соединение гемоглобина с лекарственными веществами

Соединения гемоглобина, их функции

Гем — это комплексное соединение протопорфирина ІX с железом. Он крайне неустойчив и легко превращается либо в гематин с окислением двухвалентного железа до трехвалентного и присоединением к последнему ОН, либо в гемин, содержащий вместо ОН- ионизированнный хлор. Структура гема идентична для гемоглобина всех видов животных. Различия в свойствах гемоглобина обусловлены различиями белкового компонента. Как известно, молекула гемоглобина представляет собой тетрамер, состоящий из двух пар полипептидных цепей, каждая из которых соединена с гемом. Совокупность четырех попарно одинаковых полипептидных цепей образует белковую часть молекулы гемоглобина — глобин.

ГЕМОГЛОБИН, ЕГО СОСТАВ И ЗНАЧЕНИЕ

Гемоглобин (от греческого haema — кровь и латинского glomus — шарик) относится к числу важнейших дыхательных белков, осуществляющих транс­порт кислорода от легких к тканям, а также косвенно участвующих в перено­се углекислоты. Гемоглобин — основной компонент эритроцитов крови всех позвоночных и некоторых беспозвоночных животных. В каждом эритроците содержится около 280 млн. молекул гемоглобина. Гемоглобин — сложный протеин, относится к классу так называемых хромопротеидов (гемопротеинов), состоит из железосодержащих групп гема и белкового остатка глоби­на. На долю гема приходится 4%, и на белковую часть — 96%. Молекулярная масса гемоглобина составляет 64 500 Д.

Динамическое взаимодействие гема с глобином придает гемоглобину уникальные свойства, необходимые для обратимого процесса транспорта ки­слорода.

В крови взрослого человека содержится в основном НbА (95-98%), а
также НbА₂ (2-2,5%), HbF (0,1-2%). На протяжении всей жизни соотношение
НbА и НbА₂ в норме составляет 30:1. Молекула НbА включает две α- и две β-полипептидные цепи. В настоящее время полностью определена первичная структура глобиновых цепей молекулы НbА. α — и β -цепи отличаются как по числу, так и по составу аминокислот; α -цепи состоят из 141 аминокислотно­го остатка, β -цепи — из 146 аминокислотных остатков, связанных в генетиче­ски определенной последовательности. В целом в составе молекулы гемо­глобина содержится 574 аминокислотных остатка.

Кроме нормальных типов гемоглобина, существуют аномальные гемоглобины, обусловленные различными генными мутациями на уровне структурных или регуляторных генов, управляющих синтезом полипептидных цепей. Аномальные гемоглобины отличаются своими физико-химическими свойствами, структурой глобиновой части молекулы. В настоящее время установлено более 200 аномальных гемоглобинов.

Внутри эритроцита имеются определенные особенности расположения гемоглобина. Ближе к мембране молекулы гемоглобина располагаются в строго перпендикулярном направлении, что облегчает взаимодействие гемо­глобина с кислородом. В центре эритроцита обнаружено более хаотическое расположение его молекул. Гиалоплазма содержит многочисленные гранулы гемоглобина размером около 4-5 нм.

У мужчин содержание гемоглобина в среднем составляет 130-160 г/л, у женщин- 120-140 г/л.

Эритроциты, нормально насыщенные гемоглобином, получили название нормохромных, со сниженным количеством — гипохромных, а с повышен­ным содержанием гемоглобина — гиперхромных.

Важнейшими соединениями гемоглобина являются оксигемоглобин и восстановленный (редуцированный) гемоглобин. В составе этих соедине­ний гемоглобина сохраняется двухвалентное железо, а следовательно, не из­меняется способность гемоглобина к связи с О₂.

При воздействии на гемоглобин окислителей (перекисей, супероксидно­го анион-радикала, нитритов, нитропроизводных органических веществ — хининов) происходит истинное окисление гемоглобина с отнятием электро­на, превращением железа гемоглобина из двухвалентного в трехвалентное и соответствующими изменениями центральной части геминовой группы. В связи с этим образуется метгемоглобин, который не способен вступать в об­ратимую реакцию с О₂ и обеспечивать его транспорт.

