Hbs гемоглобин

Нормальные формы гемоглобина

Строение гемоглобина

Гемоглобин — основной белок крови

Гемоглобин входит в состав группы белков гемопротеины, которые сами являются подвидом хромопротеинов и подразделяются на неферментативныебелки (гемоглобин, миоглобин) и ферменты(цитохромы, каталаза, пероксидаза). Небелковой частью их является гем – структура, включающая в себя порфириновое кольцо (состоящее из 4 пиррольных колец) и иона Fe²⁺. Железо связывается с порфириновым кольцом двумя координационными и двумя ковалентными связями.

Строение гемоглобина А

Гемоглобин представляет собой белок, включающий 4 гемсодержащие белковые субъединицы. Между собой протомеры соединяются гидрофобными, ионными, водородными связями по принципу комплементарности. При этом они взаимодействуют не произвольно, а определенным участком — контактной поверхностью. Этот процесс высокоспецифичен, контакт происходит одновременно в десятках точек по принципу комплементарности. Взаимодействие осуществляют разноименно заряженные группы, гидрофобные участки, неровности на поверхности белка.

Белковые субъединицы в нормальном гемоглобине могут быть представлены различными типами полипептидных цепей: α, β, γ, δ, ε, ξ (соответственно, греч. — альфа, бета, гамма, дельта, эпсилон, кси). В состав молекулы гемоглобина входят по двецепи двухразных типов.

Гем соединяется с белковой субъединицей, во-первых, через остаток гистидина координационной связью железа, во-вторых, через гидрофобные связи пиррольных колец и гидрофобных аминокислот. Гем располагается как бы "в кармане" своей цепи и формируется гемсодержащий протомер.

Существует несколько нормальных вариантов гемоглобина:

· HbР – примитивный гемоглобин, содержит 2ξ- и 2ε-цепи, встречается в эмбрионе между 7-12 неделями жизни,

· HbF – фетальный гемоглобин, содержит 2α- и 2γ-цепи, появляется через 12 недель внутриутробного развития и является основным после 3 месяцев,

· HbA – гемоглобин взрослых, доля составляет 98%, содержит 2α- и 2β-цепи, у плода появляется через 3 месяца жизни и к рождению составляет 80% всего гемоглобина,

· HbA₂ – гемоглобин взрослых, доля составляет 2%, содержит 2α- и 2δ-цепи,

· HbO₂ – оксигемоглобин, образуется при связывании кислорода в легких, в легочных венах его 94-98% от всего количества гемоглобина,

· HbCO₂ – карбогемоглобин, образуется при связывании углекислого газа в тканях, в венозной крови составляет 15-20% от всего количества гемоглобина.

HbS – гемоглобин серповидно-клеточной анемии.

MetHb – метгемоглобин, форма гемоглобина, включающая трехвалентный ион железа вместо двухвалентного. Такая форма обычно образуется спонтанно, в этом случае ферментативных мощностей клетки хватает на его восстановление. При использовании сульфаниламидов, употреблении нитрита натрия и нитратов пищевых продуктов, при недостаточности аскорбиновой кислоты ускоряется переход Fe²⁺ в Fe³⁺. Образующийся metHb не способен связывать кислород и возникает гипоксия тканей. Для восстановления ионов железа в клинике используют аскорбиновую кислоту и метиленовую синь.

Hb-CO – карбоксигемоглобин, образуется при наличии СО (угарный газ) во вдыхаемом воздухе. Он постоянно присутствует в крови в малых концентрациях, но его доля может колебаться от условий и образа жизни.

Угарный газ является активным ингибитором гем-содержащих ферментов, в частности, цитохромоксидазы4-го комплекса дыхательной цепи.

HbA_1С – гликозилированный гемоглобин. Концентрация его нарастает при хронической гипергликемии и является хорошим скрининговым показателем уровня глюкозы крови за длительный период времени.

Миоглобин тоже способен связывать кислород

Миоглобин является одиночнойполипептидной цепью, состоит из 153 аминокислот с молекулярной массой 17 кДа и по структуре сходен с β-цепью гемоглобина. Белок локализован в мышечной ткани. Миоглобин обладает более высоким сродством к кислороду по сравнению с гемоглобином. Это свойство обуславливает функцию миоглобина – депонирование кислорода в мышечной клетке и использование его только при значительном уменьшении парциального давления О₂ в мышце (до 1-2 мм рт.ст).

