Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен с оксигемоглобина )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Гемоглобин
(гетеротетрамер, (αβ) 2 )
1GZX Haemoglobin.png
Структура гемоглобина человека. Субъединицы α и β выделены красным и синим цветом соответственно, а железосодержащие гемовые группы - зеленым. От PDB : 1GZX Proteopedia Гемоглобин
Тип белкаметаллопротеин , глобулин
Функциякислородный транспорт
Кофактор (ы)гем (4)
Название подразделенияГенХромосомный локус
Hb-α1HBA1Chr. 16 п. 13.3
Hb-α2HBA2Chr. 16 п. 13.3
Hb-βHBBChr. 11 п. 15,5

Гемоглобин , или гемоглобин ( орфографические различия ) (греческий αἷμα (Haima, «кровь») + -в) + -о- + глобулин (от латинского Globus ( «шар, сфера») + -в) ( / ч я м ə ˌ ɡ л oʊ б ɪ п , ч ɛ -, - м oʊ - / [1] [2] [3] ), сокращенно Hb или гемоглобин , является железо отработанный кислорода -Транспорт металлопротеины в красных кровяных клеток(эритроциты) почти всех позвоночных [4] (за исключением рыб семейства Channichthyidae [5] ), а также тканей некоторых беспозвоночных . Гемоглобин в крови переносит кислород от легких или жабр к остальным частям тела (то есть тканям). Там он высвобождает кислород, чтобы обеспечить аэробное дыхание, чтобы обеспечить энергией функции организма в процессе, называемом метаболизмом . У здорового человека в 100 мл крови содержится от 12 до 20 граммов гемоглобина.

У млекопитающих белок составляет около 96% сухого содержания красных кровяных телец (по весу) и около 35% от общего содержания (включая воду). [6] Гемоглобин обладает способностью связывать кислород 1,34 мл O 2 на грамм, [7] что увеличивает общую кислородную емкость крови в семьдесят раз по сравнению с растворенным в крови кислородом. Молекула гемоглобина млекопитающих может связывать (переносить) до четырех молекул кислорода. [8]

Гемоглобин участвует в транспортировке других газов: он переносит часть респираторного углекислого газа организма (около 20-25% от общего количества [9] ) в виде карбаминогемоглобина , в котором CO 2 связан с гемовым белком . Молекула также несет важную регуляторную молекулу оксида азота, связанную с тиоловой группой глобинового белка , высвобождая ее одновременно с кислородом. [10]

Гемоглобин также находится вне красных кровяных телец и их линий-предшественников. Другие клетки, содержащие гемоглобин, включают дофаминергические нейроны A9 в черной субстанции , макрофаги , альвеолярные клетки , легкие, пигментный эпителий сетчатки, гепатоциты, мезангиальные клетки в почках, клетки эндометрия, клетки шейки матки и клетки вагинального эпителия. [11] В этих тканях гемоглобин не несет кислородную функцию в качестве антиоксиданта и регулятора метаболизма железа . [12] Избыток глюкозы в крови может присоединяться к гемоглобину и повышать уровень гемоглобина A1c. [13]

Гемоглобин и подобные гемоглобину молекулы также встречаются у многих беспозвоночных, грибов и растений. [14] В этих организмах гемоглобины могут переносить кислород, или они могут действовать, чтобы транспортировать и регулировать другие небольшие молекулы и ионы, такие как диоксид углерода, оксид азота, сероводород и сульфид. Вариант молекулы, называемый леггемоглобином , используется для удаления кислорода из анаэробных систем, таких как азотфиксирующие клубеньки бобовых растений, чтобы кислородный яд не дезактивировал систему.

Гемоглобинемия - это заболевание, при котором наблюдается избыток гемоглобина в плазме крови . Это эффект внутрисосудистого гемолиза , при котором гемоглобин отделяется от эритроцитов , что является формой анемии .

История исследований [ править ]

Макс Перуц получил Нобелевскую премию по химии за свою работу по определению молекулярной структуры гемоглобина и миоглобина [15]

В 1825 году Дж. Ф. Энгельхарт обнаружил, что соотношение железа к белку идентично в гемоглобинах нескольких видов. [16] [17] Из известной атомной массы железа он рассчитал молекулярную массу гемоглобина до n × 16000 ( n = количество атомов железа на гемоглобин, теперь известно, что оно равно 4), первое определение молекулярной массы белка. Этот «поспешный вывод» вызвал в то время много насмешек со стороны ученых, которые не могли поверить, что какая-либо молекула может быть настолько большой. Гилберт Смитсон Адэр подтвердил результаты Энгельхарта в 1925 году, измерив осмотическое давление растворов гемоглобина. [18]

Свойство гемоглобина переносить кислород было описано Хюнефельдом в 1840 году. [19] В 1851 году немецкий физиолог Отто Функе опубликовал серию статей, в которых он описал выращивание кристаллов гемоглобина путем последовательного разбавления эритроцитов растворителем, таким как чистая вода. спирт или эфир с последующим медленным испарением растворителя из полученного белкового раствора. [20] [21] Обратимая оксигенация гемоглобина была описана несколькими годами позже Феликсом Хоппе-Зейлером . [22]

В 1959 году Макс Перуц определил молекулярную структуру гемоглобина с помощью рентгеновской кристаллографии . [23] [24] Эта работа привела к тому, что он поделился с Джоном Кендрю Нобелевской премией по химии 1962 года за исследования структур глобулярных белков.

Роль гемоглобина в крови выяснил французский физиолог Клод Бернар . Название гемоглобин происходит от слов гем и глобин , что отражает тот факт, что каждая субъединица гемоглобина представляет собой глобулярный белок со встроенной гемовой группой. Каждая группа гема содержит один атом железа, который может связывать одну молекулу кислорода посредством индуцированных ионами дипольных сил. Наиболее распространенный тип гемоглобина у млекопитающих состоит из четырех таких субъединиц.

Генетика [ править ]

Гемоглобин состоит из белковых субъединиц ( молекул глобина ), а эти белки, в свою очередь, представляют собой свернутые цепи из большого количества различных аминокислот, называемых полипептидами . Аминокислотная последовательность любого полипептида, созданного клеткой, в свою очередь, определяется участками ДНК, называемыми генами. Во всех белках именно аминокислотная последовательность определяет химические свойства и функции белка.

Существует более одного гена гемоглобина: у людей гемоглобин А (основная форма присутствующего гемоглобина) кодируется генами HBA1 , HBA2 и HBB . [25] Аминокислотные последовательности белков глобина в гемоглобинах обычно различаются между видами. Эти различия увеличиваются с увеличением эволюционной дистанции между видами. Например, наиболее распространенные последовательности гемоглобина у людей, бонобо и шимпанзе полностью идентичны, без единой аминокислотной разницы ни в альфа-, ни в бета-цепях белков глобина. [26] [27] [28]В то время как гемоглобин человека и гориллы различается одной аминокислотой как в альфа-, так и в бета-цепях, эти различия возрастают между менее близкими видами.

Варианты гемоглобина существуют даже внутри одного вида, хотя одна последовательность обычно «наиболее распространена» у каждого вида. Мутации в генах белка гемоглобина у видов приводят к вариантам гемоглобина . [29] [30] Многие из этих мутантных форм гемоглобина не вызывают болезней. Однако некоторые из этих мутантных форм гемоглобина вызывают группу наследственных заболеваний, называемых гемоглобинопатиями . Самая известная гемоглобинопатия - серповидно-клеточная анемия , первое заболевание человека, механизм которого был изучен на молекулярном уровне. (В основном) отдельный набор болезней, называемыхталассемия включает недостаточную продукцию нормальных, а иногда и аномальных гемоглобинов из-за проблем и мутаций в регуляции глобиновых генов . Все эти заболевания вызывают анемию . [31]

Выравнивание белков человеческого гемоглобина, альфа, бета и дельта субъединиц соответственно. Выравнивания были созданы с помощью инструмента выравнивания UniProt , доступного в Интернете.

Вариации аминокислотных последовательностей гемоглобина, как и других белков, могут быть адаптивными. Например, было обнаружено, что гемоглобин по-разному приспосабливается к большой высоте. Организмы, живущие на больших высотах, испытывают более низкое парциальное давление кислорода по сравнению с живущими на уровне моря. Это представляет проблему для организмов, населяющих такие среды, потому что гемоглобин, который обычно связывает кислород при высоких парциальных давлениях кислорода, должен быть способен связывать кислород, когда он присутствует при более низком давлении. К такому вызову приспособились разные организмы. Например, недавние исследования предложили генетические варианты у мышей-оленей, которые помогают объяснить, как мыши-олени, живущие в горах, могут выжить в разреженном воздухе, который сопровождает большие высоты.Исследователь из Университета Небраски-Линкольн обнаружил мутации в четырех разных генах, которые могут объяснить различия между оленями, живущими в низинных прериях, и в горах. После изучения диких мышей, пойманных как в высокогорьях, так и в низинах, было обнаружено, что: гены двух пород «практически идентичны - за исключением тех, которые определяют способность их гемоглобина переносить кислород». «Генетическое различие позволяет высокогорным мышам более эффективно использовать кислород», поскольку на больших высотах, например, в горах, доступно меньше кислорода.практически идентичны - за исключением тех, которые регулируют кислородную способность их гемоглобина ».« Генетическое различие позволяет высокогорным мышам более эффективно использовать свой кислород », поскольку меньше доступно на больших высотах, например, в горах.практически идентичны - за исключением тех, которые регулируют кислородную способность их гемоглобина ».« Генетическое различие позволяет высокогорным мышам более эффективно использовать свой кислород », поскольку меньше доступно на больших высотах, например, в горах.[32] В гемоглобине мамонта были обнаружены мутации, которые позволили доставить кислород при более низких температурах, что позволило мамонтам мигрировать в более высокие широты во время плейстоцена . [33] Это также было обнаружено у колибри, населяющих Анды. Колибри уже расходуют много энергии и, следовательно, имеют высокие потребности в кислороде, и тем не менее было обнаружено, что андские колибри хорошо себя чувствуют на больших высотах. Несинонимичные мутации в гене гемоглобина у нескольких видов, живущих на больших высотах ( Oreotrochilus, A. castelnaudii, C. violifer, P. gigas и A. viridicuada ), привели к тому, что белок имеет меньшее сродство к гексафосфату инозита.(IHP), молекула, обнаруженная у птиц, которая играет ту же роль, что и 2,3-BPG у людей; это приводит к способности связывать кислород при более низких парциальных давлениях. [34]

Уникальные системы кровообращения в легких птиц также способствуют эффективному использованию кислорода при низком парциальном давлении O 2 . Эти две адаптации усиливают друг друга и объясняют замечательные высотные способности птиц.

Адаптация к гемоглобину распространяется и на людей. Среди тибетских женщин с генотипами с высокой насыщенностью кислородом, проживающих на высоте 4000 м, выше выживаемость потомства. [35] Естественный отбор, по-видимому, является основной силой, воздействующей на этот ген, потому что уровень смертности потомства значительно ниже для женщин с более высоким гемоглобин-кислородным сродством по сравнению с уровнем смертности потомства от женщин с низким сродством гемоглобин-кислород. Хотя точный генотип и механизм, с помощью которого это происходит, еще не ясны, отбор влияет на способность этих женщин связывать кислород при низких парциальных давлениях, что в целом позволяет им лучше поддерживать важные метаболические процессы.

