Układ krążenia pełni funkcję transportową w organizmie wszystkich zwierząt stałocieplnych, dostarczając do tkanek składniki odżywcze i tlen. Transport tlenu i dwutlenku węgla odbywa się dzięki czerwonym krwinkom, które zawierają ważną substancję - hemoglobinę. W tym artykule przyjrzymy się rodzajom i związkom hemoglobiny.

Co to jest hemoglobina

Hemoglobina jest składnikiem czerwonych krwinek i należy do grupy białek. Składa się z 96% substancja białkowa globina i 4% substancji z atomem - hem. Jedna komórka erytrocytowa zawiera około 280 milionów cząsteczek, które nadają krwi czerwony kolor.

Główną właściwością hemoglobiny jest zdolność żelaza do przyłączania i oddzielania gazów, co powoduje przepływ tlenu z płuc do tkanek i dwutlenku węgla z tkanek do płuc. Tym samym jego rola w procesie wymiany gazowej w organizmie jest niezastąpiona.

Budowa i rodzaje hemoglobiny we krwi ludzkiej

Na różnych etapach rozwoju organizmu ludzkiego skład hemoglobiny różni się budową łańcuchów polipeptydowych. W zależności od tego, jakie łańcuchy polipeptydowe zawiera struktura hemoglobiny, rodzaje hemoglobiny u ludzi są następujące:

Patologiczne typy hemoglobiny

W niektórych przypadkach pod wpływem defektów genetycznych dochodzi do nieprawidłowej syntezy komórek hemoglobiny. Patologiczne typy hemoglobiny różnią się od fizjologicznych składem wiązań polipeptydowych, a dokładniej ich mutacją.

W wyniku mutacji DNA synteza składników erytrocytów odbywa się nie za pomocą glutaminy, ale aminokwasu waliny. Ta wymiana „ramki” prowadzi do powstania struktury białka typu 2 z „lepkim” obszarem na powierzchni, który jest w stanie przypisać struktury do własnego rodzaju. W ten sposób dochodzi do polimeryzacji cząsteczek HbS, a w efekcie do sedymentacji ciężkich i słabo transportowanych czerwonych krwinek w naczyniach krwionośnych. To odchylenie nazywa się

Normalne wartości zawartości hemoglobiny we krwi, nie uważane za odchylenie patologiczne:

  • Dla mężczyzn - 130-150 g/l.
  • Dla kobiet - 120-140 g/l.
  • U dzieci do pierwszego roku życia 100-140 g/l, a w pierwszym miesiącu wartości te mogą sięgać nawet 220 g/l ze względu na zwiększone stężenie hemoglobiny płodowej. U dzieci od 1. do 6. roku życia – 110-145 g/l, a od 6. roku życia – 115-150 g/l, niezależnie od płci dziecka.
  • W czasie ciąży następuje spadek stężenia HbA do 110 g/l, co jednak nie jest uznawane za anemię.
  • U osób starszych za normę uważa się tendencję do zmniejszania się o 5 jednostek od ustalonej normy, w zależności od płci pacjenta.

Skład krwi, który jednocześnie zawiera różne rodzaje hemoglobina. Na przykład u osoby dorosłej naturalny stosunek wynosi 99% HbA i do 1% HbF. U dzieci poniżej pierwszego roku życia odsetek HbF jest znacznie wyższy niż u dorosłych, co tłumaczy się stopniowym rozkładem początkowo istniejącej formy hemoglobiny płodowej.

Formy fizjologiczne

Ponieważ czerwony pigment oddechowy bierze ciągły udział w procesach wymiany gazowej w organizmie, jego główną właściwością jest zdolność do tworzenia związków z cząsteczkami różnych gazów. W wyniku takich reakcji powstają fizjologiczne typy hemoglobiny, które są uważane za normalne.


Powiązania patologiczne

Czerwone krwinki mogą przyłączać nie tylko gazy biorące udział w procesie oddechowym, ale także inne, tworząc patologiczne typy hemoglobiny, które stanowią zagrożenie dla zdrowia, a nawet życia człowieka. Związki te charakteryzują się niskim stopniem rozkładu i dlatego prowadzą do niedotlenienia tkanek i poważnych zaburzeń w procesie oddechowym.

