соединение гемоглобина с окисью углерода

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: 3250 ; Нарушение авторских прав?

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

источник

Связывание гемоглобина с оксидом углерода

Оксид углерода (угарный газ, СО) обладает гораздо большим сродством к гемоглобину, чем кислород. Даже при крайне низких парциальных давлениях СО гемоглобин превращается в карбоксигемоглобин: Нb+СО  НbСО. Равновесие этой реакции значительно смещено вправо, поэтому кривая диссоциации карбоксигемоглобина имеет очень крутой наклон. Высокое сродство оксида углерода к гемоглобину обусловлено тем, что СО диссоциирует от НЬ гораздо медленнее, чем О2. Максимально эффективная концентрация для СО составляет 30 частей на миллион, что соответствует 0,003 объемных %. В артериальной крови человека, пребывающего достаточно долго в среде с таким содержанием СО, на долю НЬСО приходится около 5% общего содержания гемоглобина. Парциальные давления СО и О2, при которых содержание соответственно НbСО и НbО2 составляет по 5%, соотносятся как 1:350. Иными словами, в данных пределах парциальных давлений сродство Нb к СО примерно в 35O раз выше, чем к О2.

Токсичность оксида углерода обусловлена именно высоким сродством этого соединения к гемоглобину. СО представляет собой газ без цвета и запаха, образующийся при неполном сгорании органических веществ. Иногда он входит в состав бытового газа; кроме того, он выделяется при работе двигателей внутреннего сгорания. Даже при низких концентрациях СО вытесняет кислород из соединения с гемоглобином, при этом последний теряет способность к переносу О2. В норме на долю НbСО приходится лишь 1% общего количества гемоглобина в крови; у курильщиков же к вечеру она достигает 20%. Об опасности, которую угарный газ представляет для автомобилистов, говорит тот факт, что на дорогах с особенно интенсивным движением содержание СО в воздухе достигает 3-10 ч. При такой концентрации СО шахтерам положено надевать дыхательные аппараты.

Токсичность угарного газа обусловлена не только блокированием гемоглобина, но и другим эффектом. Когда часть гемоглобина превращается в НbСО, кривая диссоциации оксигемоглобина (для гемоглобина, еще не блокированного СО) сдвигается влево и может в итоге приобретать форму гиперболы. В результате происходит еще большее снижение напряжения О2 в тканевых капиллярах.

При тяжелом отравлении угарным газом, отличительным признаком которого служит вишнево-красная окраска крови, жизнь пострадавшего можно спасти путем немедленного применения искусственного дыхания, по возможности с чистым кислородом. При этом напряжение кислорода в крови увеличивается, и О2 частично вытесняет СО из связи с гемоглобином. Рекомендуется также переливание большого количества крови, так как при этом в кровь пострадавшего поступает гемоглобин, способный переносить кислород.

Перенос со2 кровью. Формы транспорта со2.

Диоксид углерода (СО2, углекислый газ) ― конечный продукт окислительного метаболизма в клетках ― переносится с кровью к легким и удаляется через них во внешнюю среду. Подобно кислороду, диоксид углерода может переноситься как в физически растворенном виде, так и в составе химических соединений. Химическое связывание СО2 ―более сложный процесс по сравнению со связыванием кислорода. Это обусловлено тем, что механизм, отвечающий за транспорт СО2, должен одновременно обеспечивать поддержание постоянства кислотно-щелочного равновесия крови и тем самым внутренней среды организма в целом.

Связывание СО2. Напряжение СО2 в артериальной крови, поступающей в тканевые капилляры, составляет 40 мм рт.ст. (5,3 кПа). В клетках же, расположенных около этих капилляров, напряжение СО2 значительно выше, так как углекислый газ постоянно образуется в процессе метаболизма. В связи с этим физически растворенный СО2 диффундирует по градиенту напряжения из тканей в капилляры. Здесь некоторое количество углекислого газа остается в растворенном состоянии, но большая часть СО2 претерпевает ряд химических превращений. Прежде всего, происходит гидратация молекул СО2 с образованием угольной кислоты, сразу же диссоциирующей на ион бикарбоната и протон:

В плазме крови эта реакция протекает очень медленно; в эритроците же она ускорена примерно в 10 тыс. раз. Это связано с действием фермента карбоангидразы. Поскольку этот фермент присутствует только в эритроцитах, практически все молекулы СО2, участвующие в реакции гидратации, должны сначала проникнуть в эритроциты.

Роль разных форм СО2 в газообмене. В крови, поступающей к тканям, напряжение СО2 составляет 40 мм рт.ст. Проходя через них, кровь насыщается углекислым газом, и напряжение его в оттекающей из тканей крови достигает в среднем 46 мм рт.ст. При этом 1 л крови поглощает примерно 1,8 ммоль СО2. Около 12% этого количества остается в физически растворенном виде или в форме недиссоциированной угольной кислоты, 11% образует карбаминовое соединение с гемоглобином, 27% транспортируется в виде бикарбоната в эритроцитах, а остальное количество ―около 50% ―растворено в виде НСО3¯ в плазме. При прохождении крови через легкие СО2 высвобождается из этих четырех форм в таком же соотношении.

источник

Гемоглобин и его соединения

Гемоглобин (Нв) – основной компонент эритроцитов, благодаря которому эритроциты выполняют дыхательную функцию и поддерживают рН крови. По химической природе он относится к хромопротеидам. У мужчин в крови содержится в среднем 130-160 г/л гемоглобина, у женщин – 120-150 г/л. Молекулярная масса гемоглобина составляет около 60000 Да. Гемоглобин состоит из белка глобина и 4 молекул гема. Гем имеет в своем составе атом железа, способный присоединять или отдавать молекулу кислорода.

