Гемоглобин используется в производстве
Молекула гемоглобина: 4 субъединицы окрашены в разные цвета
Структура гемоглобина человека. Железосодержащие гем-группы показаны зелёным. Красным и синим показаны альфа- и бета- субъединицы.
Гемоглоби́н (от др.-греч. αἷμα «кровь» + лат. globus «шар») (Hb или Hgb) — сложный железосодержащий белок животных, обладающих кровообращением, способный обратимо связываться с кислородом, обеспечивая его перенос в ткани. У позвоночных животных содержится в эритроцитах, у большинства беспозвоночных растворён в плазме крови (эритрокруорин) и может присутствовать в других тканях[1]. Молекулярная масса гемоглобина человека — около 66,8 кДа. Молекула гемоглобина может нести до четырёх молекул кислорода. Один грамм гемоглобина может переносить до 1.34 мл. O2
Гемоглобин появился более чем 400 миллионов лет назад у последнего общего предка человека и акул в результате 2 мутаций, приведших к формированию четырёхкомпонентного комплекса гемоглобина, сродство которого к кислороду достаточно для связывания кислорода в насыщенной им среде, но недостаточно, чтобы удерживать его в других тканях организма.[2][3]
Большой вклад в исследование структуры и функционирования гемоглобина внёс Макс Фердинанд Перуц, получивший за это в 1962 году Нобелевскую премию[4].
Нормальным содержанием гемоглобина в крови человека считается: у мужчин — 130—160 г/л (нижний предел — 120, верхний предел — 180 г/л), у женщин — 120—160 г/л; у детей нормальный уровень гемоглобина зависит от возраста и подвержен значительным колебаниям. Так, у детей через 1—3 дня после рождения нормальный уровень гемоглобина максимален и составляет 145—225 г/л, а к 3—6 месяцам снижается до минимального уровня — 95—135 г/л, затем с 1 года до 18 лет отмечается постепенное увеличение нормального уровня гемоглобина в крови[5].
Во время беременности в организме женщины происходит задержка и накопление жидкости, что является причиной гемодилюции — физиологического разведения крови. В результате наблюдается относительное снижение концентрации гемоглобина (при беременности уровень гемоглобина в норме составляет 110—155 г/л). Кроме этого, в связи с внутриутробным ростом ребёнка происходит быстрое расходование запасов железа и фолиевой кислоты. Если до беременности у женщины был дефицит этих веществ, проблемы, связанные со снижением гемоглобина, могут возникнуть уже на ранних сроках беременности[6].
Главные функции гемоглобина: перенос кислорода и буферная функция. У человека в капиллярах лёгких в условиях избытка кислорода последний соединяется с гемоглобином. Потоком крови эритроциты, содержащие молекулы гемоглобина со связанным кислородом, доставляются к органам и тканям, где кислорода мало; здесь необходимый для протекания окислительных процессов кислород освобождается от связи с гемоглобином. Кроме того, гемоглобин способен связывать в тканях небольшое количество диоксида углерода (CO2) и освобождать его в лёгких.
Монооксид углерода (CO) связывается с гемоглобином крови намного сильнее (в 250 раз[7]), чем кислород, образуя карбоксигемоглобин (HbCO). Впрочем, монооксид углерода может быть частично вытеснен из гема при повышении парциального давления кислорода в лёгких. Некоторые процессы приводят к окислению иона железа в гемоглобине до степени окисления +3. В результате образуется форма гемоглобина, известная как метгемоглобин (HbOH) (metHb, от «мета-» и «гемоглобин», иначе гемиглобин или ферригемоглобин, см. Метгемоглобинемия). В обоих случаях блокируются процессы транспортировки кислорода.
Строение[править | править код]
Гемоглобин является сложным белком класса гемопротеинов, то есть в качестве простетической группы здесь выступает гем — порфириновое ядро, содержащее железо. Гемоглобин человека является тетрамером, то есть состоит из 4 протомеров. У взрослого человека они представлены полипептидными цепями α1, α2, β1 и β2. Субъединицы соединены друг с другом по принципу изологического тетраэдра. Основной вклад во взаимодействие субъединиц вносят гидрофобные взаимодействия. И α-, и β-цепи относятся к α-спиральному структурному классу, так как содержат исключительно α-спирали. Каждая цепь содержит восемь спиральных участков, обозначаемых буквами от A до H (от N-конца к C-концу).