Diagnostyka hemoglobiny

Aby określić stężenie struktur oddechowych globiny we krwi ludzkiej, przeprowadza się analizy jakościowe i ilościowe. Hemoglobinę bada się także pod kątem ilości zawartych w niej jonów żelaza.

Główny Metoda ilościowa Oznaczanie stężenia hemoglobiny jest obecnie analizą kolorymetryczną. Jest to badanie nasycenia barwy materiału biologicznego po dodaniu do niego specjalnego odczynnika.

Metody jakościowe obejmują badanie krwi w celu określenia stosunku typów HbA i HbF. Obejmuje także oznaczenie ilości cząsteczek hemoglobiny glikowanej (związków z węglem) we krwi – metoda ta stosowana jest w diagnostyce cukrzycy.

Odchylenie stężenia hemoglobiny od normy

Równowaga HbA może wahać się zarówno poniżej, jak i powyżej normy. W każdym razie prowadzi to do negatywne konsekwencje. Kiedy HbA1c spada poniżej ustalonej normy, pojawia się zespół patologiczny, zwany „niedokrwistością z niedoboru żelaza”. Wyraża się letargiem, utratą sił, nieuwagą. Negatywnie wpływa system nerwowy, szczególnie niebezpieczne w dzieciństwo ponieważ często powoduje opóźnienia w rozwoju psychomotorycznym.

Podwyższona hemoglobina nie jest odrębną chorobą, jest raczej zespołem wskazującym na różne patologie, takie jak cukrzyca, niewydolność płuc, choroby serca, nerek, nadmiar kwas foliowy lub witaminy z grupy B, onkologia itp.

Hemoglobina- cząsteczka składająca się z białka globiny (łańcuchy 2a i 2β) oraz 4 grup pigmentowych (hem), które są zdolne do odwracalnego wiązania tlenu cząsteczkowego. Jedna czerwona krwinka zawiera średnio 400 milionów cząsteczek hemoglobiny. Nazywa się hemoglobiną związaną z tlenem oksyheluglobina(nadaje krwi jasny szkarłatny kolor). Nazywa się proces jego wiązania z tlenem dotlenienie i jego powrót do oke i hemoglobiny - odtlenienie. Nazywa się hemoglobiną niezwiązaną z tlenem deoksyheluglobina. Hemoglobina może wiązać się z dwutlenkiem węgla (karbaminhemoglobiną) i tlenkiem węgla (karboksyhemoglobiną). Ponadto NO wchodząc w interakcję z tym białkiem tworzy różne formy NO: methemoglobina, nitrozylohemoglobina(HbFe2+NO) i S-nitrozohemoglobina(SNO-Hb), które pełnią rolę swoistego allosterycznego regulatora aktywności funkcjonalnej hemoglobiny.

Norma i funkcje hemoglobiny

Ilość hemoglobiny u mężczyzn wynosi 130-160 g/l, u kobiet 120-140 g/l. Rolą hemoglobiny jest transport tlenu i dwutlenku węgla. Hemoglobina jest złożona związek chemiczny, składający się z białka globiny i czterech cząsteczek hemu.

Ryż. Normalny poziom hemoglobiny u mężczyzn i kobiet

Główne funkcje wynikają z obecności w ich składzie specjalnego białka chromoproteinowego - hemoglobiny. Masa cząsteczkowa ludzkiej hemoglobiny wynosi 68 800. Hemoglobina to enzym oddechowy występujący w czerwonych krwinkach, a nie w osoczu, ponieważ:

  • zapewnia zmniejszenie lepkości krwi (rozpuszczenie tej samej ilości hemoglobiny w osoczu spowodowałoby kilkukrotne zwiększenie lepkości krwi i utrudniłoby pracę serca i krążenie krwi);
  • obniża ciśnienie onkotyczne osocza, zapobiegając odwodnieniu tkanek;
  • zapobiega utracie hemoglobiny przez organizm w wyniku jej filtracji w kłębuszkach nerkowych i wydalania z moczem.

Głównym celem hemoglobiny- transport tlenu i dwutlenku węgla. Ponadto hemoglobina ma właściwości buforujące, a także zdolność wiązania substancji toksycznych.

