Гемоглобин

Гемоглобин (бор. грек. αἷμα «ҡан» + лат. globus «шар») (Hb йәки Hgb) — ҡан әйләнеше булған хайуандарҙың тимерҙән торған ҡатмарлы аҡһымы, кислородҡа кире бәйләнгән, уның туҡымаларға күсеүен тәьмин итә. Умыртҡалы хайуандарҙа эритроциттарҙа була, күпселек умыртҡаһыҙҙарҙа ҡан плазмаһында (эритрокуорин) ирей һәм башҡа туҡымаларҙа ла булыуы ихтимал. Кешенең гемоглобинының молекуляр ауырлығы — яҡынса 66,8 кда. Гемоглобин молекулаһы дүрт кислород молекулаһын күтәрә ала. Бер грамм гемоглобин 1,34 мл кислород күтәрә ала.

Гемоглобин молекулаһы: 4 субюнит төҫлө

Кеше гемоглобины төҙөлөшө. Тимерҙән торған геме төркөмдәре йәшел төҫ менән күрһәтелгән. Ҡыҙыл һәм зәңгәр төҫтәге альфа һәм бета-субюниттарҙы күрһәтәләр.

Гемоглобин 400 миллион йылдан ашыу элек кеше һәм акулаларҙың һуңғы уртаҡ ата-бабаһында дүрт компонентлы гемоглобин комплексы барлыҡҡа килеүенә килтергән 2 мутация һөҙөмтәһендә барлыҡҡа килә, кислородтың аффинажы кислородты туйындырылған мөхиттә бәйләү өсөн етерлек, әммә уны организмдың башҡа туҡымаларында тотоу өсөн етмәй.

Гемоглобиндың төҙөлөшөн һәм эшмәкәрлеген өйрәнеүгә Макс Фердинанд Перуц ҙур өлөш индерә, ул 1962 йылда Нобель премияһын ала.

Кеше ҡанында гемоглобиндың нормаль йөкмәткеһе ҡарала: ирҙәрҙә — 130-160 г/л (түбәнге сиге — 120, өҫкө сиге — 180 г/л), ҡатын-ҡыҙҙарҙа — 120—160 г/л; балаларҙа гемоглобиндың нормаль кимәле йәшенә бәйле һәм һиҙелерлек тирбәлеүҙәргә дусар була. Әйтәйек, балаларҙа тыуғандан һуң 1-3 көн үткәс, гемоглобиндың нормаль кимәле максималь һәм 145-225 г/л тәшкил итә, ә 3-6 айға минималь 95-135 г/л кимәленә тиклем кәмей, артабан 1 йәштән 18 йәшкә тиклем ҡанда гемоглобиндың нормаль кимәле әкренләп күтәрелә бара..

Йөклөлөк осоронда ҡатын-ҡыҙҙың организмы тотҡарлана һәм шыйыҡса туплай, был гемоделацияға — ҡандың физиологик һүлпәнәйеүенә сәбәпсе була. Һөҙөмтәлә гемоглобин концентрацияһының сағыштырмаса кәмеүе күҙәтелә (йөклөлөк осоронда гемоглобин кимәле ғәҙәттә 110-155 г/л тәшкил итә). Бынан тыш, баланың ҡарын эсендә үҫеүенә бәйле тимер һәм фолий кислотаһы запастары бик тиҙ тотонола. Әгәр ҡатын-ҡыҙҙа йөклөлөккә тиклем был матдәләр етешмәһә, гемоглобин кәмеү менән бәйле проблемалар йөклөлөктөң башланғыс стадияһында уҡ барлыҡҡа килеүе мөмкин.

