar, kecuali His F8 dan His F7. Posisi koordinasi kelima atom besi ditempati oleh atom nitrogen cincin heterosiklik histidin proksimal His F8. Histidin distal (His F7) terletak di sisi lain cincin heme, hampir berlawanan dengan F8 His, tetapi posisi koordinasi keenam atom besi tetap kosong. Dari dua ikatan koordinasi yang tidak terpakai, yang satu berikatan dengan protein, dan yang kedua berikatan dengan berbagai ligan (fisiologis - oksigen, air dan benda asing - karbon dioksida, sianida, dll.).

Turunan hemoglobin

Hemoglobin berinteraksi dengan berbagai ligan; ikatan koordinasi keenam besi dalam heme dimaksudkan untuk ini. Turunan hemoglobin meliputi:

    oksihemoglobin HbO 2 – senyawa molekul oksigen dengan hemoglobin. Untuk menekankan fakta bahwa valensi besi tidak berubah selama pengikatan ini, reaksinya disebut oksigenasi daripada oksidasi; proses sebaliknya disebut deoksigenasi. Jika mereka ingin secara khusus mencatat bahwa hemoglobin tidak terikat dengan oksigen, maka itu disebut deoksihemoglobin;

    karboksihemoglobin HbCO. Valensi besi akibat penambahan karbon monoksida (karbon monoksida - CO) juga tetap II. CO mengikat heme kira-kira dua ratus kali lebih kuat dari ikatan heme-O2. Bukan sebagian besar molekul hemoglobin (1%) di kondisi normal mengikat CO. Bagi perokok, pada malam hari nilainya mencapai 20%. Dalam kasus keracunan karbon monoksida, kematian terjadi karena mati lemas dan suplai oksigen ke jaringan tidak mencukupi.

    methemoglobin (HbOH). Itu tidak mengikat oksigen molekuler. Atom besi dalam molekulnya berada dalam keadaan oksidasi 3+. Methemoglobin terbentuk ketika hemoglobin terkena zat pengoksidasi (nitrogen oksida, metilen biru, klorat). Dalam darah manusia, methemoglobin ditemukan dalam jumlah kecil, tetapi pada beberapa penyakit (misalnya gangguan sintesis GL-6-fosfatDH), atau jika terjadi keracunan dengan zat pengoksidasi, kandungannya meningkat, yang dapat menyebabkan kematian, karena methemoglobin adalah tidak mampu mengangkut oksigen dari paru-paru ke jaringan;

    cyanmethemoglobin (HbСN) – methemoglobin juga memiliki efek positif. Ia mengikat CN - untuk membentuk sianmethemoglobin dan menyelamatkan tubuh dari efek mematikan sianida. Oleh karena itu, pembentuk methemoglobin (Na nitrit yang sama) digunakan untuk mengobati keracunan sianida;

    karbhemoglobin terbentuk ketika hemoglobin berikatan dengan CO 2 . Namun, CO2 tidak menempel pada heme, melainkan pada gugus NH2 globin:

HbNH 2 + CO 2 = HbNHCOO - + H +

Selain itu, deoksihemoglobin mengikat lebih banyak CO2 daripada oksihemoglobin. Pembentukan karbhemoglobin digunakan untuk mengeluarkan CO2 dari jaringan ke paru-paru. 10-15% CO 2 dihilangkan dengan cara ini.

Pertanyaan 7. Mekanisme saturasi hemoglobin dengan oksigen

Karena ikatan koordinasi keenam, molekul oksigen menempel pada atom besi membentuk oksihemoglobin. Cincin pirol heme terletak pada bidang yang sama, sedangkan atom besi agak menonjol dari bidang ini. Penambahan oksigen “meluruskan” molekul heme: besi bergerak ke bidang cincin pirol sebesar 0,06 nm, karena diameter bola koordinasi atom besi berkurang. Hemoglobin mengikat 4 molekul oksigen (satu molekul per heme di setiap subunit). Oksigenasi disertai dengan perubahan konformasi signifikan pada hemoglobin. Pindah ke bidang cincin pirol, Fe, yang terhubung pada posisi koordinasi ke-5 dengan residu HisF8, “menarik” rantai peptida ke arah dirinya sendiri. Terjadi perubahan konformasi rantai ini dan rantai polipeptida lain yang terkait dengannya, karena satu protomer dihubungkan oleh banyak ikatan ke protomer lainnya. Fenomena ini disebut kooperatifitas perubahan konformasi protomer. Perubahan konformasi sedemikian rupa sehingga pengikatan awal O2 ke satu subunit mempercepat pengikatan molekul oksigen ke subunit lainnya. Fenomena ini dikenal dengan efek kerjasama positif homotropik (homotropik karena hanya oksigen yang terlibat). Hal inilah yang menentukan sifat sigmoid pada kurva saturasi oksigen hemoglobin. Molekul oksigen keempat menempel pada hemoglobin 300 kali lebih mudah dibandingkan molekul pertama. Untuk mendapatkan gambaran yang lebih jelas tentang mekanisme ini, disarankan untuk mempertimbangkan struktur hemoglobin dalam bentuk dua heterodimer yang dibentuk oleh  dan  - subunit:  1  1 dan  2  2. Pergeseran kecil pada atom besi menyebabkan satu pasang subunit /  berotasi relatif terhadap pasangan /  lainnya. Dalam hal ini, tidak ada kerusakan antar subunit ikatan kovalen, disebabkan oleh interaksi elektrostatik. Satu set ikatan antar dimer digantikan oleh yang lain, dan terjadi rotasi relatifnya.