Из тканей различных органов, особенно кишечника, постоянно посту­пают в кровь вещества, вызывающие образование метгемоглобина в услови­ях нормы в очень небольших количествах. Это связано с наличием в эритро­цитах антиоксидантов, в частности системы глютатиона, аскорбиновой ки­слоты, препятствующих образованию метгемоглобина или обеспечивающих его восстановление при участии фермента НАД-Н-метгсмоглобинредуктазы.

В условиях патологии при поступлении в кровь значительного количест­ва метгемоглобинобразователей возникает недостаточность антиоксидантной системы эритроцитов, что приводит к чрезмерному образованию метгемог­лобина и отравлению организма.

Если количество метгемоглобина в крови превышает 50% общего количества гемоглобина, то возникает тяжелая гемическая гипоксия, обусловленная недостаточностью транспорта О₂ эритроцитами, и угроза летального ис­хода отравления. Метгемоглобин может быть быстро восстановлен в гемо­глобин при помощи различных органических и неорганических восстанови­телей (аскорбиновой кислоты, глютатиона, гидросульфита и др.) лишь in vitro. Между тем in vivo эти средства непригодны либо из-за медленного проникновения их в эритроциты или вследствие их ядовитости.

Восстановление метгемоглобина в гемоглобин в эритроцитах происхо­дит в процессе ферментативных реакций с участием дегидрогеназ и соответ­ствующих субстратов — молочной кислоты, глюкозы, глюкозо-6-фосфата.

Карбоксигемоглобин— соединение гемоглобина с угарным газом — окисью углерода (СО). Закономерности насыщения гемоглобина окисью уг­лерода такие же, что и для насыщения гемоглобина кислородом. Разница за­ключается в том, что сродство СО к гемоглобину в 300 раз выше, чем О₂ к гемоглобину; распад карбоксигемоглобина происходит в 10 000 раз медлен­нее, чем оксигемоглобина.

Высокое сродство гемоглобина к СО обусловливает высокую ядовитость угарного газа. Примесь даже 0,1% СО в окружающем воздухе приводит к тому, что почти 80% гемоглобина оказывается связанным с угарным газом и выключается из функции переноса кислорода.

Миоглобин— вещество, близкое по структуре гемоглобину, находится в мышцах (миогемоглобин). В большом количестве он содержится в сердечной мышце, особенно в сердце животных, способных долго находиться под во­дой — тюленей, дельфинов, китов. Связывая О₂, миоглобин создает некото­рый его запас, своеобразное депо кислорода, который используется при сни­жении кислородной емкости крови, при развитии гипоксии различного про­исхождения. За счет миоглобина осуществляется также обеспечение кисло­родом работающих мышц. При сокращении мышц наблюдаются сдавление капилляров, нарушение кровотока с развитием гипоксического состояния в мышцах. Однако благодаря наличию кислорода, связанного с миоглобином, в течение некоторого времени мышечные волокна снабжаются кислородом. Касаясь структурных особенностей миоглобина, следует отметить, что структура простетической группы его такая же, как и у гемоглобина; между тем белковая часть обладает меньшей молекулярной массой (около 17 000 Д) и включает 153 аминокислотных остатка. Миоглобин обладает большим сродством к кислороду, присоединяет около 14% общего количества кисло­рода в организме. Сродство миоглобина к окиси углерода значительно меньше, чем у гемоглобина.

Главными функциями гемоглобина являются дыхательная и буфер­ная. Выполнение указанных функций гемоглобином возможно лишь при со­хранении целостности эритроцитов, так как при гемолизе эритроцитов и вы­ходе гемоглобина в плазму крови он быстро выводится из организма за счет фагоцитоза клетками мононуклеарной фагоцитирующей системы, а также в силу быстрого удаления через почки.

Один моль гемоглобина может связать до 4 молей кислорода, а 1 г гемоглобина может связать 1,345 мл кислорода. Кислородная емкость крови — это максимальное количество кислорода, которое может быть связано 100 мл крови. Насыщение гемоглобина кислородом составляет 96-98%.

