Химическая энциклопедия

гемоглобин

ГЕМОГЛОБИН (от греч. haima — кровь и лат. globus — шар)

осн. белок дыхат. цикла, участвующий в переносе O2 от органов дыхания к тканям, а в обратном направлении — CO2. Содержится в эритроцитах крови почти всех позвоночных и гемолимфе большинства беспозвоночных животных. Г. позвоночных (мол. м. 6,4∙104-6,6∙104) состоят из четырех попарно идентичных субъединиц (их обозначают греч. буквами; теми же буквами обозначают входящие в состав субъединиц полипептидные цепи, а также гены, кодирующие эти цепи). Каждая субъединица имеет белковую глобиновую часть, состоящую из 140–160 аминокислотных остатков, с которой нековалентно связан гем-ферропрото-порфирин (см. формулу).

Функцию переноса O2 у некоторых видов беспозвоночных выполняют крупные гемсодержащие белки-эритрокруорины (мол. м. 0,4∙106-6,7∙106), состоящие из 30–400 субъединиц, и хлоркруорины (мол. м. 3,4∙106), состоящие из 190 субъединиц. Эти белки способны обратимо связывать одну молекулу O2 на группу тема, т. е. на субъединицу. Переносчиком O2 у др. видов беспозвоночных служат негемовые белки, состоящие из 8–10 субъединиц,— медьсодержащие гемоцианины (мол. м. 0,05∙107∙107) и железосодержащие гемэритрины (мол. м. 1∙105). Каждая субъединица таких белков содержит два атома металла (соотв. Cu + и Fe2+), способных связать одну молекулу O2.

Г. взрослого человека (НbА) имеет мол. м. 6,49∙104 и принадлежит к числу наиб. изученных белков. Его форма в растворе близка к эллипсоиду с осями 6,4, 5,5 и 5,0 нм; изоэлектрич. точка 6,9. Тетрамер НЬА состоит из двух α- и двух β-субъединиц, их полипептидные цепи содержат соотв. 141 и 146 аминокислотных остатков. Известны первичная структура обеих цепей, а также пространств. структура оксигенированной, дезоксигенированной, ряда лигандированных, а также окисленной формы (содержит Fe3+) НbА. Пространств. структура субъединиц (рис. 1) характеризуется наличием восьми α-спиральных участков, включающих около 80% аминокислотных остатков, и внутр. полости — гемового кармана. Фиксирование тема в субъединице осуществляется в результате гидрофобных взаимод. пиррольных и винильных групп тема с алифатич. и ароматич. боковыми радикалами аминокислот, выстилающими полость кармана, а также благодаря координационной связи (направлена перпендикулярно к плоскости кольца тема) Fe2+ с аксиальным лигандом-имидазольной группой гистидина (т. наз. проксимальный гистидин). При оксигенации молекула O2 занимает шестое вакантное место в координационной сфере Fe2+. Связывание происходит обратимо, без окисления железа, с образованием стабильного оксигенированного комплекса НbO2. Одна молекула Г. способна присоединить 4 молекулы O2-по одной на группу тема.

Рис. 1. Схема упаковки поли-пептидной цепи β-субъединицы гемоглобина. Точками обозначены положения α-С атомов аминокислотных остатков; 1 — гем; 2 — проксимальный остаток гистидина.

Субъединицы α и β прочно удерживаются в составе тетрамера Г. множественными ван-дер-ваальсовыми взаимод. и водородными связями; дезоксигенированная форма НbА стабилизирована кроме того неск. ионными связями внутри и между субъединицами. Тетрамер Г. — кооперативная структура, в которой существует взаимод. пространственно разобщенных между собой групп (т. наз. гем-гем взаимодействие). Это проявляется в облегчении присоединения к тетрамеру последующих молекул O2 по мере протекания оксигенирования, что значительно увеличивает эффективность переноса O2 при физиол. условиях по сравнению с мономерными Г. и миоглобином (белок, депонирующий O2 в мышцах). Присоединение O2 к молекуле Г. сопровождается значит. конформационными перестройками пространств. структуры субъединиц и тетрамера в целом.

Сродство Г. к O2 является основным физ.-хим. показателем функциональных свойств Г.; его принято характеризовать зависимостью степени оксигенирования Г. от парциального давления кислорода 2 мм рт. ст.) 1 л крови, насыщенной в легких кислородом (92–98% Г. находится в форме НbO2), отдает в тканях ок. 45 мл O2, при этом содержание НbO2 в венозной крови составляет 70–75%.

