Метаболизм гемоглобина

Федеральное государственное образовательное  учреждение

Высшего профессионального образования

«Омский государственный аграрный университет»

Институт  ветеринарной медицины. 
 

Кафедра химии. 

Дисциплина: биохимия сельскохозяйственных животных. 
 
 
 

РЕФЕРАТ. 

Метаболизм гемоглобина. 
 
 
 
 
 
 

                                      Исполнитель: студент 207 гр.

                                                                 факультета ветеринарной медицины

                                                                 Устюжанина Анастасия Анатольевна. 

                                                                 Преподаватель: Старун Алла                                                                                                                                          

                                                                 Станиславовна  
 
 
 
 

                                   

                                          Омск 2009. 

Содержание:

1. Химическое строение гемоглобина…………………………
2. Биомедицинское значение…………………….....................
3. Типы гемоглобина……………………………………………
4. КИНЕТИКА ОКСИГЕНИРОВАНИЯ ГЕМОГЛОБИНА….
5. ТРАНСПОРТ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА…………………..
6. МЕТГЕМОГЛОБИН и СУЛЬФОГЕМОГЛОБИН…………
7. Список литературы…………………………………………..

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.Химическое строение.

    Химически гемоглобин относится к  группе  хромопротеидов. Его  простатическая  группа представляет собой ферросоединение протопорфирина IХ,  с  молекулярным  составом  С34Н32О4N4Fe  и носит  название  гем.  Она придает соединению окраску. Белковый   компонент    гемоглобина    называется    глобином. Гемоглобиновая молекула содержит 4 гема и 1 глобин.     Аминокислоты расположены   в   глобине   в  виде  четырех полипептидных цепочек; две из них идентичны по структуре, и их обозначают как альфа-цепочки;  две другие тоже идентичны между собой и их обозначают как бета-цепочки. Следовательно, формулу глобина   можно   выразить   как   альфа-альфа/бета-бета   или альфа2бета2.   Альфа-полипептидная   цепь   состоит   из  141, бета-полипептидная цепь - из 146 аминокислот.

    Альфа-полипептидная  цепь  заканчивается комбинацией аминокислот валина-лейцина,  а бета-полипептидная  цепь -  комбинацией валина-гистидина-лейцина.     альфа- и   бета-полипептидные   цепи   в гемоглобиновой молекуле  не  расположены линейно. По причине существования   интрамолекулярных   сил,   полипептидные  цепи скручиваются в  форме  типичной  для  белков  альфа-геликсовой спирали ("вторичная структура").  Сама альфа-геликсовая спираль на  каждую  альфа-   и   бета-полипептидную   цепь   огибается пространственно,  образуя сплетения овоидной формы ("третичная структура").

    Кроме координационной     связи, существующей    между полипептидными цепями глобина,  Fe2+  атом гема располагает еще тремя  координационными  связями. Две из них связаны двумя азотными атомами порфиринового кольца, а третья, в среде с  низким  парциальным  давлением  кислорода (венозная кровь), связана с одной молекулой воды (редуцированный гемоглобин).  В среде  с высоким парциальным давлением кислорода (артериальная кровь),  третья  координационная  связь  соединена   с   одной молекулой    кислорода,   причем   получается   соединение   - оксигемоглобин. Путем непрерывного превращения оксигемоглобина в редуцированный гемоглобин и обратно,  осуществляется перенос кислорода из легких к тканям. 

    2 Биомедицинское значение.

    Гемсодержащие белки участвуют в  процессах  связывания  и транспорта  кислорода,  в транспорте электронов в фотосинтезе. Детальное  изучение  гемоглобина  выявляет   ряд   структурных аспектов,   общих   для   многих   белков.  Говоря  о  большом биомедицинском значении этих белков,  мы  имеем  в  виду,  что результаты, полученные при исследовании, наглядно иллюстрируют структурно-функциональные   взаимосвязи.   Кроме   того,   эти исследования  выявляют  молекулярную  основу ряда генетических болезней.  Летальный  эффект  цианида  и окиси  углерода  объясняется  тем,  что эти вещества блокируют физиологическую функцию  гемопротеинов  -  цитохромоксидазы  и гемоглобина соответственно. Наконец, стабилизация четвертичной структуры   дезоксигемоглобина   2,3-бифосфоглицератом   (ДФГ) занимает   центральное   место   в   исследовании   механизмов кислородной недостаточности в условиях высокогорья и процессов адаптации к этим условиям. 
 

