Гемоглобин (сокращенно Hb) - это железосодержащий кислородо-переносящий металлопротеин , содержащийся в эритроцитах позвоночных животных.

Гемоглобин - основной белок крови

Гемоглобин представляет собой белок, включающий 4 гемсодержащие белковые субъединицы. Между собой протомеры соединяются гидрофобными, ионными, водородными связями по принципу комплементарности. При этом они взаимодействуют не произвольно, а определенным участком - контактной поверхностью. Этот процесс высокоспецифичен, контакт происходит одновременно в десятках точек по принципу комплементарности. Взаимодействие осуществляют разноименно заряженные группы, гидрофобные участки, неровности на поверхности белка.

Белковые субъединицы в нормальном гемоглобине могут быть представлены различными типами полипептидных цепей: α, β, γ, δ, ε, ξ (соответственно, греч. - альфа, бета, гамма, дельта, эпсилон, кси). В состав молекулы гемоглобина входят по две цепи двух разных типов.

Гем соединяется с белковой субъединицей, во-первых, через остаток гистидина координационной связью железа, во-вторых, через гидрофобные связи пиррольных колец и гидрофобных аминокислот. Гем располагается как бы «в кармане» своей цепи и формируется гемсодержащий протомер.

Нормальные формы гемоглобина

Существует несколько нормальных вариантов гемоглобина:

• HbР - примитивный гемоглобин, содержит 2 ξ- и 2 ε-цепи, встречается в эмбрионе между 7-12 неделями жизни;
• HbF - фетальный гемоглобин, содержит 2 α- и 2 γ-цепи, появляется через 12 недель внутриутробного развития и является основным после 3 месяцев;
• HbA - гемоглобин взрослых, доля составляет 98 %, содержит 2 α- и 2 β-цепи, у плода появляется через 3 месяца жизни и к рождению составляет 80 % всего гемоглобина;
• HbA 2 - гемоглобин взрослых, доля составляет 2 %, содержит 2 α- и 2 δ-цепи;
• HbO 2 - оксигемоглобин, образуется при связывании кислорода в легких, в легочных венах его 94-98 % от всего количества гемоглобина;
• HbCO 2 - карбогемоглобин, образуется при связывании углекислого газа в тканях, в венозной крови составляет 15-20 % от всего количества гемоглобина.

Патологические формы гемоглобина

• HbS - гемоглобин серповидно-клеточной анемии;
• MetHb - метгемоглобин, форма гемоглобина, включающая трехвалентный ион железа вместо двухвалентного. Такая форма обычно образуется спонтанно, в этом случае ферментативных мощностей клетки хватает на его восстановление. При использовании сульфаниламидов, употреблении нитрита натрия и нитратов пищевых продуктов, при недостаточности аскорбиновой кислоты ускоряется переход Fe 2+ в Fe 3+ . Образующийся metHb не способен связывать кислород и возникает гипоксия тканей. Для восстановления ионов железа в клинике используют аскорбиновую кислоту и метиленовую синь;
• Hb-CO - карбоксигемоглобин, образуется при наличии СО (угарный газ) во вдыхаемом воздухе. Он постоянно присутствует в крови в малых концентрациях, но его доля может колебаться от условий и образа жизни. Угарный газ является активным ингибитором гем-содержащих ферментов, в частности, цитохромоксидазы, 4-го комплекса дыхательной цепи;
• HbA 1С -

Главный белок эритроцитов – гемоглобин (Нb), он включает в свой состав гем с катионом железа, а его глобин содержит 4 полипептидных цепи.

Среди аминокислот глобина преобладают лейцин, валин, лизин (на их долю приходится до 1/3 всех мономеров). В норме уровень Нb в крови у мужчин – 130-160г/л, у женщин – 120-140 г/л. В разные периоды жизни зародыша и ребёнка активно работают различные гены, ответственные за синтез нескольких полипептидных цепей глобина. Выделяют 6 субъединиц: α, β, γ, δ, ε, ζ (альфа, бета, гамма, дельта, эпсилон, дзета соответственно). Первая и последняя из них содержат по 141, а остальные по 146 аминокислотных остатков. Друг от друга они отличаются не только количеством мономеров, но и их составом. Принцип образования вторичной структуры у всех цепей однотипен: они сильно (до 75% длины) спирализованы за счёт водородных связей. Компактная укладка в пространстве подобного образования приводит к возникновению третичной структуры; причем при этом создаётся карман, куда и вкладывается гем. Возникший комплекс сохраняется с помощью приблизительно 60 гидрофобных взаимодействий между белком и простетической группой. Подобная глобула объединяется с 3 сходными субъединицами, образуя четвертичную структуру. Получается белок, составленный из 4 полипептидных цепей (гетерогенный тетрамер), имеющий форму тетраэдра. Высокая растворимость Нb сохраняется только при наличии различных пар цепей. Если же происходит объединение одинаковых, — следует быстрая денатурация, укорачивающая жизнь эритроцита.