Гем представляет собой комплекс протопорфирина IX, относящегося к классу порфириновых соединений, с атомом железа(II). Этот кофактор нековалентно связан с гидрофобной впадиной молекул гемоглобина и миоглобина.
Железо(II) характеризуется октаэдрической координацией, то есть связывается с шестью лигандами. Четыре из них представлены атомами азота порфиринового кольца, лежащими в одной плоскости. Две другие координационные позиции лежат на оси, перпендикулярной плоскости порфирина. Одна из них занята азотом остатка гистидина в 93-м положении полипептидной цепи (участок F). Связываемая гемоглобином молекула кислорода координируется к железу с обратной стороны и оказывается заключённой между атомом железа и азотом ещё одного остатка гистидина, располагающегося в 64-м положении цепи (участок E).
Всего в гемоглобине человека четыре участка связывания кислорода (по одному гему на каждую субъединицу), то есть одновременно может связываться четыре молекулы. Гемоглобин в лёгких при высоком парциальном давлении кислорода соединяется с ним, образуя оксигемоглобин. При этом кислород соединяется с гемом, присоединяясь к железу гема на 6-ю координационную связь. На эту же связь присоединяется и монооксид углерода, вступая с кислородом в «конкурентную борьбу» за связь с гемоглобином, образуя карбоксигемоглобин.
Связь гемоглобина с монооксидом углерода более прочная, чем с кислородом. Поэтому часть гемоглобина, образующая комплекс с монооксидом углерода, не участвует в транспорте кислорода. В норме у человека образуется 1,2 % карбоксигемоглобина. Повышение его уровня характерно для гемолитических процессов, в связи с этим уровень карбоксигемоглобина является показателем гемолиза.
Физиология[править | править код]
Изменение состояний окси- и дезоксигемоглобина
В отличие от миоглобина гемоглобин имеет четвертичную структуру, которая придаёт ему способность регулировать присоединение и отщепление кислорода и характерную кооперативность: после присоединения первой молекулы кислорода связывание последующих облегчается. Структура может находиться в двух устойчивых состояниях (конформациях): оксигемоглобин (содержит 4 молекулы кислорода; напряжённая конформация) и дезоксигемоглобин (кислорода не содержит; расслабленная конформация).
Устойчивое состояние структуры дезоксигемоглобина усложняет присоединение к нему кислорода. Поэтому для начала реакции необходимо достаточное парциальное давление кислорода, что возможно в альвеолах лёгких. Изменения в одной из 4-х субъединиц влияет на оставшиеся, и после присоединения первой молекулы кислорода связывание последующих облегчается.
Отдав кислород тканям, гемоглобин присоединяет к себе ионы водорода и углекислый газ, перенося их в лёгкие[8].
Гемоглобин является одним из основных белков, которыми питаются малярийные плазмодии — возбудители малярии, и в эндемичных по малярии районах земного шара весьма распространены наследственные аномалии строения гемоглобина, затрудняющие малярийным плазмодиям питание этим белком и проникновение в эритроцит. В частности, к таким имеющим эволюционно-приспособительное значение мутациям относится аномалия гемоглобина, приводящая к серповидноклеточной анемии. Однако, к несчастью, эти аномалии (как и аномалии строения гемоглобина, не имеющие явно приспособительного значения) сопровождаются нарушением кислород-транспортирующей функции гемоглобина, снижением устойчивости эритроцитов к разрушению, анемией и другими негативными последствиями. Аномалии строения гемоглобина называются гемоглобинопатиями.
Гемоглобин высокотоксичен при попадании значительного его количества из эритроцитов в плазму крови (что происходит при массивном внутрисосудистом гемолизе, геморрагическом шоке, гемолитических анемиях, переливании несовместимой крови и других патологических состояниях). Токсичность гемоглобина, находящегося вне эритроцитов, в свободном состоянии в плазме крови, проявляется тканевой гипоксией — ухудшением кислородного снабжения тканей, перегрузкой организма продуктами разрушения гемоглобина — железом, билирубином, порфиринами с развитием желтухи или острой порфирии, закупоркой почечных канальцев крупными молекулами гемоглобина с развитием некроза почечных канальцев и острой почечной недостаточности.