Синтез [ править ]

Гемоглобин (Hb) синтезируется в сложной серии этапов. Гемовая часть синтезируется в несколько этапов в митохондриях и цитозоле незрелых эритроцитов, в то время как белковые части глобина синтезируются рибосомами в цитозоле. [36] Производство Hb продолжается в клетке на протяжении всего ее раннего развития от проэритробласта до ретикулоцита в костном мозге . На этом этапе ядро теряется в красных кровяных тельцах млекопитающих, но не у птиц и многих других видов. Даже после потери ядра у млекопитающих остаточная рибосомная РНКобеспечивает дальнейший синтез Hb до тех пор, пока ретикулоцит не потеряет свою РНК вскоре после попадания в сосудистую сеть (эта синтетическая гемоглобин-синтетическая РНК фактически придает ретикулоциту сетчатый вид и название). [37]

Структура гема [ править ]

Heme b группа

Гемоглобин имеет четвертичную структуру, характерную для многих многосубъединичных глобулярных белков. [38] Большинство аминокислот в гемоглобине образуют альфа-спирали , которые соединены короткими неспиральными сегментами. Водородные связи стабилизируют спиральные секции внутри этого белка, вызывая притяжение внутри молекулы, что затем заставляет каждую полипептидную цепь складываться в определенную форму. [39] Четвертичная структура гемоглобина состоит из четырех его субъединиц, расположенных примерно в тетраэдрическом расположении. [38]

У большинства позвоночных молекула гемоглобина представляет собой совокупность четырех глобулярных белковых субъединиц. Каждая субъединица состоит из белковой цепи, тесно связанной с небелковой простетической гемовой группой. Каждая белковая цепь организована в набор структурных сегментов альфа-спирали, соединенных вместе в виде глобиновой складки . Такое название дано потому, что это расположение является тем же самым мотивом складывания, который используется в других белках гем / глобин, таких как миоглобин . [40] [41] Этот шаблон складывания содержит карман, который прочно связывает гемовую группу.

Гемовая группа состоит из иона железа (Fe), удерживаемого в гетероциклическом кольце, известного как порфирин . Это порфириновое кольцо состоит из четырех молекул пиррола , циклически связанных вместе ( метиновыми мостиками) с ионом железа, связанным в центре. [42] Ион железа, который является местом связывания кислорода, координируется с четырьмя атомами азота в центре кольца, которые все лежат в одной плоскости. Железо прочно (ковалентно) связано с глобулярным белком через атомы N имидазольного кольца гистидина F8.остаток (также известный как проксимальный гистидин) под порфириновым кольцом. Шестая позиция может обратимо связывать кислород с помощью координатной ковалентной связи , [43] завершает октаэдрическую группу из шести лигандов. Эта обратимая связь с кислородом - вот почему гемоглобин так полезен для транспортировки кислорода по телу. [44] Кислород связывается по геометрии «с изгибом конца в конец», когда один атом кислорода связывается с Fe, а другой выступает под углом. Когда кислород не связан, очень слабосвязанная молекула воды заполняет участок, образуя искаженный октаэдр .

Несмотря на то, что диоксид углерода переносится гемоглобином, он не конкурирует с кислородом за позиции связывания железа, а связывается с аминогруппами белковых цепей, присоединенных к гемовым группам.

Ион железа может находиться либо в двухвалентном Fe 2+, либо в трехвалентном Fe 3+ состоянии, но ферригемоглобин ( метгемоглобин ) (Fe 3+ ) не может связывать кислород. [45] При связывании кислород временно и обратимо окисляет (Fe 2+ ) до (Fe 3+ ), в то время как кислород временно превращается в ион супероксида , таким образом, железо должно существовать в степени окисления +2, чтобы связывать кислород. Если ион супероксида, связанный с Fe 3+ , протонирован, железо гемоглобина останется окисленным и не сможет связывать кислород. В таких случаях фермент метгемоглобинредуктаза сможет в конечном итоге реактивировать метгемоглобин за счет восстановления центра железа.

У взрослых людей наиболее распространенным типом гемоглобина является тетрамер (который содержит четыре субъединичных белка), называемый гемоглобином А , состоящий из двух нековалентно связанных α и двух β субъединиц, каждая из которых состоит из 141 и 146 аминокислотных остатков соответственно. Это обозначается как α 2 β 2 . Субъединицы структурно похожи и примерно одного размера. Каждая субъединица имеет молекулярную массу около 16000  дальтона , [46] для общей молекулярной массы тетрамер около 64000 дальтона (64,458 г / моль). [47] Таким образом, 1 г / дл = 0,1551 ммоль / л. Гемоглобин А - наиболее изученная из молекул гемоглобина.

У грудных детей молекула гемоглобина состоит из 2 цепей α и 2 цепей γ. Гамма-цепи постепенно заменяются β-цепями по мере роста ребенка. [48]

Четыре полипептидные цепи связаны друг с другом солевыми мостиками , водородными связями и гидрофобным эффектом .

Насыщение кислородом [ править ]

Как правило, гемоглобин может быть насыщен молекулами кислорода (оксигемоглобин) или ненасыщен молекулами кислорода (дезоксигемоглобин). [49]

Оксигемоглобин [ править ]

Оксигемоглобин образуется во время физиологического дыхания, когда кислород связывается с гемовым компонентом белка гемоглобина в красных кровяных тельцах. Этот процесс происходит в легочных капиллярах, прилегающих к альвеолам легких. Затем кислород проходит через кровоток и попадает в клетки, где он используется в качестве конечного акцептора электронов в производстве АТФ в процессе окислительного фосфорилирования . Однако это не помогает противодействовать снижению pH крови. Вентиляция или дыхание могут изменить это состояние за счет удаления углекислого газа , что приведет к повышению pH. [50]

Гемоглобин существует в двух формах: натянутой (напряженной) форме (T) и расслабленной форме (R). Различные факторы, такие как низкий pH, высокий уровень CO 2 и высокий уровень 2,3 BPG на уровне тканей, благоприятствуют упругой форме, которая имеет низкое сродство к кислороду и выделяет кислород в тканях. И наоборот, высокий pH, низкий CO 2 или низкий 2,3 BPG благоприятствуют расслабленной форме, которая может лучше связывать кислород. [51] Парциальное давление в системе также влияет на O 2.сродство, когда при высоких парциальных давлениях кислорода (например, присутствующих в альвеолах) предпочтительным является расслабленное (высокое сродство, R) состояние. И наоборот, при низких парциальных давлениях (таких, как те, которые присутствуют в дышащих тканях), напряженное состояние (низкое сродство, Т) является предпочтительным. [52] Кроме того, связывание кислорода с гемом железа (II) притягивает железо к плоскости порфиринового кольца, вызывая небольшой конформационный сдвиг. Сдвиг побуждает кислород связываться с тремя оставшимися гемовыми единицами в гемоглобине (таким образом, связывание кислорода является кооперативным).

Деоксигенированный гемоглобин [ править ]

Деоксигенированный гемоглобин - это форма гемоглобина без связанного кислорода. Спектры поглощения оксигемоглобина и деоксигемоглобина различаются. Оксигемоглобин имеет значительно меньшее поглощение на длине волны 660 нм, чем дезоксигемоглобин, а при 940 нм его поглощение немного выше. Эта разница используется для измерения количества кислорода в крови пациента с помощью прибора, называемого пульсоксиметром . Это различие также объясняет проявление цианоза , от синего до пурпурного цвета, который ткани развиваются во время гипоксии . [53]

Деоксигенированный гемоглобин парамагнитен ; он слабо притягивается к магнитным полям . [54] [55] Напротив, оксигенированный гемоглобин проявляет диамагнетизм , слабое отталкивание от магнитного поля. [55]

Эволюция гемоглобина позвоночных [ править ]

Ученые соглашаются, что событие, в результате которого миоглобин отделился от гемоглобина, произошло после того, как миноги отошли от челюстных позвоночных . [56] Это разделение миоглобина и гемоглобина позволило различным функциям двух молекул возникать и развиваться: миоглобин больше связан с хранением кислорода, в то время как гемоглобин отвечает за перенос кислорода. [57] α- и β-подобные гены глобина кодируют отдельные субъединицы белка. [25] Предшественники этих генов возникли в результате другого события дупликации, также после того, как общий предок гнатосом произошел от бесчелюстных рыб примерно 450–500 миллионов лет назад. [56]Исследования по реконструкции предков предполагают, что преддупликационным предком α и β генов был димер, состоящий из идентичных субъединиц глобина, которые затем эволюционировали, чтобы собраться в тетрамерную архитектуру после дупликации. [58] Развитие генов α и β создало потенциал для того, чтобы гемоглобин состоял из нескольких отдельных субъединиц, физический состав которых важен для способности гемоглобина переносить кислород. Наличие нескольких субъединиц способствует способности гемоглобина связывать кислород кооперативно, а также аллостерически регулироваться. [57] [58] Впоследствии ген α также подвергся дупликации с образованием генов HBA1 и HBA2 . [59]Эти дальнейшие дупликации и дивергенции создали разнообразный диапазон α- и β-подобных глобиновых генов, которые регулируются таким образом, что определенные формы встречаются на разных стадиях развития. [57]

Большинство ледяных рыб семейства Channichthyidae потеряли гены гемоглобина из-за адаптации к холодной воде. [5]

Степень окисления железа в оксигемоглобине [ править ]

Определение степени окисления оксигенированного гемоглобина затруднено, потому что оксигемоглобин (Hb-O 2 ), по экспериментальным измерениям, является диамагнитным (нет чистых неспаренных электронов), однако электронные конфигурации с самой низкой энергией (основное состояние) как в кислороде, так и в железе являются парамагнитными (что предполагает хотя бы один неспаренный электрон в комплексе). Форма кислорода с наименьшей энергией и формы с наименьшей энергией соответствующих степеней окисления железа следующие:

  • Триплетный кислород , разновидность молекулярного кислорода с наименьшей энергией, имеет два неспаренных электрона на разрыхляющих π * молекулярных орбиталях.
  • Железо (II) имеет тенденцию существовать в высокоспиновой конфигурации 3d 6 с четырьмя неспаренными электронами.
  • Железо (III) (3d 5 ) имеет нечетное количество электронов и, следовательно, должно иметь один или несколько неспаренных электронов в любом энергетическом состоянии.

Все эти структуры парамагнитны (имеют неспаренные электроны), а не диамагнитны. Таким образом, неинтуитивное (например, более высокая энергия по крайней мере для одного вида) распределение электронов в комбинации железа и кислорода должно существовать, чтобы объяснить наблюдаемый диамагнетизм и отсутствие неспаренных электронов.

Две логические возможности для получения диамагнитного (без чистого спина) Hb-O 2 :

  1. Низкоспиновый Fe 2+ связывается с синглетным кислородом . И низкоспиновое железо, и синглетный кислород диамагнитны. Однако синглетная форма кислорода является более высокоэнергетической формой молекулы.
  2. Низкоспиновый Fe 3+ связывается с O 2 • - ( супероксид- ионом), и два неспаренных электрона связываются антиферромагнитно, придавая наблюдаемые диамагнитные свойства. Здесь железо окислилось (потеряло один электрон), а кислород восстановился (получил один электрон).

Другая возможная модель, в которой низкоспиновый Fe 4+ связывается с пероксидом O 2 2- , может быть исключена сама по себе, поскольку железо парамагнитно (хотя ион пероксида диамагнитен). Здесь железо окисляется двумя электронами, а кислород восстанавливается двумя электронами.