Кривые насыщения кислородом показывают отличия миоглобина и гемоглобина:

· одно и то же 50%-е насыщение достигается при совершенно разных концентрациях кислорода – около 26 мм рт.ст. для гемоглобина и 5 мм рт.ст. для миоглобина,

· при физиологическом парциальном давлении кислорода от 26 до 40 мм рт.ст. гемоглобин насыщен на 50-80%, тогда как миоглобин – почти на 100%.

Таким образом, миоглобин остается оксигенированным до того момента, пока количество кислорода в клетке не снизится до предельныхвеличин. Только после этого начинается отдача кислорода для реакций метаболизма.

Источник: studopedia.ru

Серповидно-клеточная анемия

HbS – гемоглобин серповидно-клеточной анемии. При этом нарушении в ДНК в результате точковой мутации триплет ЦТТ заменен на триплет ЦАТ, что влечет за собой включение в 6-м положении β-цепи вместо глутамата аминокислоты валина. Изменение свойств β-цепи влечет изменение свойств всей молекулы и формирование на поверхности гемоглобина «липкого» участка. При дезоксигенации гемоглобина участок «раскрывается» и связывает одну молекулу дезоксигемоглобина S с другими подобными. Результатом является полимеризация гемоглобиновых молекул и образование крупных белковых тяжей, вызывающих деформацию эритроцитов и, при прохождении ими капилляров, гемолиз.

Схема отличия гемоглобина S от гемоглобина А и его полимеризация

Нарушение синтеза гемоглобина

Порфирии

Порфирии – это группа гетерогенных наследственных заболеваний, возникающих в результате нарушения синтеза гема и повышения содержания порфиринов и их предшественников в организме. Выделяют наследственные и приобретенные формы порфирии.

Приобретенные формы порфирий носят токсический характер и вызываются действием гексахлорбензола, солей свинца и других тяжелых металлов (ингибирование порфобилиногенсинтазы, феррохелатазы и др.), лекарственными препаратами (антигрибковый антибиотик гризеофульфин).

При наследственных формах дефект фермента имеется во всех клетках организма, но проявляется только в одном типе клеток. Можно выделить две большие группы порфирий:

1. Печеночные – группа заболеваний с аутосомно-доминантными нарушениями ферментов различных этапов синтеза протопорфирина IX.

Наиболее ярким заболеванием этой группы является перемежающаяся острая порфирия, при которой у гетерозигот активность уропорфириноген-I-синтазы снижена на 50%. В результате больные экскретируют с мочой большие количества порфобилиногена и аминолевулиновой кислоты. На свету порфобилиноген окисляется в окрашенные соединения и моча темнеет. Симптомами заболевания являются острые боли в животе, нервно-психические расстройства (полиневриты, тетрапарез, галлюцинации), сердечно-сосудистые нарушения.

2. Эритропоэтические – аутосомно-рецессивные нарушения некоторых ферментов синтеза протопорфирина IX в эритроидных клетках. При этом при синтезе уропорфириногенов баланс реакций смещается в сторону синтеза уропорфириногена I. Примером может служить болезнь Гюнтера (частота<1:1000000), при которой развиваются высокая фоточувствительность кожи (ожоги под солнечным светом) и ее поражение, гемолиз, эритродонтия (окрашивание зубов в красный цвет), разрушение хрящей, в том числе носа и ушей.

Талассемии

Для талассемий характерно снижение синтеза α-цепей гемоглобина (α-талассемия) или β-цепей (β-талассемия). Это приводит к нарушению эритропоэза, гемолизу и тяжелым анемиям.

Источник: biokhimija.ru

• Предисловие редактора перевода
  
• ГЛАВА 1. Молекулы и жизнь
  
• 1.1. Молекулярные модели
  
• 1.2. Пространство, время и энергия
  
• 1.3. Структура данной книги
  
• Часть I. Конформация и динамика
  
• ГЛАВА 2. Основные представления о структуре и функции белков
  
• 2.1. Белки построены из аминокислот
  
• 2.2. Особые аминокислоты дополняют основной набор, насчитывающий двадцать аминокислот
  
• 2.3. Аминокислоты, соединяясь пептидной связью, образуют полипептидные цепи
  
• 2.4. Белки состоят из одной или нескольких полипептндных цепей
  
• 2.5. Для очистки белков можно использовать множество различных методов
  
• 2.6 Последовательность аминокислот в белках уникальна и детерминируется генами
  
• 2.7. Экспериментальные методы определения последовательности аминокислот
  
• 2.8. Конформация полипептидных цепей
  
• 2.9. Периодичные структуры: альфа-спираль, бета-складчатый слой, спираль коллагена
  