Ryż. Oddziaływanie hemoglobiny z tlenem. k jest stałą szybkości reakcji

Hemoglobina składa się z części białkowej (globiny) i niebiałkowej części żelaznej (hemu). Na cząsteczkę globiny przypadają cztery cząsteczki hemu. Żelazo, które jest częścią hemu, może przyłączać i uwalniać tlen. W tym przypadku wartościowość żelaza nie zmienia się, tj. pozostaje dwuwartościowy. Żelazo wchodzi w skład wszystkich enzymów oddechowych.

We krwi zdrowego człowieka zawartość hemoglobiny wynosi 120-165 g/l (120-150 g/l dla kobiet, 130-160 g/l dla mężczyzn).

Zwykle hemoglobina występuje w postaci trzech związków fizjologicznych: zredukowanej, oksyhemoglobiny i karboksyhemoglobiny. Hemoglobina, do której dodano tlen, zamienia się w oksyhemoglobina -НbО2,. Jest to jasny szkarłatny związek, który określa kolor krwi tętniczej. Jeden gram hemoglobiny jest w stanie przyłączyć 1,34 ml tlenu.

Oksyhemoglobina, która oddała tlen, nazywana jest hemoglobiną zredukowaną (Hb). Występuje we krwi żylnej, która ma ciemnowiśniowy kolor. Ponadto krew żylna zawiera związek hemoglobiny z dwutlenkiem węgla - karbohemoglobina(HbCO 2), który transportuje dwutlenek węgla z tkanek do płuc.

Hemoglobina ma zdolność tworzenia związków patologicznych. Jeden z nich jest karboksyhemoglobina - połączenie hemoglobiny z tlenkiem węgla (HbCO). Powinowactwo hemoglobiny żelaznej do tlenku węgla przewyższa powinowactwo do tlenu, dlatego nawet 0,1% tlenku węgla w powietrzu powoduje przekształcenie 80% hemoglobiny w karboksyhemoglobinę, która nie jest w stanie przyłączać tlenu, co stanowi zagrożenie dla życia. Łagodne zatrucie tlenkiem węgla jest procesem odwracalnym. Podczas oddychania świeże powietrze wydziela się tlenek węgla. Wdychanie czystego tlenu zwiększa tempo rozkładu HbCO 20-krotnie.

Tabela. Charakterystyka hemoglobin

Methemoglobina(MetHb) jest również związkiem patologicznym, jest to utleniona hemoglobina, w której pod wpływem silnych środków utleniających (żelazacyjanek, nadmanganian potasu, nadtlenek wodoru, anilina itp.) żelazo hemowe ulega przemianie z dwuwartościowego do trójwartościowego. Kiedy we krwi gromadzi się duża ilość methemoglobiny, transport tlenu przez tkanki zostaje zakłócony i może nastąpić śmierć.

Miokardium zawiera hemoglobinę mięśniową, tzw mioglobina. Jej część niebiałkowa jest podobna do hemoglobiny we krwi, natomiast część białkowa – globina – ma niższą masę cząsteczkową. Ludzka mioglobina wiąże 14% całkowitej ilości tlenu w organizmie. Właściwość ta odgrywa ważną rolę w zaopatrywaniu pracujących mięśni. Kiedy mięśnie kurczą się, ich naczynia krwionośne ulegają ściśnięciu, a przepływ krwi zmniejsza się lub zatrzymuje. Jednakże, dzięki obecności tlenu związanego z mioglobiną, dopływ tlenu do włókien mięśniowych zostaje utrzymany przez pewien czas.

Cząsteczka hemoglobiny zawiera 4 identyczne grupy hemowe. Hem jest porfiryną zawierającą centralnie położony jon Fe 2+. Jest pochodną porfiny, która jest skondensowanym układem 4 piroli połączonych mostkami metynowymi (-CH=). W zależności od budowy podstawników w porfinie wyróżnia się kilka rodzajów hemów.

    hem IX jest najpowszechniejszym typem hemu. Pochodną porfiny jest protoporfiryna IX (porfina kwasu 1,3,5,8 - tetrametylo-2,4 - diwinylo - 6,7 - dipropionowego);

    hem a (formyloporfiryna). Hem a zamiast grupy metylowej zawiera resztę formylową na ósmej pozycji (-CHO) i zamiast jednej grupy winylowej (na drugiej pozycji) łańcuch izoprenoidowy. Hem a jest częścią oksydazy cytochromowej;

    hem c, w którym reszty cysteiny są związane z grupami winylowymi (-CH=CH2) w pozycjach 2 i 4. Część cytochromu C;

    hem  to dihydroporfiryna żelaza 4.

