Строение одного протомера.

Каждый протомер имеет белковую часть и небелковую – гем.

Скелетом гема является кольцо порфина. Порфин – это 16-членное кольцо (макроцикл), построенное из 4 пятичленных азотсодержащих гетероциклов пиррола и его изомеров, соединенных между собой по альфа-углеродным атомам метиновыми группами таким образом, что образуется сопряженная система. b-углеродные атомы во всех кольцах порфина могут быть связаны с различными группами, в частности, метильными, винильными и остатками пропионовой кислоты, образуя молекулы различных протопорфиринов. Протопорфирины имеют много изомеров в зависимости от положения заместителей в макроцикле. Один из его изомеров, имеющий в положениях 1,3,5,8 метильные группы, в положениях 2 и 4 – винильные группы и в положениях 6 и 7 – пропильные, получил название протопорфирин IX (1,3,5,8- тетраметил-2,4-дивинил-6,7-дипропионовокислый порфин).

Рис. 1 Структура гема.

Комплекс протопорфина IX с Fe⁺² называется гемом, а с Fe⁺³ – гемином.

Координационное число для железа равно шести. В геме железо связано двумя ковалентными связями с атомами азота II и IV колец и двумя координационными связями с атомами азота I и III колец.

Гем соединяется с белковой частью (глобином) гидрофобными связями между пиррольными циклами и гидрофобными радикалами аминокислот. Кроме того, имеется координационная связь между атомом железа и имидазольным кольцом одного из остатков гистидина в глобине. За счет еще одной координационной связи к атому железа может присоединяться молекула кислорода с образованием оксигемоглобина; валентность железа при этом не изменяется.

Рис.2. Смещение проксимального гистидина при оксигенировании дезоксигемоглобина

Пиррольные кольца гема расположены в одной плоскости, в то время как атом железа несколько выступает из этой плоскости.

При присоединении кислорода железо перемещается в плоскость пиррольных колец. Так как железо связано с остатком гистидина пептидной цепи, то происходит и перемещение участка пептидной цепи, то есть изменяется конформация белка. Таким образом, присоединение кислорода сопровождается изменением пространственной структуры.

Присоединение кослорода к гемоглобину носит кооперативный характер (труднее всего присоединяется первая молекула кислорода, а каждая последующая все легче).

Присоединение первой молекулы О₂ с a-протомером происходит трудно, происходит изменение конформации a-протомера (атом железа входит в плоскость гемма и «тянет за собой ППЦ»). При этом рвутся две ионные связи между a и a¢ субъединицами. Субъединицы приобретают большую подвижность, что облегчает присоединение второй молекулы О₂ к гему a¢-субъединицы. Оставшиеся две a-a¢ ионные связи при этом также разрываются, что дает возможность остальным гемам принять выгодное положение для присоединения кислорода. третья молекула кислорода соединяется с b субъединицей. Одна из ионных связей b-b¢ разрываются. облегчая доступ кислороду к последнему атому железа гема b¢. при этом разрывается последняя ионная связь b-b¢. В итоге 4-я молекула кислорода присоединяется к О₂ примерно в 300 раз легче, чем 1-я.

Загруженный кислородом гемоглобин отдает его сначала с трудом, а затем все легче и легче. такое кооперативное поведение гемоглобина имеет физиологическое значение. если бы гемы действовали автономно, то загрузка кислорода потребовала бы 90-кратного перепада давления. А это невозможно, следовательно, основная масса кислорода не сможет оторваться от Hb. мы задохнулись бы даже в атмосфере кислорода.

Миоглобин – относительно небольшой глобулярный белок (мол. вес 16700); осуществляет в мышцах внутриклеточный транспорт и кратковременное депонирование кислорода. Молекула его состоит из одной полипептидной цепи, содержащей 153 аминокислотных остатка. В миоглобине, как и в гемоглобине содержится железопорфириновая группа (гемогруппа, или гем), и он так же как и гемоглобин, способен обратимо присоединять кислород. Таким образом, миоглобин в структурном и функциональном отношении родствен гемоглобину, молекула которого состоит из четырех пептидных цепей и четырех гемогрупп, вследствие чего его молекулярный вес в 4 раза выше.