Гемоглобиндың төп функциялары: кислород транспорты һәм буфер функцияһы. Кешелә артыҡ кислород шарттарында үпкә капиллярҙарында һуңғыһы гемоглобин менән тоташа. Ҡан ағымы буйынса кислород аҙ булған органдарға һәм туҡымаларға гемоглобин молекулалары булған эритроциттар килтерелә; бында окисланыу процестары барышы өсөн кәрәкле кислород гемоглобин менән тоташыуҙан сығарыла. Бынан тыш, гемоглобин туҡымаларға карбемоглобин барлыҡҡа килтерер өсөн (яҡынса 1/3) углекислый газды (СО2) бәйләп, үпкәлә бүлеп сығара (2/3 углекислый газ иретеп йә тоҙ рәүешендә ҡан плазмаһы һәм эритроциттарҙың цитоплазмаһы менән күсерелә)..

Углерод оксиды (CO) ҡан гемоглобинына кислородҡа ҡарағанда күпкә көслөрәк (250 тапҡыр) бәйләй, карбоксихемоглобин (HbCO) барлыҡҡа килтерә. Әммә үпкәлә кислородтың өлөшләтә баҫымы күтәрелеү менән углерод оксидын өлөшләтә геменан күсерергә мөмкин. Ҡайһы бер процестар (мәҫәлән, нитрат, нитриттар, анилин, пиридин) тимер иондың гемоглобинда +3 окисланыу хәленә тиклем окисланыуына килтерә. Һөҙөмтәл, гемоглобиндың метемоглобин (HbOH) булараҡ билдәле формаһы барлыҡҡа килә. Ике осраҡта ла кислород ташыу процестары ҡамасаулай.

Төҙөлөшө

Гем — гемоглобиндың протез төркөмө

Гемоглобин — гемопротейн класының ҡатмарлы аҡһымы, йәғни бында геме протез төркөмө булараҡ сығыш яһай — составында тимер булған порфирин йәҙрәһе. Кеше гемоглобины — тетрамер, йәғни 4 протомерҙан тора. Өлкәндәрҙә полипептид сылбыры α1, α2, β1 һәм β2 менән тәҡдим ителә. Подразделениелар бер-береһе менән isoloғы tetrahedron принцибы буйынса бәйләнгән. Субюниттарҙың үҙ-ара тәьҫир итешеүенә гидрофобик үҙ-ара тәьҫир итешеү төп өлөш индерә. α һәм β сылбыры α-спираль структур классҡа ҡарай, сөнки уларҙа бары тик α-спираль генә бар. Һәр сылбырҙа һигеҙ спираль киҫәк бар, улар А хәрефтәре менән H -ға (N-end-тан C-end-ға тиклем) яҙылған.

Хеме — порфирин берләшмәләре класына ҡараған IX пропорфирин комплексы, тимер (II) атом менән. Был кофактор гемоглобин һәм миоглобин молекулаларының гидрофобик соҡоро менән ковалентһыҙ бәйләнгән.

Тимер (II) һигеҙ ҡырлы координация менән ҡылыҡһырлана, йәғни алты лиганд менән бәйләнгән. Уларҙың дүртәүһе бер яҫылыҡта ятҡан порфирин ҡулсаһының азот атомдарынан ғибәрәт. Ҡалған ике координация позицияһы порфирин яҫылығына перпендикуляр күсәрҙә ята. Шуларҙың береһен полипептидтар сылбырының 93-сө позицияһында (F киҫәге) гистидтың азот ҡалдыҡтары биләй. Гемоглобин менән бәйләнгән кислород молекулаһы тимерҙең артҡы яғында яраштырыла һәм тимер атом менән сылбырҙың 64-се торошонда (Е участкаһы) урынлашҡан башҡа гистидин ҡалдыҡтарының азоты араһында уратылған.

Кеше гемоглобинында кислород менән бәйләүсе дүрт урын бар (һәр субони өсөн бер гем), йәғни дүрт молекула бер үк ваҡытта бәйләнә ала. Гемоглобин үпкәлә кислородтың өлөшләтә баҫымы юғары булғанда уның менән бергә оксигемоглобин барлыҡҡа килә. Был осраҡта кислород геме менән берләшеп, 6-сы координация бәйләнешендә геме биҙенә ҡушыла. Шул уҡ бәйләнешкә углерод оксиды ҡушыла, кислород менән гемоглобин бәйләнеше өсөн «конкурентлыҡ көрәшенә» инә һәм карбоксихемоглобин барлыҡҡа килә.

