Гемоглобин это белок и что еще

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.

Источник

По определению гемоглобин (Hb) — это животный белок, который содержит в себе железо. У позвоночных организмов красный пигмент находится в эритроцитах, у беспозвоночных представителей встречается в плазме. У гемоглобина широкий спектр задач, поэтому даже незначительное колебание его уровня нарушает работу важных систем жизнедеятельности.

Образование гемоглобина

Молекулярная формула гемоглобина содержит хромопротеин, который состоит из 4 гемов и одного глобина (белка). Гемы — это комплексные соединения двухвалентного железа, их ещё называют гемопротеины. Элементы гема ответственны за связь кислорода в лёгочной системе.

Взаимосвязь гема с кислородом приводит к образованию оксигемоглобина (HHbO2). Полученный состав транспортирует в ткани молекулы воздуха, обеспечивая дыхание. В результате перечисленных взаимодействий образуется карбогемоглобин (HHbCO 2), с помощью которого выводится углекислый газ. Рассматриваемые вещества относятся к физиологическим соединениям белка, обеспечивающим нормальное функционирование организма.

Понять, зачем необходим сложный белок крови можно, если рассмотреть полезные качества соединения. Главная задача гемоглобина — снабжение всего организма кислородом. Красные тельца отвечают за уравновешивание кислотно-щелочной системы, помогают поддерживать кислотный баланс рН в пределах 7,36 — 7,4. Белок влияет на вязкость крови, предотвращает излишний вывод воды из тканей, благодаря ему снижается онкотическое давление.

Образуется гемоглобин в эритроцитах — красных кровяных тельцах. Синтезирование происходит в области костного мозга, когда эритроциты находятся ещё на стадии нормобластов и эритробластов. Гемоглобиновая буферная система крови влияет на дыхательные процессы, доставку кислорода к тканям и поддержание баланса клеток крови.

Патологические формы

Уровень гемоглобина в крови Кроме «хорошего» гемоглобина, существует и его плохой вариант. Взаимодействие белка с глюкозой, вредными веществами и угарным газом синтезирует патологический дисгемоглобин, который не приносит никакой пользы.

На стадии связывания молекулы животного белка с глюкозой создаётся гликированный гемоглобин, свидетельствующий о нарушении углеводного обмена. Людям с диагнозом диабет рекомендуется регулярно проводить анализы на выявление уровня вещества в крови.

Связь белка Hb с угарным газом образует карбоксигемоглобин (HHbCO). Соединение понижает физиологическую функцию красного кровяного пигмента. Не менее опасным считается переход гема из двухвалентной формы в трёхвалентную. В итоге образуется метгемоглобин, который тормозит передачу кислорода в органы и провоцирует заболевание — метгемоглобинию.

Гемоглобин — это белок, продуцируемый эритроцитами. Но если вещество попадает в плазму, возникает интоксикация, которая приводит к гипоксии тканей (кислородному голоданию). Это, в свою очередь, приводит к развитию заболевания — гемоглобинемии. Иногда молекулы крупного размера, циркулируя по крови, попадают в узкие почечные канальцы и вызывают их закупорку. В результате этих действий развивается острая почечная недостаточность (ОПН).

Происходящие явления сопровождаются серьёзными нарушениями кровообращения:

Синдромом ДВС.
Гемолитической анемией (врождённого или приобретённого характера).
Анемиями (токсическая, талассемия, серповидно-клеточная).

Структурное нарушение белка приводит к гемоглобинопатии. Это заболевание крови наследственного характера, куда входят талассемия и серповидно-клеточная анемия.

Норма значений

За что отвечает гемоглобин Базовое обследование предполагает проведение анализа на содержание белка в крови. Сделать процедуру нужно в первую очередь, если замечены признаки серьёзного заболевания. Сдают кровь в утреннее время, натощак. Накануне желательно избегать физического переутомления, употребления алкогольных напитков, жирной пищи и лекарственных препаратов (кроме жизненно важных). Обычно результат уже готов в этот же день.

Норма показателей зависит от пола, возраста и состояния здоровья человека. Значения, укладывающиеся в рамки приемлемых для организма, приведены в таблице:

Категория	Возраст и состояние	Показатели нормы
женщины	ранний возраст начиная с 18 лет	120–150 г/л
при беременности	110–155 г/л
во время менструаций, верхняя граница допустима	до 110 г/л
после 45 лет, верхний предел	до 160 г/л
мужчины	возраст от 18 до 45 лет	130– 160 г/л
старше 65 лет	120–180 г/л
дети	новорождённые (первые 3 дня)	154– 225 г/л
младенец (7 дней)	135–215 г/л
с 5 до 12 лет	115– 145 г/л
с 12 лет в зависимости от пола ребёнка	девочки 112–115 г/л, мальчики 120–160 г/л
с 12 до 18 лет	девушки 115–153 г/л, юноши 117–160 г/л

У женщин уровень содержания красных кровяных телец немного отличается от мужчин, что объясняется физиологическими особенностями. Ведь каждый месяц женскому организму приходится терять некоторое количество крови, содержащей белок и железо. Кроме прочего, показатель снижается во время беременности, это связано с увеличением плазмы и разжижением крови.

При исследовании гемоглобина обращают внимание на ЦП (цветной показатель), отвечающий за степень насыщения красным пигментом эритроцитов. Показания от 0,8- 1,0 указывают на нормохромные эритроциты, когда всё в порядке. При уровне менее 0,8 — гипохромные (анемия). Показатель более 1,00 указывает на патологию, необходимо обследовать организм.