Struktur kuaterner hemoglobin teroksigenasi sebagian digambarkan sebagai keadaan T (dari bahasa Inggris Taut - ketegangan), hemoglobin teroksigenasi penuh (HbO 2) berhubungan dengan keadaan R (santai - relaksasi). Kondisi ini ditandai dengan afinitas yang lebih rendah terhadap oksigen; kemungkinan transisi dari bentuk T ke bentuk R meningkat seiring dengan masing-masing dari 4 hemogroup teroksigenasi secara berurutan. Jembatan garam (ikatan non-kovalen) hancur dengan penambahan oksigen, meningkatkan kemungkinan transisi dari bentuk T ke bentuk R (keadaan afinitas tinggi).

Hemoglobin adalah bagian dari kelompok protein hemoprotein, yang merupakan subtipe kromoprotein dan dibagi menjadi non-enzimatik protein (hemoglobin, mioglobin) dan enzim (sitokrom, katalase, peroksidase). Bagian non-proteinnya adalah heme - struktur yang mencakup cincin porfirin (terdiri dari 4 cincin pirol) dan ion Fe 2+. Besi berikatan dengan cincin porfirin melalui dua ikatan koordinasi dan dua ikatan kovalen.

Struktur hemoglobin

Struktur hemoglobin A

Hemoglobin adalah protein yang terdiri dari 4 subunit protein yang mengandung heme. Protomer terhubung satu sama lain melalui ikatan hidrofobik, ionik, dan hidrogen, dan mereka tidak berinteraksi secara sembarangan, tetapi melalui area tertentu—permukaan kontak. Proses ini sangat spesifik, kontak terjadi secara bersamaan di puluhan titik berdasarkan prinsip saling melengkapi. Interaksi tersebut dilakukan oleh gugus bermuatan berlawanan, daerah hidrofobik, dan ketidakteraturan permukaan protein.

Subunit protein dalam hemoglobin normal dapat diwakili oleh berbagai jenis rantai polipeptida: α, β, γ, δ, ε, ξ (masing-masing, Yunani - alpha, beta, gamma, delta, epsilon, xi). Molekul hemoglobin mengandung: dua rantai dua jenis yang berbeda.

Heme berikatan dengan subunit protein, pertama melalui residu histidin ikatan koordinasi besi, kedua, melalui ikatan hidrofobik cincin pirol dan asam amino hidrofobik. Heme seolah-olah terletak “di dalam kantong” rantainya dan protomer yang mengandung heme terbentuk.

Bentuk normal hemoglobin

Ada beberapa varian normal hemoglobin:

  • HbР – hemoglobin primitif, mengandung rantai 2ξ- dan 2ε, ditemukan pada embrio antara usia 7-12 minggu,
  • HbF – hemoglobin janin, mengandung rantai 2α dan 2γ, muncul setelah 12 minggu perkembangan intrauterin dan merupakan yang utama setelah 3 bulan,
  • HbA – hemoglobin dewasa, proporsinya 98%, mengandung rantai 2α dan 2β, muncul pada janin setelah 3 bulan kehidupan dan saat lahir merupakan 80% dari seluruh hemoglobin,
  • HbA 2 – hemoglobin orang dewasa, proporsinya 2%, mengandung rantai 2α- dan 2δ,
  • HbO 2 - oksihemoglobin, terbentuk ketika oksigen berikatan di paru-paru; di vena pulmonalis merupakan 94-98% dari jumlah total hemoglobin,
  • HbCO 2 – karbohemoglobin, dibentuk oleh pengikatan karbon dioksida dalam jaringan; dalam darah vena, ia membentuk 15-20% dari jumlah total hemoglobin.

Bentuk patologis hemoglobin

HbS – hemoglobin sel sabit.

MetHb – methemoglobin, suatu bentuk hemoglobin yang mengandung ion besi, bukan ion besi. Bentuk ini terbentuk secara spontan, selama interaksi molekul O 2 dan heme Fe 2+, tetapi biasanya kekuatan enzimatik sel cukup untuk memulihkannya. Saat menggunakan sulfonamid, konsumsi natrium nitrit dan nitrat dalam produk makanan, dan dengan kekurangan asam askorbat, transisi Fe 2+ menjadi Fe3+ dipercepat. MetHb yang dihasilkan tidak mampu mengikat oksigen dan terjadi hipoksia jaringan. Untuk mereduksi Fe3+ menjadi Fe2+, klinik menggunakan asam askorbat dan metilen biru.