    3.Типы гемоглабина.

    Недавно еще считалось,  что гемоглобин взрослого человека представляет собой одно единственное соединение. Известно было только то,  что в эмбриональной жизни  имеется  особенный  тип гемоглобина, называемый HbF, в 155 раз более устойчивый,  чем  нормальный  гемоглобин.  В  последнее время,  благодаря  работам  Полинга  и  его сотрудников и др., выяснилось,  что   гемоглобин  и   при нормальных,  и  при  патологических состояниях не представляет собой гомогенного химического соединения.  Открыто было  много нормальных   и   патологических   типов  гемоглобина,  которые представили в новом свете обмен гемоглобина и указали пути для исследования  патогенеза  некоторых анемий.  Установлено было, что  при  некоторых  заболеваниях  наблюдаются   особые   типы гемоглобина,  характерные для данной анемии.  Типы гемоглобина имеют большое значение не только для диагноза, но и перемежают вопрос  о патогенезе анемии из чисто морфологической области в биохимическую.  Анемии,  вызванные появлением  патологического типа    гемоглобина,    называются    гемоглобинопатиями   или гемоглобинозами.

    Выяснилось, что  у  человека  имеются  три  основных типа нормального гемоглобина:

    - эмбриональный U, 

    - фетальный  -  F ,

    - гемоглобин  взрослого  человека - А.  HbU  встречается  в  эмбрионе  между  7  и  12 неделями  жизни,  затем  он  исчезает  и  появляется фетальный гемоглобин,  который после третьего месяца  является  основным гемоглобином   плода.  Вслед  за  этим  появляется  постепенно обыкновенный гемоглобин, называемый Hb A, по  начальной  букве  английского  слова  "adult".  Количество фетального  гемоглобина  постепенно  уменьшается,  так  что  в момент  рождения  80%  гемоглобина  представляет  собой Hb A и только  20%  -  HbF.  После  рождения   фетальный   гемоглобин продолжает  убывать  и  к 2-3 году жизни составляет всего 1-2%.                             

    Кроме нормальных  типов  гемоглобина  в  настоящее  время известно  свыше  50 его патологических вариантов.  Они сначала были названы латинскими буквами.  Буква В в обозначениях типов гемоглобина отсутствует, т.к. ею обозначен первоначально Hb S.

    Вскоре  выяснилось,  что  букв  азбуки   не   хватит   для обозначения  всех  патологических  типов гемоглобина.  Поэтому стали  применять   для   этого   имена   пациентов,   больниц, лабораторий,  названия мест и округов.  Самой удобной является номенклатура по структурной формуле.

    Как нормальные,  так  и  патологические  типы гемоглобина различаются  не  по  структуре  протопорфиринового  кольца,  а построению  глобина.  Разница  может  заключаться  в изменении целых пар полипептидных цепей в гемоглобиновой  молекуле,  или при  сохранении  тех  же  полипептидных  цепей,  замещаются на определенном месте в  первичной  структуре  одна  аминокислота другой.

      Первая возможность встречается  у гемоглобинов H,  F, Бартс, А2   и   U.   Вместо  нормальной  структуры  гемоглобина  А  - альфа-альфа/бета-бета,    соответственно    альфа2/бета2, гемоглобин  Н имеет структуру    бета-бета-бета-бета, соответственно    бета4,    что    значит,    что    по    обе альфа-полипептидные     цепи     замещены     новыми     двумя бета-полипептидными цепями.  У  гемоглобинов  F,  Бартс  и  А2 появляются  две  новые  цепи, обозначаемые гамма и дельта,  а у гемоглобина U новая цепь,  обозначаемая ипсилон. Структура HbF альфа-альфа/гамма-гамма,     соответственно     альфа2/гамма2, структура гемоглобина  Бартс  гамма-гамма-гамма-гамма,  соотв. гамма4,      структура     HbА2     альфа-альфа/дельта-дельта, соответственно  альфа2/гамма2,  структура  гемоглобина   U   - альфа-альфа/ипсилон-ипсилон, соответственно альфа2/ипсилон2.