Hem to grupa prostetyczna nie tylko hemoglobiny i jej pochodnych, ale także mioglobiny, katalazy, peroksydazy, cytochromów i enzymu pirolazy tryptofanu, który katalizuje utlenianie troptofanu do formylkynureniny.

Liczba koordynacyjna atomów żelaza wynosi 6. W hemie żelazo jest połączone dwoma wiązaniami kowalencyjnymi z atomami azotu dwóch pierścieni pirolu i dwoma wiązaniami koordynacyjnymi z atomami azotu pozostałych pierścieni pirolu. Piąte i szóste wiązanie koordynacyjne żelaza są rozłożone w różny sposób, w zależności od tego, która cząsteczka białka zawiera hem, w zależności od jego funkcji. Na przykład w cytochromach 5 i 6 wiązania koordynacyjne żelaza są połączone z resztami histydyny i metioniny. Takie ułożenie hemu w cytochromach jest niezbędne do pełnienia ich specyficznej funkcji – przenoszenia elektronów w łańcuchu oddechowym. Przejścia Fe 3+ + e= Fe 2+ ; Fe 2+ -е= Fe 3+ stwarzają możliwość przeniesienia elektronów z jednego cytochromu na drugi.

Przyjrzyjmy się bliżej lokalizacji hemu w hemoglobinie (mioglobinie). Hem znajduje się w szczelinie pomiędzy helisami E i F; jego polarne grupy propionianowe są zorientowane w stronę powierzchni globuli, a reszta znajduje się wewnątrz struktury i jest otoczona resztami niepolarnymi, z wyjątkiem His F8 i His F7. Piątą pozycję koordynacyjną atomu żelaza zajmuje atom azotu pierścienia heterocyklicznego bliższej histydyny His F8. Dystalna histydyna (His F7) znajduje się po drugiej stronie pierścienia hemu, prawie naprzeciw His F8, ale szósta pozycja koordynacyjna atomu żelaza pozostaje pusta. Z dwóch niewykorzystanych wiązań koordynacyjnych jedno łączy się z białkiem, a drugie z różnymi ligandami (fizjologicznymi - tlenem, wodą i obcymi - dwutlenkiem węgla, cyjankiem itp.).

Pochodne hemoglobiny

Hemoglobina oddziałuje z różnymi ligandami, do tego przeznaczone jest szóste wiązanie koordynacyjne żelaza w hemie. Pochodne hemoglobiny obejmują:

    oksyhemoglobina HbO 2 – związek tlenu cząsteczkowego z hemoglobiną. Aby podkreślić fakt, że wartościowość żelaza nie zmienia się podczas tego wiązania, reakcję nazywa się utlenianiem, a nie utlenianiem; proces odwrotny nazywa się deoksygenacją. Kiedy chcą szczególnie zauważyć, że hemoglobina nie jest związana z tlenem, nazywa się ją deoksyhemoglobiną;

    karboksyhemoglobina HbCO. Wartościowość żelaza w wyniku dodatku tlenku węgla (tlenek węgla - CO) również pozostaje II. CO wiąże się z hemem około dwieście razy silniej niż wiązanie hem-O2. Nie większość cząsteczek hemoglobiny (1%) w normalne warunki wiąże CO. Dla palaczy wieczorem wartość ta osiąga 20%. W przypadku zatrucia tlenkiem węgla śmierć następuje w wyniku uduszenia i niedostatecznego dopływu tlenu do tkanek.

    methemoglobina (HbOH). Nie wiąże tlenu cząsteczkowego. Atom żelaza w swojej cząsteczce znajduje się na stopniu utlenienia 3+. Methemoglobina powstaje, gdy hemoglobina jest wystawiona na działanie czynników utleniających (tlenki azotu, błękit metylenowy, chlorany). We krwi ludzkiej methemoglobina występuje w małych ilościach, ale w niektórych chorobach (na przykład upośledzona synteza GL-6-fosforanu DH) lub w przypadku zatrucia utleniaczami jej zawartość wzrasta, co może spowodować śmierć, ponieważ methemoglobina jest nie jest zdolny do transportu tlenu z płuc do tkanek;

    cyjanmethemoglobina (HbСN) – methemoglobina ma również pozytywne działanie. Wiąże CN - tworząc cyjanmethemoglobinę i chroni organizm przed śmiercionośnym działaniem cyjanku. Dlatego środki tworzące methemoglobinę (ten sam azotyn Na) stosuje się w leczeniu zatrucia cyjankami;

    karbhemoglobina powstaje, gdy hemoglobina wiąże się z CO 2 . Jednakże CO 2 nie przyłącza się do hemu, ale do grup NH 2 globiny:

