Hemoglobiin on peamine verevalk. Hemoglobiini ehitus ja talitlus Milline struktuur on hemoglobiinil?
![Hemoglobiin on peamine verevalk. Hemoglobiini ehitus ja talitlus Milline struktuur on hemoglobiinil?](https://i0.wp.com/konspekta.net/lektsianew/baza4/750112830072.files/image039.png)
Enamik täiskasvanute hemoglobiinist koosneb kahest alfa- ja kahest beeta-globiini ahelast (mõlemad vastavalt 141 ja 146 aminohapet). Igasse globiiniahelasse on ehitatud heemi molekul; selles sisalduv rauaaatom seob hapnikku. Ainult kahevalentne raud suudab hapnikku kanda.
Iga hemoglobiini molekul sisaldab kahte alfa-globiini ja kahte beeta-globiini ahelat, mida kodeerivad alfa-globiini klastri geenid ja beeta-globiini klastri geenid, mis paiknevad imetajatel erinevates kromosoomides.
Need geenid paiknevad klastrites: alfa-ahelaid ja sarnaseid zeta-ahelaid kodeerivad geenid asuvad 16. kromosoomil ning beeta-ahelaid ja sarnaseid gamma-, delta- ja epsilon-ahelaid kodeerivad geenid 11. kromosoomis (joonis 107.2). Tavaliselt sisaldavad hemoglobiinid kahte ahelat esimesest rühmast (alfa või zeta) ja kahte teisest (beeta, delta, epsilon või gamma).
Erinevate globiini geenide järjestikune ekspressioon ontogeneesi ajal viib domineeriva hemoglobiinitüübi muutumiseni. Seega on sünnihetkel ülekaalus gamma-ahelate, mitte beeta-ahelate süntees, mis koos alfa-ahelatega moodustavad hemoglobiini F (alfa2gamma2).Globiinigeenide normaalse aktiveerumisjärjekorra rikkumine mõne haiguse korral võib omada diagnostilist mõju. tähtsus.
Hemoglobiin moodustab umbes 95% punaste vereliblede valkudest. Hemoglobiini molekul on tetrameer, mis koosneb kahest homoloogsest dimeerist. Normaalse inimese hemoglobiin sisaldab 3 komponenti: hemoglobiin A (või A1) - Hb A, hemoglobiin A2 (Hb A2), hemoglobiin A3 (Hb A3). Hemoglobiin A1 moodustab 90% kogu hemoglobiinist, hemoglobiin A2 aga 2,5%. 7,5% on komponent A3, mis näib olevat hemoglobiin A, mis on muutunud punaste vereliblede vananemise tõttu.
Nii üksikute ahelate kui ka molekuli kui terviku konformatsioon võib muutuda, mille tulemusena moodustuvad erineva afiinsusega hemoglobiini vormid hapniku suhtes. Hemoglobiini afiinsus hapniku suhtes suureneb hapniku kinnitumisel molekuli heemidele, mis annab oksühemoglobiini dissotsiatsioonikõverale iseloomuliku S-kuju (joon. 107.1). Selle kõvera asukoht sõltub pH-st, PCO2-st, 2,3-DPG ja ATP kontsentratsioonist, temperatuurist ja globiiniahelate defektidest.
Samuti on olemas beetaahelate homotetrameerid – hemoglobiin H ja sarnased gammaahelad – hemoglobiin Bart. Neid moodustub märkimisväärses koguses ainult alfaahela puudulikkuse (alfa-talasseemia) korral ja nende tuvastamine on diagnoosimiseks oluline.
Paljude haiguste raviks on oluline mõista globiiniahela geenide järjestikuse aktiveerimise mehhanismi sobivatel ontogeneesi hetkedel, kuid meie teadmised selles valdkonnas on selgelt ebapiisavad. On teada, et globiini aktiivses sünteesis punaste vereliblede moodustumisel osaleb iga geeni regulatoorses piirkonnas võimas võimendaja. Geeni aktiveerimise põhjustab transkriptsioonifaktorite seondumine selle promootoriga. Iga geen sisaldab kolme eksonit ja kahte introni. Splaissimise käigus eemaldatakse transkriptist intronitele vastavad järjestused. Talasseemiat põhjustavad defektid võivad tekkida sünteesi mis tahes etapis – transkriptsiooni, splaissimise või translatsiooni ajal.