В зависимости от характера включённых протомеров различают следующие виды нормальных гемоглобинов. В первые 20 суток существования эмбриона в ретикулоцитах образуется Hb P (Primitive) в виде двух вариантов: Hb Gower 1, состоящий из дзета- и эпсилон-цепей, соединенных попарно, и Hb Gower 2 , в котором дзета-последовательности уже заменены на альфа. Переключение генеза одного вида структуры на другой осуществляется медленно: вначале появляются отдельные клетки, продуцирующие иной вариант. Они дают стимул клонам новых клеток, синтезирующих другой вид полипептида. Позднее эритробласты начинают преобладать и постепенно вытесняют старые. На 8-й неделе жизни зародыша включается синтез гемоглобина F =α 2 γ 2, по мере же приближения акта родов появляются ретикулоциты, содержащие HbA =α 2 β 2. У новорожденных на его долю приходится 20-30%, у здорового взрослого человека его вклад составляет 96–98% от общей массы этого белка. Кроме того, в отдельных эритроцитах присутствуют гемоглобины HbA 2 =α 2 δ 2 (1,5 – 3%) и фетальный HbF (обычно не больше 2%). Однако в некоторых регионах, в том числе и у аборигенов Забайкалья концентрация последнего вида повышена до 4% (в норме).

Формы гемоглобина

Описаны следующие формы данного гемопротеида, получающиеся после взаимодействия, в первую очередь, с газами и другими соединениями.

• Дезоксигемоглобин – свободная от газов форма протеина.

• Оксигемоглобин – продукт включения кислорода в молекулу белка. Одна молекула Hb способна удерживать 4 молекулы газа.

• Карбгемоглобин уносит из тканей СО 2 , связавшийся с лизином этого протеина.

• Монооксид углерода, проникая с атмосферным воздухом в лёгкие, быстро преодолевает альвеолярно-капиллярную мембрану, растворяется в плазме крови, диффундирует в эритроциты и вступает во взаимодействие с дезоки- и/или окси-Hb:

Образовавшийся карбоксигемоглобин не способен присоединять к себе кислород, а угарного газа может связывать 4 молекулы.

Важным производным Hb является метгемоглобин , в молекуле которого атом железа находится в степени окисления 3+. Такая форма гемопротеида образуется при действии на него различных окислителей (оксидов азота, нитробензола, нитроглицерина, хлоратов, метиленового синего), в результате в крови уменьшается количество функционально важного оксиHb, что нарушает доставку кислорода к тканям, вызывая в них развитие гипоксии.

Концевые аминокислоты в цепях глобина позволяют им реагировать с моносахаридами, в первую очередь, с глюкозой. В настоящее время выделяют несколько подвидов Hb A (от 0 до 1c), в которых к валину бета-цепей прикреплены олигосахариды. Особенно легко реагирует последний подвид гемопротеида. У образовавшегося при этом без участия фермента гликозилированного гемоглобина меняется его сродство к кислороду. В норме на долю подобной формы Hb приходится не более 5% от его общего количества. При сахарном диабете его концентрация возрастает в 2-3 раза, что благоприятствует возникновению тканевой гипоксии.

Свойства гемоглобина

Все известные гемопротеиды (Раздел I) близки по строению не только простетической группы, но и апопротеина. Определённая общность в пространственной укладке обусловливает и сходство в функционировании – взаимодействии с газами, в основном с кислородом, СО 2 , СО, NО. Главное свойство гемоглобина – способность обратимо присоединять в лёгких (до 94%) и эффективно отдавать в тканях кислород . Но поистине уникальным для того белка является сочетание прочности связывания кислорода при высоких его парциальных напряжениях и лёгкости диссоциации этого комплекса в области пониженных давлений. Кроме того скорость распада оксигемоглобина зависит от температуры, pH среды. При накоплении углекислоты, лактата и других кислых продуктов происходит более быстрая отдача кислорода (эффект Бора ). Также действует и лихорадка. При алкалозе, гипотермии следует обратное смещение, улучшаются условия насыщения Hb кислородом в лёгких, но полнота выхода газа в ткани уменьшается. Подобное явление наблюдается при гипервентиляции, замерзании и т.д. Попадая в условия острой гипоксии, эритроциты активируют гликолиз, что сопровождается увеличением содержания 2,3-ДФГК, которая снижает сродство гемопротеида к кислороду, активирует дезоксигенацию крови в тканях. Интересно, что фетальный гемоглобин с ДФГК не взаимодействует, сохраняя поэтому повышенное сродство к кислороду и артериальной, и венозной крови.

