Типы гемоглобна – физиологические и патологические, их биологическое и клиническое значение

Гемоглобин

Миоглобин

Миоглобин – хромопротеид, содержащийся в мышцах. Он обладает простетической группой – гемом, циклическим тетрапирролом, придающим ему красный цвет. Тетрапиррол состоит из 4 пиррольных колец, соединенных в плоскую молекулу метиленовыми мостиками. Атом железа занимает центральное положение в этой плоской молекуле. Железо составе гема цитохромов способно менять свою валентность, в гемоглобине и миоглобине изменение валентности железа нарушает их функцию. Главная функция и гемоглобина и миоглобина – связывание кислорода.

Миоглобин – сферическая молекула, состоит из 153 аминокислот с общей молекулярной массой 17000. он состоит из одной цепи, аналогичной субъединице Нb. На уровне вторичной структуры он образует 8 α-спиральных участков, захватывающих почти 75% всех аминокислот молекулы. Атом железа в геме миоглобина, не связанный с кислородом, выступает из плоскости молекулы на 0,03 нм. В оксигенированной форме атом железа как бы погружается в плоскость молекулы гема. Образуя связь с одной из молекул гистидина глобиновой части, железо при соединении с кислородом изменяет и конформацию белка. Миоглобин удобен для хранения кислорода, но не удобен для транспорта его по крови. Это объясняется процессом насыщения миоглобина в зависимости от парциального давления кислорода. Так как в легких парциальное давление кислорода 13,3 кПа, миоглобин хорошо бы насыщался кислородом, но в венозной крови это давление составляет 5,3 кПа, а в мышцах ещё меньше – 2,6 кПа. Миоглобин в таких условиях сможет отдавать мало кислорода и будет недостаточно эффективен в транспорте кислорода от легких к тканям.

Гемоглобин – состоит из белка глобина и небелковой части гема, в составе которого имеется атом Fе(II).

Молекула Нb содержит 4 гема и является белком с четвертичной структурой (4 субъединицы – 2 α-цепи и 2 β-цепи, каждая из которых имеет свою третичную структуру и особым образом уложена вокруг кольца гема). Каждая из субъединиц похожа на молекулу миоглобина. Молекула гемоглобина способна присоединять 4 молекулы О₂. Гемоглобин переносит кислород от легких к тканям, а углекислый газ в обратном направлении.

Изменения конформации позволяют гемоглобину не только регулировать обеспечение кислородом тканей, но и участвовать в поддержании кислотно-основного равновесия в организме.

Выяснилось, что у человека имеются три основных типа нормального гемоглобина:

· эмбриональный U

· фетальный - F

· гемоглобин взрослого человека - А. HbА.

Кроме нормальных типов гемоглобина в настоящее время известно свыше 50 его патологических вариантов.

Как нормальные, так и патологические типы гемоглобина различаются не по структуре протопорфиринового кольца, а построению глобина. Разница может заключаться в изменении целых пар полипептидных цепей в гемоглобиновой молекуле, или при сохранении тех же полипептидных цепей, замещаются на определенном месте в первичной структуре одна аминокислота другой.

ОКСИГЕМОГЛОБИН

Нb + О₂ → НbО₂ – оксигемоглобин – в капиллярах легких Нb насыщается кислородом при высоком парциальном давлении (100 мм.рт.ст.).

КАРБГЕМОГЛОБИН

В капиллярах тканей, где парциальное давление кислорода низкое (5 мм.рт.ст.) НbО₂ → на Нb и О₂. Кислород переходит в ткани, а освободившийся Нb соединяется с поступившим из тканей СО₂ и превращается в НbСО₂ – карбгемоглобин, который переносится с кровью к легким. В легочных капиллярах НbСО₂ → Нb + СО₂. СО₂ выводится из организма при выдыхании, а Нb вновь насыщается кислородом.

МЕТГЕМОГЛОБИН

Метгемоглобин - производное гемоглобина, в котором двухвалентный атом железа переходит в трехвалентный. При процессах обмена в эритроцитах всегда образуются известные количества метгемоглобина, который, однако, восстанавливается обратно в гемоглобин под воздействием фермента метгемоглобинредуктазы, так что в цельной крови здорового человека метгемоглобин не превышает 2% общего содержания гемоглобина (0,03-0,3 г%).

КАРБОКСИГЕМОГЛОБИН При отравлении угарным газом в крови образовывается карбоксигемоглобин Нb + СО → НbСО – прочное соединение, препятствует образованию НbО₂ и транспорту кислорода. Возникает кислородное голодание.

СУЛЬФОГЕМОГЛОБИН Химическая структура сульфогемоглобина не выяснена. Вероятно, две виниловые группы гемоглобина соединяются, посредством SО₂-мостиков, с соседними метиновыми связями. В норме, сульфогемоглобина в крови нет. Он появляется при отравлениях соединениями сурьмы, фенацетином, бромом, сульфонамидами, нитратами (колодезная вода), серными соединениями и пр.