Прямые экспериментальные данные:

  • Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия предполагает, что железо имеет степень окисления примерно 3,2.
  • Инфракрасные частоты колебаний связи OO предполагают соответствие длины связи с супероксидом (порядок связи около 1,6, с супероксидом, равным 1,5).
  • Рентгеновские поглощающие ближние краевые структуры на K-крае железа. Энергетический сдвиг на 5 эВ между дезоксигемоглобином и оксигемоглобином, как и для всех разновидностей метгемоглобина, убедительно свидетельствует о фактическом локальном заряде, более близком к Fe 3+, чем к Fe 2+ . [60] [61] [62]

Таким образом, ближайшей формальной степенью окисления железа в Hb-O 2 является состояние +3, с кислородом в состоянии -1 (в виде супероксида . O 2 - ). Диамагнетизм в этой конфигурации возникает из-за того, что одиночный неспаренный электрон на супероксиде антиферромагнитно выравнивается с одиночным неспаренным электроном на железе (в низкоспиновом состоянии d 5 ), чтобы не давать чистого спина всей конфигурации, в соответствии с диамагнитным оксигемоглобином из эксперимента. . [63] [64]

Второй выбор из логических возможностей, приведенных выше для диамагнитного оксигемоглобина, который был найден правильным экспериментально, неудивителен: синглетный кислород (возможность №1) является нереально высокоэнергетическим состоянием. Модель 3 приводит к неблагоприятному разделению зарядов (и не согласуется с магнитными данными), хотя она может вносить незначительный вклад в виде резонансной формы. Переход железа к более высокой степени окисления в Hb-O 2 уменьшает размер атома и позволяет ему попасть в плоскость порфиринового кольца, притягивая координированный остаток гистидина и инициируя аллостерические изменения, наблюдаемые в глобулинах.

Ранние постулаты био-неорганических химиков утверждали, что возможность № 1 (выше) верна и что железо должно существовать в степени окисления II. Этот вывод , казалось , скорее всего, так как окисление железа состояния III в метгемоглобин , когда не сопровождается супероксида . O 2 - чтобы «удерживать» электрон окисления, как было известно, делает гемоглобин неспособным связывать нормальный триплет O 2.как это происходит в воздухе. Таким образом, предполагалось, что железо остается в виде Fe (II), когда газообразный кислород связывается в легких. Химия железа в этой предыдущей классической модели была элегантной, но необходимое присутствие диамагнитной высокоэнергетической молекулы синглетного кислорода так и не было объяснено. Классически утверждалось, что связывание молекулы кислорода помещает высокоспиновое железо (II) в октаэдрическое поле сильнопольных лигандов; это изменение поля увеличило бы энергию расщепления кристаллического поля, заставляя электроны железа спариваться в низкоспиновую конфигурацию, которая была бы диамагнитной в Fe (II). Считается, что это принудительное низкоспиновое спаривание происходит в железе при связывании кислорода, но этого недостаточно, чтобы объяснить изменение размера железа. Извлечение дополнительного электрона из железа кислородом требуется для объяснения как меньшего размера железа и наблюдаемой повышенной степени окисления, так и более слабой связи кислорода.

Назначение целочисленной степени окисления является формализмом, поскольку ковалентные связи не обязаны иметь совершенные порядки связи, включающие полный перенос электрона. Таким образом, все три модели парамагнитного Hb-O 2 могут вносить некоторый небольшой вклад (за счет резонанса) в реальную электронную конфигурацию Hb-O 2 . Однако модель железа в Hb-O 2 как Fe (III) более верна, чем классическая идея о том, что он остается Fe (II).

Сотрудничество [ править ]

Схематическая визуальная модель процесса связывания кислорода, показывающая все четыре мономера и гема и белковые цепи только в виде схематических спиралей, чтобы облегчить визуализацию в молекуле. Кислород в этой модели не показан, но для каждого из атомов железа он связывается с железом (красная сфера) в плоском геме . Например, в верхнем левом углу из четырех показанных гемов кислород связывается слева от атома железа, показанного в верхнем левом углу диаграммы. Это заставляет атом железа двигаться назад в удерживающий его гем (на этой иллюстрации железо движется вверх, связывая кислород), притягивая гистидин.остаток (смоделированный как красный пятиугольник справа от утюга) ближе, как и он. Это, в свою очередь, тянет за цепь белка, содержащую гистидин .

Когда кислород связывается с комплексом железа, он заставляет атом железа перемещаться обратно к центру плоскости порфиринового кольца (см. Подвижную диаграмму). В то же время боковая цепь имидазола остатка гистидина, взаимодействующего на другом полюсе железа, притягивается к порфириновому кольцу. Это взаимодействие сдвигает плоскость кольца в сторону наружу от тетрамера, а также вызывает деформацию спирали белка, содержащей гистидин, по мере того, как она приближается к атому железа. Этот штамм передается оставшимся трем мономерам в тетрамере, где он вызывает аналогичные конформационные изменения в других сайтах гема, так что связывание кислорода с этими сайтами становится легче.

Когда кислород связывается с одним мономером гемоглобина, конформация тетрамера переходит из T (напряженного) состояния в R (расслабленное) состояние. Этот сдвиг способствует связыванию кислорода с оставшимися тремя гемовыми группами мономера, тем самым насыщая молекулу гемоглобина кислородом. [65]

Таким образом, в тетрамерной форме нормального взрослого гемоглобина связывание кислорода является кооперативным процессом . Сродство связывания гемоглобина с кислородом увеличивается за счет насыщения молекулы кислородом, при этом первые молекулы, связанные с кислородом, влияют на форму участков связывания для следующих, что благоприятно для связывания. Это положительное кооперативное связывание достигается за счет стерических конформационных изменений белкового комплекса гемоглобина, как обсуждалось выше; т.е. когда одна субъединица белка в гемоглобине становится оксигенированной, инициируются конформационные или структурные изменения во всем комплексе, в результате чего другие субъединицы приобретают повышенное сродство к кислороду. Как следствие, кривая связывания кислорода гемоглобина является сигмоидальной , илиS- образной формы, в отличие от нормальной гиперболической кривой, связанной с некооперативным связыванием.

Обсуждается динамический механизм кооперативности в гемоглобине и его связь с низкочастотным резонансом . [66]

Связывание с лигандами, отличными от кислорода [ править ]

Помимо кислородного лиганда , который кооперативно связывается с гемоглобином, лиганды гемоглобина также включают конкурентные ингибиторы, такие как монооксид углерода (CO), и аллостерические лиганды, такие как диоксид углерода (CO 2 ) и оксид азота (NO). Двуокись углерода связывается с аминогруппами белков глобина с образованием карбаминогемоглобина ; Считается, что этот механизм обеспечивает около 10% транспорта углекислого газа у млекопитающих. Оксид азота также может переноситься гемоглобином; он связан с определенным тиоломгруппы в белке глобина с образованием S-нитрозотиола, который снова диссоциирует на свободный оксид азота и тиол, поскольку гемоглобин высвобождает кислород из своего гемового участка. Предполагается, что этот транспорт оксида азота к периферическим тканям помогает транспорту кислорода в тканях, высвобождая вазодилататорный оксид азота в ткани с низким уровнем кислорода. [67]

Конкурсный [ править ]

На связывание кислорода влияют такие молекулы, как окись углерода (например, при курении табака , выхлопных газах и неполном сгорании в печах). CO конкурирует с кислородом в сайте связывания гема. Сродство гемоглобина к связыванию CO в 250 раз больше, чем его сродство к кислороду [68] [69], что означает, что небольшие количества CO резко снижают способность гемоглобина доставлять кислород к ткани-мишени. [70] Поскольку окись углерода представляет собой газ без цвета, запаха и вкуса и представляет собой потенциально смертельную угрозу, детекторы окиси углеродастали коммерчески доступными для предупреждения об опасных уровнях в жилых домах. Когда гемоглобин соединяется с CO, он образует очень ярко-красное соединение, называемое карбоксигемоглобином , из-за которого кожа жертв отравления CO может после смерти казаться розовой, а не белой или синей. Когда вдыхаемый воздух содержит уровень CO всего 0,02%, возникают головная боль и тошнота ; при увеличении концентрации CO до 0,1% наступит бессознательное состояние. У заядлых курильщиков до 20% кислородно-активных центров может быть заблокировано CO.

Аналогичным образом гемоглобин также обладает конкурентным сродством связывания с цианидом (CN - ), монооксидом серы (SO) и сульфидом (S 2- ), включая сероводород (H 2 S). Все они связываются с железом в геме, не меняя его степени окисления, но, тем не менее, они ингибируют связывание кислорода, вызывая серьезную токсичность.

Атом железа в гемовой группе должен изначально находиться в состоянии окисления двухвалентного железа (Fe 2+ ), чтобы поддерживать связывание и транспорт кислорода и других газов (он временно переключается на трехвалентное железо во время связывания кислорода, как объяснено выше). Первоначальное окисление до состояния трехвалентного железа (Fe 3+ ) без кислорода превращает гемоглобин в «гем и глобин» или метгемоглобин , который не может связывать кислород. Гемоглобин в нормальных эритроцитах защищен системой восстановления, чтобы этого не произошло. Оксид азота способен преобразовывать небольшую часть гемоглобина в метгемоглобин в красных кровяных тельцах. Последняя реакция является остаточной активностью более древней диоксигеназы оксида азота. функция глобинов.

Аллостерический [ править ]

Дополнительная информация: Кривая диссоциации кислород-гемоглобин

Углерод - ди - оксид занимает различное место связывания на гемоглобине. В тканях, где концентрация углекислого газа выше, углекислый газ связывается с аллостерическим участком гемоглобина, облегчая разгрузку кислорода из гемоглобина и, в конечном итоге, его удаление из организма после того, как кислород высвобождается в ткани, подвергающиеся метаболизму. Это повышенное сродство венозной крови к углекислому газу известно как эффект Бора . Через фермент карбоангидразу углекислый газ реагирует с водой с образованием угольной кислоты , которая разлагается на бикарбонат и протоны :

CO 2 + H 2 O → H 2 CO 3 → HCO 3 - + H +
Сигмоидальная форма кривой диссоциации кислорода гемоглобина является результатом совместного связывания кислорода с гемоглобином.

Следовательно, кровь с высоким уровнем углекислого газа также имеет более низкий pH (более кислая ). Гемоглобин может связывать протоны и углекислый газ, что вызывает конформационные изменения в белке и способствует высвобождению кислорода. Протоны связываются в различных местах белка, а диоксид углерода связывается с α-аминогруппой. [71] Двуокись углерода связывается с гемоглобином и образует карбаминогемоглобин . [72] Это снижение сродства гемоглобина к кислороду за счет связывания углекислого газа и кислоты известно как эффект Бора . Эффект Бора отдает предпочтение T-состоянию, а не R-состоянию. (сдвигает кривую насыщения O 2 вправо). И наоборот, когда уровень углекислого газа в крови снижается (например, в капиллярах легких), углекислый газ и протоны высвобождаются из гемоглобина, увеличивая сродство белка к кислороду. Снижение общей связывающей способности гемоглобина по отношению к кислороду (т. Е. Смещение кривой вниз, а не только вправо) из-за снижения pH называется корневым эффектом . Это наблюдается у костистой рыбы.

Гемоглобину необходимо высвобождать кислород, который он связывает; в противном случае нет смысла его связывать. Сигмоидальная кривая гемоглобина делает его эффективным в связывании (поглощение O 2 в легких) и эффективной разгрузке (разгрузка O 2 в тканях). [73]

У людей, акклиматизировавшихся на больших высотах, концентрация 2,3-бисфосфоглицерата (2,3-BPG) в крови повышена, что позволяет этим людям доставлять большее количество кислорода к тканям в условиях более низкого давления кислорода . Это явление, когда молекула Y влияет на связывание молекулы X с транспортной молекулой Z, называется гетеротропным аллостерическим эффектом. Гемоглобин у организмов на больших высотах также адаптировался так, что он имеет меньшее сродство к 2,3-BPG, и поэтому белок будет больше смещен в сторону своего R-состояния. В состоянии R гемоглобин будет легче связывать кислород, тем самым позволяя организмам выполнять необходимые метаболические процессы, когда кислород присутствует при низких парциальных давлениях. [74]

Животные, отличные от человека, используют другие молекулы для связывания с гемоглобином и изменения его сродства к O 2 в неблагоприятных условиях. Рыбы используют как АТФ, так и ГТФ . Они связываются с фосфатным «карманом» на молекуле гемоглобина рыбы, который стабилизирует напряженное состояние и, следовательно, снижает сродство к кислороду. [75] ГТФ снижает сродство гемоглобина к кислороду намного больше, чем АТФ, что, как полагают, происходит из-за образования дополнительной водородной связи, которая дополнительно стабилизирует напряженное состояние. [76] В условиях гипоксии концентрация как АТФ, так и ГТФ снижается в красных кровяных тельцах рыб, что увеличивает сродство к кислороду. [77]

Вариант гемоглобина, называемый гемоглобином плода (HbF, α 2 γ 2 ), обнаруживается в развивающемся плоде и связывает кислород с большим сродством, чем гемоглобин взрослого человека. Это означает, что кривая связывания кислорода для гемоглобина плода смещена влево (т. Е. Более высокий процент гемоглобина имеет кислород, связанный с ним при более низком давлении кислорода), по сравнению с кривой гемоглобина взрослого человека. В результате кровь плода в плаценте может забирать кислород из материнской крови.

