12.2. Гемоглобін

12.2.1. Будова гемоглобіну. Основною складовою еритроцита, що забезпечує дихальну функцію крові. є гемоглобін. (молекулярна маса - 66 000 – 68 000 Да). Він є сполукою гему з білком глобіном, який має чотири субодиниці. Кожен поліпептидний ланцюг (або субодиниця) позначаються літерами. У гемоглобіні дорослої людини (НbА) ці ланцюги називаються альфа (α) і бета (β). Кожна молекула НbА містить по два α- і два β-ланцюги. Вони відрізняються первинною структурою і довжиною поліпептидного ланцюга: α- ланцюг містить 141 амінокислотний залишок, β-ланцюг – 146. Їх вторинні структури представлені спіральними сегментами різної довжини: в α-ланцюгах сім спіральних сегментів; а у β – вісім. Спіральні сегменти позначені латинськими буквами (А, В, С, D, E, F, G, H). Третинні структури α- і β-ланцюгів подібні. Всередині кожного ланцюга є гідрофобна "кишеня", в якій розміщений гем. Останній міцно утримується в цій "кишені" за рахунок ван-дер-ваальсових зв'язків між неполярними ділянками гему і гідрофобними радикалами амінокислот (цих зв'язків біля 60). Залишки пропіонової кислоти гему утворюють один-два додаткові зв'язки з білком. Однак глобін зв'язаний не тільки з порфіриновим кільцем гему, але й з атомом заліза. Залізо зв'язується з імідазольним кільцем гістидину - це п'ятий координаційний зв'язок заліза з азотом бічного радикалу гістидину (чотири зв'язки заліза витрачаються на сполучення з пірольними кільцями протопорфірину ІХ). Шостий координаційний зв'язок заліза вільний і використовується для зв'язування кисню або інших лігандів (рис. 12.1).

Рис. 12.1. Схема зв'язування гему з глобіном (А) та киснем у молекулі гемоглобіну і розташування субодиниць (Б) у четвертинній структурі гемоглобіну: субодиниці умовно позначені у вигляді півсфер, а гем - у вигляді дисків; суцільними лініями позначенні іонні, а пунктирними - ван-дер-ваальсові зв'язки

Четвертинна структура гемоглобіну подібна на тетраедр. Як видно з рис. 12.1 субодиниці розміщені попарно. У α-ланцюзі приєднання гему до глобіну відбулося за рахунок 87-го, а в β-ланцюзі – за рахунок 92-го залишків гістидину.

Різноіменні субодиниці утримуються завдяки ван-дер-ваальсових зв'язків, а субодиниці одного типу - іоннх і сольових, але їх кількість не постійна і залежить від числа приєднаних до гему молекул кисню. У безкисневому гемоглобіні (він називається дезоксигемоглобін) є чотири іонні зв'язки: два α₁ – α₂ і два β₁ - β₂.

За допомогою фізико-хімічних методів досліджень (електрофорез, хроматографія) встановлено неоднорідність гемоглобіну людини та такі його форми:

• гемоглобін дорослої людини НbА становить основну масу гемоглобіну дорослих і має кілька фракцій: НbА₁ (основна фракція, що складається з 2α- і 2 β-ланцюгів, на її частку припадає 96 - 98 % усієї маси гемоглобіну), НbА₂ (містить ααδδ-ланцюги, його частка становить 2 - 5 %), НbА₃ (менше 1 %). НbА₁ також неоднорідний - розрізняють НbА_1α НbА_1b, НbА_1с. Фракція НbА_1c утворює глікозильований гемоглобін.

• ембріональний гемоглобін (НbР) включає три фракції: Gower І, що складається з чотирьох ε-ланцюгів, Gower II (ααεε) і рortland І (ζζεε). НbР виявляють на ранніх стадіях розвитку ембріона;

• фетальний гемоглобін (НbF) -гемоглобін еритроцитів плода, що складається з 2α - і 2γ - ланцюгів. у нлвонароджених частка НbF становить близько 80 % , а в дорослої людини – 0,2 – 1,0 %.