Гемоглобиндың углерод оксиды менән бәйләнеше кислородҡа ҡарағанда көслөрәк. Шуға күрә гемоглобиндың углерод оксиды менән комплекс барлыҡҡа килтергән өлөшө кислород ташыуҙа ҡатнашмай. Ҡағиҙә булараҡ, кеше карбоксихемоглобиндың 1,2 процентын тәшкил итә. Уның кимәленең күтәрелеүе гемолитик процестарға хас, был йәһәттән карбоксихемоглобин кимәле гемолиз күрһәткесе булып тора.

Физиология

Оксигемоглобин һәм оксигемоглобин хәләтендәге үҙгәрештәр

Миоглобиндан айырмалы рәүештә, гемоглобиндың ике яҡлы структураһы бар, ул кислородтың ҡушылыуын һәм өҙөлөүен көйләү мөмкинлеген бирә: беренсе кислород молекулаһы ҡушылғас, артабанғыларын бәйләү еңелләшә. Структураһы тотороҡло ике хәлдә (конформацияларҙа): оксигемоглобин (составында 4 кислород молекулаһы; баҫымлы конформация) һәм деоксигемоглобин (унда кислород булмай; йомшаҡ конформация).

Деоксигемоглобин төҙөлөшөнөң тотороҡло торошо уға кислород ҡушылыуын ҡатмарлаштыра. Шуға күрә реакцияны башлау өсөн кислородтың етерлек өлөшләтә баҫымы кәрәк, был үпкә альвеолаһында мөмкин. 4 субюниттың береһендәге үҙгәрештәр ҡалғандарына ҡағыла, ә беренсе кислород молекулаһы беркетелгәндән һуң, артабанғыларын бәйләү еңелләшә.

Туҡымаларға кислород биреп, гемоглобин үҙенә водород иондарын һәм углекислый газды беркетә, үпкәгә күсерә.

Гемоглобин — малярия плазмоды — малярия патогендары менән туҡланыусы төп аҡһымдарҙың береһе, ә ер шарының малярия-эндемик райондарында гемоглобин төҙөлөшөндәге нәҫелдән килгән аномалиялар бик киң таралған, шуға ла малярия плазмодияһына был аҡһым менән туҡланыу һәм эритроцитҡа үтеп инеүҙе ҡыйынлаштыра. Атап әйткәндә, эволюцион-адаптив ҡиммәттең бындай мутацияларына гемоглобин аномалияһы инә, был сүкеш күҙәнәктәре анемияһына килтерә. Әммә, ҡыҙғанысҡа ҡаршы, был аномалиялар (гемоглобин структураһындағы аномалиялар, аныҡ адаптив ҡиммәткә эйә түгел) гемоглобиндың кислород ташыу функцияһын боҙоу, эритроциттарҙың емерелеүгә ҡаршы тороусанлығы кәмеү, анемия һәм башҡа кире эҙемтәләр менән оҙатыла. Гемоглобин структураһындағы аномалиялар гемоглобинопатия тип атала.

Ҡан плазмаһына уның байтаҡ өлөшө ингәндә гемоглобин бик ағыулы була (ул интраваскуляр гемолиз, геморрагик шок, гемолитик анемия, тап килмәгән ҡан һәм башҡа патологик шарттар менән барлыҡҡа килә). Эритроциттарҙан ситтә, ҡан плазмаһында ирекле хәлдә булған гемоглобиндың ағыулылығы туҡыма гипоксияһынан — туҡымаларҙың кислород менән тәьмин ителеше насарайыуынан барлыҡҡа килә. Гемоглобиндың емерелеү продукттары — тимер, билирубин, киҫкен порфирия үҫеше менән суйын, билирубин, порфириндар, бөйөр һөйәген эре гемоглобин молекулалары ҡамасаулай, бөйөр тубыҡтарының некрозы һәм бөйөрҙөң киҫкен боҙолоуы барлыҡҡа килә.

