Чтобы иметь возможность говорить понятным языком "гемоглобин (Hb), полезно позаботиться о первых миоглобин (МБ) который очень похож на гемоглобин, но намного проще. Между гемоглобином и миоглобином существуют близкие родственные отношения: оба являются конъюгированными белками, а их простетическая группа (небелковая часть) - это группа гем.
Миоглобин - это глобулярный белок, состоящий из одной цепи примерно из ста пятидесяти аминокислот (это зависит от организма), и его молекулярная масса составляет около 18 кД.
Как уже упоминалось, он снабжен гемовой группой, которая вставлена в гидрофобную (или липофильную) часть белка, состоящую из складок, присущих структурам α-спирали волокнистых белков.
Миоглобин в основном состоит из сегментов α-спиралей, присутствующих в количестве восьми, и состоит почти исключительно из неполярных остатков (лейцин, валин, метионин и фенилаланин), в то время как полярные остатки практически отсутствуют (аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота, лизин). и аргинин); единственными полярными остатками являются два гистидина, которые играют фундаментальную роль в присоединении кислорода к гемовой группе.
Гемовая группа представляет собой группу хромофора (поглощает в видимом диапазоне) и является функциональной группой миоглобина.
Читайте также: гликозилированный гемоглобин - гемоглобин в моче
Немного химии
Связь между протопорфирином и железом является типичной связью координационных соединений, которые представляют собой химические соединения, в которых центральный атом (или ион) образует связи с другими химическими частицами в количестве, превышающем его степень окисления (электрический заряд). В случае гема эти связи обратимые и слабые.
Координационное число (число координационных связей) железа равно шести: вокруг железа может быть шесть молекул, разделяющих связывающие электроны.
Чтобы образовать координационное соединение, необходимы две орбитали с правильной ориентацией: одна способна «приобретать» электроны, а другая - отдавать их.
В геме железо образует четыре плоские связи с четырьмя атомами азота в центре протопорфиринового кольца и пятую связь с проксимальным азотом гистидина; железо имеет шестую свободную координационную связь и может связываться с кислородом.
Когда железо находится в форме свободного иона, его орбитали типа d все они обладают одинаковой энергией; в миоглобине ион железа связан с протопорфирином и гистидином: эти частицы магнитно возмущают орбитали d немного железа; степень возмущения будет разной для разных орбиталей d в зависимости от их пространственной ориентации и ориентации возмущающих видов. Поскольку полная энергия орбиталей должна быть постоянной, возмущение вызывает энергетическое разделение между различными орбиталями: энергия, приобретаемая одними орбиталями, эквивалентна энергии, потерянной другими.
Если разделение, которое происходит между орбиталями, не очень велико, предпочтительнее высокоспиновое электронное устройство: связывающие электроны пытаются расположить себя параллельно спинам на как можно большем количестве подуровней (максимальная множественность); если, с другой стороны, возмущение очень сильное и существует большое расстояние между орбиталями, может быть более удобным спаривать электроны связи на более низких энергетических (низкоспиновых) орбиталях.
Когда железо связывается с кислородом, молекула принимает низкоспиновое расположение, а когда у железа свободна шестая координационная связь, молекула имеет высокоспиновое расположение.
Благодаря этой разнице спинов с помощью спектрального анализа миоглобина мы можем понять, связан ли с ним кислород (MbO2) или нет (Mb).
Миоглобин - типичный мышечный белок (но не только в мышцах).
Миоглобин извлекается из кашалота, в котором он присутствует в больших количествах, а затем очищается.
У китообразных дыхание такое же, как у людей: имея легкие, они должны поглощать воздух в процессе дыхания; кашалот должен доставить как можно больше кислорода в мышцы, которые способны накапливать кислород, связывая его с миоглобином, присутствующим в них; кислород затем медленно высвобождается, когда китообразное погружено, потому что его метаболизм требует кислорода: чем больше количество кислорода, который кашалот может поглотить, и тем больше кислорода доступно во время погружения.