Hemoglobin adalah bagian dari sel darah merah dan mengisi sebagian besar ruang intraselulernya. Fungsi utama hemoglobin berkaitan dengan pengangkutan gas (oksigen dan karbon dioksida) dalam darah manusia. Selain itu, hemoglobin terlibat dalam menjaga keseimbangan asam-basa dalam tubuh manusia dan hewan, membentuk sistem penyangga hemoglobin yang paling kuat dalam darah.

Saat ini struktur dan sifat hemoglobin telah dipelajari dengan cukup baik. Pada orang dewasa, jenis hemoglobin fisiologis berikut dibedakan dalam darah:

1. Hemoglobin A 1 (HbA 1 – dari bahasa Inggris. dewasa– dewasa), yang kandungannya 96% dari total hemoglobin (Hb).

2. Hemoglobin A 2 (HbA 2) - kandungannya mencapai 2,5%.

3. Hemoglobin janin (HbF dari bahasa Inggris. janin- buah) adalah 1,5 - 2%.

HbF merupakan hemoglobin utama pada janin dan bayi baru lahir, karena kandungannya pada bayi baru lahir mencapai 80%, namun kemudian pada tiga bulan pertama setelah lahir hampir seluruhnya digantikan oleh HbA.

Pada Gambar. Gambar 1 secara skematis menunjukkan struktur molekul hemoglobin.

Beras. 1. Model molekul hemoglobin (HbA 1) (Lanzug dengan rantai Ukraina).

Molekul hemoglobin dewasa HbA 1 terdiri dari empat rantai polipeptida, yang masing-masing berhubungan dengan satu heme. Bagian protein dari molekul hemoglobin disebut "globin".

HbA 1 mencakup rantai 2a- dan 2b, yang merupakan produk ekspresi dua gen berbeda, dan oleh karena itu keduanya memiliki sifat yang berbeda. struktur primer. Rantai a mengandung 141 dan rantai b mengandung 146 residu asam amino. Subunit hemoglobin, yang masing-masing mengandung satu rantai polipeptida dan satu heme, menyerupai struktur molekul mioglobin dalam konformasinya (Gbr. 7). Secara skematis hemoglobin A 1 ditulis sebagai berikut: HbA 1 = α 2 β 2. Pada hemoglobin A 2, bukan subunit , terdapat subunit: HbA 2 = α 2 δ 2, dan pada hemoglobin janin terdapat subunit, yaitu HbF = α 2 γ 2.

Selama pembentukan struktur kuaterner hemoglobin, banyak ikatan non-kovalen muncul antara rantai polipeptida individu globin. Jumlah terbesar dari mereka terbentuk di antara keduanya jenis yang berbeda rantai (a - b, α – δ, α - γ). Ini sebagian besar adalah interaksi hidrofobik yang terjadi antara radikal asam amino tertentu (leusin, valin, fenilalanin, dll.). Studi tentang organisasi struktural subunit molekul hemoglobin menjadi protein oligomer dilakukan dengan menggunakan larutan urea 8 M atau dengan perubahan pH yang tajam. Dalam hal ini, molekul hemoglobin berdisosiasi secara reversibel menjadi dua rantai α dan dua rantai β. Disosiasi ini disebabkan oleh putusnya ikatan hidrogen. Setelah penghilangan urea, terjadi asosiasi otomatis molekul hemoglobin asli (Gbr. 2)

Beras. 2. Disosiasi reversibel molekul hemoglobin di bawah pengaruh larutan urea 8 M.

Komponen non-protein dari hemoglobin adalah heme. Dasar dari struktur heme adalah protoporphyrin. Protoporphyrin terdiri dari empat cincin pirol yang dihubungkan oleh jembatan α-metin (–CH=). Tergantung pada sifat kelompok yang berada di samping radikal, porfirin mempunyai sejumlah besar isomer. Dari kemungkinan 15 isomer protoporfirin, yang paling banyak tersebar luas pada objek biologi adalah protoporfirin IX. Ini mengandung 4 gugus metil, 2 vinil dan 2 propionil pada posisi lateral (Gbr. 3 A). Kompleks khelat protoporfirin IX dengan Fe 2+ disebut protoheme IX atau heme.

Kation besi yang termasuk dalam struktur heme membentuk dua ikatan kovalen dan dua ikatan koordinasi dengan atom nitrogen cincin pirol pada bidang kompleks protoporfirin. Selain itu, ia berpartisipasi dalam pembentukan dua ikatan koordinasi lagi, yang terletak tegak lurus terhadap bidang kompleks protoporfirin (Gbr. 3 B).