Рис. 2. Зависимость содержания оксигемоглобина от парциального давления O2.

Из клеток тканей CO2 диффундирует через плазму крови в эритроциты, где гидратируется в реакции, катализируемой ферментом карбоангидразой:

Гидрокарбонат-ионы в эритроцитах замещаются далее на ионы Cl из плазмы, сами переходят в плазму и переносятся ею к легким. Определенная часть CO2 связывается в эритроцитах с N-концевыми α-аминогруппами Г. с образованием остатка карбаминовой кислоты, уменьшая сродство Г. к O2. Увеличение РСО2 температуры, ионной силы раствора и уменьшение pH снижают сродство Г. к O2. Важнейший внутриэритроцитарный регулятор сродства — анионы 2,3-дифосфоглицериновой кислоты. Увеличение их концентрации также уменьшает сродство Г. к O2. Снижение сродства при уменьшении pH в интервале 9–6 наз. щелочным эффектом Бора, который обусловлен существованием равновесия:

Этот эффект вносит значит. вклад в поддержание постоянного значения pH крови и освобождение O2 в тканях соотв. уровню обмена веществ [увеличение концентрации CO2 сдвигает равновесие реакций (1) и (2) вправо]. В легких, где рСО2 составляет 40 мм рт. ст., процессы, описываемые реакциями (1) и (2), идут в обратном направлении, в результате чего CO2, находящийся в растворенном и связанном с Г. состоянии, освобождается, Г. оксигенируется и дыхат. цикл завершается.

У человека на разных этапах развития организма обнаружено несколько Г., различающихся составляющими их субъединицами. На ранних стадиях эмбрионального развития у зародыша обнаруживаются Г. строения

Первичные структуры, локализована на хромосоме 11. Первичная структура α- и не α-глобиновых генов человека известна. Для каждого из них установлено наличие двух нитронов (отрезков ДНК, прерывающих кодирующие участки,-экзоны) и больших некодирующих участков, находящихся на флангах генов. Биосинтез тема, α- и β-глобиновых цепей, а также сборка тетрамерных молекул НbА осуществляется в клетках эритроцитарного ряда и практически завершается к моменту выхода зрелых эритроцитов (их продолжительность жизни у человека составляет 120–130 дней) из костного мозга в кровяное русло.

Точковые мутации в экзонах глобиновых генов могут вести к появлению мутантных Г. с единичной аминокислотной заменой. Это м. б. причиной молекулярных болезней — наследств. гемоглобинопатий. Наиб. известный пример мутантного Г. — HbS, в котором шестой от N-конца β-глобиновой цепи остаток глутаминовой кислоты заменен на остаток валина. Такой Г. содержится в эритроцитах больных серповидноклеточной анемией. Точечная мутация, делеция (выпадение участка ДНК) или другой дефект глобинового гена, локализованный вне экзонов, может уменьшить продукцию глобиновых цепей в эритроцитах, нарушить сбалансированный биосинтез α- и β-цепей и привести к др. распространенной разновидности гемоглобинопатий-талассемии.

Лит.: Уайт А., Хендлер Ф., Смит Э., Основы биохимии, пер. с англ., т. 3, М, 1981, с. 1218–66; Bunn Н. F., Forget В. G., Ranney Н. М, Нетоglobinopathies, Phil. — L. — Toronto, 1977; Human hemoglobins and hemoglobinopathies, "Texas Reports on Biology and Medicine", 1980–1981, v. 40; Atlas of molecular structures in bioldgy, ed. by D.C. Philips, P.M. Richards, v. 2, Haemoglobin and myoglobin, ed. by G. Fermi and M.F. Perutz, Oxf., 1981; Methods in enzymology, v. 76-Hemoglobins, N. Y. — L. — [a. o.], 1981.