HbNH2 + CO2 = HbNHCOO - + H +

Ponadto deoksyhemoglobina wiąże więcej CO 2 niż oksyhemoglobina. Tworzenie się karbhemoglobiny służy do usuwania CO2 z tkanek do płuc. W ten sposób usuwa się 10-15% CO2.

Pytanie 7. Mechanizm nasycenia hemoglobiny tlenem

Dzięki szóstemu wiązaniu koordynacyjnemu cząsteczka tlenu przyłącza się do atomu żelaza, tworząc oksyhemoglobinę. Pierścienie pirolowe hemu znajdują się w tej samej płaszczyźnie, podczas gdy atom żelaza nieco wystaje z tej płaszczyzny. Dodatek tlenu „prostuje” cząsteczkę hemu: żelazo przesuwa się w płaszczyznę pierścieni pirolu o 0,06 nm, ponieważ zmniejsza się średnica sfery koordynacyjnej atomu żelaza. Hemoglobina wiąże 4 cząsteczki tlenu (po jednej cząsteczce na hem w każdej podjednostce). Natlenieniu towarzyszą znaczące zmiany konformacyjne w hemoglobinie. Przechodząc do płaszczyzny pierścieni pirolowych, Fe, połączone w 5. pozycji koordynacyjnej z resztą HisF8, „przyciąga” łańcuch peptydowy do siebie. Następuje zmiana w konformacji tego łańcucha i innych związanych z nim łańcuchów polipeptydowych, ponieważ jeden protomer jest połączony wieloma wiązaniami z innymi protomerami. Zjawisko to nazywa się kooperatywnością zmian w konformacji protomerów. Zmiany konformacyjne są takie, że początkowe wiązanie O2 z jedną podjednostką przyspiesza wiązanie cząsteczek tlenu z pozostałymi podjednostkami. Zjawisko to znane jest jako homotropowy pozytywny efekt kooperacji (homotropowy, ponieważ w grę wchodzi tylko tlen). To właśnie określa esowaty charakter krzywej nasycenia hemoglobiny tlenem. Czwarta cząsteczka tlenu przyłącza się do hemoglobiny 300 razy łatwiej niż pierwsza cząsteczka. Aby uzyskać jaśniejszy obraz tego mechanizmu, zaleca się rozważenie struktury hemoglobiny w postaci dwóch heterodimerów utworzonych przez  i  - podjednostki:  1  1 i  2  2. Niewielkie przesunięcie atomu żelaza powoduje, że jedna para podjednostek /  obraca się względem drugiej pary / . W tym przypadku pomiędzy podjednostkami nie dochodzi do zniszczenia wiązania kowalencyjne, spowodowane oddziaływaniami elektrostatycznymi. Jeden zestaw wiązań pomiędzy dimerami zostaje zastąpiony innym i następuje ich względna rotacja.

Czwartorzędowa struktura częściowo utlenionej hemoglobiny opisana jest jako stan T (od angielskiego Taut - napięcie), w pełni utleniona hemoglobina (HbO 2) odpowiada stanowi R (zrelaksowany - relaksacja). Schorzenie charakteryzuje się niższym powinowactwem do tlenu; prawdopodobieństwo przejścia z formy T do formy R wzrasta w miarę sekwencyjnego utlenowania każdej z 4 hemogrup. Mostki solne (wiązania niekowalencyjne) ulegają zniszczeniu w miarę dodawania tlenu, co zwiększa prawdopodobieństwo przejścia z formy T do formy R (stan wysokiego powinowactwa).