Hemoglobiin A (Hb A) sisaldab kahte alfa- ja kahte beetaahelat, selle valem on A2B2. Hemoglobiini A2-s (Hb A2) on beeta-ahelate asemel väga sarnased delta-ahelad. Täiskasvanutel on ka väike kogus loote hemoglobiini (Hb F), millel on beetaahelate asemel gamma-ahelad.
Hemoglobiini süntees toimub heemi ja globiini ahelate sünkroonsel moodustumisel ja nende kombineerimisel, et moodustada täielikult valmis molekul. Globiiniahelate aktiivsus ontogeneesi erinevatel etappidel on erinev. Inimese arengus võib eristada kolme perioodi, mida iseloomustab teatud tüüpi erütropoees ja teatud hemoglobiinide funktsioneerimine.
Varasemates staadiumides, kahenädalastel embrüotel, toimub erütopoees munakollase mesenhüümis. Sel perioodil ekspresseeritakse aktiivselt embrüonaalsete alfa-sarnaste zeta-ahelate ja globiinide beeta-sarnaste epsilon-ahelate geene ning sünteesitakse ka alfa- ja vähesel määral gamma-ahelaid. Megaloblastide peamised hemoglobiinid on hemoglobiin Gower 1 (Hb Gower I), mis koosneb kahest epsiloni ahelast ja kahest zeta ahelast ning hemoglobiin Gower 2 (Hb Gower II), mis koosneb kahest epsiloni ahelast ja kahest alfa ahelast, ning hemoglobiin Portland.
Kuuendal arengunädalal algab erütopoeesi teine periood, mis esineb peamiselt maksas. Zeta-globiini ahelad asenduvad täielikult alfaglobiini ahelatega, algab gamma- ja beetaahelate süntees ning epsiloni ahelate süntees väheneb järsult. Loote arengu seitsmendal nädalal langeb epsiloni ahelate tase taustatasemele ja kaob täielikult kaheksandaks nädalaks. Selle aja jooksul jätkab beetaahelate tase järk-järgult tõusu, jõudes kümnendaks arengunädalaks 10%-ni. Gamma-ahelate sünteesi märkimisväärne vähenemine ja samaaegne beeta-ahelate sünteesi suurenemine toimub mitu nädalat enne lapse sündi. Pärast sündi see protsess jätkub ja neljandaks kuuks vastab erinevate hemoglobiinivormide sisaldus lapsel nende suhtelisele sisaldusele täiskasvanul.
Iga protomeeri sees on hüdrofoobne "tasku", milles asub heem, mis on võimeline hapnikku siduma.
Hemoglobiini põhifunktsioon- hapniku ülekandmine kopsudest perifeersetesse kudedesse. Esimene hapnikumolekul muudab selle protomeeri konformatsiooni, mille külge see on kinnitatud. Kuna see protomeer on paljude sidemetega ühendatud teiste protomeeridega, muutub teiste protomeeride konformatsioon ja afiinsus ligandide suhtes. Seda nähtust nimetatakse protomeeri konformatsiooni muutuste kooperatiivsus. Konformatsioonimuutused on sellised, et hemoglobiini afiinsus 2. hapnikumolekuli suhtes suureneb. 2. ja seejärel 3. hapnikumolekuli lisamine omakorda muudab ka konformatsiooni ja hõlbustab järgnevate hapnikumolekulide lisamist. Hemoglobiini afiinsus neljanda hapnikumolekuli suhtes on ligikaudu 300 korda suurem kui 1. molekuli suhtes.
Hemoglobiini molekuli mudel. Hemoglobiini ja hapniku interaktsiooni mudel.
Lisaks hapnikule võib hemoglobiini molekul olla seotud ka teiste ligandidega. Näiteks kui Hb ühineb süsinikmonooksiidiga (II) (süsinikmonooksiid CO), moodustub see karboksühemoglobiin (HbCO). Lisaks on hemoglobiinil suurem afiinsus süsinikmonooksiidi kui hapniku suhtes. Seega, kui õhk sisaldab vingugaasi, seondub hemoglobiin sellega kergemini ja kaotab oma võime hapnikku siduda. Surm saabub lämbumisest, kudede ebapiisavast hapnikuga varustamisest.