Ввиду высокой токсичности свободного гемоглобина в организме существуют специальные системы для его связывания и обезвреживания. В частности, одним из компонентов системы обезвреживания гемоглобина является особый плазменный белок гаптоглобин, специфически связывающий свободный глобин и глобин в составе гемоглобина. Комплекс гаптоглобина и глобина (или гемоглобина) затем захватывается селезёнкой и макрофагами тканевой ретикуло-эндотелиальной системы и обезвреживается.
Другой частью гемоглобинообезвреживающей системы является белок гемопексин[en], специфически связывающий свободный гем и гем в составе гемоглобина. Комплекс гема (или гемоглобина) и гемопексина затем захватывается печенью, гем отщепляется и используется для синтеза билирубина и других жёлчных пигментов, или выпускается в рециркуляцию в комплексе с трансферринами для повторного использования костным мозгом в процессе эритропоэза.
Экспрессия генов гемоглобина до и после рождения.
Также указаны типы клеток и органы, в которых происходит экспрессия гена (данные по Wood W. G., (1976). Br. Med. Bull. 32, 282.).[9]
Гемоглобин при заболеваниях крови[править | править код]
Дефицит гемоглобина может быть вызван, во-первых, уменьшением количества молекул самого гемоглобина (см. анемия), во-вторых, из-за уменьшенной способности каждой молекулы связать кислород при том же самом парциальном давлении кислорода.
Гипоксемия — это уменьшение парциального давления кислорода в крови, её следует отличать от дефицита гемоглобина. Хотя и гипоксемия, и дефицит гемоглобина являются причинами гипоксии.
Если дефицит кислорода в организме в общем называют гипоксией, то местные нарушения кислородоснабжения называют ишемией.
Прочие причины низкого гемоглобина разнообразны: кровопотеря, пищевой дефицит, болезни костного мозга, химиотерапия, отказ почек, атипичный гемоглобин.
Повышенное содержание гемоглобина в крови связано с увеличением количества или размеров эритроцитов, что наблюдается также при истинной полицитемии. Это повышение может быть вызвано: врождённой болезнью сердца, лёгочным фиброзом, слишком большим количеством эритропоэтина.
См. также[править | править код]
- Гемоглобин А
- Гемоглобин С (мутантная форма)
- Эмбриональный Гемоглобин (эмбриональный)
- Гемоглобин S (мутантная форма)
- Гемоглобин F (фетальный)
- Кобоглобин
- Нейроглобин
- Анемия
- Порфирия
- Талассемия
- Эффект Вериго — Бора
Примечания[править | править код]
- ↑ Haemoglobins of invertebrate tissues. Nerve haemoglobins of Aphrodite, Aplysia and Halosydna
- ↑ Ученые выяснили происхождение гемоглобина. РИА Новостей, 20.05.2020, 18:59
- ↑ Michael Berenbrink. Evolution of a molecular machine/Nature, NEWS AND VIEWS, 20 MAY 2020
- ↑ Лауреаты нобелевской премии. Макс Перуц.
- ↑ Назаренко Г. И., Кишкун А. А. Клиническая оценка результатов лабораторных исследований. — 2005.
- ↑ Общий анализ крови и беременность Архивная копия от 10 марта 2014 на Wayback Machine
- ↑ Hall, John E. Guyton and Hall textbook of medical physiology (англ.). — 12th ed.. — Philadelphia, Pa.: Saunders/Elsevier, 2010. — P. 1120. — ISBN 978-1416045748.
- ↑ Степанов В. М. Структура и функции белков : Учебник. — М. : Высшая школа, 1996. — С. 167—175. — 335 с. — 5000 экз. — ISBN 5-06-002573-X.
- ↑ Айала Ф., . Современная генетика: В 3-х т = Modern Genetics / Пер. А. Г. Имашевой, А. Л. Остермана, . Под ред. Е. В. Ананьева. — М.: Мир, 1987. — Т. 2. — 368 с. — 15 000 экз. — ISBN 5-03-000495-5.