Типы гемоглобина имеют большое значение не только для диагноза, но и перемежают вопрос о патогенезе анемии из чисто морфологической области в биохимическую. Анемии, вызванные появлением патологического типа гемоглобина, называются гемоглобинопатиями (наследственные) или гемоглобинозами.

СЕРПОВИДНО – КЛЕТОЧНАЯ АНЕМИЯ Классическим примером является серповидно-клеточная анемия. Синтезируется β-цепь необычного состава, в которой валин занимает место глутаминовой кислоты, присутствующей в нормальном НbА. Изменение такое вызывает нарушение структуры и свойств Нb, который обозначается НbS – он легко выпадает в осадок, обладает сниженной способностью переносить кислород. В результате эритроциты, содержащие НbS приобретают форму серпа. Клинически: нарушается кровообращение и дыхание, иногда летальный исход.

ТАЛАССЕМИИ Другая важная группа нарушений, связанных с аномалиями гемоглобина - талассемии. Для них характерна пониженная скорость синтеза альфа-цепей гемоглобина (альфа-талассемия) или бета-цепей (бета-талассемия). Это приводит к анемии, которая может принимать очень тяжелую форму.

-4-

Свойства белков определяются свойствами аминокислот, из которых состоят белки. Аминокислоты – амфотерные соединения, и это их свойство обусловлено амино- и карбоксильными группами. Число таких групп зависит от числа основных и кислых аминокислот в белковой молекуле. Все эти группы в белке находятся в ионизированном состоянии в зависимости от рН.

К физико-химической характеристике белка относят:

· размер молекул белка (молекулярная масса);

· гидрофильность и гидрофобность;

· изоэлектрическое состояние белка;

· коллоидность;

· амфотерность белков;

· осаждение белков (высаливание, денатурация);

Физико-химические свойства определяют биологическую роль белков, их участие в процессах обмена веществ, а также в формировании структуры и функций организма.

Молекулярная масса белков.

Молекулярная масса белков колеблется от нескольких тысяч до миллионов. Размеры молекул отдельных белков могут приближаться к размерам наименьших живых существ. Одной из характерных особенностей многих белков является их свойство образовывать молекулярные агрегаты, состоящие из нескольких молекул.

Гидрофильность и гидрофобность белков.

Белки обладают большим сродством к воде, т.е. вокруг белковой молекулы расположена гидратная оболочка, предохраняющая от склеивания и выпадения в осадок. Величина гидратной оболочки зависит от структуры белка. Альбумины связываются с молекулами воды и имеют большую водную оболочку, а глобулины, фибриноген присоединяет воду хуже и гидратная оболочка у них меньше.

Таким образом, устойчивость водного раствора белка определяется двумя факторами:

1) наличием электрического заряда белковой молекулы;

2) находящаяся вокруг молекулы водная оболочка.

При удалении этих факторов белок выпадает в осадок.

Изоэлектрическое состояние белка.

Белки также при определенном значении рН имеют нейтральный заряд, такое значение рН называют изоэлектрической точкой белка (рJ). При рН ниже рJ увеличивается число положительных зарядов и молекула белка становится катионом. При рН выше рJ увеличивается число отрицательных зарядов и белок становится анионом. рJ большинства природных белков находятся в пределах рН 2,7 – 7,9. Значение рJ белка важно для разделения белков методом электрофореза, который занимает а лабораторной практике важное место.

Все несущие заряд частицы передвигаются в электрическом поле в зависимости от величины заряда. Постоянное электрическое поле можно получить, используя источники постоянного напряжения и пропуская постоянный ток через буферный раствор. Выбирая рН буферного раствора, можно управлять характером распределения белков в электрическом поле. Скорость перемещения молекул зависит от ряда факторов:

· присутствия других ионов,

· температуры,

· молекулы носителя, на котором проводится разделение,

· величины заряда самой белковой молекулы.

Метод разделения, учитывающий все указанные факторы называется электрофорезом. Его применяют как для разделения белков, так и любых частиц, имеющих заряд.

Вначале разделение белков проводили в буферном растворе (электрофорез со свободной границей), а затем большое распространение получил электрофорез на носителях. Носителем служат полоски бумаги, ацетатцеллюлозы, агаровый, крахмальный, полиакриламидный гель, смоченные или содержащие буферный раствор. В клинической практике наибольшую популярность приобрел электрофорез на ацетатцеллюлозных полосках для разделения белков плазмы крови. Обычно белки плазмы в стандартных условиях электрофореза (буферный раствор рН 8,8) разделяются на 5 фракций. Полоски пропитывают красителем, который количественно связывается с белками, что позволяет после извлечения краски количественно оценить элекрофореграмму. Соотношение между отдельными фракциями меняется при разных заболеваниях.

Дата добавления: 2014-01-05