Гемоглобин также несет оксид азота (NO) в глобиновой части молекулы. Это улучшает доставку кислорода на периферию и способствует контролю дыхания. NO обратимо связывается со специфическим остатком цистеина в глобине; связывание зависит от состояния (R или T) гемоглобина. Образующийся в результате S-нитрозилированный гемоглобин влияет на различные действия, связанные с NO, такие как контроль сосудистого сопротивления, артериального давления и дыхания. NO не выделяется в цитоплазме эритроцитов, а транспортируется из них с помощью анионообменника, называемого AE1 . [78]

Типы людей [ править ]

Варианты гемоглобина являются частью нормального развития эмбриона и плода . Они также могут быть патологическими мутантными формами гемоглобина в популяции , вызванными генетическими вариациями. Некоторые хорошо известные варианты гемоглобина, такие как серповидно-клеточная анемия , вызывают заболевания и считаются гемоглобинопатиями . Другие варианты не вызывают обнаруживаемой патологии и поэтому считаются непатологическими вариантами. [29] [79]

В эмбрионе :

  • Гауэр 1 (ζ 2 ε 2 )
  • Гауэр 2 (α 2 ε 2 ) ( PDB : 1A9W )
  • Гемоглобин Портланд I (ζ 2 γ 2 )
  • Гемоглобин Портланд II (ζ 2 β 2 ).

У плода:

  • Гемоглобин F (α 2 γ 2 ) ( PDB : 1FDH ).

После рождения:

  • Гемоглобин А (взрослый гемоглобин) (α 2 β 2 ) ( PDB : 1BZ0 ) - наиболее часто встречающийся с нормальным количеством более 95%.
  • Синтез цепи гемоглобина A 2 (α 2 δ 2 ) - δ начинается в конце третьего триместра, и у взрослых он имеет нормальный диапазон 1,5–3,5%.
  • Гемоглобин F (гемоглобин плода) (α 2 γ 2 ). У взрослых гемоглобин F ограничен ограниченной популяцией эритроцитов, называемых F-клетками. Однако уровень Hb F может быть повышен у людей с серповидно-клеточной анемией и бета-талассемией .
Экспрессия генов гемоглобина до и после рождения. Также определяются типы клеток и органов, в которых экспрессируется ген (данные по Wood WG , (1976). Br. Med. Bull. 32, 282. )

Вариантные формы, вызывающие заболевание:

  • Гемоглобин D-Пенджаб - (α 2 β D 2 ) - вариантная форма гемоглобина.
  • Гемоглобин H (β 4 ) - вариантная форма гемоглобина, образованная тетрамером β-цепей, который может присутствовать в вариантах α-талассемии .
  • Гемоглобин Бартс (γ 4 ) - вариантная форма гемоглобина, образованная тетрамером γ-цепей, который может присутствовать в вариантах α талассемии.
  • Гемоглобин S (α 2 β S 2 ) - вариантная форма гемоглобина, обнаруженная у людей с серповидно-клеточной анемией. Существует вариация в гене β-цепи, вызывающая изменение свойств гемоглобина, что приводит к серповидности красных кровяных телец.
  • Гемоглобин C (α 2 β C 2 ) - еще один вариант, связанный с изменением гена β-цепи. Этот вариант вызывает легкую хроническую гемолитическую анемию .
  • Гемоглобин E (α 2 β E 2 ) - еще один вариант, связанный с изменением гена β-цепи. Этот вариант вызывает легкую хроническую гемолитическую анемию.
  • Гемоглобин AS - гетерозиготная форма, вызывающая серповидно-клеточный признак с одним взрослым геном и одним геном серповидно-клеточной анемии.
  • Гемоглобин болезнь SC - Соединение гетерозиготные формы с одним серповидно гена , а другой кодирующий гемоглобин с .
  • Гемоглобин Хопкинс-2 - вариантная форма гемоглобина, которую иногда рассматривают в сочетании с гемоглобином S, чтобы вызвать серповидно-клеточную анемию.

Деградация у позвоночных животных [ править ]

Когда эритроциты достигают конца своей жизни из-за старения или дефектов, они удаляются из кровотока за счет фагоцитарной активности макрофагов в селезенке или печени или гемолизируются в кровотоке. Затем свободный гемоглобин выводится из кровотока через переносчик гемоглобина CD163 , который экспрессируется исключительно на моноцитах или макрофагах. Внутри этих клеток молекула гемоглобина расщепляется, а железо перерабатывается. Этот процесс также производит одну молекулу окиси углерода на каждую молекулу разложенного гема. [80] Разложение гема является единственным естественным источником окиси углерода в организме человека и отвечает за нормальный уровень окиси углерода в крови у людей, дышащих обычным воздухом.[81] Другим основным конечным продуктом распада гема является билирубин . Повышенный уровень этого химического вещества обнаруживается в крови, если красные кровяные тельца разрушаются быстрее, чем обычно. Неправильно расщепленный белок гемоглобина или гемоглобин, который слишком быстро высвобождается из клеток крови, может закупорить мелкие кровеносные сосуды, особенно тонкие кровеносные сосуды почек , вызывая повреждение почек. Железо удаляется из гема и используется для дальнейшего использования, оно сохраняетсяв тканях ввиде гемосидерина или ферритина и транспортируется в плазме бета-глобулинами в виде трансферринов.. Когда порфириновое кольцо разрывается, фрагменты обычно выделяются в виде желтого пигмента, называемого билирубином, который выделяется в кишечник в виде желчи. В кишечнике билирубин превращается в уробилиноген. Уробилиноген покидает организм с фекалиями в виде пигмента, называемого стеркобилин. Глобулин метаболизируется в аминокислоты, которые затем попадают в кровоток.

Роль в болезни [ править ]

Дефицит гемоглобина может быть вызван либо уменьшением количества молекул гемоглобина, как при анемии , либо снижением способности каждой молекулы связывать кислород при одинаковом парциальном давлении кислорода. Гемоглобинопатии (генетические дефекты, приводящие к аномальной структуре молекулы гемоглобина) [82] могут вызывать и то, и другое. В любом случае дефицит гемоглобина снижает способность крови переносить кислород . Дефицит гемоглобина, как правило, строго отличается от гипоксемии , определяемой как снижение парциального давления кислорода в крови, [83] [84] [85] [86], хотя оба являются причинами гипоксии. (недостаточное снабжение тканей кислородом).

Другие частые причины низкого гемоглобина включают потерю крови, дефицит питания, проблемы с костным мозгом, химиотерапию, почечную недостаточность или аномальный гемоглобин (например, при серповидно-клеточной анемии).

Способность каждой молекулы гемоглобина переносить кислород обычно модифицируется изменением pH крови или CO 2 , вызывая изменение кривой диссоциации кислород-гемоглобин . Однако он также может быть патологически изменен, например, при отравлении угарным газом .

Снижение гемоглобина с абсолютным уменьшением количества красных кровяных телец или без него приводит к появлению симптомов анемии. Анемия имеет много разных причин, хотя дефицит железа и связанная с ним железодефицитная анемия являются наиболее частыми причинами в западном мире. Поскольку отсутствие железа снижает синтез гема, красные кровяные тельца при железодефицитной анемии являются гипохромными (без красного пигмента гемоглобина) и микроцитарными (меньше нормального). Другие анемии встречаются реже. При гемолизе (ускоренном распаде эритроцитов) желтуха вызывается метаболитом гемоглобина билирубином, а циркулирующий гемоглобин может вызывать почечную недостаточность .

Некоторые мутации в цепи глобина связаны с гемоглобинопатиями , такими как серповидно-клеточная анемия и талассемия . Другие мутации, как обсуждалось в начале статьи, являются доброкачественными и называются просто вариантами гемоглобина .

Существует группа генетических нарушений, известных как порфирии , которые характеризуются ошибками в метаболических путях синтеза гема. Король Соединенного Королевства Георг III был, вероятно, самым известным больным порфирией.

В небольшой степени гемоглобин А медленно соединяется с глюкозой на конце валина (альфа-аминокислота) каждой β-цепи. Полученную молекулу часто называют Hb A 1c , гликозилированный гемоглобин . Связывание глюкозы с аминокислотами в гемоглобине происходит спонтанно (без помощи фермента) во многих белках и, как известно, не служит полезной цели. Однако по мере увеличения концентрации глюкозы в крови процент Hb A, который превращается в Hb A 1c, увеличивается. У диабетиков , у которых обычно высокий уровень глюкозы, также высокий процент Hb A 1c . Из-за низкой скорости комбинации Hb A с глюкозой Hb A 1cпроцент отражает средневзвешенное значение уровня глюкозы в крови за время жизни эритроцитов, которое составляет примерно 120 дней. [87]Поэтому уровни гликозилированного гемоглобина измеряются для мониторинга долгосрочного контроля над хроническим заболеванием сахарным диабетом 2 типа (СД2). Плохой контроль СД2 приводит к высокому уровню гликозилированного гемоглобина в эритроцитах. Нормальный эталонный диапазон составляет приблизительно 4,0–5,9%. Несмотря на то, что получить эти значения сложно, для людей с СД2 рекомендуются значения менее 7%. Уровни выше 9% связаны с плохим контролем гликозилированного гемоглобина, а уровни выше 12% связаны с очень плохим контролем. Диабетики, у которых уровень гликозилированного гемоглобина близок к 7%, имеют гораздо больше шансов избежать осложнений, которые могут сопровождать диабет (чем те, у которых уровень гликозилированного гемоглобина составляет 8% или выше). [88]Кроме того, повышенное гликозилирование гемоглобина увеличивает его сродство к кислороду, предотвращая его высвобождение в ткани и в крайних случаях вызывая гипоксию. [89]

Повышенный уровень гемоглобина связан с увеличением количества или размера эритроцитов, что называется полицитемией . Это повышение может быть вызвано врожденным пороком сердца , легочным сердцем , легочным фиброзом , слишком большим количеством эритропоэтина или истинной полицитемией . [90] Высокий уровень гемоглобина также может быть вызван пребыванием на большой высоте, курением, обезвоживанием (искусственно путем концентрации гемоглобина), тяжелыми заболеваниями легких и некоторыми опухолями. [48]

Недавнее исследование, проведенное в Пондичерри, Индия, показывает его важность при ишемической болезни сердца. [91]

Диагностическое использование [ править ]

Основная статья: Гемоглобинометр
Измерение концентрации гемоглобина проводится перед сдачей крови в Центре донорства крови Американского Красного Креста в Бостоне.