Võimalik on teise hemoglobiini derivaadi moodustumine - karbhemoglobiin kui hemoglobiin seondub CO2-ga. CO2 aga ei seondu heemiga, vaid kinnitub globiini NH2 rühmade külge. Karbhemoglobiini moodustumist kasutatakse CO2 eemaldamiseks kudedest kopsudesse. Nii eemaldatakse 10-15% CO2-st.
Hemoglobiinide tüübid.
Hemoglobiinid võivad oma valguosa poolest erineda. Eristama füsioloogiline Ja ebanormaalne hemoglobiinide tüübid. Füsioloogilised tüübid moodustuvad keha normaalse arengu erinevatel etappidel ja ebanormaalsed füsioloogiliste hemoglobiinitüüpide globiinivalgu aminohapete järjestuse rikkumise tõttu.
Hemoglobiini füsioloogilised tüübid erinevad üksteisest inimkeha erinevatel arenguetappidel moodustunud polüpeptiidahelate või subühikute kogumi poolest - embrüonaalsest täiskasvanu seisundini. Eristatakse järgmisi hemoglobiini füsioloogilisi tüüpe:
A) Primitiivne HBP, ilmub embrüo arengu kõige varasemates staadiumides (1 - 2 nädalat) Embrüonaalne hemoglobiin - tetrameer (2α,2ε);
b) Loote hemoglobiin HbF(Ladi keelest Fetus - puuvili). HbF on loote hemoglobiini peamine tüüp ja moodustab sündides 70% kogu hemoglobiinist – see on tetrameer (2α, 2γ);
V) Täiskasvanute hemoglobiin HbA, HvA2, HvA3 (ladina keelest Adultus – täiskasvanu). HbA ilmub loote arengu hilisemates staadiumides; täiskasvanu veres on ligikaudu 95–96% HbA-st tetrameer (2α, 2β). Hemoglobiin A2 on tetrameer (2α, 2σ). Selle sisaldus täiskasvanu punastes verelibledes on 2%.
Ebanormaalsed hemoglobiinid. Neid on avastatud üle 200 ja need erinevad ahelate koostise või aminohapete asendamise poolest polüpeptiidahelates. Ebanormaalsetest hemoglobiinidest leitakse seda sageli HbS ehk sirprakuline Hb. Seda leidub sirprakulise aneemiaga patsientidel. See on Lõuna-Ameerikas, Aafrikas ja Kagu-Aasias laialt levinud haigus. Selle patoloogiaga omandavad punased verelibled hapniku madala osarõhu tingimustes sirbi kuju. Hemoglobiin S erineb mitmete omaduste poolest tavalisest hemoglobiinist. Pärast hapniku vabanemist kudedes muutub see halvasti lahustuvaks vormiks ja hakkab sadestuma spindlikujuliste kristalloidide kujul. Viimased deformeerivad rakku ja põhjustavad massilist hemolüüsi.
Sirprakulise aneemia keemiline defekt taandub ühe valgu aminohappe asendamisele teisega. Tavaliselt paiknevad hemoglobiini tetrameerse struktuuri alaühikud N-otsast kuuendal positsioonil. glutamiinhape, mille külgrühm on negatiivse laenguga ja mida iseloomustab kõrge hüdrofiilsus. Sirprakulise aneemia korral asendatakse glutamiini aminohape hüdrofoobse aminohappega - valiin. Kuid ainuüksi sellest asendamisest piisas mitte ainult punaste vereliblede kuju häirimiseks, vaid ka haiguse tekkeks.
Müoglobiin viitab ka kromoproteiinidele. See on tertsiaarse struktuuriga valk. Müoglobiini ja hemoglobiini protomeeride sekundaarne ja tertsiaarne struktuur on väga sarnane. Müoglobiini ja hemoglobiini funktsioonid on samad. Mõlemad valgud osalevad hapniku transpordis. Hemoglobiin seob hapniku alveolaarsest õhust ja toimetab selle kudedesse. Müoglobiin seob hemoglobiiniga tarnitud hapnikku ja toimib vaheühendina rakusisese hapniku transportimisel mitokondritesse, samuti hapniku säilitamiseks kudedes, luues hapnikuvaru, mida kasutatakse vastavalt vajadusele. Intensiivse lihastöö tingimustes, kui hapniku osarõhk kudedes langeb, eraldub hapnik kompleksist koos müoglobiiniga ja seda kasutatakse rakkude mitokondrites lihastööks vajaliku energia saamiseks.