Hemoglobina należy do grupy białek hemoprotein, które same w sobie są podtypem chromoprotein i są podzielone na nieenzymatyczny białka (hemoglobina, mioglobina) i enzymy (cytochromy, katalaza, peroksydaza). Ich częścią niebiałkową jest hem - struktura zawierająca pierścień porfirynowy (składający się z 4 pierścieni pirolowych) i jon Fe 2+. Żelazo wiąże się z pierścieniem porfirynowym za pomocą dwóch wiązań koordynacyjnych i dwóch kowalencyjnych.

Struktura hemoglobiny

Struktura hemoglobiny A

Hemoglobina jest białkiem składającym się z 4 podjednostek białkowych zawierających hem. Protomery są połączone ze sobą wiązaniami hydrofobowymi, jonowymi i wodorowymi i nie oddziałują w sposób arbitralny, ale poprzez określony obszar – powierzchnię styku. Proces ten jest bardzo specyficzny, kontakt zachodzi jednocześnie w kilkudziesięciu punktach zgodnie z zasadą komplementarności. Oddziaływanie odbywa się poprzez przeciwnie naładowane grupy, obszary hydrofobowe i nieregularności na powierzchni białka.

Podjednostki białka w normalnej hemoglobinie można przedstawić za pomocą różne rodzajełańcuchy polipeptydowe: α, β, γ, δ, ε, ξ (odpowiednio, greckie - alfa, beta, gamma, delta, epsilon, xi). Cząsteczka hemoglobiny zawiera: dwa więzy dwa różne rodzaje.

Hem wiąże się z podjednostką białka, najpierw poprzez resztę histydyna wiązanie koordynacyjne żelaza, po drugie, poprzez wiązania hydrofobowe pierścienie pirolowe i aminokwasy hydrofobowe. Hem znajduje się niejako „w kieszeni” swojego łańcucha i powstaje protomer zawierający hem.

Normalne formy hemoglobiny

Istnieje kilka normalnych wariantów hemoglobiny:

  • HbР – pierwotna hemoglobina, zawiera łańcuchy 2ξ i 2ε, występuje w zarodku między 7-12 tygodniem życia,
  • HbF – hemoglobina płodowa, zawiera łańcuchy 2α i 2γ, pojawia się po 12 tygodniach rozwoju wewnątrzmacicznego i jest główna po 3 miesiącach,
  • HbA – hemoglobina osoby dorosłej, której udział wynosi 98%, zawiera łańcuchy 2α i 2β, pojawia się u płodu po 3 miesiącu życia i po urodzeniu stanowi 80% całej hemoglobiny,
  • HbA 2 – hemoglobina dorosłych, udział 2%, zawiera łańcuchy 2α i 2δ,
  • HbO 2 - oksyhemoglobina, powstaje podczas wiązania tlenu w płucach, w żyłach płucnych stanowi 94-98% całkowitej ilości hemoglobiny,
  • HbCO 2 – karbohemoglobina, powstaje w wyniku wiązania dwutlenku węgla w tkankach, w krwi żylnej stanowi 15-20% całkowitej ilości hemoglobiny.

Patologiczne formy hemoglobiny

HbS – hemoglobina sierpowata.

MetHb – methemoglobina, forma hemoglobiny zawierająca jon żelaza zamiast jonu żelaza. Forma ta powstaje samoistnie, podczas oddziaływania cząsteczki O 2 z hemem Fe 2+, ale zwykle wystarczająca jest siła enzymatyczna komórki, aby ją przywrócić. Podczas stosowania sulfonamidów, spożywania azotynu i azotanów sodu w produktach spożywczych oraz przy niedoborze kwasu askorbinowego przejście Fe 2+ do Fe3+ ulega przyspieszeniu. Powstały metHb nie jest w stanie wiązać tlenu i następuje niedotlenienie tkanek. Aby zredukować Fe3+ do Fe2+, klinika stosuje kwas askorbinowy i błękit metylenowy.

Hemoglobina jest częścią czerwonych krwinek i wypełnia większość ich przestrzeni wewnątrzkomórkowej. Główna funkcja hemoglobiny związana jest z transportem gazów (tlenu i dwutlenku węgla) w ludzkiej krwi. Ponadto hemoglobina bierze udział w utrzymaniu równowagi kwasowo-zasadowej w organizmie człowieka i zwierzęcia, tworząc najsilniejszy układ buforowy hemoglobiny we krwi.