• 2.10. Полипептидная цепь может поворачиваться на 180° благодаря образованию бетта-изгибов
  
• 2.11. Структурные уровни в архитектуре белков
  
• 2.12. Последовательность аминокислот определяет трехмерную структуру
  
  
• 2.13. Формирование свернутой молекулы белков происходит путем ассоциации альфа-спиралей и складчатых бетта-слоев
  
• Заключение
  
• ПРИЛОЖЕНИЕ. Понятия кислотности и основности
  
• ГЛАВА 3. Переносчики киспорода — миоглобин и гемоглобин
  
• 3.1. Кислород присоединяется к простетической группе гема
  
• 3.2. Рентгеноструктурный анализ кристаллов выявляет пространственное расположение атомов
  
• 3.3. Этапы рентгеноструктурного анализа миоглобина
  
• 3.4. Структура миоглобина характеризуется компактностью и высокой степенью альфа-спирализованности
  
• 3.5. Участок связывания кислорода в миоглобине
  
• 3.6. Жесткое окружение гема обеспечивает обратимость оксигенирования
  
• 3.7. Присутствие дистального гистидина снижает связывание оксида углерода
  
• 3.8. В растворенном виде и в кристаллическом состоянии миоглобин имеет практически одинаковую структуру
  
• 3.9. Неполярные взаимодействия играют важную роль в стабилизировании конформации миоглобина
  
• 3.10. Развернутая молекула миоглобина спонтанно принимает функционально активную конфигурацию
  
• 3.11. Гемоглобин состоит из четырех полипептидных цепей
  
• 3.12. Рентгеноструктурный анализ гемоглобина
  
• 3.13. Четвертичная структура гемоглобина
  
• 3.14. а- и b-Цепи гемоглобина очень сходны с миоглобином
  
• 3.15. Критически необходимые остатки в последовательности аминокислот
  
  
• 3.16. Возникновение гемоглобина — новый этап в эволюции
  
• ГЛАВА 4. Гемоглобин: аллостерический белок
  
• 4.1. Функциональные различия между миоглобином и гемоглобином
  
• 4.2. Кооперативность связывания кислорода гемоглобином
  
• 4.3. Кооперативное связывание кислорода гемоглобином увеличивает транспорт кислорода
  
• 4.4. H+ и CO2 способствуют высвобождению O2 (эффект Бора)
  
• 4.5. Бисфосфоглицерат снижает сродство к кислороду
  
• 4.6. Клиническое значение биофосфо-глицерата
  
• 4.7. Гемоглобин плода характеризуется высоким сродством к кислороду
  
• 4.8. Для проявления аллостерического эффекта необходимо взаимодействие субъединиц
  
• 4.9. Четвертичная структура гемоглобина значительно изменяется при оксигенировании
  
• 4.10. Солевые связи между отдельными цепями придают жесткость структуре дезоксигемоглобина
  
• 4.11. При оксигенировании атом железа перемещается в плоскость порфирина
  
• 4.12. Движение атома железа передается на другие субъединицы через проксимальный гистидин
  
• 4.13. Механизм кооперативного связывания кислорода
  
• 4.14. Бисфосфоглицерат снижает сродство к кислороду путем образования перекрестных связей с дезоксигемоглобнном
  
• 4.15. CO2 присоединяется к концевым аминогруппам гемоглобина, снижая его сродство к кислороду
  
• 4.16. Механизм эффекта Бора
  
• 4.17. Коммуникация внутри белковой молекулы
  
• ГЛАВА 5. Молекулярные болезни: серповидноклеточная анемия
  
  
• 5.1. Серповидиоклеточная анемия — хроническая гемолитическая болезнь, передающаяся по наследству
  
• 5.2. Дезокснгенированный серповидноклеточный гемоглобин имеет пониженную растворимость
  
• 5.3. Гемоглобин S отличается от гемоглобина A по электрофоретической подвижности
  
• 5.4. Получение пептидных карт: выявление аминокислотной замены в гемоглобине серповидных клеток
  
• 5.5. В бетта-цепи произошла замена одной-единственной аминокислоты
  
• 5.6. На поверхности гемоглобина серповидных клеток имеются «липкие» участки
  
• 5.7. Дезоксигемоглобин S образует длинные спирализованные волокна
  
• 5.8. Скорость образования волокон в высокой степени зависит от концентрации дезоксигемоглобина S
  