4. Hemoglobiin, struktuur, omadused, bioloogiline roll
Täiskasvanu hemoglobiin on tetrameer, mis koosneb kahest α- ja kahest β-subühikust molekulmassiga ligikaudu 16 kDa. α- ja β-ahelad erinevad aminohappejärjestuse poolest, kuid neil on sarnased konformatsioonid. Igas allüksuses on heemirühm, mille keskel on raua ioon. Hb sisaldus veres on meestel 140-180 g/l ja naistel 120-160 g/l, s.o kaks korda kõrgem kui plasmavalkudel (50-80 g/l). Seetõttu annab Hb suurima panuse vere pH-puhverdusvõime kujunemisse.
Hemoglobiin sisaldab valgukomponendina globiini ja mittevalgukomponendina heemi. Hemoglobiini liigierinevused tulenevad globiinist, samas kui heem on kõigis hemoglobiinitüüpides sama. Enamiku heemi sisaldavate valkude proteesrühma struktuuri aluseks on porfüriinitsükkel, mis omakorda on tetrapürrooliühendi porfüriini derivaat.
Raua aatom asub heemipigmendi keskel, mis annab verele iseloomuliku punase värvuse. Kõik 4 heemi molekuli on "mähitud" ühe polüpeptiidahelaga. Täiskasvanu hemoglobiini molekul HbA sisaldab nelja polüpeptiidahelat, mis koos moodustavad molekuli valguosa – globiini. Kahel neist, mida nimetatakse α-ahelateks, on sama primaarstruktuur ja mõlemal on 141 aminohappejääki. Ülejäänud kaks, tähistatud β-ahelat, on samuti identselt konstrueeritud ja sisaldavad kumbki 146 aminohappejääki. Seega koosneb kogu hemoglobiini valguosa molekul 574 aminohappest. Paljudes positsioonides sisaldavad α- ja β-ahelad erinevaid aminohappejärjestusi, kuigi neil on peaaegu samad ruumilised struktuurid. Saadi tõendeid, et enam kui 20 loomaliigi hemoglobiinide struktuuris osutusid järjestuses 9 aminohapet identseks, konservatiivseks (invariantseks), määrates hemoglobiinide funktsioonid; mõned neist asuvad heemi lähedal hapniku sidumiskoha osana, teised - kera mittepolaarse sisestruktuuri osana.
2α ahelad ja 2β ahelad - 96%
3.Erütrotsüütide ehituse, arengu ja ainevahetuse tunnused.
Punased verelibled on väga spetsiifilised rakud, mis kannavad kopsudest hapnikku kudedesse ja ainevahetuse käigus tekkivat süsinikdioksiidi kudedest kopsualveoolidesse. O2 ja CO2 transport nendes rakkudes toimub hemoglobiini abil, mis moodustab 95% nende kuivjäägist.
Punaste vereliblede diferentseerumine – punased verelibled valmistuvad 2 nädalaks iseendaks saama.
Interleukiin-3 sünteesivad T-lümfotsüüdid, aga ka luuüdi rakud. See on tsütokiinide rühma kuuluv madala molekulmassiga valk - rakkude kasvu ja diferentseerumise regulaatorid.
Unipotentse erütroidrakkude edasist proliferatsiooni ja diferentseerumist reguleerib neerudes sünteesitav hormoon erütropoetiin.
Erütroblasti staadiumis diferentseerumisprotsessi käigus toimub intensiivne hemoglobiini süntees, kromatiini kondenseerumine, tuuma suuruse vähenemine ja selle eemaldamine. Saadud retikulotsüüt sisaldab endiselt globiini mRNA-d ja sünteesib aktiivselt hemoglobiini. Veres ringlevad retikulotsüüdid jäävad ilma ribosoomidest, ER-st, mitokondritest ja muutuvad kahe päeva jooksul erütrotsüütideks.
