Опубликовано
Для реализации своей основной функции цитоплазма эритроцитов содержит гемоглобин - железосодержащий белок транспорта кислорода. Для того, чтобы вместить как можно больше гемоглобина (HB), эритроциты не имеют ядра и других органелл.
Гемоглобин (HB) является наиболее изученным из гемсодержащих белков-глобулинов. Это был один из первых белков, иccледованных с помощью рентгеновской кристаллографии, причем, Маx Perutz получил Нобелевскую премию по химии в 1962 году.
Структура гемоглобина
Имея около 250 миллионов молекул на эритроцит, гемоглобин представляет собой наиболее распространенный гемсодержащий белок в организме и имеет аллостерическую тетрамерную структуру, состоящую из двух альфа-цепей и двух β-цепей. Каждый из четырех глобинов присоединен к группе гема, содержащей один атом железа, который может связываться с одной молекулой O 2. При концентрации железа около 3,5 мг на г гемоглобина эритроциты являются основным источником железа в организме (около 70%, что соответствует 2,5–3 г железа).
Функции гемоглобина
Основная функция HВ заключается в транспортировке кислорода (O 2 ) из легких в ткани, совместном связывании и высвобождении O 2 , о чем свидетельствует кривая кислородного равновесия (OEC), которая отражает насыщение Hb O 2 (S02) при различных парциальных давлениях O 2 (pO 2 ). Показатель pO 2 при 50% SO 2 (выраженный как P 50 ) измеряет сродство O 2 к HB, которое составляет около 26 мм рт. ст. для нормального гемоглобина взрослого человека (HbA). Исторически функцию HB объясняли с точки зрения равновесия между двумя классическими состояниями: напряжённым (T) состоянием (несвязанный HB), которое демонстрирует низкое сродство к O 2 , и расслабленным состоянием (R) (лигандированный HB), которое демонстрирует высокое сродство к O 2 . O 2 , обеспечивая структурную основу для совместных эффектов, которые способствуют эффективному поглощению и высвобождению O 2 in vivo (Perutz M., 1972)
Восстановленная форма железа (Fe 2+ ), содержащаяся в гемоглобине (oxyHb или ferroHb), позволяет кислороду транспортироваться и распределяться по всем тканям.
Функции гемоглобина
Транспрортировка кислорода из легких в ткани
Катализ (нитритредуктаза, NO-диоксигеназа, монооксигеназа, алкилгидропероксидаза, эстераза, липоксигеназа)
Метаболизм оксида азота
Метаболическое перепрограммирование
Регуляция рН
Стабилизация окислительно-восстановительного баланса
В физиологических условиях около 3% гемоглобина может быть окислено в метгемоглобин (metHb или ferriHb) - измененную форму гемоглобина, содержащую гемовое железо в трехвалентном состоянии (Fe3+). Когда возникает метгемоглобинемия (количество метгемоглобина выше 3%), гемоглобин не способен эффективно высвобождать O 2 , который он несет.
Гемоглобин представляет собой полифункциональную молекулу, выполняющую несколько функций, таких как каталитическая (нитритредуктаза, NO-диоксигеназа, монооксигеназа, алкилгидропероксидаза, эстераза, липоксигеназа); метаболизм оксида азота; метаболическое перепрограммирование; регуляция pH и поддержание окислительно-восстановительного баланса.
Таким образом, каждый эритроцит может рассматриваться как «оболочка», содержащая гемоглобин, а каждая молекула последнего содержит железо, которое обладает высоким сродством к кислороду. В результате тогда, когда эритроцит проходит через один из капилляров легких он поглощает кислород.
Эритроциты кровотока человека теряют около 30% объема и 20% гембоглобина в течение 100 дней жизни, при этом средняя концентрация HB незначительно возрастает. Несмотря на этот известный факт причины данных изменений остаются не ясными. Эритроциты в течении своей жизни выделяют пузырьки, содержащие гемоглобин, причем, этот процесс определяет изменения физических характеристик эритроцитов уже во время созревания. Считается, что одного выброса пузырьков достаточно для объяснения потерь мембраны, но не объема или потерь гемоглобина.
Общий анализ крови включает измерение объема отдельных клеток и HB приблизительно в 50 000 отдельных эритроцитов.
Транспорт кислорода обеспечивается гемоглобином, на долю которого приходится ≈98 % массы белков цитоплазмы эритроцитов (в отсутствии других структурных компонентов).
Гемоглобин - тетрамер, в котором каждая белковая цепь несёт гем — комплекс протопорфирина IX с ионом 2-валентного железа, кислород обратимо координируется с ионом Fe2+ гемоглобина, образуя оксигемоглобин HbO2.
Особенностью связывания кислорода гемоглобином является его аллостерическое регулирование — стабильность оксигемоглобина падает в присутствии 2,3-дифосфоглицериновой кислоты — промежуточного продукта гликолиза и, в меньшей степени, углекислого газа, что способствует высвобождению кислорода в тканях
Большая часть кислорода транспортируется из легких в ткани за счет связывания гемоглобина ; только его небольшая фракция растворяется в крови.
Транспорт кислорода зависит от нескольких переменных: концентрации гемоглобина ; сродства гемоглобина к кислороду ( аффинитивность) , зависящего от таких факторов окружающей среды, как pO2, pCO2. Степень насыщения гемоглобином ( определяемой парциальным артериальным давлением кислорода) выражается как уравнение, где HB = гемоглобин; pCO2 = парциальное давление диоксида углерода и SpO2 = насыщение кислородом крови. О2 , связанный ( транспортируемый ) НВ = [НВ] x SpO2 (%) x 0,01 x 1,34
Следует отметить, что 1, 34 представляют собой константу Huffner”s и характеризуют максимальное количество кислорода, переносимого на грамм гемоглобина ( то есть мл/г). 0,01 - поправочный коэффициент, учитываемый в процентах. Вклад растворенного кислорода очень мал и также является функцией артериального pO2
О2 растворенный в крови = 0,0225 x pO2 ( kPa – килопаскаль, единица измерения давления )/ 0,0225 представляет собой сумму в мл кислорода на килопаскаль парциального давления. Комбинация двух компонентов : общее насыщение ( связанный ) кислородом = 02 связанный с гемоглобином + 02 в растворенном состоянии
Мутации, эндогенные или экзогенные лиганды или эффекторы влияют на аллостерию HВ.
Добавить отзыв