• 5.9. Высокая частота гена серповидноклеточностн обусловлена его защитным эффектом в отношении малярии
  
• 5.10. Стратегия поиска лекарственных средств для лечения серповидноклеточной анемии
  
• 5.11. Молекулярная патология гемоглобина
  
• 5.12. Гемоглобин М: продукт мутации в активном центре
  
• 5.13. Полярные группы в щели, занимаемой гемом, ослабляют его связывание с полипептидной цепью
  
• 5.14. В результате некоторых мутаций гемоглобины утрачивают стабильность из-за деформаций третичной структуры
  
• 5.15. Мутации в области контактов нарушают аллостерические взаимодействия
  
• 5.16. Значение открытия мутантных гемоглобннов
  
  
• ГЛАВА 6. Введение в энзимологию
  
• 6.2. Ферменты обладают высокой специфичностью
  
• 6.3. Активность некоторых ферментов регулируется
  
• 6.4. Ферменты осуществляют трансформацию различных видов энергии
  
• 6.5. Ферменты не сдвигают равновесия реакции
  
• 6.6. Ферменты снижают энергию активации катализируемых ими реакций
  
• 6.7. Первый этап ферментативного катализа — образование фермент-субстратного комплекса
  
• 6.8. Некоторые свойства активных центров
  
• 6.9. Кинетика многих ферментов описывается моделью Михаэлиса — Ментен
  
• 6.10. … можно определить, используя различные концентрации субстрата
  
• 6.11. Значение величин …
  
• 6.12. О степени совершенства кинетики ферментативного катализа судят по критерию …
  
• 6.13. Ферменты могут ингибироваться специфическими молекулами
  
• 6.15. Лечение отравления этиленгликолем на основе конкурентного ингибирования
  
• 6.16. Аллостерические ферменты не подчиняются кинетике Михаэлиса — Ментен
  
• 6.17. Согласованный механизм аллостерических взаимодействий
  
• 6.18. Последовательный механизм аллосгерического взаимодействия
  
• 6.19. Водородные связи, а также электростатические и вандерваальсовы взаимодействия в фермент-субстратных комплексах
  
• 6.20. Заряженные субстраты могут связываться с противоположно заряженными группами фермента
  
• 6.21. При связывании субстратов с ферментами образуются строго ориентированные водородные связи
  
• 6.22. Белки обладают выраженной способностью к образованию водородных связей
  
• 6.23. Вандерваальсовы взаимодействия играют важную роль в случаях стернческой комплементарности
  
• 6.24. Биологически важные свойства воды: полярность воды и ее способность к когезин
  
• 6.25. Присутствие воды ослабляет полярные взаимодействия
  
• 6.26. Гидрофобные взаимодействия; в водной среде неполярные группы стремятся ассоциировать
  
• ГЛАВА 7. Механизм действия ферментов: лизоцим и карбоксипептидаза
  
• 7.1. Лизоцим расщепляет клеточные стенки бактерий
  
• 7.2. Трехмерная структура лизоцима
  
• 7.3. Поиски активного центра лизоцима
  
• 7.4. Способ связывания конкурентного ингибитора
  
• 7.5. От структуры фермента — к механизму ферментативного действия
  
• 7.6. Промежуточное образование иона карбония — критический этап катализа
  
• 7.7. Экспериментальное доказательство предложенного механизма ферментативного катализа
  
• 7.8. Карбоксипептидаза А: протеолитический фермент, содержащий цинк
  
• 7.9. Связывание субстрата индуцирует большие структурные изменения активного центра карбоксипептидазы А
  
• 7.10. Скорость катализа карбоксипептидазой А возрастает благодаря смещению электронов
  
• ГЛАВА 8. Активация проферментов: пищеварительные ферменты и факторы свертывания крови
  
• 8.1. Активация химотрипсиногена происходит путем специфического расщепления одной пептидной связи
  
• 8.2. Трехмерная структура химотрипсина
  
• 8.3. Химотрипсии специфичен в отношении ароматических и больших неполярных боковых цепей
  
• 8.4. При катализе химотрипсином часть субстрата ковалентно связывается с ферментом
  
• 8.5. Ацильная группа соединяется с необычайно реакционноспособным остатком серина на ферменте
  
• 8.6. Участие гистидина-57 в катализе выявляется с помощью аффинной метки
  
• 8.7. Система переноса заряда обеспечивает челночную передачу протона при катализе
  
• 8.8. В химотрипснне имеется глубокий карман для связывания ароматической боковой цепи
  
