Где гемоглобин: Продукты, повышающие гемоглобин в крови: какие содержат больше железа

By | 19.08.1978

Гликированный гемоглобин – цены от 695 р.


Гликированный гемоглобин (гликозированный гемоглобин, А1с, HbA1C, Glycated Hemoglobin) — это биохимический показатель крови. HbA1C образуется в результате неферментативной химической реакции гемоглобина А, содержащегося в эритроцитах, с глюкозой крови. Чем выше концентрация глюкозы, тем больше образуется гликированного гемоглобина.

Что показывает анализ крови на гликированный гемоглобин


Анализ крови на гликированный гемоглобин помогает оценить среднее содержание глюкозы в крови за последние 2 — 3 месяца. Это отличается от стандартного измерения уровня глюкозы, т.к. оно дает представление об уровне глюкозы только на момент исследования. Анализ на гликированный гемоглобин определяет интегральный показатель гликемии за 3 месяца. Чем выше его процент — тем выше гликемия.


Для чего назначается анализ на гликированный гемоглобин

Анализ на гликированный гемоглобин назначают:


  • для контроля за глюкозой у пациентов с сахарным диабетом;

  • для определения среднего содержания глюкозы в крови за последние 2 — 3 месяца;

  • для выявления неконтролируемых подъемов сахара в крови;

  • для контроля за ходом лечения сахарного диабета и определения уровня компенсации заболевания;

  • для ранней диагностики сахарного диабета;

  • для диагностики гестационного сахарного диабета у беременных женщин.


Также тест на гликированный гемоглобин может быть назначен при симптомах гипергликемии (повышенного содержания глюкозы в крови): повышенной утомляемости, сильной жажде, частых мочеиспусканиях.

Что может повлиять на результат исследования?


Сниженный уровень HbA1C может быть выявлен у пациентов с серповидно-клеточной анемией, или у перенесших кровотечения. Завышенные результаты возможны при дефиците железа или недавно перенесенном переливании крови.

Как сдается анализ на гликированный гемоглобин?


Анализ на гликогемоглобин не требует предварительной подготовки. Перед исследованием можно принимать пищу и пить воду. Сдавать кровь натощак следует в том случае, если одновременно с HbA1C оцениваются и другие биохимические показатели.

Материалом для анализа является венозная кровь.

Во время медицинского обследования детей в возрасте до полугода данный метод не используется.

Что означает повышенный HbA1C?


Повышенный HbA1C свидетельствует о риске сахарного диабета, о сахарном диабете, либо о высоком риске осложнений диабета (ретинопатии, нейропатии, нефропатии). Все зависит от того, насколько сильно показатели отклоняются от референсных значений.

Цена на анализ крови на гликированный гемоглобин


Цена анализа на гликогемоглобин составляет 695 р. Это стоимость непосредственного исследования крови в лаборатории. Взятие биоматериала оплачивается отдельно. Сколько стоит полный пакет услуг, можно узнать по телефону или при первичном визите в клинику.


Сеть клиник Медок предоставляет скидки для льготной категории граждан. Регулярно проводятся выгодные акции. Чтобы первым узнать о снижении цен, подпишитесь на email-рассылку.

Где сделать анализ на гликированный гемоглобин?


Сдать кровь на гликированный гемоглобин можно в любой из клиник сети Медок. Выберите подходящую по месторасположению клинику в Москве и запишитесь на прием.

Сдать анализ крови на гликированный гемоглобин (HbA 1c) в Ростове-на-Дону


Сахарный диабет – распространённое заболевание, которое имеет большое количество острых и хронических осложнений. Механизм патологического состояния заключается в нарушении секреции инсулина и, как результат, повышении концентрации глюкозы в сыворотке крови. Она используется для неотложной диагностики и первичного выявления сахарного диабета, тогда как для определения риска осложнения применяют гликирующий гемоглобин.


Что такое гликированный гемоглобин?


При постоянно повышенной концентрации глюкозы в крови она присоединяется к гемоглобину эритроцитов. Лабораторное определение этого гемоглобина позволяет анализировать углеводный обмен на протяжении длительного периода время. Средняя продолжительность жизни эритроцита составляет 120 дней. Анализ на гликированный гемоглобин помогает оценить среднее содержание глюкозы в крови за последние 2-3 месяца. Таким образом, это позволяет выстраивать прогноз заболевания для конкретного пациента, оценивать риск возникновения осложнений и проводить соответствующую коррекцию терапии.

Правильная подготовка к исследованию


Чтобы получить достоверный результат исследования, к анализу крови на гликированный гемоглобин необходимо правильно подготовиться:


  • За 3 часа до сдачи крови необходимо прекратить прием любых продуктов. Разрешается только пить обычную негазированную воду.


  • Полчаса до исследования нельзя курить, поскольку никотин может оказывать влияние как на уровень глюкозы, так и гликированного гемоглобина.


  • Рекомендуется хотя бы 30 минут перед исследование находиться в состоянии полного физического и эмоционального покоя.


При выполнении анализа крови на гликированный гемоглобин, норма последнего может отличаться в зависимости от лаборатории. Ориентироваться необходимо на данные, указанные на лабораторном бланке, а не в интернете.

Где сдать анализ в Ростове?


Анализ на гликированный гемоглобин в Ростове-на-Дону можно сдать в лаборатории медицинского центра «Да Винчи». Лаборатория клиника оборудована современной диагностической аппаратурой, позволяющей минимизировать вероятность ошибки. Забор крови проводится в удобное для вас время, на которое можно записаться по телефону или при личном визите в клинику.

  • Наименование услуги

    Цена

Отзывы об услуге

Россия напала на Украину!

Россия напала на Украину!

Мы, украинцы, надеемся, что вы уже знаете об этом. Ради ваших детей и
какой-либо надежды на свет в конце этого ада –  пожалуйста, дочитайте
наше письмо 
.

Всем нам, украинцам, россиянам и всему миру правительство России
врало последние два месяца. Нам говорили, что войска на границе
“проходят учения”, что “Россия никого не собирается захватывать”, “их
уже отводят”, а мирное население Украины “просто смотрит пропаганду”.
Мы очень хотели верить вам.

Но в ночь на 24-ое февраля Россия напала на Украину, и все самые
худшие предсказания  стали нашей реальностью .

Киев, ул. Кошица 7а. 25.02.2022

 Это не 1941, это сегодня. Это сейчас. 

Больше 5 000 русских солдат убито в не своей и никому не нужной войне
Более 300 мирных украинских жителей погибли
Более 2 000 мирных людей ранено

Под Киевом горит нефтебаза – утро 27 февраля, 2022.

Нам искренне больно от ваших постов в соцсетях о том, что это “все
сняли заранее” и “нарисовали”, но мы, к сожалению, вас понимаем.

Неделю назад никто из нас не поверил бы, что такое может произойти в
2022.

Метро Киева, Украина — с 25 февраля по сей день

Мы вряд ли найдем хоть одного человека на Земле, которому станет от
нее лучше. Три тысячи ваших солдат, чьих-то детей, уже погибли за
эти три дня. Мы не хотим этих смертей, но не можем не оборонять свою
страну.

И мы все еще хотим верить, что вам так же жутко от этого безумия,
которое остановило всю нашу жизнь.

Нам очень нужен ваш голос и смелость, потому что сейчас эту войну
можете остановить только вы. Это страшно, но единственное, что будет
иметь значение после – кто остался человеком.

ул. Лобановского 6а, Киев, Украина. 26.02.2022

Это дом в центре Киева, а не фото 11-го сентября. Еще неделю назад
здесь была кофейня, отделение почты и курсы английского, и люди в
этом доме жили свою обычную жизнь, как живете ее вы.

P.S. К сожалению, это не “фотошоп от Пентагона”, как вам говорят. И да,
в этих квартирах находились люди.

“Это не война, а только спец. операция.”

Это война.

Война – это вооруженный конфликт, цель которого – навязать свою волю:
свергнуть правительство, заставить никогда не вступить в НАТО,
отобрать часть территории, и другие. Обо всем этом открыто заявляет
Владимир Путин в каждом своем обращении.

“Россия хочет только защитить ЛНР и ДНР.”

Это не так.

Все это время идет обстрел городов во всех областях Украины, вторые
сутки украинские военные борются за Киев.

На карте Украины вы легко увидите, что Львов, Ивано-Франковск
или Луцк – это больше 1,000 км от ЛНР и ДНР.
Это другой конец
страны.

25 февраля, 2022 – места попадания ракет

25 февраля, 2022 – места попадания ракет
“Мирных жителей это не коснется.

Уже коснулось.

Касается каждого из нас, каждую секунду.
С ночи четверга никто из украинцев не может спать, потому что вокруг
сирены и взрывы. Тысячи семей должны были бросить свои родные
города.
Снаряды попадают в наши жилые дома.

Больше 1,200 мирных людей ранены или погибли. Среди них много
детей.

Под обстрелы уже попадали в детские садики и больницы.
Мы вынуждены ночевать на станциях метро, боясь обвалов наших домов.
Наши жены рожают здесь детей. Наши питомцы пугаются взрывов.

“У российских войск нет потерь.”