Связывание кислорода происходит в процессе так называемой оксигенации, а не истинного окисления. Железо в оксигемоглобине остается двухвалентным. Кислород, соединяясь с гемом первой α-цепи, вызывает конформационные перестройки в геме, что облегчает присоединение кислорода ко второй α-цепи. При этом возникает вновь разрыв двух солевых мостиков между α₁ и α₂— субъединицами с выделением протонов. Конформационные перестройки α -цепей в процессе оксигенации приводят к изменению поло­жения валина в β -цепях и освобождению места для присоединения О₂. Оксигенация β-цепей также сопровождается разрывом солевых мостиков между α-β и β-β -цепями с выделением протонов и переходом всей молекулы в оксиконформацию.

При выполнении дыхательной функции молекула гемоглобина изменяет свои размеры подобно дышащей грудной клетке. Это послужило основанием для того, чтобы назвать гемоглобин «дышащей молекулой, или молекуляр­ными легкими».

Соотношение между количеством гемоглобина и оксигемоглобина определяется в значительной степени парциальным давлением кислорода в крови, хотя при этом и не соблюдается линейная зависимость. Это соотношение выражается в виде кривой диссоциации оксигемоглобина.

Участие гемоглобина в регуляции рН крови (буферная функция) связано с его ролью в транспорте кислорода и углекислого газа. Следует отметить нали­чие в организме гемоглобиновой и оксигемоглобиновой буферных систем.

Дата добавления: 2014-01-20 ; Просмотров: 3249 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

источник

Виды гемоглобина, его соединения, их физиологическое значение

Виды гемоглобина.

Различают три вида гемоглобина; первоначально эмбрион имеет примитивный гемоглобин (HbP) – до 4-5 мес. внутриутробной жизни, затем начинает появляться фетальный гемоглобин (HbF), количество которого увеличивается до 6–7 мес. внутриутробной жизни. С этого срока происходит увеличение гемоглобина А (взрослого) максимальная величина которого достигает к 9 мес. внутриутробной жизни (90%). Количество фетального гемоглобина при рождении является одним из признаков доношенности: чем больше HbF, тем менее доношенный ребенок. Следует отметить, что HbF в присутствии 2,3 дифосфоглицерата (ДФГ – продукт метаболизма оболочки эритроцита при недостатки кислорода) не меняет своего сродства к кислороду в отличии от HbA, сродство которого к кислороду снижается.

Виды Нв отличаются друг от друга по степени химического сродства к О2. Так, НвF в физиологических условиях имеет более высокое сродство к О2, чем НвА. Эта важнейшая особенность НвF создает оптимальные условия для транспорта О2 кровью плода.

Гемоглобин представляет собой кровяной пигмент, роль которого заключается в транспорте кислорода к органам и тканям, транспорте двуокиси углерода от тканей к легким, кроме этого он является внутриклеточным буфером, который поддерживает оптимальную для метаболизма pH. Гемоглобин содержится в эритроцитах и составляет 90% их сухой массы. Вне эритроцитов гемоглобин практически не обнаруживается.
Химически гемоглобин относится к группе хромопротеидов. Его простетическая группа, включающая железо, называется гемом, белковый компонент — глобином. Молекула гемоглобина содержит 4 гема и 1 глобин.

К физиологическим гемоглобинам относятся НЬА (гемоглобин взрослого) и HbF (фетальный гемоглобин, составляющий основную массу гемоглобина плода и исчезающий почти полностью ко 2-му году жизни ребенка). Современными электрофоретическими исследованиями доказано существование по крайней мере двух разновидностей нормального гемоглобина А: А1 (главный) и А2 (медленный). Основную массу гемоглобина взрослого (96-99%) составляет HbAl, содержание других фракций (А2 F) не превышает 1 — 4%. Каждый вид гемоглобина, вернее его глобиновая часть, характеризуется своей «полипептидной формулой». Так, HbAl обозначается как ά2 β2, то есть он состоит из двух ά-цепей и двух β-цепей (всего 574 аминокислотных остатка, расположенных в строго определенном порядке). Другие виды нормальных гемоглобинов — F, A2 обладают общей с HbAl β-пептидной цепью, но отличаются структурой второй полипептидной цепи (например, структурная формула HbF – ά2γ2).
Помимо физиологических гемоглобинов, существуют еще несколько патологических разновидностей гемоглобина. Патологические гемоглобины возникают в результате врожденного, передаваемого по наследству дефекта образования гемоглобина.