Struktuur. Spektriini (A), külgmembraani valgukompleksi (B) ja erütrotsüütide tsütoskeleti (C) struktuur. Iga spektridimeer koosneb kahest antiparalleelsest, mittekovalentselt seotud α- ja β-polüpeptiidahelast (A). Riba 4.1 valk moodustab stetriini ja aktiiniga "sõlmekompleksi", mis seondub glükoforiini tsütoplasmaatilise domeeniga läbi riba 4.1 valgu. Ankyriin ühendab spektriini plasmamembraani peamise integraalse valguga - riba 3 valguga (B). Erütrotsüütide membraani tsütoplasmaatilisel pinnal on painduv võrgustikulaadne struktuur, mis koosneb valkudest ja tagab erütrotsüüdi plastilisuse väikeste kapillaaride läbimisel (B).
Tähtis: integreeritud glükoproteiin glükoforiin esineb ainult punaste vereliblede plasmamembraanis. Valgu N-otsa osa külge on kinnitatud umbes 20 oligosahhariidahelat, mis paiknevad membraani välispinnal. Glükoforiini oligosahhariidid - ABO veregrupi süsteemi antigeensed determinandid.
Spektriin- perifeerse membraani valk, mis ei ole kovalentselt seotud membraani lipiidide kaksikkihi tsütoplasmaatilise pinnaga , on erütrotsüütide tsütoskeleti peamine valk. Spektriin koosneb domeenistruktuuriga α- ja β-polüpeptiidahelatest; Dimeeri α- ja β-ahelad on antiparalleelsed, üksteisega keerdunud ja interakteeruvad paljudes punktides mittekovalentselt. Spektriin võib membraanile kinnituda ka valgu abil ankyrina. See suur valk seondub β-spektriini ahelaga ja integraalse membraanivalgu tsütoplasmaatilise domeeniga - orava triibud 3(C1- ja HCO3-ioonide valgukandja läbi erütrotsüütide plasmamembraani passiivse antiporti mehhanismi kaudu) . Ankirin pole mitte ainult fikseerib membraanil spektriini, aga ka vähendab 3. riba valgu difusioonikiirust lipiidide kihis.
Ainevahetus
Glükoosi metabolism
Punastel verelibledel puuduvad mitokondrid, mistõttu saavad nad energiamaterjalina kasutada ainult glükoosi. Glükoos siseneb punastesse verelibledesse läbi hõlbustatud difusiooni GLUT-2 abil. Umbes 90% sissetulevast glükoosist kasutatakse anaeroobses glükolüüsis ja ülejäänud 10% kasutatakse pentoosfosfaadi rajas.
Erütrotsüütide anaeroobse glükolüüsi oluline tunnus võrreldes teiste rakkudega on ensüümi bisfosfoglütseraadi mutaas. Bisfosfoglütseraadi mutaas katalüüsib 2,3-bisfosfoglütseraadi (toimib hemoglobiiniga hapniku sidumise olulise allosteerilise regulaatorina) moodustumist 1,3-bisfosfoglütseraadist.
Erütrotsüütides sisalduvat glükoosi kasutatakse ka pentoosfosfaadi rajas, mille oksüdatsioonistaadiumis moodustub glutatiooni redutseerimiseks vajalik koensüüm NADPH.
Hapniku neutraliseerimine
Kõrge hapnikusisaldus erütrotsüütides määrab superoksiidi anioonradikaali (O2-), vesinikperoksiidi (H2O2) ja hüdroksüülradikaali (OH.) moodustumise suure kiiruse. Punased verelibled sisaldavad ensümaatilist süsteemi, mis takistab reaktiivsete hapnikuliikide toksilisi mõjusid ja punaste vereliblede membraanide hävimist. Erütrotsüütide reaktiivsete hapnikuliikide pidev allikas on hemoglobiini mitteensümaatiline oksüdatsioon methemoglobiiniks:
Methemoglobiini reduktaasi süsteem koosneb tsütokroom B5 ja flavoproteiin tsütokroom b5 reduktaas, mille vesiniku doonor on NADH, mis moodustub glükolüüsi glütseraldehüüddehüdrogenaasi reaktsioonis
Tsütokroom B5 vähendab methemoglobiini Fe3+ kuni Fe2+:
Hb-Fe3+ + tsit. b5 taastatud → HbFe2+ + cit. b5 ok. .
Tsiteeri B5 ok + NADH → tsit. B5 taastamine +NAD+.
Superoksiidi anioon muundatakse vesinikperoksiidiks ensüümi superoksiidtsismutaasi toimel:
O2- + O2- + H+ → H2O2 + O2.