Этапы образования гемоглобина

Синтез гемоглобина, как любого другого белка, требует наличия матрицы (иРНК), которая продуцируется в ядре. Эритроцит, как известно, не имеет никаких органоидов; следовательно, формирование гемовых протеинов возможно лишь в клетках-предшественниках (эритробластах, заканчиваясь в ретикулоцитах). Этот процесс у эмбрионов осуществляется в печени, селезенке, а у взрослых в костном мозге плоских костей, в которых кроветворные стволовые клетки непрерывно размножаются и генерируют предшественников всех типов клеток крови (эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов). Формирование первых регулируется эритропоэтином почек. Параллельно с генезом глобина происходит образование гема, облигатным компонентом которого служат катионы железа.

Физиологические формы гемоглобина. Патологические формы гемоглобина. Содержание гемоглобина в крови. Уровень гемоглобина у мужчин, у женщин после родов, у детей в первый год жизни. Единицы измерения гемоглобина.

Гемоглобин - дыхательный пигмент крови, участвующий в транспорте кислорода и углекислоты, выполняющий буферные функции, поддержание рН. Содержится в эритроцитах (красные кровяные тельца крови - каждый день организм человека вырабатывает 200 миллиардов красных кровяных шариков). Состоит из белковой части - глобина - и железосодержащей порфиритовой части - гема. Это белок с четвертичной структурой, образованной 4 субъединицами. Железо в геме находится в двухвалентной форме.

Физиологические формы гемоглобина : 1) оксигемоглобин (HbО2) - соединение гемоглобина с кислородом образуется, преимущественно, в артериальной крови и придает ей алый цвет, кислород связывается с атомом железа посредством координационной связи. 2) восстановленный гемоглобин или дезоксигемоглобин (HbH) - гемоглобин, отдавший кислород тканям. 3) карбоксигемоглобин (HbCO2) - соединение гемоглобина с углекислым газом; образуется, преимущественно, в венозной крови, которая вследствие этого приобретает темно-вишневый цвет.

Патологические формы гемоглобина : 1) карбгемоглобин (HbCO) - образуется при отравлении угарным газом (СО), при этом гемоглобин теряет способность присоединять кислород. 2) мет гемоглобин - образуется под действием нитритов, нитратов и некоторых лекарственных препаратов происходит переход двухвалентного железа в трехвалентное с образованием мет гемоглобина- HbMet.

Содержание гемоглобина в крови у мужчин несколько выше, чем у женщин. У детей первого года жизни наблюдается физиологическое снижение концентрации гемоглобина. Снижение содержания гемоглобина в крови (анемия) может быть следствием повышенных потерь гемоглобина при разного рода кровотечениях или повышенном разрушении (гемолизе) эритроцитов. Причиной анемии может быть нехватка железа, необходимого для синтеза гемоглобина, или витаминов, участвующих в образовании эритроцитов (преимущественно В12, фолиевая кислота), а также нарушение образования клеток крови при специфических гематологических заболеваниях. Анемия может возникать вторично при разного рода хронических не гематологических заболеваниях.

Единицы измерения гемоглобина в лаборатории Инвитро - г/дал
Альтернативные единицы измерения: г/л
Коэффициент пересчета: г/л х 0,1 ==> г/дал

Повышение уровня гемоглобина : Заболевания, сопровождающиеся увеличением количества эритроцитов (первичные и вторичные эритроцитозы). Физиологические причины у жителей высокогорья, летчиков после высотных полетов, альпинистов, после повышенной физической нагрузки.
Сгущение крови;
Врожденные пороки сердца;
Легочно-сердечная недостаточность;

Гемоглобин - это необходимый белок для жизнедеятельности человека, он выполняет ряд функций, основной из которых является транспортировка кислорода к клеткам и тканям. Существует несколько форм гемоглобина, каждая из которых обладает своими характеристиками.

Виды по белковому содержанию

В зависимости от белкового содержания формы гемоглобина человека бывают двух видов. Это физиологические и аномальные.

Формы гемоглобина физиологического типа возникают на определенных этапах жизнедеятельности человека. А вот патологические формируются в случае неправильной последовательности размещения ряда аминокислот в глобине.