    Патологические  гемоглобины,  которые состоят  из  четырех одинаковых    полипептидных    цепей, обозначают   тетрамерами. Тетрамеры альфа4 и дельта4 до сих пор не наблюдались.

    Вторая  возможность   встречается   у   большинства  типов гемоглобина. Так например единственная разница между HbS и HbA состоит  в  том,  что  на 6-ом месте в бета-полипептидной цепи вместо глутамина находится валин,  единственная разница  между HbI и HbA в том, что на 16-ом месте в альфа-полипептидной цепи лизин замещен аспарагиновой кислотой. 

    Когда аномалия  состоит  в   замещении   аминокислоты   в  альфа-полипептидной цепи,  то говорят об альфа-аномалии, когда состоит в бета-полипептидной цепи -  о  бета-цепной  аномалии, когда  в  гамма-полипептидной  цепи  - о гамма-цепной аномалии (патологические варианты  HbF)  и  когда  в  дельта-цепи  -  о дельта-цепной аномалии (патологические варианты HbA2).

    При изучении гемоглобиновых типов имеет большое  значение вопрос  о  структуре  глобинов.  С  одной  стороны,  структура является самым верным способом  отдифференцирования  отдельных типов гемоглобина один от другого,  с другой стороны создается возможность  для  составления  строго   научной   номенклатуры последних. 

4. КИНЕТИКА ОКСИГЕНИРОВАНИЯ  ГЕМОГЛОБИНА

         Гемоглобин связывает   четыре   молекулы   кислорода   на тетрамер (по одной на  гем  в  каждой  субъединице);  особенно важным  отличаем  его  от миоглобина является кривая насыщения кислородом,  которая имеет сигмоидную форму.  Таким образом, способность гемоглобина связывать кислород зависит от того,  содержатся  ли  в  данном  тетрамере  другие   молекулы кислорода.   Если   да,   то  последующие  молекулы  кислорода присоединяются   легче.   Следовательно,    для    гемоглобина характерна   кинетика   кооперативного  связывания,  благодаря которой  он  связывает  максимальное  количество  кислорода  в легких  и  отдает  максимальное  количество  кислорода при тех парциальных  давлениях  кислорода,  которые  имеют   место   в периферических тканях.        

    Сродство  гемоглобинов   к    кислороду    характеризуется величиной Р50 - значением парциального давления кислорода, при котором  наблюдается  полунасыщение  гемоглобина   кислородом.                                                                                                                          Значение Р50  у разных организмов существенно различается, но во всех случаях оно превышает значение  парциального  давления кислорода  в периферических тканях рассматриваемого организма. Это хорошо иллюстрирует фетальный гемоглобин  человека  (НВF).                                                                                                                                   

Благодаря этой разнице гемоглобин F отбирает кислород  у  HbA, находящегося  в  плацентарной  крови.  Однако  после  рождения ребенка HbF утрачивает свою  функцию;  обладая  более  высоким сродством к кислороду,  он высвобождает меньшее его количество в тканях.

    Связывание  кислорода  сопровождается   разрывом   солевых связей,   образованных   концевыми   карбоксильными   группами субъединиц. Это облегчает связывание следующих  молекул кислорода,  поскольку при этом требуется разрыв меньшего числа солевых  связей.  Указанные  изменения   заметно   влияют   на вторичную,   третичную   и   особенно  четвертичную  структуру гемоглобина.  При этом одна А/В-пара субъединиц поворачивается относительно  другой  А/В-пары,  что  приводит к компактизации тетрамера и повышению сродства гемов к кислороду.

 Оксигенирование  гемоглобина  сопровождается  структурными изменениями в окружении гемогруппы.  При оксигенировании  атом железа,  который  в  дезоксигемоглобине выступал на 0,06 нм из плоскости гемового кольца,  втягивает в  эту  плоскость.   Вслед  за  атомом  железа  ближе  к  гему  перемещается проксимальный гистидин,  а также связанные с ним соседние остатки.