Измерение концентрации гемоглобина - один из наиболее часто выполняемых анализов крови , обычно как часть общего анализа крови . Например, его обычно проверяют до или после сдачи крови . Результаты представлены в г / л , г / дл или моль / л. 1 г / дл равен примерно 0,6206 ммоль / л, хотя последние единицы не используются так часто из-за неопределенности относительно полимерного состояния молекулы. [92] Этот коэффициент пересчета с использованием единичной молекулярной массы глобина 16000 Да., более характерен для концентрации гемоглобина в крови. Для MCHC (средней концентрации корпускулярного гемоглобина) более распространен коэффициент преобразования 0,155, который использует вес тетрамера 64 500 Да. [93] Нормальные уровни:

  • Мужчины: от 13,8 до 18,0 г / дл (от 138 до 180 г / л или от 8,56 до 11,17 ммоль / л)
  • Женщины: от 12,1 до 15,1 г / дл (от 121 до 151 г / л или от 7,51 до 9,37 ммоль / л)
  • Дети: от 11 до 16 г / дл (от 110 до 160 г / л или от 6,83 до 9,93 ммоль / л)
  • Беременные женщины: от 11 до 14 г / дл (от 110 до 140 г / л, или от 6,83 до 8,69 ммоль / л) (обычное значение от 9,5 до 15 во время беременности) [94] [95]

Нормальные значения гемоглобина в 1-м и 3-м триместрах беременных должны быть не менее 11 г / дл и не менее 10,5 г / дл во 2-м триместре. [96]

Обезвоживание или гипергидратация могут сильно повлиять на измеряемый уровень гемоглобина. Альбумин может указывать на состояние гидратации.

Если концентрация ниже нормы, это называется анемией. Анемии классифицируются по размеру эритроцитов - клеток позвоночных, содержащих гемоглобин. Анемия называется «микроцитарной», если эритроциты маленькие, «макроцитарной», если они большие, и «нормоцитарной» в противном случае.

Гематокрит , доля объема крови, занятая эритроцитами, обычно примерно в три раза превышает концентрацию гемоглобина, измеренную в г / дл. Например, если уровень гемоглобина составляет 17 г / дл, это сопоставимо с гематокритом 51%. [97]

Лабораторные методы определения гемоглобина требуют взятия пробы крови (артериальной, венозной или капиллярной) и анализа на гематологическом анализаторе и СО-оксиметре. Кроме того, доступен новый неинвазивный метод определения гемоглобина (SpHb), называемый пульсовой CO-оксиметрией, с точностью, сравнимой с инвазивными методами. [98]

Концентрации оксигемоглобина и дезоксигемоглобина можно измерять непрерывно, регионально и неинвазивно с помощью NIRS . [99] [100] [101] [102] [103] NIRS можно использовать как на голове, так и на мышцах. Этот метод часто используется для исследований, например, в области элитных спортивных тренировок, эргономики, реабилитации, наблюдения за пациентами, неонатальных исследований, функционального мониторинга мозга, интерфейса мозг-компьютер , урологии (сокращение мочевого пузыря), неврологии (нейроваскулярное соединение) и др.

Долгосрочный контроль концентрации сахара в крови можно измерить по концентрации Hb A 1c . Для его прямого измерения потребуется много образцов, потому что уровень сахара в крови сильно варьируется в течение дня. Hb A 1c является продуктом необратимой реакции гемоглобина A с глюкозой. Более высокая концентрация глюкозы приводит к увеличению Hb A 1c . Поскольку реакция протекает медленно, пропорция Hb A 1c представляет собой средний уровень глюкозы в крови за период полураспада эритроцитов, обычно составляющий 50–55 дней. Ан Hb A 1cдоля 6,0% или менее показывает хороший долгосрочный контроль уровня глюкозы, тогда как значения выше 7,0% являются повышенными. Этот тест особенно полезен для диабетиков. [104]

Аппарат функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) использует сигнал от дезоксигемоглобина, который чувствителен к магнитным полям, поскольку является парамагнитным. Комбинированное измерение с помощью NIRS показывает хорошую корреляцию как с сигналом оксигемоглобина, так и с сигналом дезоксигемоглобина по сравнению с BOLD-сигналом . [105]

Использование спортивного и самотрекинга [ править ]

Гемоглобин можно отслеживать неинвазивно, чтобы создать индивидуальный набор данных, отслеживающих эффекты гемоконцентрации и гемодилюции при повседневной активности, для лучшего понимания спортивных результатов и тренировок. Спортсменов часто беспокоят выносливость и интенсивность упражнений. В датчике используются светодиоды, которые излучают красный и инфракрасный свет через ткань на датчик света, который затем отправляет сигнал процессору для расчета поглощения света белком гемоглобина. [106] Этот датчик похож на пульсоксиметр, который состоит из небольшого чувствительного устройства, которое крепится к пальцу.

Аналоги у беспозвоночных организмов [ править ]

Множество белков, переносящих и связывающих кислород, существуют в организмах во всем царстве животных и растений. У организмов, включая бактерии , простейшие и грибы, есть гемоглобиноподобные белки, известные и предсказанные роли которых включают обратимое связывание газообразных лигандов . Поскольку многие из этих белков содержат глобины и гемовой фрагмент (железо в плоской порфириновой подложке), их часто называют гемоглобинами, даже если их общая третичная структура сильно отличается от структуры гемоглобина позвоночных. В частности, различение «миоглобина» и гемоглобина у низших животных часто невозможно, потому что некоторые из этих организмов не содержат мускулов.. Или у них может быть узнаваемая отдельная система кровообращения, но не та, которая занимается транспортом кислорода (например, у многих насекомых и других членистоногих ). Во всех этих группах молекулы, содержащие гем / глобин (даже мономерные глобиновые), которые связаны со связыванием газа, называются оксигемоглобинами. Помимо переноса и определения кислорода, они могут также иметь дело с NO, CO 2 , сульфидными соединениями и даже с улавливанием O 2 в среде, которая должна быть анаэробной. [107] Они могут даже заниматься детоксикацией хлорированных материалов аналогично гемсодержащим ферментам P450 и пероксидазам.

Гигантский трубчатый червь Riftia pachyptila с красными перьями, содержащими гемоглобин.

Структура гемоглобинов различается у разных видов. Гемоглобин встречается во всех царствах организмов, но не во всех организмах. Примитивные виды, такие как бактерии, простейшие, водоросли и растения, часто имеют моноглобиновый гемоглобин. Многие нематодные черви, моллюски и ракообразные содержат очень большие мультисубъединичные молекулы, намного больше, чем у позвоночных. В частности, химерные гемоглобины, обнаруженные у грибов и гигантских кольчатых червей, могут содержать как глобин, так и другие типы белков. [14]

Одно из самых ярких проявлений и применений гемоглобина в организмах - это гигантский трубчатый червь ( Riftia pachyptila , также называемый вестиментифера), который может достигать 2,4 метра в длину и населяет океанические вулканические жерла . Вместо пищеварительного тракта эти черви содержат популяцию бактерий, составляющую половину веса организма. Бактерии окисляют H 2 S из вентиляционного отверстия O 2 из воды для производства энергии для приготовления пищи из H 2 O и CO 2 . Верхний конец червей представляет собой веерообразную структуру темно-красного цвета («шлейф»), которая простирается в воду и поглощает H 2 S и O 2 для бактерий и CO.2 для использования в качестве синтетического сырья, подобного фотосинтетическим растениям. Эти структуры имеют ярко-красный цвет из-за того, что они содержат несколько чрезвычайно сложных гемоглобинов, которые имеют до 144 цепей глобина, каждая из которых включает связанные гемовые структуры. Эти гемоглобины примечательны тем, что способны переносить кислород в присутствии сульфида и даже нести сульфид, не будучи полностью им «отравленными» или подавляемыми им, как гемоглобины у большинства других видов. [108] [109]

Другие связывающие кислород белки [ править ]

Основная статья: Респираторный пигмент
Миоглобин
Обнаруженный в мышечной ткани многих позвоночных, в том числе человека, он придает мышечной ткани отчетливый красный или темно-серый цвет. Он очень похож на гемоглобин по структуре и последовательности, но не является тетрамером; вместо этого это мономер, у которого отсутствует кооперативное связывание. Он используется для хранения кислорода, а не для его транспортировки.
Гемоцианин
Второй по распространенности белок, переносящий кислород в природе, он содержится в крови многих членистоногих и моллюсков. Использует простетические группы меди вместо гемовых групп железа и имеет синий цвет при насыщении кислородом.
Гемеритрин
Некоторые морские беспозвоночные и несколько видов кольчатых червей используют этот железосодержащий негемовый белок для переноса кислорода в кровь. При насыщении кислородом выглядит розово-фиолетовым, когда нет - прозрачным.
Хлорокруорин
Обнаруженный у многих кольчатых червей, он очень похож на эритрокруорин, но группа гема значительно отличается по структуре. Зеленый цвет при обескислороженном состоянии и красный при насыщении кислородом.
Ванабинс
Также известные как хромагены ванадия , они содержатся в крови морских брызг . Когда-то была выдвинута гипотеза об использовании металлического ванадия в качестве простетической группы, связывающей кислород. Однако, хотя они предпочтительно содержат ванадий, они, по-видимому, связывают мало кислорода и, таким образом, выполняют некоторые другие функции, которые не были выяснены (морские брызги также содержат некоторое количество гемоглобина). Они могут действовать как токсины.
Эритрокруорин
Обнаруженный у многих кольчатых червей, включая дождевых червей , это гигантский свободно плавающий белок крови, содержащий многие десятки, а возможно, и сотни субъединиц белка, несущих железо и гем, связанных вместе в единый белковый комплекс с молекулярной массой более 3,5 миллионов дальтон.
Пиннаглобин
Встречается только у моллюска Pinna nobilis . Коричневый порфириновый белок на основе марганца.
Леггемоглобин
У бобовых растений, таких как люцерна или соя, азотфиксирующие бактерии в корнях защищены от кислорода этим железным гемом, содержащим кислородсвязывающий белок. Специфическим защищенным ферментом является нитрогеназа , которая не может восстанавливать газообразный азот в присутствии свободного кислорода.
Кобоглобин
Синтетический порфирин на основе кобальта. Кобопротеин будет казаться бесцветным при насыщении кислородом и желтым при попадании в вены.

Наличие в неэритроидных клетках [ править ]

Некоторые неэритроидные клетки (т. Е. Клетки, отличные от линии эритроцитов) содержат гемоглобин. В головном мозге к ним относятся дофаминергические нейроны A9 в черной субстанции , астроциты в коре головного мозга и гиппокампе , а также во всех зрелых олигодендроцитах . [12] Было высказано предположение, что гемоглобин головного мозга в этих клетках может обеспечивать «хранение кислорода для обеспечения гомеостатического механизма в аноксических условиях, что особенно важно для нейронов A9 DA, которые имеют повышенный метаболизм с высокой потребностью в выработке энергии». . [12] Далее было отмечено, что « дофаминергическийнейроны могут подвергаться особому риску, поскольку в дополнение к своей высокой митохондриальной активности они подвергаются интенсивному окислительному стрессу, вызванному выработкой перекиси водорода посредством автоокисления и / или опосредованного моноаминоксидазой (МАО) дезаминирования дофамина и последующей реакции доступного двухвалентного железа для образования высокотоксичных гидроксильных радикалов ». [12] Это может объяснить риск дегенерации этих клеток при болезни Паркинсона . [12] Полученное из гемоглобина железо в этих клетках не является причиной посмертной темноты этих клеток ( происхождение латинского названия, черная субстанция ), а скорее связано с нейромеланином .

За пределами мозга, гемоглобин имеет некислородные несущие функции в качестве антиоксиданта и регулятора метаболизма железа в макрофагах , [110] альвеолярные клетки , [111] и мезангиальные клеток в почках. [112]

В истории, искусстве и музыке [ править ]

Стальное сердце (гемоглобин) (2005) Джулиана Фосс-Андреэ . На изображениях показана скульптура высотой 5 футов (1,50 м) сразу после установки, через 10 дней и после нескольких месяцев воздействия элементов.