Гем содержит двухвалентное железо, которое играет ключевую роль в деятельности гемоглобина, являясь его активной (простетической) группой. Гемоглобин синтезируется эритро- и нормобластами костного мозга. Для нормального синтеза гемоглобина необходимо достаточное поступление железа с пищей. При разрушении эритроцитов гемоглобин, после отщепления гема, превращается в билирубин — желчный пигмент, который поступает, в основном, в кишечник в составе желчи, где превращается в стеркобилин, выводящийся из организма с каловыми массами. Часть билирубина удаляется с мочой в виде уробилина.

Основная функция гемоглобина — перенос кислорода и углекислого газа. Гемоглобин, присоединивший к себе кислород, превращается в оксигемоглобин. Соединение гемоглобина с кислородом происходит в капиллярах легких. 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. Соединение гемоглобина с углекислым газом происходит в капиллярах тканей организма. Это соединение легко распадается. В виде этого соединения переносится 20 % СО2. Оксигемоглобин и карбгемоглобин являются физиологическими соединениями гемоглобина.

В скелетных и сердечной мышцах находится мышечный гемоглобин, называемый миоглобином. Он играет важную роль в снабжении кислородом работающих мышц, его можно рассматривать, как депо О2 в мышцах.

Имеется несколько форм гемоглобина, отличающихся строением белковой части – глобина. Первые 7-12 нед. внутриутробного развития зародыша его красные кровяные тельца содержат примитивный гемоглобин. У плода содержится гемоглобин F (80 %) или фетальный гемоглобин (от англ. Faetus – плод) гемоглобин. Он обладает более высокой способностью связывать кислород. Это помогает плоду не испытывать гипоксии при относительно низком парциальном напряжении кислорода в его крови. После рождения гемоглобин F практически полностью заменяется на взрослый – гемоглобин А (от англ. adult – взрослый). В эритроцитах взрослого человека содержатся гемоглобин А (95-98 % Hb A1 и 2-3 % HbA2 ).

Гемоглобин может вступать в соединение и с другими газами. Соединение гемоглобина с угарным газом (СО) называется карбоксигемоглобином — это патологическое соединение, в норме его не существует, т.к. в атмосфере отсутствует СО. Является прочным соединением. Гемоглобин блокирован в нем угарным газом и не способен 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 этом более критическим является не концентрация угарного газа, а длительность его вдыхания. Даже предельно низкое содержание СО в воздухе, но при длительном вдыхании, например, во время сна может оказаться летальным. Вследствие своего высокого сродства угарный газ в виде карбоксигемоглобина способен циркулировать в крови предельно долго.

Часто отравления угарным газом возникают у водителей при длительном нахождении в закрытом гараже с включенным двигателем автомобиля. Другим распространенным клинически значимым источником СО являются древесный дым, а также сырой кирпич печей изб и свежий печной лак. Поэтому при первом или после длительного перерыва протапливании таких печей необходимо тщательное проветривание помещения.

Особенностью угарного газа является то, что он не обладает запахом, поэтому отравление развивается незаметно. Часто пострадавший осознает это, когда проявляется миорелаксирующее (расслабление скелетной мускулатуры) действие угарного газа, при этом человек не может самостоятельно покинуть помещение.

Первая помощь при отравлении угарным газом. Пострадавшего следует переместить на свежий воздух. Следует учитывать, что при значительном отравлении сохранность самостоятельного дыхания не снимает необходимости проведения дальнейших действий по оказанию помощи. Наиболее оптимальным будет подача воздуха с повышенным содержание О2, например, из кислородной подушки. При отсутствии таковой – произвести искусственное дыхание. Во время искусственного дыхания в легкие потерпевшего воздух нагнетается под давлением, большим атмосферного.

При этом парциальное давление О2 в таком воздухе оказывается большим, чем в норме, что способствует его большему растворению в крови, а также лучшему вытеснению угарного газа из связи с гемоглобином. Если же пострадавший будет дышать самостоятельно, парциальное давление О2 во вдыхаемом воздухе окажется меньшим (примерно, 100 мм рт.ст.), что окажется недостаточным для вытеснения из карбоксигемоглобина угарного газа, т. к. сродство Нb к СО значительно выше, чем О2. В дальнейшем пострадавший должен быть доставлен в больницу.

При воздействии на гемоглобин экзогенных сильных окислителей происходит окисление железа гема с переходом его в 3-х валентную форму. В результате этого образуется метгемоглобин, который не способен присоединять ни О2, ни СО2. В результате окисления гемоглобин прочно удерживает кислород и теряет способность отдавать его тканям, что может привести к гибели организма.

К подобным сильным окислителем относятся нитраты и нитриты, содержащиеся, например, в химических удобрениях, также опасность представляют пероксиды, нитрокраски, анилиновые красители и ряд других веществ бытовой химии. В норме ежедневно около 0,5 % всего гемоглобина превращается в метгемоглобин, но затем она снова восстанавливается в гемоглобин специальным ферментом метгемоглобинредуктазой. Встречаются наследственные метгемоглобинемии, когда снижена активность метгемоглобинредуктазы в эритроцитах, что вызывает кислородное голодание. Метгемоглобин, также как карбоксигемоглобин, относится к группе патологических соединений гемоглобина.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

источник