Вы здесь

Структура глобина

Молекула гемоглобина здорового взрослого человека неоднородна. Основная фракция гемоглобина — гемоглобин А — составляет около 96% всего гемоглобина; 4% приходится на малые фракции; 3,5% составляют гемоглобин А2 ч 1 — 1,5% — гемоглобин F. Эти гемоглобины отличаются друг, от друга аминокислотным составом.

Все три фракции гемоглобина состоят из одинакового количества аминокислот — 574, которые располагаются в виде полипептидных цепей. Каждый гемоглобин содержит 4 попарно одинаковых полипептидных цепи. Эти цепи называют буквами греческого алфавита в зависимости от аминокислотной последовательности. Гемоглобин А состоит из двух ос-цепей и двух Р-цепей, гемоглобин A2 — из двух α-цепей и двух δ-цепей, гемоглобин F содержит две α-цепи и две γ-цепи. α-Цепь гемоглобина состоит из 141 аминокислоты, а β-, γ- и δ-цепи содержат по 146 аминокислот. Таким образом, все основные нормальные типы гемоглобина содержат одну одинаковую для всех цепь — α-цепь и вторую, отличающуюся от первой. Так, γ-цепь, входящая в состав гемоглобина F, отличается от β-цепи, входящей в состав гемоглобина А, порядком аминокислот в 39 позициях, а δ-цепь, входящая в состав гемоглобина A, отличается от β-цепи порядком аминокислот в 10 позициях.

На самой ранней стадии развития эмбриона обнаружены 3 эмбриональных гемоглобина, которые не встречаются на более поздних этапах развития плода,— это гемоглобины: Gower I, состоящий из двух ζ-цепей и двух ε-цепей; Gower II, состоящий из двух α-цепей и двух ε-цепей, и гемоглобин Portland, состоящий из двух ζ- и двух γ-цепей. В дальнейшем у эмбриона длиной 16 мм (37 дней беременности) обнаруживаются 3 фракции гемоглобина—42% составляет гемоглобин Gower I, 24% — Gower II и остальное количество составляет гемоглобин F. У плода на 8—10-й неделе беременности количество гемоглобина F составляет 90—95%, а 5—10% составляет появляющийся в этот период гемоглобин взрослого человека — гемоглобин А. При рождении у ребенка содержание гемоглобина F близко к 70%, а к возрасту 4—5 мес снижается до 10%.

Синтез гема



Гемоглобин F отличается от гемоглобина А устойчивостью к щелочи. Еще в прошлом веке было показано, что гемоглобин плода в 155 раз более устойчив к воздействию щелочи, чем гемоглобин взрослого человека. Количественное определение гемоглобина F основано на исследовании щелочной устойчивости гемоглобина. Гемоглобин A2 количественно определяют в большинстве случаев электрофорезом в ацетат-целлюлозе.

Синтез различных цепей глобина контролируется различными генами. Гены, контролирующие синтез α-и β-цепи, находятся в разных хромосомах. Гены, отвечающие за синтез β-, γ-, δ- и, вероятно, ε-цепи, находятся в одной хромосоме. В ходе развития эмбриона, плода, родившегося ребенка происходит «включение» синтеза одних цепей и «выключение» других. Так, на ранних этапах эмбрионального развития прекращается синтез ε-цепи и включается синтез γ-цепи, которые после рождения почти полностью заменяются β- и δ-цепями. Продукция δ-цепей в течение всей жизни постоянна и составляет 1/40 по отношению к выработке β-цепи. Синтез β-, γ- и δ-цепей контролируется одной парой генов (двумя аллелями), а синтез α-цепей, по всей вероятности, — двумя парами генов (четырьмя аллелями), из которых одна пара является главной, а другая побочной.

Различие в структуре между гемоглобином F и гемоглобином взрослого человека связано с разницей в получении кислорода у плода и родившегося человека. Гемоглобин F имеет большее сродство к кислороду, чем гемоглобин А, так как получение кислорода от плаценты сопряжено с большими трудностями, чем получение кислорода из альвеол. Большее сродство гемоглобина F к кислороду сочетается с более низкой способностью гемоглобина F по сравнению с гемоглобином А связывать 2,3-дифосфоглицериновую кислоту, которая способствует понижению сродства к кислороду и более легкой отдаче крови тканям. Ткани плода содержат в норме меньшее количество кислорода, чем у родившегося человека.

Порядок расположения аминокислот в цепях гемоглобина — это первичная структура; она в настоящее время хорошо известна для всех нормальных гемоглобинов. Следующий уровень организации — это вторичная структура. Большая часть полипептидных цепей гемоглобина закручена вокруг своей продольной оси и составляет α-спираль. В полипептидных цепях глобина около 75% составляют спиральные отрезки и 25% — неспиральные участки. Третичная структура отражает пространственное расположение спирализованной полипептидной цепи в белковой молекуле. Perutz и соавт. при помощи рентгеноструктурного анализа показали, что существует некоторое пространство, составленное главным образом гидрофобными группами аминокислот, в котором помещается молекула гема, прикрепленная к глобину 12 аминокислотами. Под четвертичной структурой гемоглобина понимают связь между полипептидными цепями. В гемоглобине А α-цепь связана с β-цепью, образуя субъединицу; две такие субъединицы образуют молекулу гемоглобина. В связях α- и β-цепей в субъединицу (α1, β1-контакты) участвуют 34 аминокислоты. В объединении двух субъединиц (α1, β2-контакты) принимают участие 19 аминокислот.