Исторически ассоциация между цветом крови и ржавчиной возникает в ассоциации планеты Марс с римским богом войны, поскольку эта планета имеет оранжево-красный цвет, напоминающий кровь древних. Хотя цвет планеты обусловлен соединениями железа в сочетании с кислородом в марсианской почве, распространено заблуждение, что железо в гемоглобине и его оксидах придает крови красный цвет. Цвет на самом деле обусловлен порфириновой составляющей гемоглобина, с которой связано железо, а не самим железом [113], хотя лигирование и окислительно-восстановительное состояние железа могут влиять на электронные переходы pi в pi * или n в pi *. порфирин и, следовательно, его оптические характеристики.

Художник Джулиан Фосс-Андреэ создал скульптуру под названием Сердце из стали (гемоглобин) в 2005 году на основе основы белка. Скульптура изготовлена ​​из стекла и атмосферостойкой стали . Намеренное ржавление изначально блестящего произведения искусства отражает фундаментальную химическую реакцию гемоглобина - связывание кислорода с железом. [114] [115]

Монреальский художник Николас Байер создал Lustre (Hémoglobine) , скульптуру из нержавеющей стали, которая показывает структуру молекулы гемоглобина. Он выставлен в атриуме исследовательского центра Медицинского центра Университета Макгилла в Монреале. Скульптура имеет размеры около 10 метров × 10 метров × 10 метров. [116] [117]

См. Также [ править ]