В эритроцитах циркулирующей крови гемоглобин находится в состоянии беспрерывной обратимой реакции. Он то
присоединяет молекулу кислорода (в легочных капиллярах), то отдает ее (в тканевых капиллярах).

К основным соединениям гемоглобина относятся: ННв — восстановленный гемоглобин и НвСО2 — соединение с углекислым газом (карбогемоглобин). Они в основном находятся в венозной крови и придают ей темно-вишневый цвет.

НвО2 — оксигемоглобин– находится, в основном, в артериальной крови, придавая ей алый цвет. НвО2 — чрезвычайно нестойкое соединение, его концентрация определяется парциальным давлением О2 (рО2): чем больше рО2, тем больше образуется НвО2 и наоборот. Все вышеперечисленные соединения гемоглобина относятся к физиологическим.

Гемоглобин в венозной крови с низким парциальным давлением кислорода связан с 1 молекулой воды. Такой гемоглобин называется редуцированным (восстановленным) гемоглобином. В артериальной крови с высоким парциальным давлением кислорода гемоглобин соединен с 1 молекулой кислорода и имеет название — оксигемоглобин. Путем непрерывного превращения оксигемоглобина в редуцированный гемоглобин и обратно осуществляется перенос кислорода из легких к тканям. Восприятие углекислоты в тканевых капиллярах и доставка ее в легкие также является функцией гемоглобина. В тканях оксигемоглобин, отдавая кислород, превращается в редуцированный гемоглобин. Кислотные свойства редуцированного гемоглобина в 70 раз слабее свойств оксигемоглобина, поэтому свободные валентности его связывают углекислоту. Таким образом, углекислота доставляется из тканей в легкие с помощью гемоглобина. В легких образующийся оксигемоглобин в силу своих высоких кислотных свойств вступает в связь с щелочными валентностями карбогемоглобина, вытесняя углекислоту. Так как основной функцией гемоглобина является обеспечение тканей кислородом, то при всех состояниях, сопровождающихся снижением концентрации гемоглобина в крови, или при качественных его изменениях развивается гипоксия тканей.

Однако есть и патологические формы гемоглобина.

Гемоглобин обладает способностью вступать в диссоциирующие соединения не только с кислородом и углекислый газом, но и с другими газами. В результате образуются карбоксигемоглобин, оксиазотистый гемоглобинисульфгемоглобин.
Карбоксигемоглобин (оксиуглеродный) диссоциирует в несколько сотен раз медленнее, чем оксигемоглобин, поэтому даже незначительная концентрация (0,07%) в воздухе угарного газа (СО), связывая около 50% имеющегося в организме гемоглобина и лишая его способности переносить кислород, является смертельным. Карбоксигемоглобин (НвСО) — очень прочное соединение с угарным газом, обусловленное химическими свойствами угарного газа по отношению к Нв. Оказалось, что его родство к Нв в 400-500 раз больше, чем сродство О2 к Нв. Поэтому при незначительном повышении концентрации СО в окружающей среде образуется очень большое количество НвСО. Если в организме находится много НвСО, то возникает кислородное голодание. Фактически О2 в крови очень много, а клетки тканей его не получают, т.к. НвСО — прочное соединение с О2.