Ваши соотечественники гибнут тысячами.

Нет более мотивированной армии чем та, что сражается за свою
землю.

Мы на своей земле, и мы даем жесткий отпор каждому, кто приходит к
нам с оружием.

“В Украине – геноцид русскоязычного народа, а Россия его спасает.

Большинство из тех, кто сейчас пишет вам это письмо, всю жизнь
говорят на русском, живя в Украине.

Говорят в семье, с друзьями и на работе. Нас никогда и никак не
притесняли.

Единственное, из-за чего мы хотим перестать говорить на русском сейчас
– это то, что на русском лжецы в вашем правительстве приказали
разрушить и захватить нашу любимую страну.

“Украина во власти нацистов и их нужно уничтожить.”

Сейчас у власти президент, за которого проголосовало три четверти
населения Украины на свободных выборах в 2019 году. Как у любой
власти, у нас есть оппозиция. Но
мы не избавляемся от неугодных,
убивая их или пришивая им уголовные дела
.

У нас нет места диктатуре, и мы показали это всему миру в 2013 году. Мы
не боимся говорить вслух, и нам точно не нужна ваша помощь в этом
вопросе.

Украинские семьи потеряли больше 1,377,000 родных, борясь с
нацизмом во время Второй мировой. Мы никогда не выберем нацизм,
фашизм или национализм, как наш путь. И нам не верится, что вы сами
можете всерьез так думать.

“Украинцы это заслужили.”

Мы у себя дома, на своей земле.

Украина никогда за всю историю не нападала на Россию и не хотела вам
зла. Ваши войска напали на наши мирные города. Если вы действительно
считаете, что для этого есть оправдание – нам жаль.

Мы не хотим ни минуты этой войны и ни одной бессмысленной
смерти. Но мы не отдадим вам наш дом и не простим молчания, с
которым вы смотрите на этот ночной кошмар.

Искренне ваш, Народ Украины

Анализ крови на гликированный гемоглобин HbA1С в Ярославле

Наиболее распространенные способы контроля над уровнем сахара — это анализ крови на глюкозу и тест на толерантность к глюкозе. Недостаток этих методов в том, что они фиксируют уровень сахара лишь на момент исследования, поэтому полученные результаты не всегда достоверны.

Анализ крови на гликированный гемоглобин HbA1С

более информативен и удобен по сравнению с другими исследованиями. Этот биохимический показатель крови отражает среднее содержание глюкозы в крови за длительный период, до 3-х месяцев. Чем выше уровень гликированного гемоглобина, тем выше был уровень сахара в крови в течение последних трёх месяцев и, соответственно, больше риск развития сахарного диабета и его осложнений. Этот анализ с 2009 года рекомендован ВОЗ для диагностики диабета I и II типа, а также для контроля эффективности лечения.

Зачем сдавать кровь на гликированный гемоглобин?

  • он позволяет выявить сахарный диабет на самой ранней стадии и своевременно начать лечение
  • он позволяет оценивать эффективность терапии сахарного диабета и вовремя вносить коррективы в схему лечения
Как правильно сдавать анализ на гликированный гемоглобин?
  • Не влияют на результат: время суток, прием пищи, занятия спортом, эмоциональное состояние, простуда, прием лекарств и т. п. Анализ можно сдавать в любое время.
  • Влияют на результат: недавнее переливание или сдача крови, недавно перенесенное кровотечение. В этих случаях рекомендовано отложить исследование на 2-3 недели.
  • При подозрении или уже выявленном сахарном диабете анализ сдают регулярно, каждые 3 месяца. Это позволяет постоянно держать под контролем уровень сахара и вовремя принимать меры.
  • Анализ рекомендуется сдавать в одной и той же лаборатории, поскольку разные учреждения применяют различные методики исследования.

В медицинском центре МиР забор крови на лабораторные исследования осуществляется с понедельника по пятницу с 9:00 до 11:00 и в субботу с 10:00 до 12:00.

Ответим на все вопросы по телефону
(4852) 233-170

Гемоглобин – обзор | ScienceDirect Topics

ПРИНЦИПЫ ТРАНСПОРТА КИСЛОРОДА

Как видно из рисунка 48.1, существует каскад напряжений O 2 от альвеол к митохондриям. На этом уровне O 2 функционирует как акцептор электронов в энергогенерирующих процессах окислительного фосфорилирования и продукции АТФ (см. главы 1 и 65). Высокоэнергетические фосфатные связи в АТФ являются источником топлива для большинства биохимических и ферментативных процессов клетки.Доставка О 2 к тканям зависит от артериального содержания О 2 и сердечного выброса. Содержание O 2 в артериальной крови в основном связано с несущей способностью O 2 гемоглобина, хотя имеется дополнительный компонент из растворенного O 2 .

Доставка O 2 в ткани является произведением артериального O 2 содержания и сердечного выброса.

Гемоглобин представляет собой тетрамер гема с четырьмя глобиновыми цепями (две α- и две β-цепи).Каждая молекула гемоглобина способна связать с гемом четыре молекулы O 2 (рис. 48.2). Из этого наблюдения и из молекулярной массы гемоглобина (около 63 500 Да) можно рассчитать, что при 100% насыщении 1,39 мл O 2 соединится с 1 г гемоглобина. Значение, измеренное in vivo, несколько меньше (1,34) из-за форм гемоглобина (карбоксигемоглобин, метгемоглобин, сульфгемоглобин) с пониженной несущей способностью O 2 . Следовательно, связанный O 2 в заданном объеме крови равен:

▪ Уравнение 48.5O2bound=[Hb]×SaO2×1,34

, где [Hb] — концентрация гемоглобина, а SaO 2 — насыщение кислородом. Растворенный O 2 в том же объеме крови может быть рассчитан из P a o 2 и константы растворимости (0,025 мл/кПа). Затем доставка O 2 в ткани определяется по формуле:

▪ Уравнение 48.6DO2={([Hb]×1,34×SaO2)+(PaO2×0,025)}× · Q˙

где является сердечным выбросом.

Когда O 2 связывается с гемоглобином, изменяется конформация белка и цепи глобина скользят друг относительно друга (рис. 48.2). Когда O 2 разгружается, β-цепи расходятся. Это позволяет гликолитическому метаболиту 2,3-дифосфоглицерату (2,3-ДФГ) скользить между ними и связываться, что приводит к снижению сродства гемоглобина к O 2 . Хорошо известная сигмовидная форма кривой диссоциации оксигемоглобина является результатом этого кооперативного или аллостерического связывания O 2 (рис. 48.3). Парциальное давление O 2 , при котором гемоглобин насыщен на 50%, известно как P 50 и обычно составляет 3,55 кПа (26,6 мм рт.ст.). По мере увеличения сродства O 2 сигмовидная кривая сдвигается влево; другими словами, P 50 падает. Соответственно, при уменьшении сродства O 2 кривая сдвигается вправо, а P 50 повышается. Нормальное значение P a o 2 (97 мм рт. ст. или 13 кПа) обычно связано с насыщением O 2 на уровне 98–100 %.Насыщение О 2 смешанной венозной крови составляет около 75%: примерно 25% доставленного в ткани О 2 используется для метаболических процессов, а остальные 75% возвращаются в сердце и легкие еще в сочетании с гемоглобином. Это соответствует смешанному венозному значению (P v ¯O 2 ) между 40 и 50 мм рт.ст. (5,3 и 6,7 кПа). Типичная подача O 2 всего тела составляет порядка 650 мл/мин/м 2 , а типичная экстракция O 2 составляет около 160 мл/мин/м 2 .

Форма кривой диссоциации оксигемоглобина допускает высокое насыщение в диапазоне артериальных значений PaO 2 и разгрузку O 2 в тканях.

Кривая диссоциации оксигемоглобина сдвигается вправо под действием 2,3-ДФГ, повышения температуры, усиления ацидоза и увеличения P co 2 (эффект Бора). Обратный ход этих процессов вызывает соответствующий сдвиг влево. Обычным стимулом для выгрузки O 2 из гемоглобина является падающая ткань P o 2 .Чем более гипоксическим и ацидотическим становится тканевое ложе, тем больше O 2 , переносимых гемоглобином, становится доступным. Это приводит к соответствующему уменьшению насыщения O 2 (рис. 48.3). Условия, связанные с тканевой гипоксией, вызывают сдвиг кривой вправо с пониженным сродством к кислороду. В легких и ложе легочных капилляров имеют место противоположные условия, которые приводят к сдвигу влево с увеличением сродства и поглощения O 2 . Способность P 50 изменяться в зависимости от физиологических обстоятельств значительно повышает способность гемоглобина загружать O 2 в легкие и разгружать его в (относительно) гипоксических тканях.

Сигмовидная форма кривой диссоциации оксигемоглобина имеет и другие важные физиологические последствия. Поскольку выше P o 2 80 мм рт. ст. (10,6 кПа) кривая является примерно плоской, насыщение оксигемоглобина артериальной крови относительно постоянным в пределах нормального физиологического диапазона, несмотря на значительные колебания P a o 2 . Крутой участок кривой диссоциации оксигемоглобина позволяет выгрузить О 2 из гемоглобина даже при относительно высоких значениях Р o 2 .Это способствует доставке больших количеств O 2 в ткани путем диффузии.