  • Хлорофилл
  • Полный анализ крови
  • Дельта-глобин
  • Гемоглобинометр
  • Гемопротеин
  • Оксигемоглобин (с двухатомным кислородом , окрашен в кроваво-красный цвет)
  • Комплекс Васьки - металлоорганический комплекс иридия, известный своей способностью обратимо связываться с O 2.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Джонс, Дэниел (2003) [1917], Питер Роуч; Джеймс Хартманн; Джейн Сеттер (ред.), Словарь английского произношения , Кембридж: Издательство Кембриджского университета, ISBN 978-3125396838
  2. ^ «Гемоглобин» . Dictionary.com Полный . Случайный дом .
  3. ^ «Гемоглобин» . Словарь Мерриама-Вебстера .
  4. ^ Матон, Антея; Жан Хопкинс; Чарльз Уильям Маклафлин; Сьюзан Джонсон; Марианна Куон Уорнер; Дэвид ЛаХарт; Джилл Д. Райт (1993). Биология человека и здоровье . Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси, США: Прентис Холл. ISBN 978-0139811760.
  5. ^ a b Сиделл, Брюс; Кристин О'Брайен (2006). «Когда с хорошей рыбой случаются плохие вещи: потеря гемоглобина и экспрессия миоглобина у антарктических ледяных рыб» . Журнал экспериментальной биологии . 209 (Pt 10): 1791–802. DOI : 10,1242 / jeb.02091 . PMID 16651546 . 
  6. ^ Сорняк, Роберт I .; Рид, Клод Ф .; Берг, Джордж (1963). «Является ли гемоглобин важным структурным компонентом мембран эритроцитов человека?» . J Clin Invest . 42 (4): 581–88. DOI : 10.1172 / JCI104747 . PMC 289318 . PMID 13999462 .  
  7. ^ Dominguez де Villota ED, Ruiz Кармона MT, Рубио JJ де Андреса S (1981). «Равенство кислородсвязывающей способности гемоглобина in vivo и in vitro у пациентов с тяжелыми респираторными заболеваниями» . Br J Anaesth . 53 (12): 1325–28. DOI : 10.1093 / ВпМ / 53.12.1325 . PMID 7317251 . S2CID 10029560 .  
  8. ^ Костанцо, Линда С. (2007). Физиология . Хагерствон, доктор медицины: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. ISBN 978-0781773119.
  9. ^ Пэттон, Кевин Т. (2015-02-10). Анатомия и физиология . Elsevier Health Sciences. ISBN 9780323316873. Архивировано 26 апреля 2016 года . Проверено 9 января 2016 .
  10. ^ Эпштейн, FH; Ся, CCW (1998). «Дыхательная функция гемоглобина». Медицинский журнал Новой Англии . 338 (4): 239–47. DOI : 10.1056 / NEJM199801223380407 . PMID 9435331 . 
  11. ^ Саха Д., Редди К.В. и др. (2014). "Экспрессия гемоглобина в неэритроидных клетках: новинка или повсеместное распространение?" . Int J Inflamm . 2014 (803237): 1–8. DOI : 10.1155 / 2014/803237 . PMC 4241286 . PMID 25431740 .  
  12. ^ a b c d e Бьяджиоли М., Пинто М., Чесселли Д. и др. (2009). «Неожиданная экспрессия альфа- и бета-глобина в мезэнцефальных дофаминергических нейронах и глиальных клетках» . Proc. Natl. Акад. Sci . 106 (36): 15454–59. Bibcode : 2009PNAS..10615454B . DOI : 10.1073 / pnas.0813216106 . PMC 2732704 . PMID 19717439 .  
  13. ^ «Анализы крови» . Национальный институт сердца, легких и крови (NHLBI) . Архивировано 9 апреля 2019 года . Проверено 27 апреля 2019 .
  14. ^ a b Вебер Р.Е., Виноградов С.Н. (2001). «Гемоглобины беспозвоночных: функции и молекулярные адаптации» . Physiol. Ред . 81 (2): 569–628. DOI : 10.1152 / Physrev.2001.81.2.569 . PMID 11274340 . S2CID 10863037 .  
  15. ^ « Макс Перуц, отец молекулярной биологии, умер в возрасте 87 лет, архивировано 23 апреля 2016 года в Wayback Machine ». Нью-Йорк Таймс . 8 февраля 2002 г.
  16. ^ Энгельхарт, Иоганн Фридрих (1825). Commentatio de vera materia sanguini purpureum colorem impertientis natura (на латыни). Геттинген: Дитрих.
  17. ^ «Энгельхард и Роуз о окраске крови» . Эдинбургский медико-хирургический журнал . 27 (90): 95–102. 1827. PMC 5763191 . PMID 30330061 .  
  18. ^ Адэр, Гилберт Смитсон (1925). «Критическое исследование прямого метода измерения осмотического давления гемоглобина» . Proc. R. Soc. Лондон . А 108 (750): 292–300. Bibcode : 1925RSPSA.109..292A . DOI : 10.1098 / rspa.1925.0126 .
  19. ^ Хюнефельд, Фридрих Людвиг (1840). Der Chemismus in der thierischen Organization (на немецком языке). Лейпциг: Ф. А. Брокгауз . Проверено 26 февраля 2021 года .
  20. ^ Funke O (1851). "Über das milzvenenblut". Z Rat Med . 1 : 172–218.
  21. ^ «Рецепт НАСА для кристаллографии белков» (PDF) . Обучающая записка . Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. Архивировано из оригинального (PDF) 10 апреля 2008 года . Проверено 12 октября 2008 .
  22. ^ Hoppe-Зейлер F (1866). "Uber die oxydation in lebendem blute". Med-chem Untersuch Lab . 1 : 133–40.
  23. ^ Perutz, MF; Россманн, MG; Cullis, AF; Muirhead, H .; Will, G .; Север, ACT (1960). «Структура гемоглобина: трехмерный синтез Фурье с разрешением 5,5 А, полученный с помощью рентгеноструктурного анализа». Природа . 185 (4711): 416–22. Bibcode : 1960Natur.185..416P . DOI : 10.1038 / 185416a0 . PMID 18990801 . S2CID 4208282 .  
  24. Перейти ↑ Perutz MF (1960). «Структура гемоглобина». Брукхейвенские симпозиумы по биологии . 13 : 165–83. PMID 13734651 . 
  25. ^ a b Хардисон, Росс К. (2012-12-01). «Эволюция гемоглобина и его генов» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в медицине . 2 (12): a011627. DOI : 10.1101 / cshperspect.a011627 . ISSN 2157-1422 . PMC 3543078 . PMID 23209182 .   
  26. ^ Оффнер, Сьюзен (2010-04-01). «Использование баз данных генома NCBI для сравнения генов бета-гемоглобина человека и шимпанзе» . Американский учитель биологии . 72 (4): 252–256. DOI : 10,1525 / abt.2010.72.4.10 . ISSN 0002-7685 . S2CID 84499907 .  
  27. ^ «HBB - субъединица гемоглобина бета - Pan paniscus (карликовый шимпанзе) - ген и белок HBB» . www.uniprot.org . Проверено 10 марта 2020 .
  28. ^ «HBA1 - субъединица гемоглобина альфа - Pan troglodytes (шимпанзе) - ген и белок HBA1» . www.uniprot.org . Проверено 10 марта 2020 .
  29. ^ а б Huisman THJ (1996). "Программа вариантов человеческого гемоглобина" . Генный сервер Globin . Государственный университет Пенсильвании. Архивировано 11 декабря 2008 года . Проверено 12 октября 2008 .
  30. ^ Гемоглобин Варианты архивации 2006-11-05 в Wayback Machine . Labtestsonline.org. Проверено 5 сентября 2013.
  31. Перейти ↑ Uthman, MD, Ed. «Гемоглобинопатии и талассемии» . Архивировано из оригинала на 2007-12-15 . Проверено 26 декабря 2007 .
  32. ^ Рид, Лесли. «Адаптация обнаружена в генах мышей». Omaha World-Herald 11 августа 2009 г .: EBSCO. Интернет. 30 октября 2009 г.
  33. ^ «У мамонтов была« антифриз »кровь» . BBC. 2010-05-02. Архивировано 4 мая 2010 года . Проверено 2 мая 2010 .
  34. ↑ Projecto-Garcia, Joana; Натараджан, Чандрасекар; Морияма, Хидеаки; Вебер, Рой Э .; Фаго, Анджела; Cheviron, Zachary A .; Дадли, Роберт; Макгуайр, Джимми А .; Витт, Кристофер К. (17 декабря 2013 г.). «Повторяющиеся повышенные переходы в функции гемоглобина во время эволюции андских колибри» . Труды Национальной академии наук . 110 (51): 20669–74. Bibcode : 2013PNAS..11020669P . DOI : 10.1073 / pnas.1315456110 . ISSN 0027-8424 . PMC 3870697 . PMID 24297909 .   
  35. ^ Билл, Синтия М .; Сонг, Киджун; Элстон, Роберт С .; Гольдштейн, Мелвин С. (28 сентября 2004 г.). «Более высокая выживаемость потомства среди тибетских женщин с генотипами с высоким насыщением кислородом, проживающими на высоте 4000 м» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 101 (39): 14300–04. Bibcode : 2004PNAS..10114300B . DOI : 10.1073 / pnas.0405949101 . ISSN 0027-8424 . PMC 521103 . PMID 15353580 .   
  36. ^ «Синтез гемоглобина» . 14 апреля 2002 года. Архивировано 26 декабря 2007 года . Проверено 26 декабря 2007 .
  37. ^ Бурка, Эдвард (1969). «Характеристики деградации РНК в эритроидной клетке» . Журнал клинических исследований . 48 (7): 1266–72. DOI : 10,1172 / jci106092 . PMC 322349 . PMID 5794250 . Архивировано 9 августа 2018 года . Проверено 8 октября 2014 года .  
  38. ^ а б Ван Кессель, Ханс (2002). «Белки - натуральные полиамиды». Нельсон Химия 12 . Торонто: Томсон. п. 122. ISBN 9780176259860.
  39. ^ "Учебник по гемоглобину". Архивировано 26 ноября 2009 года в Массачусетском университете Wayback Machine в Амхерсте. Интернет. 23 октября 2009 г.
  40. Перейти ↑ Steinberg, MH (2001). Нарушения гемоглобина: генетика, патофизиология и клиническое лечение . Издательство Кембриджского университета. п. 95. ISBN 978-0521632669. Архивировано 17 ноября 2016 года . Проверено 18 февраля 2016 .
  41. ^ Хардисон, RC (1996). «Краткая история гемоглобинов: растений, животных, простейших и бактерий» . Proc Natl Acad Sci USA . 93 (12): 5675–79. Bibcode : 1996PNAS ... 93.5675H . DOI : 10.1073 / pnas.93.12.5675 . PMC 39118 . PMID 8650150 .  
  42. ^ "Гемоглобин". Архивировано 13 ноября 2009 г. в химической школе Wayback Machine - Бристольский университет - Великобритания. Интернет. 12 октября 2009 г.
  43. ^ WikiPremed> Координационная химия. Архивировано 23 августа 2009 г. в Wayback Machine . Проверено 2 июля 2009 г.
  44. ^ Основы биологии (2015). «Клетки крови» .
  45. ^ Linberg R, CD Коновер, Shum KL, Шорра RG (1998). «Переносчики кислорода на основе гемоглобина: сколько метгемоглобина - это слишком много?». Artif Cells Blood Substit Immobil Biotechnol . 26 (2): 133–48. DOI : 10.3109 / 10731199809119772 . PMID 9564432 . 
  46. ↑ Гемоглобин. Архивировано 15 марта 2017 г. в Wayback Machine . Worthington-biochem.com. Проверено 5 сентября 2013.
  47. ^ Ван Beekvelt MC, Colier WN, Wevers Р.А., Ван Engelen BG (2001). «Выполнение ближней инфракрасной спектроскопии при измерении местного потребления O2 и кровотока в скелетных мышцах». J Appl Physiol . 90 (2): 511–19. DOI : 10.1152 / jappl.2001.90.2.511 . PMID 11160049 . 
  48. ^ a b "Гемоглобин". Архивировано 24 января 2012 года на сайте Wayback Machine MedicineNet. Интернет. 12 октября 2009 г.
  49. ^ "Гемоглобин дома". Архивировано 01 декабря 2009 года в Wayback Machine Biology @ Davidson. Интернет. 12 октября 2009 г.
  50. ^ «График насыщения гемоглобина» . altitude.org. Архивировано из оригинала на 2010-08-31 . Проверено 6 июля 2010 .
  51. ^ Кинг, Майкл В. "Страница медицинской биохимии - гемоглобин" . Архивировано 4 марта 2012 года . Проверено 20 марта 2012 .
  52. ^ Воет, Д. (2008) Основы биохимии , 3-е. изд., рис. 07_06, John Wiley & Sons. ISBN 0470129301 
  53. ^ Аренс; Кимберли, Бэшем (1993). Основы оксигенации: значение для клинической практики . Джонс и Бартлетт Обучение. п. 194. ISBN 978-0867203325.
  54. ^ Огава, S; Menon, RS; Танк, DW; Kim, SG; Merkle, H; Эллерманн, JM; Угурбил, К (1993). «Функциональное картирование мозга с помощью контрастной магнитно-резонансной томографии в зависимости от уровня оксигенации крови. Сравнение характеристик сигнала с биофизической моделью» . Биофизический журнал . 64 (3): 803–12. Bibcode : 1993BpJ .... 64..803O . DOI : 10.1016 / S0006-3495 (93) 81441-3 . PMC 1262394 . PMID 8386018 .  
  55. ^ a b Брен К.Л., Айзенберг Р., Грей HB (2015). «Открытие магнитного поведения гемоглобина: начало биоинорганической химии» . Proc Natl Acad Sci USA . 112 (43): 13123–27. Bibcode : 2015PNAS..11213123B . DOI : 10.1073 / pnas.1515704112 . PMC 4629386 . PMID 26508205 .  
  56. ^ а б Гудман, Моррис; Мур, Г. Уильям; Мацуда, Гэндзи (1975-02-20). «Дарвиновская эволюция в генеалогии гемоглобина». Природа . 253 (5493): 603–08. Bibcode : 1975Natur.253..603G . DOI : 10.1038 / 253603a0 . PMID 1089897 . S2CID 2979887 .  
  57. ^ a b c Сторц, Джей Ф .; Opazo, Juan C .; Хоффманн, Федерико Г. (01.02.2013). «Дублирование генов, дупликация генома и функциональная диверсификация глобинов позвоночных» . Молекулярная филогенетика и эволюция . 66 (2): 469–78. DOI : 10.1016 / j.ympev.2012.07.013 . ISSN 1095-9513 . PMC 4306229 . PMID 22846683 .   
  58. ^ a b Pillai, Arvind S .; Чендлер, Шейн А .; Лю, Ян; Синьор, Энтони В .; Cortez-Romero, Carlos R .; Бенеш, Джастин LP; Лагановский, Артур; Сторц, Джей Ф .; Хохберг, Георг К.А.; Торнтон, Джозеф В. (май 2020 г.). «Происхождение сложности в эволюции гемоглобина» . Природа . 581 (7809): 480–485. DOI : 10.1038 / s41586-020-2292-у . ISSN 1476-4687 . PMID 32461643 . S2CID 218761566 .   
  59. ^ Циммер, EA; Мартин, SL; Беверли, СМ; Кан, Ю.В.; Уилсон, AC (1980-04-01). «Быстрая дупликация и потеря генов, кодирующих альфа-цепи гемоглобина» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 77 (4): 2158–62. Bibcode : 1980PNAS ... 77.2158Z . DOI : 10.1073 / pnas.77.4.2158 . ISSN 0027-8424 . PMC 348671 . PMID 6929543 .   
  60. Перейти ↑ Pin S, Alpert B, Michalowicz A (1982). «Кислородная связь в человеческом гемоглобине и его изолированных субъединицах: исследование XANES» . FEBS Lett . 147 (1): 106–10. DOI : 10.1016 / 0014-5793 (82) 81021-1 . PMID 7140986 . S2CID 5920899 .  
  61. ^ Pin, S .; Valat, P .; Cortes, R .; Michalowicz, A .; Альперт, Б. (1985). «Процессы связывания лигандов в гемоглобине. Химическая реакционная способность железа изучена методом XANES-спектроскопии» . Биофизический журнал . 48 (6): 997–1001. Bibcode : 1985BpJ .... 48..997P . DOI : 10.1016 / S0006-3495 (85) 83862-5 . PMC 1329432 . PMID 4092074 .  
  62. ^ Бьянкони А, Congiu-Кастельяно А, Dell'Ariccia М, Джованнелли А, Burattini Е, Дарем PJ (1985). «Повышение эффективного заряда Fe в гемопротеинах в процессе оксигенации». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях . 131 (1): 98–102. DOI : 10.1016 / 0006-291X (85) 91775-9 . PMID 4038310 . 
  63. Перейти ↑ Childs PE (2001). «Гемоглобин - молекулярное легкое: 2» . Химия в действии (65). ISSN 0332-2637 . Архивировано из оригинала на 2009-01-16. 
  64. Перейти ↑ Chen H, Ikeda-Saito M, Shaik S (2008). «Природа связывания Fe-O2 в окси-миоглобине: эффект белка». Журнал Американского химического общества . 130 (44): 14778–90. DOI : 10.1021 / ja805434m . PMID 18847206 . 
  65. ^ Михайлеску, Михаэла-Рита; Руссу, Ирина М. (27.03.2001). «Признак перехода T → R в гемоглобине человека» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (7): 3773–77. Bibcode : 2001PNAS ... 98.3773M . DOI : 10.1073 / pnas.071493598 . ISSN 0027-8424 . PMC 31128 . PMID 11259676 .   
  66. ^ Chou KC (1989). «Низкочастотный резонанс и кооперативность гемоглобина». Trends Biochem. Sci . 14 (6): 212–13. DOI : 10.1016 / 0968-0004 (89) 90026-1 . PMID 2763333 . 
  67. Перейти ↑ Jensen, Frank B (2009). «Двойная роль красных кровяных телец в доставке кислорода тканям: переносчики кислорода и регуляторы местного кровотока» . Журнал экспериментальной биологии . 212 (Pt 21): 3387–93. DOI : 10,1242 / jeb.023697 . PMID 19837879 . 
  68. ^ Холл, Джон Э. (2010). Учебник медицинской физиологии Гайтона и Холла (12-е изд.). Филадельфия, Пенсильвания: Saunders / Elsevier. п. 502. ISBN. 9781416045748.
  69. ^ Забудьте, BG; Банн, HF (01.02.2013). «Классификация нарушений гемоглобина» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в медицине . Лаборатория Колд-Спринг-Харбор. 3 (2): a011684. DOI : 10.1101 / cshperspect.a011684 . ISSN 2157-1422 . PMC 3552344 . PMID 23378597 .   
  70. ^ Rhodes, Carl E .; Варакалло, Мэтью (04.03.2019). «Физиология, кислородный транспорт» . Книжная полка NCBI . PMID 30855920 . Проверено 4 мая 2019 . Важно отметить, что при карбоксигемоглобинемии патологию вызывает не снижение способности переносить кислород, а нарушение доставки связанного кислорода к тканям-мишеням. 
  71. ^ Нельсон, DL; Кокс, ММ (2000). Принципы биохимии Ленингера , 3-е изд. Нью-Йорк: Издательство Worth. п. 217, ISBN 1572599316 . 
  72. ^ Гайтон, Артур С .; Джон Э. Холл (2006). Учебник медицинской физиологии (11-е изд.). Филадельфия: Эльзевьер Сондерс. п. 511. ISBN 978-0721602400.
  73. ^ Лекция - 12 Миоглобин и гемоглобин на YouTube
  74. ^ Биохимия (Восьмое изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. 2015-04-08. ISBN 9781464126109.
  75. ^ Rutjes, HA; Nieveen, MC; Вебер, RE; Витте, Ф .; Ван ден Тилларт, GEEJM (20 июня 2007 г.). «Множественные стратегии цихлид озера Виктория, чтобы справиться с пожизненной гипоксией, включают переключение гемоглобина». AJP: регуляторная, интегративная и сравнительная физиология . 293 (3): R1376–83. DOI : 10,1152 / ajpregu.00536.2006 . PMID 17626121 . 
  76. ^ Гроненборн, Анджела М .; Clore, G.Marius; Брунори, Маурицио; Джардина, Бруно; Фальчони, Джанкарло; Перуц, Макс Ф. (1984). «Стереохимия АТФ и ГТФ, связанных с гемоглобинами рыб». Журнал молекулярной биологии . 178 (3): 731–42. DOI : 10.1016 / 0022-2836 (84) 90249-3 . PMID 6492161 . 
  77. ^ Вебер, Рой E .; Фрэнк Б. Дженсен (1988). «Функциональные адаптации гемоглобинов экзотермических позвоночных». Ежегодный обзор физиологии . 50 : 161–79. DOI : 10.1146 / annurev.ph.50.030188.001113 . PMID 3288089 . 
  78. ^ Rang, HP; Дейл ММ; Риттер Дж. М.; Мур П.К. (2003). Фармакология, пятое издание . Эльзевир. ISBN 978-0443072024.
  79. ^ "Варианты гемоглобина" . Лабораторные тесты онлайн . Американская ассоциация клинической химии. 2007-11-10. Архивировано 20 сентября 2008 года . Проверено 12 октября 2008 .
  80. ^ Kikuchi, G .; Yoshida, T .; Ногучи, М. (2005). «Гемоксигеназа и деградация гема». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях . 338 (1): 558–67. DOI : 10.1016 / j.bbrc.2005.08.020 . PMID 16115609 . 
  81. ^ Coomes, Маргерит W. (2011). «Аминокислота и метаболизм гема». В Девлине, Томас М. (ред.). Учебник биохимии: с клиническими корреляциями (7-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Джон Уайли и сыновья. п. 797. ISBN. 978-0-470-28173-4.
  82. ^ " гемоглобинопатия " в Медицинском словаре Дорланда
  83. ^ hypoxemia. Архивировано 2 февраля 2009 г. в Wayback Machine . Британская энциклопедия , констатирующая гипоксемию (пониженное давление кислорода в крови) .
  84. ^ Biology-Online.org -> Словарь »H» Гипоксемия. Архивировано 21ноября 2009 г.в Wayback Machine. Последнее изменение - 29 декабря 2008 г.
  85. ^ Уильям, К. Уилсон; Гранде, Кристофер М .; Хойт, Дэвид Б. (2007). «Патофизиология острой дыхательной недостаточности» . Травма, том II: интенсивная терапия . Тейлор и Фрэнсис. п. 430. ISBN 9781420016840. Архивировано 17 ноября 2016 года . Проверено 18 февраля 2016 .
  86. ^ McGaffigan, PA (1996). «Опасности гипоксемии: как уберечь пациента от низкого уровня кислорода». Уход . 26 (5): 41-46, викторины 46. DOI : 10,1097 / 00152193-199626050-00013 . PMID 8710285 . 
  87. ^ «NGSP: HbA1c и eAG» . www.ngsp.org . Архивировано 15 октября 2015 года . Проверено 28 октября 2015 .
  88. ^ «Определение гликозилированного гемоглобина». Архивировано 23 января 2014 года в Wayback Machine Medicine Net. Интернет. 12 октября 2009 г.
  89. ^ Мадсен, H; Дицель, Дж (1984). «Транспорт кислорода в крови в первом триместре диабетической беременности». Acta Obstetricia et Gynecologica Scandinavica . 63 (4): 317–20. DOI : 10.3109 / 00016348409155523 . PMID 6741458 . S2CID 12771673 .  
  90. ↑ Гемоглобин, архивировано 10 июня 2016 г. в Wayback Machine в Medline Plus.
  91. ^ Padmanaban, P .; Тура, Б. (2011). «Гемоглобин: новый маркер стабильной ишемической болезни сердца». Хроники молодых ученых . 2 (2): 109. DOI : 10,4103 / 2229-5186.82971 .
  92. ^ Общество биомедицинских исследований диабета. Калькулятор преобразования единиц СИ. Архивировано 9 марта 2013 г. в Wayback Machine .
  93. ^ Хэндин, Роберт I .; Люкс, Сэмюэл Э. и Стоссель Блад, Томас П. (2003). Кровь: принципы и практика гематологии . Липпинкотт Уильямс и Уилкинс, ISBN 0781719933 
  94. ^ Тест уровня гемоглобина. Архивировано 29 января 2007 г. на Wayback Machine . Ibdcrohns.about.com (16 августа 2013 г.). Проверено 5 сентября 2013.
  95. ^ Хотя другие источники могут иметь немного отличающиеся значения, такие как гемоглобин (контрольный диапазон). Архивировано 25 сентября2009 г. в Wayback Machine . gpnotebook.co.uk
  96. Перейти ↑ Murray SS & McKinney ES (2006). Основы ухода за матерями и новорожденными . 4-е изд., С. 919. Филадельфия: Сондерс Эльзевир. ISBN 1416001417 . 
  97. ^ «Гематокрит (HCT) или объем упакованных клеток (PCV)» . DoctorsLounge.com. Архивировано 02 января 2008 года . Проверено 26 декабря 2007 .
  98. ^ Frasca, D .; Dahyot-Fizelier, C .; Екатерина, К .; Levrat, Q .; Debaene, B .; Мимоз, О. (2011). «Точность постоянного неинвазивного монитора гемоглобина у пациентов отделения интенсивной терапии *». Реанимационная медицина . 39 (10): 2277–82. DOI : 10,1097 / CCM.0b013e3182227e2d . PMID 21666449 . S2CID 205541592 .  
  99. ^ Феррари, М .; Binzoni, T .; Куаресима, В. (1997). «Окислительный метаболизм в мышцах» . Философские труды Королевского общества B: биологические науки . 352 (1354): 677–83. Bibcode : 1997RSPTB.352..677F . DOI : 10.1098 / rstb.1997.0049 . PMC 1691965 . PMID 9232855 .  
  100. ^ Madsen, PL; Secher, NH (1999). «Ближняя инфракрасная оксиметрия головного мозга». Прогресс нейробиологии . 58 (6): 541–60. DOI : 10.1016 / S0301-0082 (98) 00093-8 . PMID 10408656 . S2CID 1092056 .  
  101. ^ Маккалли, KK; Хамаока, Т. (2000). «Спектроскопия в ближнем инфракрасном диапазоне: что она может сказать нам о насыщении кислородом скелетных мышц?». Обзоры упражнений и спортивных наук . 28 (3): 123–27. PMID 10916704 . 
  102. ^ Perrey, ИП (2008). «Неинвазивная NIR-спектроскопия функции мозга человека во время физических упражнений». Методы . 45 (4): 289–99. DOI : 10.1016 / j.ymeth.2008.04.005 . PMID 18539160 . 
  103. Перейти ↑ Rolfe, P. (2000). «Инвивонар-Инфракрасная спектроскопия». Ежегодный обзор биомедицинской инженерии . 2 : 715–54. DOI : 10.1146 / annurev.bioeng.2.1.715 . PMID 11701529 . 
  104. ^ Этот уровень Hb A 1c полезен только для людей, у которых есть эритроциты (эритроциты) с нормальным выживанием (т. Е. С нормальным периодом полураспада). У людей с аномальными эритроцитами, вызванными аномальными молекулами гемоглобина (такими как гемоглобин S при серповидноклеточной анемии) или дефектами мембран эритроцитов - или другими проблемами, период полураспада эритроцитов часто укорачивается. У этих людей может быть использован альтернативный тест, называемый «уровень фруктозамина». Он измеряет степень гликирования (связывания глюкозы) с альбумином, наиболее распространенным белком крови, и отражает средний уровень глюкозы в крови за предыдущие 18–21 день, который представляет собой период полужизни молекул альбумина в кровотоке.
  105. ^ Mehagnoul-Schipper DJ, ван дер Каллен Б.Ф., Colier WN, ван - дер - Слуйс MC, ван Erning LJ, Thijssen HO, Oeseburg B, Hoefnagels WH, Jansen RW (2002). «Одновременные измерения изменений церебральной оксигенации во время активации мозга с помощью спектроскопии в ближнем инфракрасном диапазоне и функциональной магнитно-резонансной томографии у здоровых молодых и пожилых людей» . Hum Brain Mapp . 16 (1): 14–23. DOI : 10.1002 / hbm.10026 . PMC 6871837 . PMID 11870923 .  
  106. ^ "Cercacor - Как работает неинвазивная технология гемоглобина Ember" . Cercacor - Как работает неинвазивная технология гемоглобина Ember . Архивировано 4 ноября 2016 года . Проверено 3 ноября 2016 .
  107. ^ Л. Инт Панис; Б. Годдирис; Р. Верхейен (1995). «Концентрация гемоглобина у личинок Chironomus cf.Plumosus L. (Diptera: Chironomidae) из двух лентиных местообитаний» . Нидерландский журнал водной экологии . 29 (1): 1–4. DOI : 10.1007 / BF02061785 . S2CID 34214741 . Архивировано 5 сентября 2018 года . Проверено 10 ноября 2013 . 
  108. ^ Заль F, Lallier FH, Зеленый Б. Н., Виноградов С.Н., Toulmond А (1996). «Мультигемоглобиновая система червя гидротермальной вентиляционной трубки Riftia pachyptila. II. Полный состав полипептидной цепи исследован методом максимальной энтропии масс-спектров» . J. Biol. Chem . 271 (15): 8875–81. DOI : 10.1074 / jbc.271.15.8875 . PMID 8621529 . 
  109. ^ Минич Z, Эрве G (2004). «Биохимические и энзимологические аспекты симбиоза глубоководного трубчатого червя Riftia pachyptila и его бактериального эндосимбионта» . Евро. J. Biochem . 271 (15): 3093–102. DOI : 10.1111 / j.1432-1033.2004.04248.x . PMID 15265029 . 
  110. ^ Лю L, Цзэн М, Stamler JS (1999). «Индукция гемоглобина в макрофагах мыши» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 96 (12): 6643–47. Bibcode : 1999PNAS ... 96.6643L . DOI : 10.1073 / pnas.96.12.6643 . PMC 21968 . PMID 10359765 .  
  111. ^ Ньютон Д., Рао К., Dluhy Р.А., Baatz JE (2006). «Гемоглобин экспрессируется альвеолярными эпителиальными клетками» . Журнал биологической химии . 281 (9): 5668–76. DOI : 10.1074 / jbc.M509314200 . PMID 16407281 . 
  112. ^ Nishi, H .; Inagi, R .; Kato, H .; Tanemoto, M .; Кодзима, I .; Сын, Д .; Fujita, T .; Нангаку, М. (2008). «Гемоглобин экспрессируется мезангиальными клетками и снижает окислительный стресс» . Журнал Американского общества нефрологов . 19 (8): 1500–08. DOI : 10,1681 / ASN.2007101085 . PMC 2488266 . PMID 18448584 .  
  113. ^ Бох, Ларри (2001). Руководство по фармацевтической практике: руководство по клиническому опыту . Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. ISBN 978-0781725415.
  114. ^ Холден, Констанс (2005). «Кровь и сталь». Наука . 309 (5744): 2160. DOI : 10.1126 / science.309.5744.2160d . S2CID 190178048 . 
  115. Перейти ↑ Moran L, Horton RA, Scrimgeour G, Perry M (2011). Принципы биохимии . Бостон, Массачусетс: Пирсон. п. 127. ISBN 978-0321707338.
  116. ↑ Генри, Шон (7 августа 2014 г.). «Взгляните на коллекцию произведений искусства MUHC» . CBC News. Архивировано 5 февраля 2016 года . Проверено 1 февраля, 2016 .
  117. ^ "Блеск (Hémoglobine) 2014" . Art Public Montréal . Монреаль. Архивировано 1 февраля 2016 года . Проверено 1 февраля, 2016 .