Литература[править | править код]
- Mathews, CK; KE van Holde & KG Ahern (2000), Biochemistry (3rd ed.), Addison Wesley Longman, ISBN 0-8053-3066-6
- Levitt, M & C Chothia (1976), “Structural patterns in globular proteins”, Nature
Ссылки[править | править код]
- Eshaghian, S; Horwich, TB; Fonarow, GC (2006). “An unexpected inverse relationship between HbA1c levels and mortality in patients with diabetes and advanced systolic heart failure”. Am Heart J. 151 (1): 91.e1—91.e6. DOI:10.1016/j.ahj.2005.10.008. PMID 16368297.
- Kneipp J, Balakrishnan G, Chen R, Shen TJ, Sahu SC, Ho NT, Giovannelli JL, Simplaceanu V, Ho C, Spiro T (2005). “Dynamics of allostery in hemoglobin: roles of the penultimate tyrosine H bonds”. J Mol Biol. 356 (2): 335—53. DOI:10.1016/j.jmb.2005.11.006. PMID 16368110.
- Hardison, Ross C. (2012). “Evolution of Hemoglobin and Its Genes”. Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine. 2 (12): a011627. DOI:10.1101/cshperspect.a011627. ISSN 2157-1422. PMC 3543078. PMID 23209182.
Пищевой обогатитель «Гемоглобин» (Альбумин) производства Sonac Loenen B.V. Нидерланды является сухой кровью, предназначенной для производства мясопродуктов.
«Гемоглобин» используется для получения жидкой крови и подкрашивания мясопродуктов, изготавливаемых из сырья с признаками PSE (с низким конечным рН), из коллагеносодержащего сырья, с введением значительных количеств белковых препаратов для улучшения их товарного вида и вида на разрезе мясопродуктов.
Применение сухой крови Гемоглобин
«Гемоглобин» (Альбумин) применяется при производстве таких мясных изделий, как:
- полуфабрикаты рубленые
- вареные колбасные изделия
- полукопченые колбасы
- варено-копченые колбасы
- ветчины
- цельномышечные продукты из свинины и говядины
- зельцы
- мясорастительные консервы
- кровяные колбасы
- гематоген
Пищевой альбумин получают путем мелкодисперсного распыления свежей крови в вакуумных сушилках.
Сырьем является пищевая свиная кровь, полученная непосредственно при забое свиней. Ее собирают полым ножом без доступа кислорода, и в течение очень короткого времени направляют на сепарацию и сушку.
При сепарации выделяют светлый альбумин и темный альбумин — соответственно плазму и форменные элементы крови (гемоглобин).
Для соблюдения высоких параметров пищевой чистоты все процессы переработки крови максимально коротки по времени, потому что именно кровь является наиболее подверженной разложению и бактериальной порче.
В упаковке находится не цельная сушеная кровь, а смесь фракций гемоглобина и плазмы производства голландского концерна «Sonac».
Плазма крови (светлый альбумин) используется как желирующий агент, эмульгатор и водосвязывающий агент при производстве колбас. В промышленности используется в рассолах для шприцевания варено/копченых деликатесов, в ГОСТовских вареных колбасах (белок крови в рецепттуре не распознается при анализах на фальсификацию — в качестве замены мясного сырья).
Помимо мясопродуктов применяется, как источник белка и естественный иммуномодулятор для выкармливания поросят, домашней птицы, кормов для кошек, собак, птиц, домашних мышей, морских свинок и пр. А также, среди рыболовов — в рецептах приготовления приманок для рыб, особенно хищных.
Цельная сушеная кровь для домашних кровяных колбас не совсем подходит ввиду своей слабой функциональности. После гидратации и восстановления такая кровь не позволяет получить плотную текстуру колбасы после варки, кровяная колбаса с цельной сушеной кровью получается неплотной, водянистой.
А если уменьшить количество воды и добавлять больше сухого порошка крови в продукт — то на вкус такая колбаса будет неприятна из-за сильного железистого привкуса в следствии критического превышения гемоглобина.
И именно поэтому в данном продукте большая часть практически безвкусной плазмы, создающей термостабильную прочную белковую матрицу, форму для кровяной колбасы и небольшая часть сушеного гемоглобина для создания цвета и аромата в рецепте классической кровяной колбасы.
Характеристики (Альбумин)«Гемоглобин»
(Альбумин)«Гемоглобин» пищевой изготавливается методом фракционирования и распылительной сушки свиной крови.