Разные значения пигмента могут зависеть от нескольких факторов:

Период года. В осенний сезон отмечена тенденция к снижению уровня белка. Возможно, это связано с употреблением большего количества растительной пищи.
Приверженность питания. У вегетарианцев уровень Hb обычно ниже.
Климатические условия и местность. На повышенную выработку гемоглобина влияет яркий солнечный свет, а также высокогорные районы.
Активные движения. Занятие спортом и интенсивная деятельность на протяжении длительного периода повышает значение Hb.
Свежий воздух увеличивает показатель Hb. Однако замечено, что и курение приводит к аналогичному результату, когда уровень красного пигмента повышается. Но вот качество эритроцитов, изменённых курением, вызывает сомнение. Высокие показатели достигаются за счёт дисгемоглобина HbCO, где в реакции участвует углекислый газ.

Низкий уровень

Понижение гемоглобина встречается чаще, чем его повышение. Совокупное снижение выработки эритроцитов и гемоглобина на единицу объёма крови называется анемией, по-другому малокровием. Анемия у женщин диагностируется, когда уровень Hb стал ниже 120 г/л, у мужчин это значение менее 130 г/л.

Для чего нужен гемоглобин

Для постановки диагноза отталкиваются от содержания гемоглобина в крови, потому что эритроциты понижаются значительно медленнее. Такой резонанс наблюдается на лёгких стадиях заболевания.

Различают несколько форм анемии:

Постгеморрагическая анемия. Острая форма патологии, возникающая после сильных кровопотерь, вызванных травмами, внутренним кровотечением, ранениями.
Железодефицитная анемия (ЖДА). Человек не способен создать условия, таким образом, чтобы железо синтезировалось в организме. Этот элемент можно получить только извне, употребляя продукты, богатые на фермент железа. ЖДА самая распространённая форма. На падение уровня Hb в основном влияет железодефицитная анемия. Патология чаще подвержены подростки, девушки, особенно в период беременности.
Гемолитические виды анемий. Эта разновидность отличается быстрым распадом клеток красного пигмента.
Болезнь Аддисона-Бирмера. Когда-то болезнь считалась злокачественной формой малокровия.
Сидероахрестическая анемия. В период болезни нарушается вывод и производство порфирина, поэтому накапливается избыток железа. Причина может скрываться в наследственности, когда не хватает фермента для встраивания железа в гем. Иногда болезнь приобретается под действием алкоголя, интоксикации свинцом, кожной болезни (Порфирии), после приёма противотуберкулёзных препаратов.
Развитие анемии в результате костно-мозговой недостаточности. Нарушения возникают, когда происходит угнетение пролиферации эритроидного ростка (вытеснение при опухолях).

Пониженная выработка гемоглобина возникает по разным причинам. Схема развития и предпосылки для появления болезни зависят от индивидуальных особенностей организма.

Бледный цвет крови

Нормальный гемоглобин в крови зависит не столько от внешних факторов, сколько от особенности его синтеза, связанного с физиологическими процессами.

Главные причины изменения концентрации красного пигмента в крови:

Кровотечения из носа, дёсен, зубов. Затяжные кровопотери во время менструаций у женщин.
Медленное всасывание железа в кишечнике, связанное с употреблением обогащённых кальцием продуктов (пшеничный хлеб, сыр, молоко).
Детский возраст до 2 лет, беременность, подростковый период, когда потребность в железе не восполняется на необходимом уровне.
Болезни ЖКТ, нарушение усваиваемости пищи, гастродуоденит, энтероколит, дисфункции желудка или кишечника.
Острые или хронические инфекционные заболевания.
Злокачественные опухоли, болезни крови.
Алкогольная зависимость, заболевания печени.
Химические отравления, гельминты.
Артриты, красная волчанка.
Наследственные болезни.

Признаки анемии

Анализы могут показывать низкий уровень гемоглобулина при анемии. Но заподозрить у себя патологию можно до обследования по общим симптомам. Существуют специфические проявления анемического состояния. К примеру, сидероахрестическая анемия часто приводит к отложению железа в несвойственных для него местах. Ответ организма возникает в виде заболеваний: сахарного диабета (излишек железа в поджелудочной железе), сердечная недостаточность (в сердце), цирроз, заболевание половых органов.

Перечисленные симптомы являются основными для определения анемии:

желтизна и сухость кожных покровов;
бессонница, замерзание конечностей;
болезненность языка, трещины и заеды в уголках губ;
ломкость ногтей, секущиеся кончики волос;
депрессивное состояние, быстрая утомляемость, слабость и сонливость;
усиленное отделение слюны в ночное время, частые позывы к мочеиспусканию;
головокружение, боли в голове, обмороки;
плохой иммунитет и низкая сопротивляемость инфекциям;
увеличенная печень или селезёнка (при некоторых формах анемии).

По мере прогрессирования анемии признаки становятся более выраженными. Различают три степени анемического состояния: лёгкая форма (90–110 л/ г), средняя стадия, где уровень белка может доходить лишь до 70–90 л/г. Если показатели снижаются до 40 г/л, то уже необходима госпитализация.

Как повысить уровень гемоглобина

Высокий показатель

Если белок Hb вырабатывается больше нормы, то это может означать патологические изменения: сгущение крови или развитие тромбоза. Повышение гемоглобина может проявляться опасными симптомами и быть последствием болезней, среди которых:

Появление злокачественных образований из-за кислородного голодания тканей.
Болезни сердца.
Астма, недостаточность сердечно-лёгочной системы.
Токсическое отравление клеток при ожоговых поражениях.
Потеря кишечником жидкости, что связано с непроходимостью, отравлениями или инфекциями.
Нарушение синтеза белков в печени.

Уровень гемоглобина может зависеть от последствий опасного заболевания или же меняться в результате неправильного образа жизни: несбалансированного рациона, физических нагрузок, внешних факторов. В чём бы ни содержалась причина, главное — не запускать состояние здоровья и сразу же начать лечение.

Источник