Дальнейшее чтение [ править ]

Библиотечные ресурсы о
гемоглобине
  • Ресурсы в вашей библиотеке
  • Ресурсы в других библиотеках
  • Кэмпбелл, МК (1999). Биохимия (третье изд.). Харкорт. ISBN 978-0030244261.
  • Эшагян, С; Хорвич, ТБ; Фонаров, GC (2006). «Неожиданная обратная зависимость между уровнями HbA1c и смертностью у пациентов с диабетом и тяжелой систолической сердечной недостаточностью». Я Сердце Дж . 151 (1): 91.e1–91.e6. DOI : 10.1016 / j.ahj.2005.10.008 . PMID  16368297 .
  • Ганонг, ВФ (2003). Обзор медицинской физиологии (21-е изд.). Ланге. ISBN 978-0071402361.
  • Хагер, Т. (1995). Сила природы: жизнь Линуса Полинга . Саймон и Шустер. ISBN 978-0684809090.
  • Кнайп Дж., Балакришнан Дж., Чен Р., Шен Т. Дж., Саху С. К., Хо Н. Т., Джованнелли Дж. Л., Симплацану В., Хо С., Спиро Т. (2005). «Динамика аллостерии в гемоглобине: роль предпоследних Н-связей тирозина». J Mol Biol . 356 (2): 335–53. DOI : 10.1016 / j.jmb.2005.11.006 . PMID  16368110 .

Хардисон, Росс К. (2012). «Эволюция гемоглобина и его генов» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в медицине . 2 (12): a011627. DOI : 10.1101 / cshperspect.a011627 . ISSN  2157-1422 . PMC  3543078 . PMID  23209182 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Протеопедия Гемоглобин
  • Национальный совет действий при анемии - anemia.org
  • Новый тип гемоглобина вызывает ложную диагностику с помощью пульсовых оксиметров
  • Анимация гемоглобина: от дезокси к окси форме

Связанные вопросы:

  • Идеальный уровень гемоглобина при беременности
  • Как низко может упасть гемоглобин перед смертью
  • Уровень гемоглобина