Гемоглобин плода структурно отличается от гемоглобина взрослого человека. Цепи β заменены цепями γ. Кривая диссоциации оксигемоглобина плода имеет такую ​​же форму, что и у взрослых, но смещена влево, в результате чего P 50 составляет 20 мм рт.ст. Это означает, что фетальный гемоглобин будет нагружать O 2 предпочтительно гемоглобином взрослого человека, тем самым обеспечивая эффективный перенос O 2 через плаценту из крови матери в кровь плода.Фетальный гемоглобин быстро заменяется взрослым гемоглобином в течение первого года жизни, за исключением таких состояний, как серповидно-клеточная анемия, когда высокая концентрация фетального гемоглобина может сохраняться на протяжении всей жизни.

Хотя большая часть гемоглобина, присутствующего у взрослых, представляет собой HbA (две α- и две β-цепи), также может присутствовать небольшая доля аномального гемоглобина. Около 2% представлено HbA 2 , состоящим из двух α- и двух δ-цепей.

Гемоглобин может соединяться с молекулами, отличными от O 2 ; наиболее важным из них является CO, сродство которого к гемоглобину примерно в 300 раз больше, чем у O 2 . Образование карбоксигемоглобина (HbCO) вызывает функциональную анемию и тканевую гипоксию, так как он не способен связывать O 2 . Это усугубляется смещением кривой диссоциации оксигемоглобина влево, что еще больше усугубляет тканевую гипоксию, ограничивая способность гемоглобина разгружать O 2 . Вытеснение СО из гемоглобина происходит медленно в нормальных клинических условиях, но может быть ускорено введением 100% О 2 или лечением в барокамере.Критерии для лечения гипербарическим O 2 включают концентрацию карбоксигемоглобина > 20%, неврологическую дисфункцию или потерю сознания в анамнезе.

Молекулы железа, расположенные внутри кольца гема, обычно находятся в окислительном состоянии +2 (железо). Окисление гемоглобина до окислительного состояния железа (+3) приводит к образованию метгемоглобина, вызывающего функциональную анемию из-за его плохих O 2 -связывающих характеристик. Ряд оксидантных препаратов и стрессы могут вызывать метгемоглобинемию, включая токсичность ацетоминофена (парацетамола) и токсичность местных анестетиков, особенно прилокаина. Это приводит к избыточной выработке метгемоглобина, который подавляет фермент метгемоглобинредуктазу, связанный с мембраной эритроцитов. Лечение проводится либо аскорбиновой кислотой, либо метиленовым синим (1 мг/кг).

Доставка кислорода к тканям зависит не только от содержания O 2 в артериальной крови и физико-химических свойств гемоглобина, но и от тканевого кровотока. Кровоток зависит от градиента артериовенозного давления и сосудистого сопротивления (глава 43). Поскольку артериальное и венозное давление обычно постоянны, основным фактором, определяющим кровоток через тканевое ложе, является сосудистое сопротивление ложа.Недавние данные указывают на то, что гемоглобин может также контролировать кровоток, регулируя сужение и расширение сосудов. Большая часть оксида азота в крови связывается с тиолами гемоглобина, образуя S -нитрозогемоглобин (SNO-Hb), который при деоксигенации в микроциркуляторном русле высвобождает NO и S -нитрозотиолы, вызывая вазодилатацию и усиление кровотока. Кроме того, теперь известно, что вязкость и силы сдвига между кровью и стенкой сосуда играют важную роль в регуляции сосудистого тонуса для поддержания перфузии в состояниях высокой вязкости.

Завершающим этапом доставки О 2 в ткани является диффузия из капиллярной крови. Этот процесс определяется градиентом парциального давления между капилляром и кюветой. Утилизация кислорода тканями увеличит транскапиллярный градиент натяжения О 2 и (согласно форме кривой диссоциации оксигемоглобина) объем выгружаемого в ткани О 2 . Пока метаболические потребности тканей удовлетворены, экстракция O 2 остается довольно постоянной, независимо от Do 2 .Когда поток Do 2 становится ограниченным, существует линейная зависимость между подачей O 2 и извлечением O 2 . Это известно как доставка с ограничением потока или критическая подача O 2 (рис. 48.4). Патологические нарушения этой взаимосвязи могут возникать при шоковых состояниях и полиорганной недостаточности. Критический или неадекватный Do 2 приводит к анаэробному метаболизму, а гликолитический путь заканчивается образованием лактата, а не дальнейшим метаболизмом в цикле трикарбоновых кислот.

Гемоглобин

Гемоглобин

Пол Мэй
Бристольский университет, Великобритания

Также доступны: только HTML, Chime-Enhanced, JMol и версии.

Миоглобин и гемоглобин – переносчики кислорода

Большинство живых организмов осуществляют дыхание, расщепление пищевых продуктов с выделением энергии в присутствии кислорода.Однако кислород плохо растворяется в воде, поэтому для того, чтобы животные могли доставлять кислород из легких (или жабр) к мышцам, им необходимо было разработать эффективную молекулу, переносящую кислород. У позвоночных такими молекулами являются белки миоглобин и гемоглобин.

Эритроциты (вверху) содержат гемоглобин.

Кровь ярко-красная (слева) из-за присутствия оксигемоглобина.

Гемоглобин (или гемоглобин, часто сокращенно Hb), содержащийся в эритроцитах, служит переносчиком кислорода в крови.Название гемоглобин происходит от гем и глобин , поскольку каждая субъединица гемоглобина представляет собой глобулярный белок со встроенной гемовой (или гемовой) группой. Каждая гемовая группа содержит атом железа, который отвечает за связывание кислорода. Наличие в крови гемоглобина увеличивает кислородную способность литра крови с 5 до 250 мл. Гемоглобин также играет важную роль в транспортировке углекислого газа из тканей обратно в легкие.Миоглобин, с другой стороны, находится в мышцах и служит резервным источником кислорода, а также способствует движению O 2 внутри мышц.

           

Ленточная структура и объемное заполнение белка гемоглобина

Палочковая структура и объемное заполнение белка миоглобина

Гем порфирин

Хотя молекулы гемоглобина и миоглобина представляют собой очень большие сложные белки, активный центр на самом деле представляет собой небелковую группу, называемую гем. Гем состоит из плоского органического кольца, окружающего атом железа. Органическая часть представляет собой порфириновое кольцо на основе порфина (тетрапиррольного кольца) и является основой ряда других важных биологических молекул, таких как хлорофилл и цитохром. Кольцо содержит большое количество сопряженных двойных связей, что позволяет молекуле поглощать свет в видимой части спектра. Атом железа и присоединенная белковая цепь изменяют длину волны поглощения и придают гемоглобину его характерный цвет.Оксигенированный гемоглобин (обнаруженный в крови из артерий) ярко-красный, но без присутствия кислорода (как в крови из вен) гемоглобин становится более темно-красным. Венозная кровь часто изображается синей на медицинских диаграммах, а вены иногда выглядят синими, если смотреть сквозь кожу. Внешний вид крови в виде темно-синего цвета – это явление длины волны света, связанное с отражением синего света от внешней стороны венозной ткани, если вена имеет глубину ~ 0,02 дюйма или более.

Порфин – строительный блок гема

Гем , активный гемоглобин и миоглобин. Боковые группы, присоединенные к порфину, выделены пурпурным цветом, а центральный атом железа показан красным.

Обратимое связывание кислорода

Атом железа в геме связывается с 4 атомами азота в центре порфиринового кольца, но при этом для железа остаются два свободных места связывания, по одному с каждой стороны плоскости гема. Группа гема расположена в щели в молекуле миоглобина, окруженная неполярными остатками, за исключением двух полярных гистидинов.

Структура белка миоглобина
с выделенным положением гемовой группы

Один из свободных участков связывания железа соединяется с одним из этих гистидинов, оставляя последний участок связывания на другой стороне кольца доступным для связи с кислородом. Вторая группа гистидина находится рядом и служит нескольким целям. Он изменяет форму щели таким образом, что только небольшие молекулы могут попасть внутрь для реакции с атомом железа, а также помогает сделать реакцию обратимой , так что кислород может высвобождаться, когда это требуется близлежащим тканям. Удивительно осознавать, что вся сложная трехмерная структура большого белка миоглобина предназначена исключительно для образования щели правильной формы с правильными двумя гистидиновыми группами в правильных положениях, чтобы облегчить это обратимое поглощение кислорода.

Схематическая диаграмма сайта связывания кислорода в миоглобине.

Гемоглобин

Гемоглобин состоит из 4 единиц миоглобина, соединенных вместе, и его действие в отношении поглощения кислорода аналогично, но более сложно.Когда мы дышим, кислород в легких проходит через тонкостенные кровеносные сосуды в эритроциты, где он связывается с гемоглобином, превращая его в ярко-красный оксигемоглобин. Затем кровь проходит по всему телу, пока не достигнет клеток и тканей, которым требуется кислород для поддержания их процессов. Эти клетки богаты CO 2 , который является побочным продуктом этих процессов. CO 2 вытесняет слабосвязанный O 2 и образует карбаминогемоглобин, который затем с кровотоком перемещается обратно в легкие, где снова вытесняется кислородом.