Это однородный порошок красно-бурого цвета, который не содержит генетически модифицированных организмов (ГМО).
«Гемоглобин» является полноценным, легкоусвояемым, сбалансированным по аминокислотному составу продуктом переработки крови.
Таблица 1
Наименование показателей | Характеристика |
Внешний вид Цвет Запах рН 2% раствора при t = 20 °С Влага, %, не более Белок, %, не менее Жир, %, не более | Порошок Красно-бурый Нейтральный, свойственный продуктам переработки крови 8,5 8,0 95,0 1,0 |
Аминокислотный состав (Альбумин) «Гемоглобин» приведен в табл. 2.
Таблица 2
Название | Содержание, г/100г |
Лизин Метионин Цистин Треонин Триптофан Изолейцин Аспаргин Фенилаланин Лейцин Валин Глютамин Тирозин | 9,0 0,7 0,9 3,9 1,5 0,6 10,6 6,9 13,0 8,9 8,0 2,3 |
По микробиологическим показателям (Альбумин) «Гемоглобин» должен соответствовать требованиям СанПиН 2.3.2.1078 , указанным в табл. 3.
Таблица 3
Наименование показателя | Значение показателя |
КМАиФАМ, КОЕ/г, не более | 1х10³ |
Escherichia coli в 1 г | Не допускаются |
Патогенные микроорганизмы, в т.ч. сальмонеллы в 25 г | Не допускаются |
(Альбумин) «Гемоглобин» упакован в многослойные бумажные мешки массой нетто 20-25 кг.
Для производства домашних колбас можно купить упаковки меньшим весом, к примеру, 250 г сушеной крови хватает для получения 4-5 кг кровяной колбасы.
В рецептуре кровяной колбасы полученный гель лучше применять в соотношении на 3:1, то есть на 3 части мясной составляющей, шпика или каши (перловой, гречневой, ячневой, гороховой и пр.) 1 часть жидкого восстановленного геля.
Для получения плотной консистенции кровяной колбасы или зельца следует смешать порошок с горячей (примерно 65-70 градусов Цельсия) водой в соотношении 1:3; 1:4. Для равномерного растворения следует использовать миксер или блендер. Использование горячей воды обязательно и критично!
Из-за высокой функциональности допускается увеличивать количество воды для гидратации порошка, максимальное соотношение 1:5 (сухой порошок : горячая вода).
Хранение пищевого обогатителя (Альбумин) «Гемоглобин» осуществляют в сухих складских помещениях при температуре не ниже 0 ºС не выше 20ºС и относительной влажности воздуха не более 75% в неповрежденной закрытой упаковке.
Гарантийный срок хранения – 2 года со дня выработки.
Технология производства мясопродуктов с Гемоглобином
«Гемоглобин» (Альбумин) удобен в применении, не требует сложных подготовительных процессов и используется в виде раствора, либо в сухом виде без изменения технологического процесса, придает готовым продуктам насыщенный темно-красный цвет.
1 часть (Альбумин) «Гемоглобин» и 4 части воды соответствуют 5 л свежей крови, используемой для кровяных колбас и зельца красного.
(Альбумин) «Гемоглобин» применяют в составе шприцовочного рассола (для цельномышечных изделий) или вводят в фарш при массировании (для реструктурированных мясопродуктов).
Сухую кровь вводят в фарш в количествах до 1,0% от массы сырья.
Рекомендуемая дозировка «Гемоглобина» для окрашивания:
- вареных колбасных изделий 0,2-0,6%
- полукопченых, варено-копченых и сырокопченых колбас 0,3-0,5%
- ветчин, цельномышечных продуктов и натуральных полуфабрикатов 0,1-0,3% при добавлении в рассол
- рубленых полуфабрикатов и фаршей 0,2-0,5% предварительно растворив в воде
- гранул из изолированного соевого и животного белка 0,5 — 1,0%
Для усиления интенсивности окраски рекомендуется одновременно с натуральным красителем использовать аскорбат или изоаскорбинат натрия в количестве 0,03-0,05% к массе сырья.
Допускается использовать (Альбумин) «Гемоглобин» вместе с другими красителями, с нитритной солью.