Obecnie dość dobrze zbadano strukturę i właściwości hemoglobiny. U osoby dorosłej we krwi rozróżnia się następujące fizjologiczne typy hemoglobiny:

1. Hemoglobina A 1 (HbA 1 – z j. angielskiego. dorosły– osoba dorosła), której zawartość wynosi 96% całkowitej hemoglobiny (Hb).

2. Hemoglobina A 2 (HbA 2) - zawartość do 2,5%.

3. Hemoglobina płodowa (HbF z j. angielskiego. płód- owoce) wynosi 1,5 - 2%.

HbF jest główną hemoglobiną u płodu i noworodków, ponieważ jej zawartość u noworodków sięga do 80%, ale następnie w ciągu pierwszych trzech miesięcy po urodzeniu jest prawie całkowicie zastępowana przez HbA.

Na ryc. Rycina 1 schematycznie przedstawia strukturę cząsteczki hemoglobiny.

Ryż. 1. Model cząsteczki hemoglobiny (HbA 1) (Lanzug z ukraińskim - łańcuch).

Cząsteczka dorosłej hemoglobiny HbA 1 składa się z czterech łańcuchów polipeptydowych, z których każdy jest powiązany z jednym hemem. Część białkowa cząsteczki hemoglobiny nazywana jest „globiną”.

HbA 1 obejmuje łańcuchy 2a i 2b, które są produktami ekspresji dwóch różnych genów i dlatego mają różne struktura pierwotna. Łańcuch a zawiera 141, a łańcuch b zawiera 146 reszt aminokwasowych. Podjednostki hemoglobiny, każda zawierająca jeden łańcuch polipeptydowy i jeden hem, swoją konformacją przypominają strukturę cząsteczki mioglobiny (ryc. 7). Schematycznie hemoglobinę A 1 zapisuje się w następujący sposób: HbA 1 = α 2 β 2. W hemoglobinie A 2 zamiast podjednostek β znajdują się podjednostki δ: HbA 2 = α 2 δ 2, a w hemoglobinie płodowej znajdują się podjednostki γ, czyli HbF = α 2 γ 2.

Podczas tworzenia czwartorzędowej struktury hemoglobiny powstają liczne wiązania niekowalencyjne pomiędzy poszczególnymi łańcuchami polipeptydowymi globiny. Największa ich liczba powstaje pomiędzy różne rodzajełańcuchy (a - b, α – δ, α - γ). Są to głównie oddziaływania hydrofobowe, które zachodzą pomiędzy rodnikami niektórych aminokwasów (leucyna, walina, fenyloalanina itp.). Badanie strukturalnej organizacji podjednostek cząsteczki hemoglobiny w białko oligomeryczne przeprowadzono przy użyciu 8 M roztworu mocznika lub przy ostrych zmianach pH. W tym przypadku cząsteczka hemoglobiny odwracalnie dysocjuje na dwa łańcuchy α i dwa β. Dysocjacja ta jest spowodowana zerwaniem wiązań wodorowych. Po usunięciu mocznika następuje automatyczne połączenie pierwotnej cząsteczki hemoglobiny (ryc. 2)

Ryż. 2. Odwracalna dysocjacja cząsteczki hemoglobiny pod wpływem 8 M roztworu mocznika.

Niebiałkowym składnikiem hemoglobiny jest hem. Podstawą struktury hemu jest protoporfiryna. Protoporfiryna składa się z czterech pierścieni pirolowych połączonych mostkami α-metynowymi (–CH=). W zależności od charakteru grup znajdujących się w rodnikach bocznych, porfiryny mają duża liczba izomery. Spośród możliwych 15 izomerów protoporfiryn najbardziej rozpowszechnioną w obiektach biologicznych jest protoporfiryna IX. Zawiera 4 grupy metylowe, 2 winylowe i 2 propionylowe w pozycjach bocznych (ryc. 3 A). Kompleks chelatowy protoporfiryny IX z Fe 2+ nazywany jest protohemem IX lub hemem.

Kation żelaza zawarty w strukturze hemu tworzy dwa wiązania kowalencyjne i dwa wiązania koordynacyjne z atomami azotu pierścieni pirolowych w płaszczyźnie kompleksu protoporfiryny. Ponadto bierze udział w tworzeniu dwóch kolejnych wiązań koordynacyjnych, które są zlokalizowane prostopadle do płaszczyzny kompleksu protoporfiryny (ryc. 3 B).