Г > ГЕ Гемоглобины Схематическое изображение пространственной структуры гемоглобина: голубым цветом обозначены β -цепи, синим - α - цепи, молекулы гема - красные диски. ГЕМОГЛОБИНЫГЕМОГЛОБИНЫ (от гемо... и лат. globus - шарик), железосодержащие красные пигменты крови и гемолимфы, обеспечивающие перенос молекулярного кислорода (O 2) от органов дыхания к тканям и частично диоксида углерода (CO 2) от тканей к органам дыхания; участвуют в поддержании pH крови. Содержатся в эритроцитах крови всех позвоночных (за исключением некоторых антарктич. рыб) и отд. беспозвоночных или растворены в гемолимфе мн. беспозвоночных животных. Г. - сложные белки (гемопротеины). Их молекулы состоят из белкового компонента - глобина и простетич. железопорфириновой группы - гема, который способен без изменения степени окисления входящего в его состав иона Fe 2+ легко присоединять и отдавать O 2. Связанный с O 2 Г. называется оксигемоглобином. Видовая специфичность Г. обусловлена белковым компонентом, который определяет его растворимость, сродство к O 2 и молекулярную массу (у позвоночных она колеблется от 61000 до 72000, у беспозвоночных достигает 3000000). Присоединение O 2 в органах дыхания (оксигенация) зависит от парциального давления (напряжения) O 2 и косвенно регулируется CO 2 (как правило, он облегчает отдачу O 2 тканям, а его выход из крови, наоборот, способствует её насыщению O 2). Связывание CO 2 Г. (до 15% всего CO 2 крови) происходит сразу после высвобождения O 2. При взаимодействии с угарным газом (CO), сродство которого к Г. в 300 раз выше, чем у O 2, образуется плохо диссоциирующий карбоксигемоглобин, не способный связывать и переносить O 2; развивается кислородная недостаточность (именно этим обусловлена токсичность CO). Молекулы Г. большинства высших позвоночных состоят из нескольких полипептидных цепей, к каждой из которых присоединён гем. Установлены первичная и пространственная структуры мн. глобинов из разл. источников. Наиболее изучен Г. человека. Его молекула образована четырьмя полипептидными цепями, упакованными в форме тетраэдра. На разных стадиях развития организма человека обнаруживаются Г., различающиеся составляющими их субъединицами. У взрослых людей до 97% приходится на долю гемоглобина A (от англ. adult - взрослый, HbA), глобин которого содержит по 2 идентичные α - и β -цепи (α 2 β 2). Ок. 2% составляет HbA 2, у которого вместо β -цепей присутствуют сходные с ними по структуре S-цепи (α 2 S 2). Кроме того, у взрослых людей сохраняется небольшое количество (ок. 1%) Г. плода (т. н. фетальный Г., HbF), характерного для внутриутробного периода. Кроме двух α -цепей он содержит две γ -цепи (α 2 γ 2) и обладает более высоким сродством к O 2, чем HbA и HbA 2. На ранних этапах эмбрионального развития присутствуют и др. Г.: типа ζ 2 ε 2, α 2 ε 2 и ζ 2 γ 2. Они обеспечивают снабжение эмбриона кислородом в условиях внутриутробной жизни. HbA начинает преобладать через 2-3 мес после рождения. У всех этих Г. α -глобиновые цепи состоят из 141 аминокислотного остатка и образуют группу α -подобных глобинов. Остальные глобиновые цепи (состоят из 146 аминокислотных остатков) по ряду свойств отличаются от α -цепей, но сходны между собой и обычно объединяются в группу β -подобных Г. Соответственно этим группам глобинов в геноме человека имеются две группы глобиновых генов, организованных в два кластера. Гены, кодирующие α -подобные цепи Г., сцеплены и расположены на хромосоме 16, а кодирующие β -подобные цепи - на хромосоме 11. Мутации в генах, кодирующих структуру полипептидных цепей Г., сопровождаются изменениями в их первичной структуре, связанными с заменами отд. аминокислотных остатков (у человека известно ок. 300 форм Г.). Б. ч. подобных замен не влияет на проявление функциональных свойств Г., но есть и такие аномальные Г., которые служат причиной заболеваний - гемоглобинопатий. Напр., замена в β -глобиновой цепи остатка глутаминовой кислоты в положении 6 на остаток валина сопровождается развитием серповидно-клеточной анемии. Разл. дефекты структуры глобиновых генов могут уменьшить продукцию Г., привести к разбалансировке синтеза α - и β -цепей и к др. заболеванию - талассемии. Биосинтез Г. (в костном мозге, в предшественниках эритроцитов - эритробластах, нормобластах, ретикулоцитах) и формирование четвертичной структуры HbA завершается к моменту выхода зрелых эритроцитов в кровяное русло. Г. синтезируется непрерывно, что обеспечивает его постоянное обновление в организме. В 100 мл крови человека содержится 12-16 г Г. (у женщин меньше, чем у мужчин); снижение этих показателей наряду с уменьшением числа эритроцитов свидетельствует об анемии. Гем Г. после разрушения эритроцитов служит источником образования жёлчных пигментов. У позвоночных образование Г. регулируется гормоном эритропоэтином. В мышцах присутствует структурно родственный Г. белок - миоглобин, который обеспечивает клетки кислородом в условиях его дефицита. У некоторых растений обнаружены аналоги Г. (напр., легоглобин, регулирующий кислородный режим азотфиксирующих клубеньковых бактерий). Изучение Г. внесло большой вклад в представление о структуре, функции и эволюции белков. Работы по структуре глобиновых генов человека и их экспрессии положили начало молекулярной генетике высших организмов и позволили выявить некоторые общие принципы организации и функционирования геномов эукариот. Сравнит. анализ аминокислотной последовательности глобиновых цепей у разных видов животных используется для определения степени их эволюц. родства. Открытие аномальных Г. позволило Л. Полингу привлечь внимание к изучению наследственных «молекулярных болезней».Литература Лит.: Human hemoglobins and hemoglobinopathies // Texas Reports on Biology and Medicine. 1981/1982. Vol. 41; Лимборская С.А. Системы глобиновых генов // Итоги науки и техники. Сер. Молекулярная биология. М., 1982. Т. 19; Dickerson R. E., Geis I. Hemoglobin: structure, function, evolution, and pathology. Menlo Park, 1983; Bunn H. F., Forget B. G. Hemoglobin: molecular, genetic, and clinical aspects. Phil., 1986. |
 |