Vesinikperoksiidi lõhustavad katalaas ja seleeni sisaldav ensüüm glutatioonperoksüdaas. Selles reaktsioonis on vesiniku doonoriks glutatioon – tripeptiid glutamüültsüsteinüülglütsiin (GSH) (vt lõik 12).
2H2O → 2H2O + O2; 2GSH + 2H2O2 → GSSG + 2H2O.
Oksüdeeritud glutatiooni (GSSG) redutseerib NADPH-sõltuv glutatioonreduktaas. NADP redutseerimise selles reaktsioonis tagavad pentoosfosfaadi raja oksüdatiivsed reaktsioonid (vt lõik 7).
Hemoglobiin on osa valkude rühmast hemoproteiinid, mis ise on kromoproteiinide alatüüp ja jagunevad mitteensümaatiline valgud (hemoglobiin, müoglobiin) ja ensüümid (tsütokroomid, katalaas, peroksidaas). Nende mittevalguline osa on heem – struktuur, mis sisaldab porfüriinitsüklit (koosneb 4 pürroolitsüklist) ja Fe 2+ iooni. Raud seondub porfüriinitsükliga kahe koordinatsiooni- ja kahe kovalentse sidemega.
Hemoglobiini struktuur
Hemoglobiini A struktuur
Hemoglobiin on valk, mis koosneb 4 heemi sisaldavast valgu subühikust. Protomeerid on omavahel ühendatud hüdrofoobsete, ioonsete ja vesiniksidemetega ning nad ei interakteeru suvaliselt, vaid läbi kindla piirkonna – kontaktpinna. See protsess on väga spetsiifiline, kontakt toimub samaaegselt kümnetes punktides komplementaarsuse põhimõtte kohaselt. Interaktsiooni viivad läbi vastupidiselt laetud rühmad, hüdrofoobsed piirkonnad ja ebakorrapärasused valgu pinnal.
Normaalse hemoglobiini valgu subühikuid võivad esindada erinevat tüüpi polüpeptiidahelad: α, β, γ, δ, ε, ξ (vastavalt kreeka keeles - alfa, beeta, gamma, delta, epsilon, xi). Hemoglobiini molekul sisaldab: kaks ketid kaks erinevad tüübid.
Heem seondub valgu subühikuga esiteks jäägi kaudu histidiin koordinatsioonisideme raud, teiseks, läbi hüdrofoobsed sidemed pürroolitsüklid ja hüdrofoobsed aminohapped. Heem asub justkui selle ahela “taskus” ja moodustub heemi sisaldav protomeer.
Hemoglobiini normaalsed vormid
Hemoglobiinil on mitu normaalset varianti:
- HbР – primitiivne hemoglobiin, sisaldab 2ξ- ja 2ε-ahelaid, leidub embrüos 7-12 elunädalal,
- HbF – loote hemoglobiin, sisaldab 2α- ja 2γ-ahelaid, ilmub pärast 12-nädalast emakasisest arengut ja on peamine 3 kuu pärast,
- HbA – täiskasvanu hemoglobiin, osakaal 98%, sisaldab 2α- ja 2β-ahelaid, ilmub lootele pärast 3 elukuud ja moodustab sündides 80% kogu hemoglobiinist,
- HbA 2 – täiskasvanute hemoglobiin, osakaal 2%, sisaldab 2α- ja 2δ-ahelaid,
- HbO 2 - oksühemoglobiin, moodustub hapniku seondumisel kopsudes, kopsuveenides moodustab see 94-98% hemoglobiini üldkogusest,
- HbCO 2 – karbohemoglobiin, moodustub süsinikdioksiidi sidumisel kudedes, veeniveres moodustab see 15-20% hemoglobiini üldkogusest.
Hemoglobiini patoloogilised vormid
HbS – sirprakuline hemoglobiin.
MetHb – methemoglobiin, hemoglobiini vorm, mis sisaldab raudiooni asemel raudiooni. See vorm tekib spontaanselt, O 2 molekuli ja heemi Fe 2+ interaktsiooni käigus, kuid tavaliselt piisab selle taastamiseks raku ensümaatilisest võimest. Sulfoonamiidide kasutamisel, naatriumnitriti ja nitraatide tarbimisel toiduainetes ning askorbiinhappe puudulikkuse korral kiireneb Fe 2+ üleminek Fe3+-ks. Saadud metHb ei suuda hapnikku siduda ja tekib kudede hüpoksia. Fe3+ vähendamiseks Fe2+-ks kasutatakse kliinikus askorbiinhapet ja metüleensinist.
Punaste vereliblede peamine valk on hemoglobiini(Hb), sisaldab see heem raudkatiooniga ja selle globiin sisaldab 4 polüpeptiidahelat.
Globiini aminohapetest domineerivad leutsiin, valiin ja lüsiin (need moodustavad kuni 1/3 kõigist monomeeridest). Tavaliselt on Hb tase veres meestel 130-160 g/l, naistel 120-140 g/l. Embrüo ja lapse erinevatel eluperioodidel töötavad aktiivselt mitmesugused geenid, mis vastutavad mitmete globiini polüpeptiidahelate sünteesi eest. Seal on 6 alaühikut: α, β, γ, δ, ε, ζ (vastavalt alfa, beeta, gamma, delta, epsilon, zeta). Esimene ja viimane neist sisaldavad 141 ja ülejäänud 146 aminohappejääki. Need erinevad üksteisest mitte ainult monomeeride arvu, vaid ka koostise poolest. Sekundaarse struktuuri moodustamise põhimõte on kõigil ahelatel ühesugune: need on vesiniksidemete tõttu tugevalt (kuni 75% pikkusest) spiraalsed. Sellise moodustise kompaktne paigutamine ruumi viib tertsiaarse struktuuri tekkimiseni; Veelgi enam, see loob tasku, kuhu heem sisestatakse. Saadud kompleksi säilitatakse ligikaudu 60 hüdrofoobse interaktsiooni kaudu valgu ja proteesrühma vahel. Sarnane gloobul ühineb 3 sarnase subühikuga, moodustades kvaternaarse struktuuri. Tulemuseks on valk, mis koosneb 4 polüpeptiidahelast (heterogeenne tetrameer), mis on tetraeedri kujuline. Hb kõrge lahustuvus säilib ainult erinevate ahelapaaride juuresolekul. Kui sarnased ühinevad, järgneb kiire denaturatsioon, mis lühendab punaste vereliblede eluiga.
Sõltuvalt kaasatud protomeeride olemusest eristatakse järgmist: liiki normaalsed hemoglobiinid. Embrüo eksistentsi esimese 20 päeva jooksul moodustuvad retikulotsüüdid Hb P(Primitiivne) kahe võimaluse kujul: Hb Gower 1, mis koosneb paarikaupa ühendatud zeta ja epsilon ahelatest ja Hb Gower 2 , milles zeta järjestused on juba asendatud alfaga. Ühte tüüpi struktuuride tekke muutmine teiseks toimub aeglaselt: esiteks ilmuvad üksikud rakud, mis toodavad erinevat varianti. Nad stimuleerivad uute rakkude kloone, mis sünteesivad teist tüüpi polüpeptiide. Hiljem hakkavad domineerima erütroblastid, mis järk-järgult asendavad vanu. Loote 8. elunädalal algab hemoglobiini süntees F=α 2 γ 2, kui sünniakt läheneb, ilmuvad retikulotsüüdid sisaldavad HbA=α 2 β 2. Vastsündinutel moodustab see 20-30%, tervel täiskasvanul on selle osa 96-98% selle valgu kogumassist. Lisaks sisaldavad üksikud punased verelibled hemoglobiine HbA2 =α 2 δ 2 (1,5 – 3%) ja lootel HbF(tavaliselt mitte rohkem kui 2%). Kuid mõnes piirkonnas, sealhulgas Transbaikalia põliselanike seas, suurendatakse viimaste liikide kontsentratsiooni 4% -ni (normaalne).
Hemoglobiini vormid
Kirjeldatakse selle hemoproteiini järgmisi vorme, mis tekivad pärast interaktsiooni ennekõike gaaside ja muude ühenditega.
Deoksühemoglobiin – gaasivaba valguvorm.
Oksühemoglobiin - valgu molekuli hapniku lisamise saadus. Üks Hb molekul on võimeline hoidma 4 gaasimolekuli.
Karbhemoglobiin eemaldab selle valgu lüsiiniga seotud kudedest CO 2.