В. А. Спивак

Химическая энциклопедия

Значения в других словарях

  1. гемоглобин — -а, м. Красящее вещество крови, составная часть красных кровяных телец, выполняющее в организме функцию переноса кислорода от органов дыхания к тканям. [От греч. α‛ι̃μα — кровь и лат. globus — шар]  Малый академический словарь
  2. Гемоглобин — (Hb) (от гемо... (См. Гемо...) и лат. globus — шар), красный железосодержащий пигмент крови человека, позвоночных и некоторых беспозвоночных животных; в организме выполняет функцию переноса кислорода (O2) из органов дыхания к тканям...  Большая советская энциклопедия
  3. гемоглобин — орф. гемоглобин, -а  Орфографический словарь Лопатина
  4. гемоглобин — ГЕМОГЛОБИН (от греч. haima — кровь и лат. globus — шар), Нb, красный железосодержащий пигмент крови человека, позвоночных и некоторых беспозвоночных животных, выполняющий в основном функции переноса кислорода из органов дыхания к тканям.  Ветеринарный энциклопедический словарь
  5. гемоглобин — ГЕМОГЛОБИН Красный дыхательный пигмент эритроцитов, участвующий в переносе кислорода от органов дыхания к тканям и углекислого газа от тканей к дыхательным органам. (Терминология спорта. Толковый словарь спортивных терминов, 2001)  Словарь спортивных терминов
  6. Гемоглобин — (от греч. haima кровь и лат. globus шар) — красный железосодержащий дыхательный пигмент крови человека, позвоночных и некоторых беспозвоночных животных.  Физическая антропология
  7. гемоглобин — ГЕМОГЛОБИН а, м. hémoglobine f. гр. haima кровь + лат. globus шар. Красный железосодержащий пигмент крови, осуществляющий перенос кислорода из легких в ткани организма. БАС-2. .  Словарь галлицизмов русского языка
  8. гемоглобин — гемоглобин , -а  Орфографический словарь. Одно Н или два?
  9. гемоглобин — Гем/о/глоби́н/.  Морфемно-орфографический словарь
  10. гемоглобин — Красный дыхательный пигмент крови человека, позвоночных и некоторых беспозвоночных животных. Состоит из белка (глобина) и железопорфирина (гема). Осуществляет газообмен – переносит кислород от лёгких к тканям и углекислый газ от тканей к лёгким.  Биология. Современная энциклопедия
  11. Гемоглобин — I Гемоглобин (haemoglobinum; греч. haima кровь + лат. globus шарик) дыхательный пигмент, содержащийся в эритроцитах крови человека, позвоночных животных и некоторых беспозвоночных...  Медицинская энциклопедия
  12. ГЕМОГЛОБИН — ГЕМОГЛОБИН, белок, содержащийся в ЭРИТРОЦИТАХ (красных кровяных клетках) у позвоночных. Гемоглобин доставляет кислород ко всем клеткам тела. В соединении с кислородом образует ОКСИГЕМОГЛОБИН алого цвета, в обескислороженном состоянии — голубовато-красный.  Научно-технический словарь
  13. гемоглобин — ГЕМОГЛОБИН -а; м. [от греч. haima (haimatos) — кровь и лат. globus — шар]. Красный пигмент крови, переносящий кислород от органов дыхания к тканям и углекислый газ от тканей к дыхательным органам. ◁ Гемоглобинный, -ая, -ое.  Толковый словарь Кузнецова
  14. гемоглобин — ГЕМОГЛОБИН, а, м. Красный пигмент крови, переносящий кислород от органов дыхания к тканям. | прил. гемоглобинный, ая, ое.  Толковый словарь Ожегова
  15. гемоглобин — Гемоглобина, м. [гемо и латин. globus – шар] (физиол.). Красящее вещество крови, составная часть красных кровяных шариков.  Большой словарь иностранных слов
  16. гемоглобин — ГЕМОГЛОБ’ИН, гемоглобина, ·муж. (от ·греч. haima — кровь и ·лат. globus — шар) (физиол.). Красящее вещество крови, составная часть красных кровяных шариков.  Толковый словарь Ушакова
  17. гемоглобин — гемоглобин м. Красный железосодержащий пигмент крови, осуществляющий перенос кислорода из лёгких в ткани организма.  Толковый словарь Ефремовой
  18. ГЕМОГЛОБИН — ГЕМОГЛОБИН (от гемо... и лат. globus — шар) — красный дыхательный пигмент крови человека, позвоночных и некоторых беспозвоночных животных. Состоит из белка (глобина) и железопорфирина — гема.  Большой энциклопедический словарь
  19. Гемоглобин — Нормальное красящее вещество крови, заключенное почти всецело в красных кровяных шариках и придающее им их характеристическую окраску.  Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона