<<
>>

Структура, функции, особенности биосинтеза и типы гемоглобина

Гемоглобин — основной компонент эритроцитов (составляет около 98 % массы белков цитоплазмы эритроцита), благодаря которому осуществляется главная функция крови — перенос кислорода. По химической природе гемоглобин относится к хромопротеидам и имеет в своем составе белок (глобин) и железосодержащую простетическую группу (гем).

Гем — комплексное соединение железа и протопорфирина IX, состоящего из 4 пиррольных колец, соединенных СН- мостиками (рис.
1). Железо, находящееся в центре протопорфирина, связано с четырьмя атомами азота пиррольных колец двумя главными и двумя дополнительными связями. Одна из двух оставшихся связей (координационное число железа равно 6) используется для соединения с глобином, другая — с кислородом. Гем одинаков для всех видов гемоглобина животных, различия в свойствах обусловлены особенностями белкового компонента.

Глобин — тетрамер, состоящий из двух пар полипептидных цепей, различие аминокислотного состава которых определяет гетерогенность молекулы гемоглобина человека. Основной компонент гемоглобина (НЬ) человека — НЬА (95-98 % гемоглобина крови) состоит из двух а- и двух Р-цепей, другие виды нормального гемоглобина НЬА (22,5 %) и НЬБ (0,1-2 %) имеют общую с НЬА а-пептидную цепь, но отличаются структурой второй полипептидной цепи (формула НЬА сс252, НЬРа252). Цепи аир НЬА состоят соответственно из 141 и 146 аминокислотных остатков, связанных в генетически определенной последовательности, в целом молекула гемоглобина содержит 574 аминокислоты.

Каждая полипептидная цепь глобина соединена с гемом специфической связью (на один глобин приходится4 гема).

Биосинтез глобина осуществляется в эритроидных клетках костного мозга путем синхронной продукции гема и глобиновых цепей и их сочетания с образованием законченной молекулы.

Строение гема

?

Рис. 1.

Строение гема

.

Синтез полипептидных цепей, входящих в состав глобина, происходит под контролем структурных и регуляторных генов. Структурные локусы, определяющие синтез а-цепей в течении всей жизни человека (эмбриональной и постнатальной), локализуются на 16 паре хромосом. Структурные локусы, детерминирующие синтез {$-, у- и 8-цепей, локализуются на хромосоме 11 в сцепленном виде. Гены-регуляторы занимают смежные со структурными генами цистроны. В первой половине фетальной жизни у человека активны, главным образом, локусы а-, у- и е-цепей (последний лишь кратковременно в раннем периоде эмбриональной жизни). После рождения одновременно с «выключением» локуса у-цепей активизируются локусы |3- и 8-цепей. В результате такого «переключения» происходит замена фетального гемоглобина (НbF) гемоглобином взрослого (НbА) с малой фракцией НbАз. Синтез гемоглобиновых цепей представляет собой частный пример белкового синтеза в клетке. Генетическая информация, определяющая последовательность расположения аминокислот в полипептидных цепях, закодирована в ДНК с помощью составляющих гены оснований. Заключенная в ДНК информация в процессе транскрипции передается из ядра в цитоплазму с помощью посредника — информационной РНК (иРНК).
Последняя диффундирует в цитоплазму и действует как матрица для синтеза белка, происходящего в рибосомах. Аминокислоты, из которых образуется полипептидная цепь, транспортируются к рибосомам с помощью специфичной транспортной РНК (тРНК), причем большинство аминокислот имеют различные виды тРНК.