Ленточная диаграмма структуры гемоглобина .
4 различных единицы миоглобина показаны разными цветами.

Как O 2 , так и CO 2 обратимо связывают с гемоглобином, но некоторые другие молекулы, такие как монооксид углерода, достаточно малы, чтобы поместиться в белковую щель, но образуют такие прочные связи с железом, что процесс необратимый .Таким образом, высокие концентрации CO быстро расходуют ограниченный запас молекул гемоглобина в организме и препятствуют их связыванию с кислородом. Вот почему угарный газ ядовит — пораженный человек быстро умирает от удушья, потому что его кровь больше не может переносить достаточное количество кислорода для снабжения тканей и мозга. Сродство связывания гемоглобина с СО в 200 раз выше, чем его сродство с кислородом, а это означает, что небольшое количество СО резко снижает способность гемоглобина транспортировать кислород. Когда гемоглобин соединяется с CO, он образует очень ярко-красное соединение, называемое карбоксигемоглобином.Когда во вдыхаемом воздухе содержание CO составляет всего 0,02%, возникают головная боль и тошнота. Если концентрация CO увеличится до 0,1%, последует потеря сознания. У заядлых курильщиков CO может блокировать до 20% активных участков кислорода. Другой ядовитой молекулой, которая связывается с гемоглобином, является цианистый водород (HCN). Как только цианид попадает в кровоток, большая его часть (92-99%) оказывается связанной с гемоглобином в эритроцитах. Оттуда он попадает в ткани организма, где связывается с ферментом, называемым цитохромоксидазой, и лишает клетки возможности использовать кислород.

Каталожные номера:

  • Органическая химия , Моррисон и Бойд (Аллин и Бэкон, 1983).
  • Биохимия , Л. Страйер (WH Freeman and Co, Сан-Франциско, 1975).
  • Введение в органическую химию , Штрайтвейзер и Хиткок (Макмиллан, Нью-Йорк, 1981).
  • Интерактивные трехмерные структуры гемоглобина — требуется Chime
  • Википедия

Вернуться на страницу «Молекула месяца».

Джанет Иваса :: Проекты :: Гемоглобин

Гемоглобин: изучение перехода T в R

Гемоглобин, тетрамерный белок, обнаруженный в высоких концентрациях в эритроцитах, отвечает за связывание и транспортировку кислорода в организме. Каждый белок гемоглобина состоит из четырех субъединиц — двух альфа-субъединиц и двух бета-субъединиц, и каждая субъединица способна связываться с молекулой кислорода через свою гемовую группу.

Структурные исследования показали, что гемоглобин существует в одной из двух конформаций, известных как T (напряженная) и R (расслабленная). Дезоксигенированный гемоглобин (синий) находится в состоянии Т, а связывание кислорода (красный) вызывает переход в состояние R. Анимация справа показывает крупным планом гемовую группу (белую, в виде шарика и палочки) в одной из субъединиц гемоглобина. В дезоксигенированном (Т) состоянии атом железа не является плоским с остальной частью гема из-за его связи с боковой цепью гистидина.Связывание кислорода заставляет атом железа в геме перемещаться таким образом, что он становится плоским с остальной частью гема, которая затем притягивает гистидин, вызывая более масштабные структурные изменения в белке.

Гемоглобин можно рассматривать как тетрамер, состоящий из двух альфа-бета-димеров. Конформационные изменения, которые происходят во время перехода от T к R, происходят главным образом в положениях этих двух димеров относительно друг друга (а не между альфа- и бета-субъединицами в одном и том же димере).Это показано в последнем (черно-белом) сегменте анимации справа.

Для перехода от T к R требуется, чтобы по крайней мере две субъединицы гемоглобина были связаны кислородом. Поскольку гемоглобин в состоянии Т имеет только низкое сродство к кислороду, конформационные изменения могут происходить только при относительно высоких концентрациях кислорода (например, в капиллярах легких). В состоянии R гемоглобин связывается с кислородом с гораздо большим сродством, что приводит к тому, что любые оставшиеся дезоксигенированные субъединицы быстро связываются с кислородом.Эта концепция показана на центральной анимации справа.

Богатые кислородом эритроциты в легких должны циркулировать по всему телу, чтобы обеспечить ткани кислородом для метаболических процессов. Есть несколько ключевых молекул, которые способствуют способности гемоглобина выгружать кислород в ткани, нуждающиеся в кислороде.

Протоны являются важными аллостерическими эффекторами гемоглобина. При относительно низком рН (например, в дышащих мышечных тканях) гемоглобин имеет более низкое сродство к кислороду, чем при более высоком рН (например, в легочной ткани).

Другим аллостерическим регулятором перехода T в R является 2,3-DPG. Как показано на анимации справа, 2,3-ДФГ может связываться в центральном кармане гемоглобина, когда гемоглобин находится в Т-состоянии. Связывание 2,3-ДФГ опосредовано розеткой боковых цепей аминокислот от обеих бета-субъединиц. По этому механизму 2,3-ДФГ стабилизирует Т-состояние и снижает сродство гемоглобина к кислороду. Активация 2,3-ДФГ увеличивает доставку кислорода к тканям в условиях низкого содержания кислорода.

Загрузка фильмов
Обратите внимание, что анимации и иллюстрации с этого веб-сайта распространяются по лицензии Creative Commons и могут быть свободно загружены для некоммерческого использования при условии указания авторства. См. ссылку внизу страницы для получения дополнительной информации.

фильм 1 : конформационные изменения при связывании кислорода, фокус сначала на группе гема, а затем уменьшение масштаба, чтобы увидеть структуру тетрамера.
[скачать фильм QuickTime (14.2 МБ) ]
[скачать windows media (9,4 МБ) ]

фильм 1 также можно скачать отдельными сегментами, которые можно зацикливать:

А. включает крупный план гемовой группы
[ скачать quicktime ] [ скачать wmv ]
B. включает увеличенную структуру тетрамера
[
скачать quicktime ] [ скачать wmv ]
C. показывает только интерфейс димер-димер
[
скачать quicktime ] [скачать wmv ]

фильм 2 : показывает потребность в 2 связанных кислородах для перехода T в R.
[скачать видеоролик (2,6 МБ) ]
[ загрузить Windows Media (0,7 МБ) ]

фильм 3 : показывает сайт связывания 2,3-ДФГ и диссоциацию 2,3-ДФГ при переходе T в R
[скачать видеоролик (2,8 МБ) ]
[ скачать Windows Media (1,5 МБ) ]

Прочие ресурсы

Hemoglobin: Molecule of the Month на веб-сайте RCSB Protein Data Bank, с великолепными изображениями Дэвида Гудселла и Шучисмиты Датты.

Статья в Википедии о гемоглобине

Морфы гемоглобина в базе данных макромолекулярных движений

Благодарности

Большое спасибо Фрэнку Банну, Ану Сешан и Рэнди Кингу (Гарвардская медицинская школа) за сотрудничество в этом проекте.

Эта работа Джанет Иваса находится под лицензией Creative Commons Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0 United States License.

Понимание гемоглобина

Гемоглобин является переносчиком кислорода
белка в эритроцитах.Это
также является белком, придающим эритроцитам красный цвет.
Гемоглобин состоит из четырех

подразделения , два а

и два
б;
каждый
а

а также
б

субъединица (см. изображение) образует димер. Часто,
гемоглобин называют димером
аб

димеры. а

а также
б

субъединицы лишь незначительно отличаются друг от друга главным
разница, возникающая из-за длины
полипептидные цепи
; в
б

цепь 5

аминокислотных остатков на длиннее, чем
а

цепь.Есть также некоторые
различия в составе аминокислотных остатков.

 
.

На этом рисунке изображена субъединица b
гемоглобин, который состоит из 8 
а-спирали
,
с маркировкой A-H. Каждая а-спираль показана
в другом цвете. Белковая цепь начинается с
А-спираль (синяя) и заканчивается Н-спиралью (сиреневый).гем
группа показана красным, а связанный кислород показан светлым
синий.

 

На рисунке слева показана группа гема, которая
содержит атом железа (Fe) в центре (оранжевый). В оксигенном состоянии кислород
связывается с Fe в группе гема.

 

Каждая субъединица гемоглобина содержит гемовую группу.
Группа гема является местом связывания кислорода (O 2 ).
Когда все четыре фрагмента гема связывают O 2 , структура
изменяется гемоглобин. Этот
структурные изменения включают перестройку брюшной

димеров по отношению друг к другу, где один ab

димер вращается примерно на 18

и переводит 1
по отношению к другому димеру.

1 Ангстрем ()
= 10 -10 м = 3.937 x 10 -9 дюймов

>>

Рис.
3.3
Графика T-R
переход HbS

Когда белок находится в структуре, которая связывает O 2 ,
R-состояние, он легко связывается O 2 и когда он находится в структуре
который не имеет связанного O 2 , дезокси или Т-состояние (рис. 3.3 и рис.
3.4), не связывает O 2
очень хорошо. Этот
разница в способности связывать O 2 в зависимости от его
структурное состояние — это то, что позволяет гемоглобину быть настолько эффективным в
доставки O 2 к тканям.
Как только он доставляет O 2 , структурное состояние изменяется, и он
не связывает доставленный O 2 .
Когда эритроциты возвращаются в легкие, концентрация O 2
выше и гемоглобин снова связывает O 2 и меняет свою
структурное состояние.Понимание
каким образом осуществляется это структурное изменение, является центральным вопросом в настоящее время.
исследование гемоглобина.

 

Рис. 3.4  
Относительное движение димеров
Этот анимированный рисунок иллюстрирует движение
а 2 б 2
димер (толстые витки вперед) относительно a 1 b 1
димер (тонкие катушки
назад) при переходе окси-дезокси.Вот и координаты
окси- и дезокси-Hb были наложены на a 1 b 1
интерфейс, чтобы
а 1 б 1
димер остается неподвижным. а 2 б 2
димер поворачивается на 15 градусов вокруг оси, проходящей через
подразделения.

Изображение 90 530 от Джонатана Лукина, факультета биологических наук, Карнеги.
Университет Меллона http://www.andrew.cmu.edu/user/jl2p/Hb_html/gallery.html

Вернуться к началу

(кто
страдает от этого?)

Предыдущая | Следующий

(Формирование волокна)

Гемоглобин

Реакция, которая превращает молекулярный кислород (O 2 ) в воду, высвобождает много
энергии, и всем животным нужна эта энергия, чтобы управлять своим телом.
Полуреакция и связанное с ней изменение свободной энергии:

O 2 + 4H 3 O + + 4e –>
6H 2 O     дельта G = -305 кДж/моль

Должен существовать биологический механизм захвата кислорода.
O 2 (в его высокоэнергетической нулевой степени окисления) и приведение его
туда, где его можно превратить в
H 2 O (это реакция восстановления) таким образом, что
энергия, высвобождаемая в этом процессе, может быть использована организмом с пользой. У большинства организмов это достигается за счет гемоглобина и/или миоглобина.
которые часто называют белками-переносчиками кислорода. Атом железа в
центр миоглобина связывается с O 2 и доставляет туда, где
нужна энергия. Гемоглобин действует почти точно так же, за исключением того, что
где миоглобин имеет только одну железосодержащую белковую субъединицу, гемоглобин
имеет четыре. Когда одно из четырех соединений железа гемоглобина связывается с O 2
молекулы, атомы железа трех других белковых субъединиц могут связывать O 2
легче.Это называется «эффектом сотрудничества» и не
полностью понял. Предполагается, что связывание первого
O 2 действует как триггер, который приводит белковые цепи в
конфигурация более приспособлена для принятия дополнительных O 2 х.

Ниже приведены несколько важных характеристик гемоглобина и миоглобина.
что делает их такими эффективными для жизни, как мы это знаем:

  • O 2 связывание зависит от рН. наблюдается
    экспериментально установлено, что O 2 высвобождается легче, когда
    рН кислый; я.е. когда вокруг много CO 2 .
    (Вспомним реакцию CO 2 + H 2 O –>
    H 2 CO 3 .) Это важно, поскольку обеспечивает
    средство, с помощью которого O 2 выпускается только там, где это необходимо.
    Если вокруг много СО 2 , то СО 2
    к O 2 , вероятно, нуждается в некоторой корректировке.
  • O 2 не очень хороший лиганд для этой системы. Другой
    лиганды, такие как CO и CN-, могут сильнее связываться с железом.
    потому что они являются лучшими акцепторами пи, чем кислород, и тот факт, что
    что они могут блокировать сайт связывания O 2 , поэтому
    эффективно, что делает их такими очень токсичными.Тем не менее, это
    критично для организма, чтобы O 2 был лишь слабо связан
    потому что он должен иметь возможность включаться и сниматься с утюга там, где
    необходимо. Другими словами, обратимость
    важна реакция. В то время как O 2 имеет два электрона в пи*
    орбитальные, CO и CN- имеют много пустых, принимающих электроны пи *
    пространство, которое укрепляет их связи с железом. Обратите внимание, что хотя CO и CN- являются изоэлектронными (что означает
    что их конфигурация МО одинакова) отрицательный заряд на
    CN делает его немного худшим акцептором электронов, чем CO, и
    поэтому CO сильнее связывается с железом, чем CN-.Как это ни парадоксально, CN- более токсичен на моль, чем CO.
    вероятно, потому что он катализирует какое-то другое изменение конфигурации в
    белковая цепь, которая навсегда деактивирует гем.

Вот изображение самой большой молекулы гемоглобина. Атом железа
здесь происходят все действия связывания O 2 , но обратите внимание, что на самом деле это
очень маленькая часть молекулы в целом.

Гемоглобин | Энциклопедия.com

гемоглобин И красный знак мужества, и голубая кровь аристократа связаны с гемоглобином, пигментом, придающим крови ее цвет. Уберите ее, удалив клетки крови, и в результате получится плазма очень бледно-желтого цвета. Гемоглобин соединяется с кислородом, что позволяет крови переносить в 70 раз больше кислорода, чем если бы он был просто растворен. Животные, которые физически активны и крупнее горошины, вряд ли могли бы выжить без него. «Если бы не существование гемоглобина, человек, возможно, никогда бы не достиг какой-либо деятельности, которой не обладает омар, или, если бы он это сделал, это было бы с телом таким же крошечным, как у мухи» (J.Баркофт).

Гемоглобин, содержащийся в эритроцитах крови и являющийся основным источником железа в организме, присутствует у всех видов позвоночных. У взрослого человека он синтезируется в развивающихся эритроцитах костного мозга. У многих червей есть гемоглобин, но у других, а также у большинства моллюсков есть другие и более примитивные кислородсодержащие пигменты, которые не дожили до высших форм эволюции.

Гемоглобин не только распределяет кислород по мере необходимости в тканях, но также является важным хранилищем газа. У здоровых людей около 15 г гемоглобина на литр крови, и он может связывать 200 мл кислорода на литр. Когда тело находится в состоянии покоя, ткани удаляют только около одной четверти доступного кислорода, достигающего их с артериальной кровью, а остальные три четверти остаются в венозной крови, возвращаясь в легкие. Это составляет важный резерв снабжения кислородом, который можно использовать в условиях работы и физических упражнений. В типичном общем объеме крови в 5 литров, даже если более половины находится в венах, у нас, таким образом, около 0.75 литров кислорода соединяется с гемоглобином в крови, и у нас примерно столько же, сколько газа в легких. Если мы остановим дыхание, например, задержав дыхание, эти запасы будут поддерживать функции мозга самое большее на несколько минут, но без них работа мозга прекратилась бы почти сразу.

Количество свободного кислорода в растворе в крови не играет существенной роли в переносе кислорода к тканям. Количество зависит от давления газа в легких (см. рисунок).Если мы дышим чистым кислородом, его количество в растворе возрастает почти в семь раз, и это может стать значительным вкладом в организм. Если бы мы дышали чистым кислородом в камере при давлении в три атмосферы, весь необходимый нам кислород можно было бы переносить в растворе, и нам не понадобился бы гемоглобин. Это лечение используется при некоторых состояниях, когда гемоглобин серьезно недостаточен, но существует значительная опасность вдыхания кислорода под высоким давлением.

Каждая молекула гемоглобина состоит из четырех железосодержащих частей ( гемов ) и четырех белковых цепей ( глобинов ).Тот факт, что кровь содержит железо, был открыт в 1747 году Менгини, который показал, что, если кровь сжечь дотла, железоподобные частицы могут быть извлечены магнитом. Химический анализ гемоглобина начался в середине девятнадцатого века и завершился одним из великих ранних триумфов молекулярной биологии, когда в 1960-х годах была разработана полная химическая структура гемоглобина.

Каждая молекула гемоглобина может соединиться с четырьмя молекулами кислорода, но не более того. Полная комбинация называется насыщение кислородом .Степень сочетания зависит от давления газа; у здорового человека давление в альвеолах легких выше необходимого для насыщения. Если альвеолярное давление кислорода увеличивается, например, за счет более глубокого дыхания или вдыхания чистого кислорода, гемоглобин в крови не будет поглощать дополнительный кислород (см. рисунок). Однако у пациентов с ненасыщенной кислородом артериальной кровью, например с заболеваниями легких или сердца, стимуляция дыхания или введение кислорода должны увеличить перенос кислорода в крови и быть полезными или спасающими жизнь.

Сочетание кислорода с гемоглобином не связано линейно с давлением кислорода, и это имеет решающее значение для его функции. Когда давление кислорода снижается ниже того, что требуется для полного насыщения, гемоглобин относительно мало десатурируется до тех пор, пока давление кислорода не достигнет уровня, с которым кровь обычно сталкивается в тканях, использующих кислород: тогда она легко расстается с ним. Таким образом, при задержке дыхания, при болезни или на высоте альвеолярное давление кислорода может приблизиться к половине своего нормального значения до того, как резко упадет насыщение гемоглобина в крови, покидающей легкие; и само насыщение не уменьшается вдвое, пока давление кислорода не уменьшится почти на две трети.Таким образом, свойства гемоглобина защищают снабжение кислородом от прерывания дыхания или нехватки кислорода в атмосфере, одновременно способствуя его разгрузке по всему телу.

Комбинация гемоглобина и кислорода слабая, и кислород может вытягиваться из крови, если окружающее давление кислорода низкое; действительно, вакуум извлечет весь кислород из образца крови. Когда кровь течет по капиллярам тканей, которые используют кислород для метаболизма, низкое давление кислорода в тканевых клетках вытягивает кислород из его соединения с гемоглобином, и газ поступает в клетки.Полученная венозная кровь содержит меньше, чем ее полное насыщение кислородом, а гемоглобин частично «дезоксигенирован». Такой гемоглобин не имеет ярко-красного цвета насыщенного гемоглобина, а скорее синего цвета. Таким образом, условно артериальная кровь красная, а венозная кровь синяя. При цианозе ткани синюшные, так как их кровь испытывает недостаток кислорода.

Гемоглобин также может соединяться с углекислым газом с образованием карбаминогемоглобина , и это один из способов переноса этого газа по телу.Два газа имеют сложное химическое взаимодействие с гемоглобином. Когда в метаболизирующих тканях углекислый газ поступает в кровь, его соединение с гемоглобином приводит к более слабому сродству к кислороду, который отщепляется и поступает в клетки. В легких происходит обратное. Подобный эффект имеет и температура: при локальном повышении температуры оксигемоглобин легче расщепляется. Оба механизма помогают согласовать газообмен с изменяющейся активностью.

Эритроциты также содержат 2,3-дифосфоглицерат (ДФГ), вещество, повышающее готовность гемоглобина отдавать свой кислород. ДПГ увеличивается при физической нагрузке и на большой высоте, что облегчает снабжение тканей кислородом. К сожалению, этот процесс занимает несколько часов. Сохраненная кровь теряет свой DPG и поэтому менее эффективна при переливании, чем свежая кровь, хотя существуют способы лечения, которые восстанавливают DPG.

Хотя гем является важной частью молекулы гемоглобина, позволяющей ей связываться с кислородом, именно четыре молекулы глобина определяют степень связывания или сродства гемоглобина и кислорода.Глобины обозначаются греческими буквами, и было обнаружено очень большое их количество, многие из них связаны с заболеваниями крови. Здоровые взрослые люди имеют два a-глобина и два b-глобина. Плоды имеют два a- и два g-глобина. В результате фетальный гемоглобин имеет более сильное сродство к кислороду, чем взрослая форма. Когда материнская кровь течет через плацентарный кровоток, кислород диффундирует через плацентарный барьер к плоду, и из-за разницы между двумя гемоглобинами плод извлекает пропорционально большее количество кислорода. Этот успех в паразитизме явно идет на пользу плоду. После рождения фетальный гемоглобин постепенно заменяется взрослой версией.

У здоровых людей гемоглобин содержится только в эритроцитах , эритроцитах крови. Преимущество удержания гемоглобина в клетках тройное. Во-первых, если бы гемоглобин был свободным в растворе, он придавал бы крови консистенцию патоки, и сердце не могло бы достаточно быстро протолкнуть ее через капилляры. Во-вторых, химическая среда в эритроците, включая, например, присутствие DPG, позволяет гемоглобину поглощать и выделять кислород с наибольшей эффективностью.И в-третьих, если бы гемоглобин был свободным в растворе, он бы выделялся и терялся в почках. У больных с распадом эритроцитов, например при малярии, гемоглобин выделяется с мочой, где он расщепляется до коричневого пигмента метгемоглобина ; поэтому одна из форм малярии называется «черноводной лихорадкой».

Некоторые животные — некоторые из червей, упомянутых ранее — имеют в крови свободные пигменты, переносящие кислород, но их молекулярный размер в 40 раз превышает размер гемоглобина, поэтому они не выделяются из организма. Говорят, что у одного вида антарктических рыб отсутствуют как эритроциты, так и гемоглобин, но они живут в холодной среде, и их метаболизм и потребность в кислороде должны быть очень низкими.

Эритроциты человека живут в кровотоке в среднем около 120 дней, затем становятся хрупкими и разрушаются, особенно клетками-мусорщиками в селезенке и печени. Гемоглобин не выделяется в кровь, а сразу расщепляется на гем и глобины. Гем, в свою очередь, расщепляется на железо, которое образует химические соединения как часть пула железа крови, доступного для будущего синтеза гемоглобина, и янтарный пигмент билирубин , который способствует бледному цвету плазмы.Билирубин соединяется с альбумином в крови, и большой размер этой комбинированной молекулы препятствует его выведению через почки. Вместо этого он попадает в печень, где выделяется с желчью, придавая ей цвет. Когда он достигает кишечника, на него действует бактериальная флора, и он образует коричневый пигмент стеркобилиноген . Большая часть стеркобилиногена появляется в фекалиях, придавая им характерный цвет (но не запах), а остальная часть реабсорбируется в кровоток.Здесь часть рециркулирует с желчью, но большая часть, называемая теперь уробилиногеном, выводится с мочой. Таким образом, не только гемоглобин обеспечивает цвет крови, но и продукты его распада в значительной степени ответственны за цвета плазмы, желчи, фекалий и мочи. Желтуха возникает из-за избытка билирубина в крови и тканях.

Существует множество заболеваний, вызванных аномальным гемоглобином. Во всех них аномальной является глобиновая часть молекулы. Мало того, что гемоглобин не может нормально соединяться с кислородом, но поскольку гемоглобин является неотъемлемой частью структуры эритроцита, эти клетки могут быть деформированы.Примером может служить серповидно-клеточная анемия , при которой эритроциты становятся жесткими, деформируются и легче разрушаются, что приводит к анемии. Другим распространенным заболеванием является талассемия , при которой наблюдается дефект синтеза цепей b-глобина. Менее распространенными состояниями являются персистенция фетального гемоглобина в течение длительного времени после рождения и аномалии ферментов, связанных с гемоглобином (например, ДФГ), которые влияют на его сродство к кислороду.

John Widdicombe

См. также анемия; кровь; переливание крови; углекислый газ; цианоз; желтуха; кислород; дыхание.

Гемоглобин как источник питательных веществ для патогенов

Образец цитирования: Пищаны Г., Скаар Э.П. (2012) Вкус крови: гемоглобин как источник питательных веществ для патогенов. PLoS Патог 8(3):
е1002535.

https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1002535

Редактор: Джозеф Хейтман, Медицинский центр Университета Дьюка, Соединенные Штаты Америки

Опубликовано: 8 марта 2012 г.

Авторское право: © 2012 Песчаны, Скаар.Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания оригинального автора и источника.

Финансирование: EPS был поддержан грантами NIH AI0169233, AI073843 и AI091771. Спонсоры не участвовали в разработке исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили об отсутствии конкурирующих интересов.

Введение

Гемоглобин, придающий крови красный цвет, возможно, является наиболее известным и хорошо изученным белком в природе. Это также важная молекула во время инфекции, так как многие микробы полагаются на гемоглобин, чтобы расти внутри своих хозяев. Здесь мы рассмотрим важность гемоглобина для физиологии позвоночных и то, как люди пытаются скрыть гемоглобин от вторжения патогенов. Мы также приводим примеры сложных механизмов, используемых микробами для приобретения гемоглобина во время инфекции.Наконец, мы обсудим, как генетические вариации гемоглобина влияют на восприимчивость к инфекционным заболеваниям.

Метаболизм гемоглобина у человека

Чтобы понять, как гемоглобин используется проникающими патогенами, необходимо понять структуру, функцию и метаболизм этой молекулы. Гемоглобин представляет собой тетрамерный глобулярный белок, состоящий из двух альфа- и двух бета-цепей [1]. Альфа- и бета-цепи кодируются разными локусами и по-разному регулируются в процессе развития человека.Каждая из четырех цепей гемоглобина содержит железосодержащий кофактор гема, отвечающий за связывание кислорода [2]. Основная функция гемоглобина заключается в захвате атмосферного кислорода и доставке его тканям организма для дыхания. Гемоглобин синтезируется в развивающихся эритроцитах, которые при созревании теряют свои ядра и прекращают синтез белка. У здоровых взрослых гемоглобин составляет одну треть от общей массы эритроцитов и примерно 15% от массы цельной крови [2]. Зрелые эритроциты циркулируют в крови примерно три месяца, после чего стареют и удаляются из кровотока макрофагами.Гемоглобин из стареющих эритроцитов расщепляется, чтобы облегчить рециркуляцию гемового железа. В случае лизиса эритроцитов высвобожденный гемоглобин захватывается белком плазмы гаптоглобином, чтобы предотвратить окислительное повреждение, вызванное гемоглобином. Комплекс гаптоглобин-гемоглобин распознается макрофагами и удаляется из плазмы. Любой свободный гем, который высвобождается из гемоглобина внеклеточно, быстро связывается другим белком плазмы, известным как гемопексин. Вышеуказанные стратегии удаления гемоглобина и гема ограничивают токсичность, связанную с этими молекулами, обеспечивают гомеостаз железа и предотвращают рост микробов.

Гемоглобин как источник железа для вторгающихся патогенов

Железо является важным питательным веществом практически для всех форм жизни. Таким образом, гемоглобин, являющийся наиболее распространенным резервуаром железа в организме человека, является привлекательным источником питательного вещества для проникновения патогенных микроорганизмов. В соответствии с этим многие виды бактерий развили системы для извлечения железа из гемоглобина хозяина [3]. Эти системы являются энергетически затратными и являются мишенью для иммунной системы; следовательно, они экспрессируются только в условиях дефицита железа. Для высвобождения гемоглобина из эритроцитов бактерии выделяют токсины, лизирующие эритроциты. Высвобожденный гемоглобин затем связывается специфическими рецепторами, которые либо секретируются, либо закрепляются на клеточной поверхности бактерий. После связывания гемоглобина эти рецепторы удаляют фрагмент гема из гемоглобина и передают его транспортным белкам гема на поверхности клетки (рис. 1А и 1В). Для переноса гема через наружную мембрану грамотрицательных клеток гемтранспортные системы используют энергию протонной движущей силы.Это достигается за счет системы TonB, которая передает энергию от внутренней к внешней мембране, обеспечивая транспорт субстрата. Оказавшись в периплазме, гем связывается транспортным белком гема, который доставляет гем к транспортеру ABC внутренней мембраны, который перекачивает гем в цитоплазму (рис. 1А) [4]. Грамположительные бактерии, у которых отсутствует наружная мембрана, но которые имеют толстую клеточную стенку, связывают и пропускают гем через клеточную стенку в эстафетном процессе без известной потребности в энергии (рис. 1В). При пересечении стенки грамположительной клетки гем транспортируется через клеточную мембрану переносчиками ABC.Попадая в цитоплазму грамотрицательных или грамположительных бактерий, гем расщепляется гемоксигеназами с высвобождением железа (рис. 1А и 1В). Альтернативно, интактный гем может быть включен в бактериальные гемсодержащие белки в процессе, известном как молекулярный захват [5]. Бактерии не уникальны в своей способности использовать гемоглобин в качестве источника железа. Эукариотические патогены, в том числе Leishmania , Entamoeba и Trypanosoma , развили конвергентные механизмы приобретения гема-железа из этой обильной молекулы-хозяина [6]–[8].Простейшие захватывают гемоглобин либо посредством специфических поверхностных рецепторов, либо посредством фагоцитоза. При фагоцитозе белковая часть гемоглобина переваривается с высвобождением гемового железа [7]. Использование гемоглобина в качестве источника железа необходимо для инфекции, о чем свидетельствует снижение вирулентности патогенов, мутировавших в отношении переносчиков гемоглобина-железа. Поэтому поверхностные рецепторы гемоглобина изучались как потенциальные мишени для разработки вакцин и фармакологического ингибирования. Препятствование способности патогена усваивать железо будет подавлять многочисленные физиологические процессы, необходимые для жизнеспособности, что открывает новые возможности для разработки противомикробных препаратов.

Рис. 1. Механизмы утилизации гемоглобина патогенами.

(A) Грамотрицательные бактерии связывают гемоглобин с помощью либо секретируемых, либо поверхностных рецепторов. Рецепторы гемоглобина извлекают гем и передают его транспортным белкам гема на поверхности клетки. Системы транспорта гема на наружной мембране используют энергию движущей силы протонов, генерируемую во внутренней мембране комплексом TonB. Попав в периплазму, гем связывается транспортным белком гема, который доставляет гем к транспортеру ABC внутренней мембраны.Транспортеры ABC передают гем в цитоплазму, где он расщепляется гемоксигеназами, чтобы снабдить бактерию железом. (B) Грамположительные бактерии экспрессируют секретируемые и закрепленные на клеточной стенке рецепторы гемоглобина, которые извлекают гем из гемоглобина. Затем рецепторы гемоглобина переносят гем к переносчикам клеточной стенки, которые передают гем через слой пептидогликана в релейном процессе. Затем гем транспортируется через клеточную мембрану транспортерами ABC. В цитоплазме гем расщепляется гемоксигеназами с высвобождением железа.(C) Plasmodium потребляет гемоглобин путем эндоцитоза очагов цитоплазмы эритроцитов через цитостомы, которые переносят гемоглобин в пищеварительные вакуоли. Гемоглобин последовательно расщепляется протеазами и аминопептидазами в пищеварительных вакуолях и цитоплазме для снабжения Plasmodium аминокислотами. Освободившийся гем полимеризуется в гемозоин.

https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1002535.g001

Гемоглобин как источник аминокислот для вторжения патогенов

В то время как многие микроорганизмы нацелены на гемоглобин для получения гемового железа, другие, такие как Plasmodium , переваривают белок как источник аминокислот. Plasmodium — род паразитических протистов, возбудитель малярии. Гемоглобин играет центральную роль на стадии крови инфекции Plasmodium . После инвазии эритроцитов эти паразиты потребляют более половины клеточного гемоглобина в течение суток [9]. Это потребление гемоглобина достигается за счет нескольких различных механизмов. На начальной стадии эритроцитарной инфекции, известной как кольцевая стадия, гемоглобин поглощается одной большой вакуолью в актин-независимом процессе, известном как «большой глоток» [10].На более поздней стадии трофозоита гемоглобин приобретается путем эндоцитоза карманов цитоплазмы эритроцитов внутри паразитарных структур, известных как цитостомы. (Рисунок 1C) [9], [11]. Затем цитосомы переносят гемоглобин в кислые пищеварительные вакуоли в ходе актинзависимого процесса, который регулируется белками Rab5 и PfPI3K [10], [12]. Паразиты на поздних стадиях поглощают гемоглобин посредством фаготрофии, которая, подобно «большому глотку», не требует актина и включает крупные вакуоли [10], [13]. Гемоглобин последовательно расщепляется аспарагиновыми протеазами, цистеиновыми протеазами, металлопротеазами и аминопептидазами в пищеварительной вакуоли и цитоплазме Plasmodium для снабжения паразита аминокислотами [14].Было высказано предположение, что переваривание гемоглобина начинается на пути к пищеварительной вакуоли; однако точная локализация различных стадий этого процесса не согласована единодушно [15]. О критической важности переваривания гемоглобина свидетельствует тот факт, что блокирование протеолиза гемоглобина предотвращает развитие паразитов [9]. Ингибиторы протеаз гемоглобина были предложены в качестве потенциальных терапевтических средств против паразитов, использующих гемоглобин в качестве источника аминокислот.

Преодоление токсичности гемоглобина

Утилизация гемоглобина приводит к высвобождению реактивного кофактора гема из глобиновой части белка. В плазмодии свободный гем детоксицируется путем полимеризации в кристаллы, известные как гемозоин (рис. 1С). На самом деле образование гемозоина настолько обильное, что его присутствие у комаров Anopheles gambiae дало начальный ключ к тому, что комары являются основным переносчиком малярии [9]. Образование гемозоина при хронической инфекции проявляется в почернении селезенки и печени вследствие накопления гемозоина в этих органах.Кроме того, гемозоин, по-видимому, играет роль в модуляции иммунного ответа на Plasmodium и токсичен для фагоцитов [9]. Кристаллы гемозоина образуются при полимеризации гема за счет образования связи между атомом железа одной молекулы гема и карбоксилатом другой [16]. Димеры далее полимеризуются за счет образования водородных связей между пропионатами [17]. Факторы, которые способствуют образованию гемозоина, были предметом серьезных дискуссий; однако липиды и белки участвуют в содействии образованию гемозоина в пищеварительных вакуолях Plasmodium [18].Противомалярийные препараты, такие как хлорохин и, возможно, артемизинин, ингибируют детоксикацию гемоглобина с помощью Plasmodium , подчеркивая важность этого процесса для жизнеспособности малярии [19], [20].

Бактериальные патогены используют различные стратегии для снижения токсического действия гема. Один механизм несколько похож на тот, который используется Plasmodium , посредством чего гем активно секвестрируется грамотрицательными бактериями, таким образом предотвращая образование активных форм кислорода [21].Другие виды бактерий используют гемоксигеназы, которые снижают внутриклеточную концентрацию гема за счет его деградации [3]. Тем не менее, другие бактериальные патогены чувствуют либо гем, либо его токсические эффекты и активируют АТФ-зависимые экспортные системы, участвующие в детоксикации гема. Неясно, экспортируется ли сам гем или неизвестный токсичный продукт, образующийся из гема; однако очевидно, что для детоксикации гема необходимы как сенсорный, так и транспортный компоненты [22].