Метгемоглобин представляет собой более стойкое, чем оксигемоглобин, соединение гемоглобина с кислородом, получающееся при отравлениях некоторыми лекарственными препаратами — фенацетином, антипирином, сульфаниламидами. При этом двухвалентное железо простетической группы, окисляясь, превращается в трехвалентное. Метгемоглобин (MetНв) — окисленная форма Нв, крови придает коричневую окраску. Образуется MetНв при действии на Нв любым окислителями: нитраты, перекиси, перманганат калия, красная кровяная соль и т.д. Это стойкое соединение, потому что железо из ферроформы (Fe++) переходит в ферриформу (Fe+++), необратимо связывающую О2. При образовании в организме больших количеств MetНв также возникает кислородная недостаточность (гипоксия).

Сульфгемоглобин обнаруживается в крови иногда при применении лекарственных веществ (сульфаниламидов). Содержание сульфгемоглобина редко превышает 10%. Сульфгемоглобинемия — необратимый процесс. Так как пораженные эритроциты
разрушаются в те же сроки, что и нормальные, явлений гемолиза не наблюдается и сульфгемоглобин может находиться в крови в течение нескольких месяцев. На этом свойстве сульфгемоглобина основан метод определения сроков пребывания нормальных эритроцитов в периферической крови.

источник

Гемоглобин и его соединения

Гемоглобин и его соединения

Гемоглобин – особый белок хромопротеида, благодаря которому эритроциты выполняют дыхательную функцию и поддерживают рН крови. У мужчин в крови содержится в среднем 130–160 г/л гемоглобина, у женщин – 120–150 г/л.

Гемоглобин состоит из белка глобина и 4 молекул гема. Гем имеет в своем составе атом железа, способный присоединять или отдавать молекулу кислорода. При этом валентность железа, к которому присоединяется кислород, не изменяется, т. е. железо остается двухвалентным. Гемоглобин, присоединивший к себе кислород, превращается в оксигемоглобин. Это соединение непрочное. В виде оксигемоглобина переносится большая часть кислорода. Гемоглобин, отдавший кислород, называется восстановленным, или дезоксигемоглобином. Гемоглобин, соединенный с углекислым газом, носит название карбгемоглобина. Это соединение также легко распадается. В виде карбгемоглобина переносится 20% углекислого газа.

В особых условиях гемоглобин может вступать в соединение и с другими газами. Соединение гемоглобина с угарным газом (СО) называется карбоксигемоглобином. Карбоксигемоглобин является прочным соединением. Гемоглобин блокирован в нем угарным газом и неспособен осуществлять перенос кислорода. Сродство гемоглобина к угарному газу выше его сродства к кислороду, поэтому даже небольшое количество угарного газа в воздухе является опасным для жизни.

При некоторых патологических состояниях, например, при отравлении сильными окислителями (бертолетовой солью, перманганатом калия и др.) образуется прочное соединение гемоглобина с кислородом – метгемоглобин, в котором происходит окисление железа, и оно становится трехвалентным. В результате этого гемоглобин теряет способность отдавать кислород тканям, что может привести к гибели человека.

В скелетных и сердечной мышцах находится мышечный гемоглобин, называемый миоглобином. Он играет важную роль в снабжении кислородом работающих мышц.

Имеется несколько форм гемоглобина, отличающихся строением белковой части – глобина. У плода содержится гемоглобин F. В эритроцитах взрослого человека преобладает гемоглобин А (90%). Различия в строении белковой части определяют сродство гемоглобина к кислороду. У фетального гемоглобина оно намного больше, чем у гемоглобина А. Это помогает плоду не испытывать гипоксии при относительно низком парциальном напряжении кислорода в его крови.

Ряд заболеваний связан с появлением в крови патологических форм гемоглобина. Наиболее известной наследственной патологией гемоглобина является серповидноклеточная анемия. Форма эритроцитов напоминает серп. Отсутствие или замена нескольких аминокислот в молекуле глобина при этом заболевании приводит к существенному нарушению функции гемоглобина.

В клинических условиях принято вычислять степень насыщения эритроцитов гемоглобином. Это так называемый цветовой показатель. В норме он равен 1. Такие эритроциты называются нормохромными. При цветовом показателе более 1,1 эритроциты гиперхромные, менее 0,85 – гипохромные. Цветовой показатель важен для диагностики анемий различной этиологии.

источник