Süsinikmonooksiid, mis tungib atmosfääriõhuga kopsudesse, ületab kiiresti alveolaarkapillaarmembraani, lahustub vereplasmas, difundeerub erütrotsüütidesse ja interakteerub desoksü- ja/või oksü-Hb-ga:
Moodustatud karboksühemoglobiin ei suuda enda külge hapnikku siduda ja süsinikmonooksiid suudab siduda 4 molekuli.
Hb oluline derivaat on methemoglobiin , mille molekulis on rauaaatom oksüdatsiooniastmes 3+. See hemoproteiini vorm moodustub erinevate oksüdeerivate ainete (lämmastikoksiidid, nitrobenseen, nitroglütseriin, kloraadid, metüleensinine) mõjul, mille tulemusena väheneb funktsionaalselt olulise oksüHb hulk veres, mis häirib hapniku tarnimist kudedes, põhjustades neis hüpoksia teket.
Globiini ahelate terminaalsed aminohapped võimaldavad neil reageerida monosahhariididega, peamiselt glükoosiga. Praegu eristatakse mitmeid Hb A alatüüpe (0 kuni 1c), milles beetaahelate valiini külge on seotud oligosahhariidid. Eriti kergesti reageerib hemoproteiini viimane alatüüp. Saadud kujul ilma ensüümi osaluseta glükosüülitud hemoglobiin muudab oma afiinsust hapniku suhtes. Tavaliselt moodustab see Hb vorm mitte rohkem kui 5% selle koguhulgast. Suhkurtõve korral suureneb selle kontsentratsioon 2-3 korda, mis soodustab kudede hüpoksia tekkimist.
Hemoglobiini omadused
Kõik teadaolevad hemoproteiinid (I jaotis) on struktuurilt sarnased mitte ainult proteeside rühmaga, vaid ka apoproteiiniga. Teatav sarnasus ruumilises paigutuses määrab ka toimimise sarnasuse – vastastikmõju gaasidega, peamiselt hapniku, CO 2, CO, NO. Hemoglobiini peamine omadus on võime kopsudes (kuni 94%) pöörduvalt seonduda ja seda tõhusalt kudedesse vabastada. hapnikku. Kuid selle valgu jaoks on tõeliselt ainulaadne kombinatsioon hapniku sidumise tugevusest kõrgete osaliste pingete korral ja selle kompleksi dissotsiatsiooni lihtsusest madala rõhu piirkonnas. Lisaks sõltub oksühemoglobiini lagunemise kiirus keskkonna temperatuurist ja pH-st. Süsinikdioksiidi, laktaadi ja muude happeliste saaduste akumuleerumisel vabaneb hapnik kiiremini ( Bohri efekt). Palavik töötab ka. Alkaloosi ja hüpotermia korral järgneb vastupidine nihe, paranevad tingimused Hb küllastumiseks kopsudes hapnikuga, kuid gaasi vabanemise täielikkus kudedesse väheneb. Sarnast nähtust täheldatakse hüperventilatsiooni, külmumise jne ajal. Ägeda hüpoksia tingimustes aktiveerivad punased verelibled glükolüüsi, millega kaasneb 2,3-DPHA sisalduse suurenemine, mis vähendab hemoproteiini afiinsust hapniku suhtes ja aktiveerib kudedes vere deoksügeenimise. Huvitav on see, et loote hemoglobiin ei interakteeru DFHA-ga, säilitades seetõttu nii arteriaalses kui ka venoosses veres suurenenud hapnikuafiinsuse.
Hemoglobiini moodustumise etapid
Hemoglobiini süntees, nagu mis tahes muu valk, nõuab maatriksi (mRNA) olemasolu, mida toodetakse tuumas. Punastel verelibledel, nagu teada, ei ole organelle; seetõttu on heemvalkude teke võimalik ainult eellasrakkudes (erütroblastid, lõpevad retikulotsüütidega). See protsess toimub embrüodes maksas, põrnas ja täiskasvanutel lamedate luude luuüdis, kus vereloome tüvirakud paljunevad pidevalt ja toodavad igat tüüpi vererakkude (erütrotsüüdid, leukotsüüdid, trombotsüüdid) prekursoreid. Esimese moodustamine on reguleeritud erütropoetiin neerud Paralleelselt globiini tekkega tekib heem, mille kohustuslikuks komponendiks on rauakatioonid.