Основные по формам

В человеческом организме могут присутствовать:

1. Оксигемоглобин. Это вещество взаимодействует с молекулами кислорода. Присутствует в крови артерий, поэтому она и обладает насыщенно алым цветом.
2. Карбоксигемоглобин. Эта разновидность белков взаимодействует с молекулами углекислого газа. Представленные молекулы проникают в ткани легких, где происходит выведение углекислого газа и насыщение кислорода гемоглобином. Эта разновидность белка присутствует в венозной крови, за счет чего она обладает более темным окрасом и большей густотой.
3. Метгемоглобин. Это вещество, взаимодействующее с разнообразными химическими агентами. Патологическая форма гемоглобина, а увеличение количества этого вещества может указывать на отравление организма, происходит нарушение насыщаемости тканей кислородом.
4. Миоглобин. Выступает в качестве полноценного аналога красных кровяных телец. Основное различие заключается только в том, что местом расположения этого белка являются сердечные мышцы. При повреждении мышц происходит попадание миоглобина в русло крови, после чего он выводится из организма благодаря функционированию почек. Но присутствует вероятность закупорки канальца почек, что может спровоцировать отмирание его тканей. В таких ситуациях не исключается возникновение почечной недостаточности и дефицита кислорода в тканях.

Другие виды гемоглобина

В различных информационных источниках выделяют еще и такие формы гемоглобина:

1. Гликированный гемоглобин. Эта форма представляет собой неразделимое соединение глюкозы и белка. Такая разновидность глюкозы может перемещаться по крови на протяжении длительного времени, поэтому его применяют для выявления уровня сахара.
2. Фетальный. Форма гемоглобина присутствует в крови эмбриона или новорожденного малыша в первые несколько дней жизнедеятельности. Причислен к активным видам в плане переноса кислорода, под воздействием окружающей среды подвергается быстрому разрушению.
3. Сульфгемоглобин. Представленная разновидность белка возникает в крови при употреблении большого количества медикаментозных средств. Как правило, содержание этого белка не превышает 10 %.
4. Дисгемоглобин. Формируется при таких связях, которые полностью лишают белок способности осуществлять его функции. Это указывает на то, что этот вид гемоглобина будет транспортироваться по крови в форме дополнительного вещества. По истечении времени он будет переработан селезенкой. При нормальном состоянии здоровья это вещество обнаруживается в организме каждого человека, но если случаи такого рода связок участятся, то органам, занимающимся транспортировкой крови по организму, придется функционировать с повышенной интенсивностью, в результате чего они быстрее истощатся и износятся.

Патологические формы гемоглобина

Выделяется отдельная группа:

• D-Пенджаб;

Свое название форма гемоглобина D-Пенджаб получила благодаря широкому распространению на территории Пенджаба, в Индии и Пакистане. Возникновение белка произошло из-за распространения малярии в различных частях Азии. Согласно статистическим данным, этот белок обнаруживается в 55 % случаев от общего числа патологических форм гемоглобина.

Гемоглобин S сформировался на территории Западной Африки в результате пяти отдельных мутаций.

Белок C входит в число наиболее распространенных структурных разновидностей гемоглобина. Люди, у которых присутствует этот белок, могут страдать от такого заболевания, как гемолитическая анемия.

Гемоглобин H провоцирует развитие такого серьезного заболевания, как альфа-талассемия.

Главные функции

Независимо от форм и производных гемоглобина, это вещество обладает следующими функциями:

1. Транспортировка кислорода. Во время вдыхания человеком воздушных масс происходит проникновение молекул кислорода в ткани легких, а оттуда они перемещаются к другим тканям и клеткам. Гемоглобин соединяет молекулы кислорода и осуществляет их транспортировку. При нарушении этой функции возникает дефицит кислорода, что очень опасно для функционирования мозга.
2. Транспортировка углекислого газа. В этой ситуации гемоглобин связывает уже молекулы углекислого газа, а затем осуществляет их транспортировку.
3. Поддержание уровня кислотности. При скоплении углекислого газа в крови наблюдается ее закисление. Этого категорически нельзя допускать, поскольку обязано происходить постоянное выведение молекул углекислого газа.

Нормальные показатели

Для того чтобы врачи могли определить нормальные формы гемоглобина в организме у человека, осуществляется сдача анализов.

Отмечают, что норма свободного гемоглобина в крови людей различных возрастов может иметь такие показатели:

• мужчины в возрасте от 18 лет - от 120 до 150 г/л;
• женщины в возрасте от 18 лет - от 110 до 130 г/л;
• новорожденные и дети в возрасте до 18 лет - 200 г/л.

Увеличение или снижение количества свободного гемоглобина в крови может спровоцировать переход белка в другую форму - патологическую.

Отмечают ряд методов стабилизации его количества, поэтому если результаты анализов указывают на превышенный или сниженный показатель, нужно незамедлительно обращаться к доктору. В связи с наличием большой численности различных форм гемоглобина, определить присутствующую в организме в состоянии только профессиональный врач в лабораторных условиях. Обнаружение ее становится возможным при биохимическом анализе крови.