Организмда ирекле гемоглобиндың токсиклығы юғары булғанлыҡтан, уны бәйләү һәм нейтралләштереүҙең махсус системалары бар. Атап әйткәндә, гемоглобинды нейтралләштереү системаһының бер өлөшө булып плазма аҡһымы гаптоглобин тора, ул гемоглобин составындағы ирекле глобин һәм глобинды махсус бәйләй. Гаптоглобин һәм глобин (йәки глобин) комплексы артабан туҡымаларҙың ретикуло-эндотелиаль системаһының талаҡ һәм макрофагтар тарафынан эләктерелә һәм нейтралләштерелә.

Гемоглобинһыҙ системаның тағы бер өлөшө — аҡһым гемопексин, ул махсус рәүештә гемоглобинда буш гем һәм гемды бәйләй. Гем (йәки гемоглобин) комплексын (йәки гемоглобин) артабан бауыр эләктерә, гемияны һыпырып алалар һәм билирубинды һәм башҡа һөйәк пигменттарын синтезлау өсөн ҡулланалар йәки эритропоз ваҡытында һөйәк мейеһе менән яңынан ҡулланыу өсөн күсермәләр менән бергә ҡайтанан эшкәртеүгә сығаралар.

Гемоглобин гендарының тыуғанға тиклем һәм унан һуң сағылышы.Шулай уҡ гендар экспрессияһы барлыҡҡа килгән күҙәнәктәрҙең һәм ағзаларҙың төрҙәре лә күрһәтелгән (Wood W. G. мәғлүмәттәре, (1976). Br. Med. Bull. 32, 282.)

Ҡан ауырыуҙарында гемоглобин

Гемоглобин етешмәүе, беренсенән, гемоглобиндың молекулалары һанының кәмеүе, икенсенән, кислородтың бер үк өлөшләтә баҫымында кислородты бәйләү һәләтенең кәмеүе менән бәйле булыуы мөмкин.

Гипоксемия — ҡандағы кислород баҫымының өлөшләтә кәмеүе, уны гемоглобин етешмәүсәнлегенән айырырға кәрәк.Гипоксияның да, гемоглобиндың да етешһеҙлеге гипоксия сәбәптәре булып торһа ла. Әгәр организмда кислород етешмәүе, ҡағиҙә булараҡ, гипоксия тип аталһа, урындағы кислород менән тәьмин итеү боҙолоуҙары ишемия тип атала.

Түбән гемоглобиндың башҡа сәбәптәре: ҡан юғалтыу, аҙыҡ етешмәүе, һөйәк мейеһе ауырыуҙары, химиотерапия, бөйөр етешмәүсәнлеге, типик гемоглобин.

Ҡанда гемоглобиндың артыуы эритроциттарҙың һаны йәки күләме артыуы менән бәйле, был ысын полицитемияла ла күҙәтелә. Был артыуға тыумыштан йөрәк ауырыуҙары, импульмоняр фиброз, артыҡ эритропоэтин сәбәпсе булыуы мөмкин.

Әҙәбиәт

• Mathews, CK; van Holde, KE & Ahern, KG (2000), «Biochemistry (3rd ed.)», Addison Wesley Longman, ISBN 0-8053-3066-6 
• Levitt, M & Chothia, C (1976), «Structural patterns in globular proteins» 

Һылтанмалар

• (2006) «An unexpected inverse relationship between HbA1c levels and mortality in patients with diabetes and advanced systolic heart failure» 151 (1): 91.e1–91.e6. DOI:10.1016/j.ahj.2005.10.008. PMID 16368297.

• (2005) «Dynamics of allostery in hemoglobin: roles of the penultimate tyrosine H bonds» 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. PMID 23209182.