ГЕМОГЛОБИНЫ

ГЕМОГЛОБИНЫ, красные железосодержащие пигменты крови и гемолимфы, обратимо связывающие молекулярный кислород; сложные белки, состоящие из железопорфириновой простетической группы (гема) и белка глобина. Обеспечивают перенос О₂ от органов дыхания к тканям и углекислоты от тканей к органам дыхания, участвуют в поддержании рН крови. Имеются у всех позвоночных, за исключением некоторых антарктических рыб, у многих беспозвоночных. В крови находятся в эритроцитах (у позвоночных и некоторых беспозвоночных) или свободно растворены в плазме (у большинства беспозвоночных). Молекулярная масса гемоглобина млекопитающих 66 000 — 68 000, птиц, рыб, земноводных, пресмыкающихся 61 000 — 72 000, у беспозвоночных (у которых гемоглобин растворён в плазме) — до 3 000 000. Молекула гемоглобина большинства высших позвоночных построена из полипептидных цепей, к каждой из которых присоединён гем, способный без изменения валентности атомов Fe(II) присоединять и отдавать О₂. В собранной в тетрамер молекуле гемоглобина все 4 остатка гема расположены на поверхности и легко доступны для О₂. Видовая специфичность гемоглобина, обладающих различным сродством к О₂, обусловлена их белковыми компонентами. Гемоглобин взрослого человека (HbA) содержит две идентичные α-цепи (в каждой 141 аминокислотный остаток) и две β-цепи (в каждой 146 остатков), гемоглобин плода, или фетальный гемоглобин (HbF), состоит из двух α- и двух γ-цепей. Соотношение различных форм гемоглобина в крови меняется в процессе развития организма, некоторые из них различаются по своему сродству к О₂ (у HbF оно выше, чем у HbA, что обеспечивает большую устойчивость организма плода к недостатку О₂). Присоединение О₂ к гемоглобину в органах дыхания (оксигенация) с образованием оксигемоглобина обеспечивается содержанием в геме Fe²⁺ и сопровождается конформационной перестройкой молекулы гемоглобина — связывание О₂ с одним из четырёх гемов изменяет трёхмерную структуру гемоглобина и сродство других гемов к О₂ (4-й гем оксигенируется в 500 раз быстрее). Этот механизм значительно улучшает снабжение тканей кислородом. Оксигенация зависит от парциального давления (напряжения) О₂ и косвенно регулируется количеством СО₂ (как правило, СО₂ облегчает отдачу О₂ тканям, а выход СО₂ из крови, наоборот, способствует её насыщению О₂). Важную роль в связывании гемоглобином О₂ играет 2,3-дифосфоглицериновая кислота и некоторые анионы, такие, как Cl^—. В капиллярах лёгких парциальное давление О₂ составляет около 0,15 атм (несколько ниже, чем в выдыхаемом воздухе). При таком давлении гемоглобин оксигенирован на 96%; в тканях, где парциальное давление около 0,04 атм,— на 20%. Количество гемоглобина в 100 мл крови человека 13—16 г (у женщин несколько меньше, чем у мужчин). Один грамм гемоглобина (при обычном парциальном давлении в альвеолах) может связывать до 1,34 мл О₂. Каждые 100 мл крови, протекая по тканевым капиллярам, отдают тканям около 5 — 6,5 мл О₂. В состоянии покоя через сердце человека протекает около 4 л крови в мин, что обеспечивает получение тканями около 200 мл О₂. При напряжённой мышечной работе поглощение О₂ тканями возрастает в 10 и более раз. Гемоглобин синтезируется в молодых формах эритроцитов непрерывно, что обеспечивает его постоянное обновление в организме; скорость синтеза заметно возрастает при длительной гипоксии или анемии. Ежесекундно образуется около 650x10¹² молекул гемоглобина (в каждом эритроците 265x10⁶ молекул гемоглобина). «Сборка» всей молекулы гемоглобина занимает около 90 сек. Синтез гемоглобина у позвоночных регулируется гормоном эритропоэтином и контролируется 4 генами, обозначаемыми по названию полипептидных цепей. Гемоглобин, освобождающиеся при разрушении эритроцитов,— источник образования жёлчных пигментов. В результате мутаций генов, кодирующих биосинтез полипептидных цепей, и замены одних аминокислотных остатков на другие могут образовываться аномальные гемоглобины (у человека известно около 300 таких форм гемоглобина), что приводит к развитию заболеваний — гемоглобинопатии (серповидноклеточная анемия, талассемия и др.).В мышечной ткани содержится мышечный гемоглобин — миоглобин. Аналоги гемоглобина, например легоглобин, обнаружены у некоторых растений.