Гемовая часть молекулы гемоглобина синтезируется отдельно с помощью серии регулируемых энзиматических ступеней. На первом этапе биосинтеза порфиринов в результате соединения глицина с производным янтарной кислоты (янтарная кислота связывается с коэнзимом А с образованием активной формы сукцинил-КоА) синтезируется 8-аминолевулиновая кислота с помощью фермента синтетазы 8-аминолевулиновой кислоты (в этом синтезе участвует кофермент витамина Б6—пиридоксальфосфат). На cледующем этапе из двух молекул 5-аминолевулиновой кислоты благодаря ферменту дегидразы 8-аминолевулиновой кислоты образуется порфобилиноген. Затем из четырех молекул порфобилиногена образуется вначале уропорфириноген, затем копропорфириноген при участии фермента декарбоксилазы уропорфириногена. Из копропорфириногена под влиянием декарбоксилазы копропорфириногена синтезируется протопорфирин, который, соединяясь с железом, образует гем. Соединение протопорфирина с железом осуществляет фермент гемсинтетаза.

Типы гемоглобина

В эритроцитах эмбриона, плода, ребенка и взрослого человека в норме могут определяться 6 типов гемоглобина: эмбриональный (Gower I, Gower 2 и Portland); фетальный гемоглобин и взрослые типы НЬА и НЬА,. Электрофоретическая подвижность гемоглобина варьирует в зависимости от его химической структуры. Время появления гемоглобинов в организме и их количественные соотношения представлены в табл. 3.

Эмбриональные типы гемоглобина

На ранних стадиях развития эмбриона человека в крови содержится два типа медленно мигрирующего гемоглобина (Gower 1 и Gower 2) и Hb Portland, электрофоретическая подвижность которого подобна таковой HbF. У эмбриона в возрасте 4-8 нед Hb Gower 1 и Gower 2 составляют около 2/3 от общего количества Hb; доля Hb Portland составляет 20 %. К 3 мес гестации данные гемоглобины постепенно исчезают.

Фетальные типы гемоглобинов

К 8-недельному сроку гестации доминирующим типом Hb становится HbF, который у плода в возрасте 6 мес составляет 90 % от общего количества Hb. Затем отмечается постепенное снижение уровня HbF и к моменту рождения он составляет около 70 % от общего количества. В постнатальном периоде уровень его быстро снижается (приблизительно на 3 % в неделю) и у ребенка 6—12 мес обнаруживаются лишь его следы. У детей старшего возраста и взрослых HbF составляет менее 2 %. HbF гетерогенен, поскольку содержит 2 типа у-цепей, синтез которых контролируется двумя наборами генов. Эти цепи различаются присутствием в позиции 136 остатков глицина ^у) либо аланина (Ау). У новорожденного соотношение Gy и Ау составляет 3:1.

Таблица 3

Типы гемоглобина в онтогенезе человека



Типы гемоглобина в онтогенезе человека



Взрослые типы гемоглобинов

Синтез НЬА начинается с 9-недельного срока гестации, у плода в возрасте 6 мес определяется около 5-10 % НbА В дальнейшем количество НbА увеличивается и к моменту рождения составляет приблизительно 30 %. Начиная с первых недель постнатальной жизни ребенка синтез НbА резко увеличивается и к 6-месячному возрасту доля НЬА составляет 95-98 %. НЬА; к моменту рождения ребенка определяется в виде следов, к возрасту 1 года достигает нормы и составляет 2—3 %. На протяжении всей жизни соотношение НbА и HbAj в норме составляет 30 : 1.
<< | >>
Источник: Папаян А. В., Жукова Л. Ю. . Анемии у детей. 2001

Еще по теме Структура, функции, особенности биосинтеза и типы гемоглобина:

  1. Наследственные гемолитические анемии, связанные с нарушением структуры или синтеза гемоглобина (гемоглобинопатии)
  2. Взаимоотношения структуры и функции. Проблемы локализации функции. Мозг как динамическая система. Механизмы системно-интегративной деятельности мозга. Сознание, психика, мозг. Бессознательное состояние
  3. СТРУКТУРА И ФУНКЦИЯ
  4. Типы шока их патогенетические особенности
  5. Нарушение функций клеточных структур
  6. Типы темпераментов и их особенности, способы изучения
  7. Биосинтез эстрогенов
  8. Структура и функция печени
  9. Структура высших психических функций
  10. Структура и функция селезенки