Часть IV. Физиология систем внутренних органов

В скелетных и сердечной мышцах животных различных классов и групп находится мышечный гемоглобин — миоглобин (Mb). Это дыхательный пигмент красного цвета. По своей биохимической характеристике миоглобин близок к гемоглобину крови. Сходство выражается в наличии одной и той же простетической группы, одинакового количества железа в способности вступать в обратимые соединения с О2 и CO2. Однако Мb — мономерный белок, имеющий очень высокое сродство к О2. Кривая диссоциации О2 для Мb имеет вид простой гиперболы (см. рис. 23.22, а). Это указывает на то, что миоглобин обратимо связывается с лигандом, и на это не оказывают влияние никакие посторонние факторы.

Именно поэтому отдача кислорода миоглобином происходит только при интенсивной мышечной работе, когда парциальное давление O2 резко снижается. Даже при парциальном давлении О2, равном 1–2 мм рт.ст., Мb остается связанным с О2 на 50% (см. рис. 23.22, а).

Именно поэтому миоглобин исключительно приспособлен к депонированию О2. Миоглобин связывает кислород, который в капиллярах тканей высвобождает гемоглобин, и сам миоглобин может освобождать О2 в ответ на возрастание потребностей в нем мышечной ткани и при интенсивном использовании О2 в результате физической нагрузки.

Гемоглобин (Hb) относится к классу белков-хромопротеинов. Молекула гемоглобина — тетрамер, состоящий из четырех субъединиц — полипептидных цепей, с каждой из которых нековалентно связана особая пигментная группа — гем. Молекулярная масса гемоглобина составляет около 64 500, а каждой из его субъединиц — 16 000. Вся молекула имеет приблизительно сферическую форму. Гемовые группы располагаются в нишах вблизи поверхности молекулы (рис. 23.19).

Белковый компонент гемоглобина. Большая часть молекулы гемоглобина, состоящей примерно из 10 000 атомов, приходится на долю белкового компонента. Этот компонент состоит из четырех отдельных полипептидных цепей, в состав каждой из которых входит более 140 аминокислотных остатков. Из четырех полипептидных цепей глобина выделяют две a-цепи и две цепи b, g, d, e, q, ζ в разных комбинациях, каждая из которых ковалентно связана с одной молекулой гема.

Существует несколько типов Hb, образующихся на разных сроках развития организма, различающихся строением глобиновых цепей и сродством к кислороду.

В гемоглобине взрослого человека (HbA) в 96–98% находятся две a-цепи, содержащие 141 аминокислотный остаток, и две b-цепи по 146 аминокислотных остатков (HbA1 — a2b2). 1,5–3% приходятся на долю HbA2, у которого вместо двух b-цепей присутствуют d-цепи (a2d2).

В составе фетального гемоглобина (HbF) вместо b-цепей имеются две так называемые g-цепи, отличающиеся по аминокислотной последовательности. Он появляется на 8–36-й неделе гестации и составляет 90–95% всего Hb плода. После рождения HbF заменяется HbA и к 8 мес составляет 1%.

Рис. 23.19. Строение гемоглобина

Эмбриональные Hb (ζ- и e-цепи) появляются у 19-дневного эмбриона, содержатся в эритроидных клетках в первые 3–6 мес гестации.

Гем представляет собой протопорфирин, содержащий центрально расположенный ион Fe2+. В состав молекулы гемоглобина входят четыре одинаковые гемовые группы. Молекула протопорфирина состоит из четырех пиррольных колец, связанных метиновыми мостиками, к кольцам присоединены боковые цепи характерного строения. Ключевую роль в активности гемоглобина играет ион железа, расположенный в центре молекулы протопорфирина. Соединение с этим ионом посредством двух координационных связей и двух связей, образовавшихся вследствие замещения водорода, превращает протопорфирин в гем. Структура гема целиком расположена в одной плоскости. В процессе переноса кислорода гемоглобином молекула O2 обратимо связывается с гемом, при этом валентность железа не изменяется.