Часть IV. Физиология систем внутренних органов

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.

Оксигемоглобин (НbО2). Присоединяя кислород, Нb превращается в оксигемоглобин. Для того чтобы подчеркнуть, что валентность железа при этом связывании не меняется, реакцию называют не окислением, а оксигенацией. Обратный процесс называется дезоксигенацией. Когда хотят специально отметить, что гемоглобин не связан с кислородом, его называют дезоксигемоглобином (обозначают как HbH). Для ассоциации и диссоциации O2 необходимо, чтобы атом железа гема был в восстановленном состоянии (Fe2+).

При включении в гем трехвалентного железа (Fe3+) образуется метгемоглобин — очень плохой переносчик O2.

Метгемоглобин (MetHb) — Hb, содержащий железо гема в трехвалентной форме (Fe3+), не переносит О2; прочно связывает O2, так что диссоциация последнего затруднена. Это приводит к метгемоглобинемии и неизбежным нарушениям газообмена. Образование MetHb может быть наследственным или приобретенным. В последнем случае это результат воздействия на эритроциты сильных окислителей. К ним относят нитраты и неорганические нитриты, сульфаниламиды и местные анестетики (например, лидокаин). Метгемоглобин образуется в организме в естественных условиях, однако в эритроцитах содержится фермент метгемоглобинредуктаза, восстанавливающий его до «нормального» гемоглобина с двухвалентным железом.

Карбоксигемоглобин (HbCO) — плохой переносчик кислорода. Hb легче (примерно в 200 раз), чем с O2, связывается с монооксидом углерода СО (угарный газ), образуя карбоксигемоглобин (O2 замещен CO). При связывании гемоглобина с угарным газом окислительные обменные процессы страдают в такой же степени, как и при отсутствии кислорода. Именно поэтому СО, содержащийся в выхлопных газах автомобилей или образующийся при неправильной топке углем или дровами (с неполным сгоранием топлива), обладает чрезвычайно токсичным действием.

Гемоглобин, связанный с СO2, называется карбаминогемоглобином (HbCO2, или упрощенно карбогемоглобином). При этом CO2 присоединяется к концевой аминогруппе глобина.

Гликозилированный Hb (HbA1C) — гемоглобин человека (А1), модифицированный ковалентным присоединением к нему глюкозы (норма HbA1C равна 5,8–6,2%). К одним из первых признаков сахарного диабета относят увеличение в 2–3 раза количества HbA1C. Этот Hb имеет худшее сродство к кислороду, чем обычный Hb.