Рис. 4 Строение молекулы миоглобина

Миоглобин содержится в клетках скелетных мышц; в особенно больших количествах он встречается у водных млекопитающих, например у китов, тюленей и моржей, мышцы которых настолько богаты миоглобином, что окрашены в коричневый цвет. Миоглобин служит не только для депонирования кислорода; но и для ускорения диффузии кислорода в клетке.

Остов молекулы миоглобина состоит из восьми относительно прямолинейных отрезков, разделенных между собой местами сгибов (находятся остатки пролинов). Каждый отрезок на протяжении всей своей длины закручен в виде a-спирали; наиболее длинная спираль содержит 23 аминокислотных остатка, а наиболее короткая – 7, причем все спирали являются правыми. Около 70% аминокислотных остатков, содержащихся в молекуле миоглобина, находятся в прямолинейных a-спиральных участках.

5. Гемоглобинопатии. Это состояния, связанные с изменением одного из трех свойств нормального гемоглобина- растворимость, сродство к кислороду или устойчивость к денатурации.

Гемоглобины с измененной растворимостью.

Наиболее часто встречающийся аномальный гемоглобин - серповидно-клеточный HbS, т.к. в b-цепях гемоглобина остаток глу- в положении 6 заменен на остаток валина. У индивидуумов, гомозиготных по HbS наблюдается серповидно-клеточная анемия, а гетерозиготы имеют только некоторые признаки заболевания, но обычно без клинических проявлений. У больных серповидно-клеточной анемией нормальная форма эритроцитов изменяется на форму серпа или полумесяца при превращении окси-HbS в дезокси-HbS в условиях низкого p_О2.. Серповидные зритроциты обладают повышенной механической ломкостью и имеют более короткую по сравнению с нормой продолжительность жизни. Серповидно-клеточная анемия встречается чаще в районах эндемичных по малярии, так как считается, что малярийный плазмодий вызывает в эритроцитах образование HbS.

Дефекты, обусловленные нарушением синтеза цепей гемоглобина.

Нарушение синтеза какой либо цепи гемоглобина приводит к возникновению талассемий. При a-талассемии нарушается синтез a - цепи. Это приводит к уменьшению образования всех физиологических видов гемоглобина.. b-талассемия вызвана нарушением синтеза b-цепей. При всех видах талассемии изменяется продукция эритроидных клеток в костном мозге и насыщение эритроцитов гемоглобином.

Гемоглобины с измененным сродством к кислороду.

Метгемоглобин отличается от гемоглобина наличием трехвалентного железа. В норме у взрослого человека содержится в крови гемоглобина: 132-164 г/л – у мужчин и 115-145 г/л – у женщин. Метгемоглобин составляет 0,1-0,3% от общего гемоглобина. Восстановление метгемоглобина в гемоглобин происходит при участии НАДФ.Н₂ –метгемоглобинредуктазы, в присутствии аскорбиновой кислоты. Метгемоглобинемия развивается при:

1) отравлении нитратами, нитритами, нитрозосоединениями, анилином, бромидами, сульфонамидами. Для новорожденных особую опасность представляет собой нитратсодержащая вода.

2) наследственном дефиците НАДФ-метгемоглоинредуктазы

3) наличии аномальных гемоглобинов.

Карбоксигемоглобин.

Сродство гемоглобина человека к СО больше чем в 200 раз превышает сродство к кислороду. Так как СО вытесняет О₂ из оксигемоглобина, то при отравлении СО на коже и в тканях жертвы четко различим яркий вишнево-красный цвет, характерный для HbCO.

Дата добавления: 2015-07-18