Миоглибин обратимо связывает кислород и присутствует в периферических тканях в большем процентном соотношении, чем больше ткань используется для работы с удаленными во времени запасами кислорода.
<--- Миоглобин - это белок, присутствующий в мышцах, который выполняет функцию кислородного «резервуара».
Что делает мясо более или менее красным, так это содержание гемопротеинов (именно гем делает мясо красным).
Гемоглобин имеет много структурных сходств с миоглобином и способен обратимо связывать молекулярный кислород; но, в то время как миоглобин ограничен мышцами и периферическими тканями в целом, гемоглобин находится в эритроцитах или красных кровяных тельцах (это псевдоклетки, то есть они не настоящие клетки), которые составляют 40% крови.
В отличие от миоглобина, работа гемоглобина заключается в том, чтобы забирать кислород в легких, высвобождать его в клетки, где он необходим, принимать углекислый газ и выпускать его в легкие, где цикл начинается снова.
L "гемоглобин это тетраметр, то есть он состоит из четырех полипептидных цепей, каждая с гемовой группой и идентичных два на два (у человека есть две альфа-цепи и две бета-цепи).
Основная функция гемоглобина - транспортировка кислорода; еще одна функция крови, в которой участвует гемоглобин, - транспортировка веществ к тканям.
На пути от легких (богатых кислородом) к тканям гемоглобин переносит кислород (в то же время другие вещества достигают тканей), а на обратном пути он переносит отходы, собранные тканями, особенно углерод. диоксид вырабатывается в процессе обмена веществ.
В развитии человека есть гены, которые экспрессируются только в течение определенного периода времени; по этой причине существуют разные гемоглобины: эмбриональный, эмбриональный, взрослого человека.
Цепи, из которых состоят эти разные гемоглобины, имеют разную структуру, но при некотором сходстве фактически выполняемые ими функции более или менее одинаковы.
Объяснение наличия нескольких различных цепей заключается в следующем: в ходе эволюционного процесса организмов даже гемоглобин развился, специализируясь на транспортировке кислорода из областей, богатых им, в области, где он отсутствует. В эволюционной цепи гемоглобин переносил кислород в маленькие организмы; в ходе эволюции организмы достигли больших размеров, поэтому гемоглобин был модифицирован, чтобы иметь возможность транспортировать кислород в области, более удаленные от того места, где он был богат им; при этом в ходе эволюционного процесса они были закодированы новыми структурами цепей, из которых состоит гемоглобин.
Миоглобин связывает кислород даже при умеренном давлении; в периферических тканях существует давление (PO2) около 30 мм рт.ст.: миоглобин при таком давлении не выделяет кислород, поэтому он неэффективен как переносчик кислорода. , он имеет более эластичное поведение: он связывает кислород под высоким давлением и высвобождает его при понижении давления.
Когда белок функционально активен, он может немного изменить свою форму; например, оксигенированный миоглобин имеет форму, отличную от не оксигенированного миоглобина, и эта мутация не влияет на его соседей.
Ситуация иная в случае связанных белков, таких как гемоглобин: когда цепь насыщается кислородом, она вынуждена изменять свою форму, но эта модификация является трехмерной, поэтому другие цепи тетраметра также затрагиваются. Тот факт, что цепи связаны друг с другом., предполагает, что модификация одной влияет на других соседей, даже если в разной степени; когда цепь насыщается кислородом, другие цепи тетраметра принимают «менее враждебное отношение» к кислороду: сложность, с которой цепочка она оксигенатов уменьшается, поскольку цепи, близкие к нему, в свою очередь насыщаются кислородом. То же самое и с деоксигенацией.
Четвертичная структура дезоксигемоглобина называется T (напряженной) формой, а структура оксигемоглобина - R (высвобожденной) формой; в напряженном состоянии происходит ряд довольно сильных электростатических взаимодействий между кислыми аминокислотами и основными аминокислотами, которые приводят к жесткой структуре дезоксигемоглобина (вот почему «напряженная форма»), тогда как когда кислород связан, их сущность взаимодействия уменьшается (отсюда и «освобожденная форма»). Кроме того, в отсутствие кислорода заряд гистидина (см. Структуру) стабилизируется противоположным зарядом аспарагиновой кислоты, в то время как в присутствии кислорода часть белка имеет тенденцию терять протон; все это предполагает, что оксигенированный гемоглобин является более сильной кислотой, чем деоксигенированный гемоглобин: эффект Бора.