Варианты гемоглобина человека и инфекция

Изменения последовательности в генах гемоглобина сильно влияют на восприимчивость к инфекционным заболеваниям.В связи с этим варианты гемоглобина связаны с измененной восприимчивостью к Plasmodium . Например, люди, гетерозиготные по мутации гемоглобина, которая приводит к серповидноклеточной анемии (HbS), проявляют повышенную устойчивость к малярии. HbS содержит замену глутамина на валин в бета-цепи гемоглобина. У лиц, гомозиготных по HbS, молекулы гемоглобина агрегируют в эритроцитах, что приводит к серповидности эритроцитов и тяжелой анемии.Гетерозиготные люди не страдают анемией и элиминируют до 90% клеток Plasmodium в своих эритроцитах. Было предложено множество механизмов снижения выживаемости Plasmodium из-за HbS [23]. К ним относятся снижение роста паразита, усиление серповидности и усиление фагоцитоза инфицированных эритроцитов. Недавние исследования объясняют защиту, обеспечиваемую HbS, снижением ремоделирования актина и цитоадгезии инфицированных эритроцитов к капиллярам, ​​а также снижением токсичности гема [24]–[26].Серповидноклеточный гемоглобин распространен у людей из регионов, эндемичных по малярии, что создало эволюционное давление для сохранения аллеля в популяции [27]. Другие мутации, приводящие к гемоглобинопатиям, также защищают от Plasmodium [23]. Измененная восприимчивость к малярии из-за мутаций в гемоглобине является парадигмой того, как генетика человека влияет на восприимчивость к инфекционным заболеваниям.

В человеческой популяции обнаруживаются многочисленные непатологические полиморфизмы гемоглобина, которые могут влиять на усвоение бактериями железа и вирулентность.Это подтверждается тем фактом, что вариации в аминокислотной последовательности гемоглобина, полученного от разных млекопитающих, влияют на усвоение железа и вирулентность бактериального патогена Staphylococcus aureus [28]. Недавняя совместная кристаллическая структура гемоглобина со стафилококковым рецептором гемоглобина показала, что область гемоглобина, распознаваемая этим рецептором, является высоко полиморфной в человеческой популяции. Аминокислотные вариации в этой области гемоглобина снижают связывание и использование гемоглобина на S. aureus [29]. Следовательно, на восприимчивость людей к бактериальным инфекциям могут влиять полиморфизмы гемоглобина. Кроме того, бактериальная колонизация может быть затронута аналогичным образом из-за того, что гемоглобин играет роль в этом процессе [30]. Будущая идентификация полиморфизмов гемоглобина, влияющих на бактериальные инфекции, может обеспечить персонализированный подход к профилактике и лечению инфекционных заболеваний.

Каталожные номера

  1. 1.
    Перуц М.Ф., Россманн М.Г., Куллис А.Ф., Мюрхед Х., Уилл Г. и др.(1960) Структура гемоглобина: трехмерный синтез Фурье при 5,5-А. разрешение, полученное с помощью рентгеноструктурного анализа. Природа 185: 416–422.
  2. 2.
    Мессершмидт А. (2001) Справочник по металлопротеинам. Чичестер: Уайли.
  3. 3.
    Корнелис П., Эндрюс С.К. (2010)Поглощение железа и гомеостаз в микроорганизмах. Норфолк: Caister Academic. 291 стр.
  4. 4.
    Тонг И, Го М (2009)Бактериальные белки, транспортирующие гем, и их способы координации гема. Arch Biochem Biophys 481: 1–15.
  5. 5.
    Hammer ND, Skaar EP (2011)Молекулярные механизмы приобретения железа Staphylococcus aureus . Annu Rev Microbiol 65: 129–147.
  6. 6.
    Карвальо С., Круз Т., Сантарем Н., Кастро Х., Коста В. и др. (2009)Гем как источник железа для амастигот Leishmania infantum . Acta Tropica 109: 131–135.
  7. 7.
    Serrano-Luna JJ, Negrete E, Reyes M, de la Garza M (1998) Entamoeba histolytica HM1:IMSS: нейтральные цистеиновые протеазы, разлагающие гемоглобин.Опыт Паразитол 89: 71–77.
  8. 8.
    Ванхоллебеке Б., Де Мюйлдер Г., Нильсен М.Дж., Пейс А., Тебаби П. и др. (2008)Гаптоглобин-гемоглобиновый рецептор передает врожденный иммунитет к Trypanosoma brucei у людей. Наука 320: 677–681.
  9. 9.
    Francis SE, Sullivan DJ Jr, Goldberg DE (1997)Метаболизм гемоглобина у малярийного паразита Plasmodium falciparum . Annu Rev Microbiol 51: 97–123.
  10. 10.
    Эллиот Д.А., Макинтош М.Т., Хосгуд Х.Д. 3-й, Чен С., Чжан Г. и др.(2008) Четыре различных пути поглощения гемоглобина малярийным паразитом Plasmodium falciparum . Proc Natl Acad Sci USA 105: 2463–2468.
  11. 11.
    Langreth SG, Jensen JB, Reese RT, Trager W (1978)Тонкая структура человеческой малярии in vitro. J Protozool 25: 443–452.
  12. 12.
    Vaid A, Ranjan R, Smythe WA, Hoppe HC, Sharma P (2010) PfPI3K, фосфатидилинозитол-3 киназа из Plasmodium falciparum , экспортируется в эритроцит хозяина и участвует в транспортировке гемоглобина.Кровь 115: 2500–2507.
  13. 13.
    Рудзинская М.А., Трагер В. (1959)Фаготрофия и две новые структуры у малярийного паразита Plasmodium berghei . J Biophys Biochem Cytol 6: 103–112.
  14. 14.
    Скиннер-Адамс Т.С., Стэк С.М., Тренхолм К.Р., Браун С.Л., Грембека Дж. и др. (2010) Нейтральные аминопептидазы Plasmodium falciparum : новые мишени для противомалярийных препаратов. Trends Biochem Sci 35: 53–61.
  15. 15.
    Абу Бакар Н., Клонис Н., Ханссен Э., Чан С., Тилли Л. (2010)Пищеварительно-вакуольный генез и эндоцитарные процессы на ранних внутриэритроцитарных стадиях Plasmodium falciparum .J Cell Sci 123: 441–450.
  16. 16.
    Слейтер А.Ф., Свиггард В.Дж., Ортон Б.Р., Флиттер В.Д., Голдберг Д.Е. и др. (1991) Железо-карбоксилатная связь связывает единицы гема малярийного пигмента. Proc Natl Acad Sci U S A 88: 325–329.
  17. 17.
    Пагола С., Стивенс П.В., Боле Д.С., Косар А.Д., Мэдсен С.К. (2000)Структура малярийного пигмента бета-гематина. Природа 404: 307–310.
  18. 18.
    Stiebler R, Soares JB, Timm BL, Silva JR, Mury FB, et al. (2011) О механизмах, участвующих в кристаллизации биологического гема.J Bioenergy Biomembr 43: 93–99.
  19. 19.
    Ziegler J, Linck R, Wright DW (2001)Ингибиторы агрегации гема: противомалярийные препараты, нацеленные на основной процесс биоминерализации. Curr Med Chem 8: 171–189.
  20. 20.
    Клонис Н., Креспо-Ортис М.П., ​​Боттова И., Абу-Бакар Н., Кенни С. и др. (2011) Активность артемизинина против Plasmodium falciparum требует поглощения и переваривания гемоглобина. Proc Natl Acad Sci U S A 108: 11405–11410.
  21. 21.Анзальди Л.Л., Скаар Э.П. (2010)Преодоление парадокса гема: токсичность гема и толерантность к бактериальным патогенам. Infect Immun 78: 4977–4989.
  22. 22.
    Торрес В.Дж., Штауфф Д.Л., Пищаный Г., Безбрадика Дж.С., Горди Л.Е. и соавт. (2007)Регуляторная система Staphylococcus aureus , которая реагирует на гем хозяина и модулирует вирулентность. Клеточный микроб-хозяин 1: 109–119.
  23. 23.
    Lopez C, Saravia C, Gomez A, Hoebeke J, Patarroyo MA (2010) Механизмы генетической устойчивости к малярии.Бытие 467: 1–12.
  24. 24.
    Холера Р., Бриттен Н.Дж., Гиллри М.Р., Лопера-Меса ТМ, Диакит С.А. и соавт. (2008)Нарушение цитоадгезии Plasmodium falciparum , инфицированных эритроцитов, содержащих серповидный гемоглобин. Proc Natl Acad Sci USA 105: 991–996.
  25. 25.
    Феррейра А., Маргути И., Бехманн И., Джени В., Хора А. и др. (2011) Серповидный гемоглобин придает толерантность к инфекции Plasmodium . Ячейка 145: 398–409.
  26. 26.
    Cyrklaff M, Sanchez CP, Kilian N, Bisseye C, Simpore J, et al.(2011) Гемоглобины S и C препятствуют ремоделированию актина в эритроцитах, инфицированных Plasmodium falciparum . Наука 334: 1283–1286.
  27. 27.
    Allison AC (1954) Защита, обеспечиваемая серповидно-клеточным признаком, против субтертической малярийной инфекции. БМЖ 1: 290–294.
  28. 28.
    Пищаный Г., Маккой А.Л., Торрес В.Дж., Краузе Дж.С., Кроу Дж.Е. мл. и др. (2010) Специфичность гемоглобина человека усиливает инфекцию Staphylococcus aureus . Клеточный микроб-хозяин 8: 544–550.
  29. 29.
    Кришна Кумар К., Жак Д.А., Пищаный Г., Карадок-Дэвис Т., Спириг Т. и др. (2011) Структурная основа захвата гемоглобина белком клеточной поверхности Staphylococcus aureus , IsdH.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.