• 8.9. В процессе катализа образуется переходное тетраэдрическое промежуточное соединение
  
• 8.10. Механизм активации профермента
  
• 8.11. Трипсин и эластаза: вариации на тему
  
• 8.12. Ингибитор панкреатического трипсина прочно связывается в активном центре трипсина
  
• 8.13. Дивергентная и конвергентная эволюция сериновых протеиназ
  
• 8.14. Координированная активация панкреатических проферментов
  
• 8.16. Основные типы протеолитических ферментов — это сериновые протеиназы и карбоксипротеиназы
  
• 8.17. Свертывание крови как каскад реакций активации проферментов
  
• 8.18. Образование кровяного сгустка требует взаимодействия двух типов ферментативных превращений
  
• 8.19. Фибриноген превращается в фибриновый сгусток под действием тромбина
  
• 8.20. Мономеры фибрина спонтанно образуют фибриллы
  
• 8.21. Сгусток фибрина стабилизирован ковалентными поперечными связями
  
• 8.22. Тромбин гомологичен трипсину
  
• 8.23. Для синтеза протромбина необходим витамин К
  
• 8.24. На фосфолипидной поверхности тромбоцитов протромбин активируется фактором …
  
• 8.25. Гемофилия и другие формы нарушения свертывания крови позволили выявить ряд начальных этапов образования кровяного сгустка
  
• 8.26. Внутренний механизм свертывания крови
  
• 8.27. Внешний механизм свертывания крови
  
• 8.28. Контроль свертывания крови: проблема, требующая внимания
  
• ГЛАВА 9. Белки соединительной ткани: коллаген, эластин и протеогликаны
  
• 9.1. Тропоколлагеи как основная структурная единица коллагена
  
• 9.2. Коллаген обладает необычным составом и необычной последовательностью аминокислот
  
• 9.3. Некоторые остатки пролина и лизина в коллагене гидроксилируются
  
• 9.4. К остаткам гидроксилизина присоединены сахара
  
• 9.5. Структура тропоколлагена — это тройной спирально скрученный тяж
  
• 9.6. Малые размеры глицина делают его незаменимым компонентом структуры
  
• 9.7. Стабильность спирали коллагена зависит от кооперативных взаимодействий
  
• 9.8. Нарушение гидроксилирования — один из биохимических дефектов при цинге
  
• 9.9. Проколлаген предшественник коллагена при его биосинтезе
  
• 9.10. Дополнительные пептиды цепей-предшественников отщепляются ферментативно
  
• 9.11. Коллагеновое волокно состоит из ступенчато расположенных молекул гропоколлагена
  
• 9.12. Образование коллагенового волокна регулируется проколлаген-пептидазами
  
• 9.13. Поперечные связи повышают прочность коллагенового волокна
  
• 9.14. Коллагеназы-ферменты, специфически расщепляющие коллаген
  
• 9.15. Эластин — каучукоподобный белок эластических волокон
  
• 9.16. Протеогликаны образуют основное вещество соединительной ткани
  
• ГЛАВА 10. Введение в проблему биологических мембран
  
• 10.1. Общие свойства биологических мембран
  
• 10.2. Фосфолипиды — основной класс мембранных липидов
  
• 10.3. В большинстве мембран имеются также гликолипиды и холестерол
  
• 10.4. Фосфолипиды и глнколипиды легко образуют бислон
  
• 10.5. Липидные бислои — нековалентные кооперативные структуры
  
• 10.6. Липидные бислои непроницаемы для ионов и многих полярных молекул
  
• 10.7. Большинство мембранных процессов опосредовано белками
  
• 10.8. Реконструкция функционирующих мембранных систем из очищенных компонентов
  
• 10.9. Отдельные белки мембран глубоко погружены в липидный бислой
  
• 10.10. В мембране эритроцитов содержатся различные периферические и интегральные белки
  
• 10.11. Мембрану эритроцита пронизывают канал для анионов и сложный белок гликофорин
  
• 10.12. Углеводные единицы расположены на наружной стороне плазматической мембраны
  
• 10.13. Липиды и многие мембранные белки быстро диффундируют в плоскости мембраны
  
• 10.14. Мембранные белки не перемещаются поперек бислоев
  
• 10.15. Жидкостно-мозаичная модель биологических мембран
  
• 10.16. Мембранам свойственна асимметрия
  
• 10.17. Текучесть мембран зависит от состава жирных кислот и содержания холестерола
  
• 10.18. Трехмерная модель мембран по данным электронной микроскопии

Источник: know.alnam.ru