В зависимости от pH группа гема более или менее легко связывается с кислородом: в кислой среде гемоглобин легче выделяет кислород (напряженная форма стабильна), в то время как в основной среде связь с кислородом более жесткая.
Каждый гемоглобин выделяет 0,7 протона на моль поступающего кислорода (O2).
Эффект Бора позволяет гемоглобину улучшать способность переносить кислород.
Гемоглобин, который перемещается из легких в ткани, должен уравновешиваться в зависимости от давления, pH и температуры.
Посмотрим, как влияет температура.
Температура в легочных альвеолах примерно на 1-1,5 ° C ниже внешней температуры, в то время как в мышцах температура составляет примерно 36,5-37 ° C; по мере увеличения температуры коэффициент насыщения падает (при том же давлении): это происходит потому, что кинетическая энергия увеличивается и диссоциация благоприятствует.
Есть и другие факторы, которые могут повлиять на способность гемоглобина связываться с кислородом, одним из которых является концентрация 2,3-бисфосфоглицерата.
2,3-бисфосфоглицерат является метаболическим веществом, присутствующим в эритроцитах в концентрации 4-5 мМ (ни в одной другой части организма он не присутствует в такой высокой концентрации).
При физиологическом pH 2,3-бисфосфоглицерат депротонирован и имеет пять отрицательных зарядов; он зажат между двумя бета-цепями гемоглобина, потому что эти цепи имеют высокую концентрацию положительных зарядов. Электростатические взаимодействия между бета-цепями и 2,3-бисфосфоглицератом придают системе определенную жесткость: получается напряженная структура, которая имеет небольшое сродство к кислороду; во время оксигенации 2,3-бисфосфоглицерат затем удаляется.
В эритроцитах «c» находится специальный аппарат, который превращает 1,3-бисфосфоглицерат (продуцируемый в процессе метаболизма) в 2,3-бисфосфоглицерат, так что он достигает концентрации 4-5 мМ, и, следовательно, гемоглобин способен обменивать «кислород в тканях».
Гемоглобин, поступающий в ткань, находится в освобожденном состоянии (связан с кислородом), но вблизи ткани он карбоксилируется и переходит в напряженное состояние: белок в этом состоянии имеет меньшую тенденцию связываться с кислородом, чем в освобожденное состояние, поэтому гемоглобин выделяет кислород в ткани; кроме того, в результате реакции между водой и диоксидом углерода образуются ионы H +, следовательно, дополнительный кислород из-за эффекта Бора.
Углекислый газ диффундирует в эритроцит, проходя через плазматическую мембрану; поскольку эритроциты составляют около 40% крови, следует ожидать, что только 40% диоксида углерода, диффундирующего из тканей, попадает в них, фактически 90% диоксида углерода попадает в эритроциты, потому что они содержат фермент, преобразующий диоксид углерода. в угольной кислоте это приводит к тому, что стационарная концентрация углекислого газа в эритроцитах мала и, следовательно, скорость проникновения высока.
Другое явление, которое происходит, когда эритроцит достигает ткани, заключается в следующем: по градиенту «HCO3- (производное углекислого газа) покидает» эритроцит, и, чтобы уравновесить выход отрицательного заряда, мы имеем «вход хлоридов, который определяет увеличение осмотического давления: чтобы уравновесить это изменение, также происходит проникновение воды, которая вызывает набухание эритроцита (эффект ГАМБУРГЕРА). Противоположное явление происходит, когда эритроцит достигает легочных альвеол: дефляция эритроцитов (эффект HALDANE) Следовательно, венозные эритроциты (направленные в легкие) более округлые, чем артериальные.
