274-275

Ткани и органы. Кровь

Гемоглобин

Главная функция эритроцитов (см. с. 268) - транспорт кислорода от легких в ткани и СО₂ от тканей обратно в легкие. Высшие организмы нуждаются для этого в специальной транспортной системе, так как молекулярный кислород плохо растворим в воде: в 1 л плазмы крови растворимо только около 3,2 мл О₂. Содержащийся в эритроцитах белок гемоглобин (Hb) способен связать в 70 раз больше - 220 мл О₂/л. Содержание Hb в крови составляет 140-180 г/л у мужчин и 120-160 г/л у женщин, т. е. вдвое выше по сравнению с белками плазмы (50-80 г/л). Поэтому Hb вносит наибольший вклад в образование рН-буферной емкости крови (см. с. 280).

А. Структура гемоглобина

Гемоглобин взрослого организма (HbA, см. ниже) является тетрамером, состоящим из двух α- и двух β-субьединиц с молекулярными массами примерно 16 кДа. α- и β-цепи отличаются аминокислотной последовательностью, но имеют сходную конформацию. Примерно 80% аминокислотных остатков глобина образуют α-спирали, обозначенные буквами А-Н (см. схему). Каждая субъединица несет группу гема (формулу см. на рис. 197) с ионом двухвалентного железа в центре. При связывании O₂ с атомом железа в геме (оксигенация Hb) и отщеплении O₂ (дезоксигенация) степень окисления атома железа не меняется. Окисление Fe²⁺ до Fe³⁺ в геме носит случайный характер. Окисленная форма гемоглобина, метгемоглобин, не способна переносить O₂. Доля метгемоглобина поддерживается ферментами на низком уровне и составляет поэтому обычно только 1-2%.

Четыре из шести координационных связей атома железа в гемоглобине заняты атомами азота пиррольных колец, пятая - остатком гистидина глобина (проксимальный остаток гистидина), а шестая - молекулой кислорода в оксигемоглобине и, соответственно, Н₂О в дезоксигемоглобине.

Б. Аллостерические эффекты в гемоглобине

Аналогично аспартат-карбамоилтрансферазе (см. с. 118) Hb может находиться в двух состояниях (конформациях): обозначаемых как Т- и R-формы соответственно. Т-Форма (напряженная от англ. tense) обладает существенно более низким сродством к O₂ по сравнению с R-формой (на схеме справа). Связывание O₂ с одной из субъединиц Т-формы приводит к локальным конформационным изменениям, которые ослабляют связь между субъединицами. С возрастанием парциального давления O₂ увеличивается доля молекул Hb в высокоаффинной R-форме (от англ. relaxed). Благодаря кооперативным взаимодействиям между субъединицами с ростом концентрации кислорода повышается сродство Hb к O₂, в результате чего кривая насыщения имеет сигмоидальный вид (см. с 276).

На равновесие между Т- и R-формами влияют различные аллостерические эффекторы, регулирующие связывание O₂ гемоглобином (желтые стрелки). К наиболее важным эффекторам относятся CO₂, Н⁺ и 2,3-дифосфоглицерат [ДФГ (BPG)] (см. с. 276).

Дополнительная информация

Hb взрослого организма состоит, как упомянуто выше, из двух α- и двух β-цепей (α₂β₂). Наряду с этой основной формой (HbA₁) в крови присутствуют незначительные количества второй формы с более высоким сродством к O₂, у второй β-цепи заменены δ-цепя-ми (HbA₂, α₂δ₂). Две другие формы Hb встречаются только в эмбриональном периоде развития. В первые три месяца образуются эмбриональные гемоглобины состава ξ₂ε₂ и α₂γ₂. Затем вплоть до рождения доминирует фетальный гемоглобин (HbF, α₂δ₂), который постепенно заменяется на первом месяце жизни на HbА. Эмбриональный и фетальный гемоглобины обладают более высоким сродством к О₂ по сравнению с HbА, так как они должны переносить кислород из системы материнского кровообращения.