Производные гемоглобина

Оксигемоглобин HbO₂.Молекулярный кислород присоединяется к каждому гему Hb при помощи координационных связей железа. Присоединение каждой молекулы кислорода облегчает присоединение последующей. Эта аллостерическая зависимостьполучила название эффекта Бора.Оксигемоглобин, попадая в ткани, теряет кислород, превращаясь в дезоксигемоглобин.

Карбгемоглобин HbCO₂ - соединение гемоглобина с углекислым газом. Он нестоек и быстро диссоциирует в легочных капиллярах с отщеплением СО₂.

Карбоксигемоглобин HbCO - продукт присоединения оксида углерода CO (угарного газа) к гемоглобину. Гемоглобин имеет высокое сродство к СО и прочно с ним связывается, теряя способность к транспорту кислорода, что приводит к смерти от удушья.

Метгемоглобин MtHb -форма гемоглобина, в которой железо гема находится в трехвалентном состоянии.Не способен переносить кислород. Образуется из свободного гемоглобина под действием различных окислителей, а в организме - при отравлениях нитробензолом, оксидами азота.

Метгемоглобинемия - появление в крови метгемоглобина. Выделяют наследственные и приобретенные метгемоглобинемии. Наследственные развиваются в результате наличия нестабильных или аномальных гемоглобинов. Приобретенные метгемоглобинемии могут быть экзогенного токсического происхождения, возникающие при воздействии ряда химических веществ окружающей среды, и эндогенного происхождения, развивающиеся вследствие нарушения образования и всасывания нитратов при энтероколитах. При значительной метгемоглобинемии развивается кислородное голодание (гипоксия).

Качественное определение производных гемоглобина проводится путем исследования их спектров поглощения.

Миоглобин- глобулярный белок, функцией которого является запасание молекулярного кислорода в мышцах и передача его системам оксиления клеток. Состоит из одной полипептидной цепи. Активным центром, связывающим O₂, как и в гемоглобине, является гем. Миоглобин определяет цвет мышц.

К хромопротеинам относятся также ферменты каталаза и пероксидаза, входящие в антиоксидантную систему организма, и цитохромы, участвующие в окислительно-восстановительных реакциях и служащие переносчиками электронов.

Флавопротеины –хромопротеины, простетические группы которых представлены производными витамина В₂ - флавинмононуклеотидом (ФМН) и флавинадениндинуклеотидом (ФАД). Флавопротеины являются кофакторами оксидоредуктаз.

2. Липопротеинысостоят из белка и простетической группы, представленной липидом (фосфолипиды, нейтральные жиры, производные холестерина, жирные кислоты). В образовании липопротеинов участвуют нековалентные связи различной природы, например, гидрофобные или ионные (если в состав входит фосфолипид).

Липопротеины широко распространены и выполняют разнообразные биологические функции (белок ткани легких, липовителлин желтка куриного яйца и т.д.).

Липопротеины существуют в свободном состоянии в плазме крови. Липопротеины сыворотки крови содержат гидрофобное липидное ядро, окруженное полярными липидами и оболочкой из белков, получивших название апобелки. Их функция - транспорт липидов, нерастворимых в воде.

Липиды, ковалентно связанные с белком, выполняют функцию прикрепления белков к мембране клетки. Это структурированные липопротеины (липиды мембран клетки, миелиновой оболочки нервных волокон).

3. Фосфопротеины- сложные белки, в состав которых в качестве небелкового компонента входит фосфорная кислота, присоединенная к полипептидной цепи сложноэфирной связью через остатки серина или треонина. Возможен также ионный тип связи.

Представителями фосфопротеинов являются казеиноген молока, овальбумин белка куриного яйца, ряд ферментов (РНК-полимеразы). Фосфопротеины широко представлены в клетках ЦНС.

Фосфопротеины являются ценным источником энергетического и пластического материала в процессе эмбриогенеза и постнатального роста и развития организма, участвуют в регуляции активности ядра клетки, в окислительных процессах в митохондриях, в транспорте ионов.

4. Гликопротеины -сложные белки, содержащие, помимо полипептидной цепи, линейные или разветвленные гетероолигосахаридные цепи из 2 - 15 остатков гексоз либо пентоз и конечный углевод
(N-ацетилгалактозамин или др.). Углеводный компонент соединяется с белком ковалентными связями - О-гликозидными или N-гликозидными:

Представителями гликопротеинов являются белки плазмы крови (кроме альбуминов), муцин слюны, некоторые ферменты, белки хрящевой и костной тканей. Гликопротеины являются важным структурным компонентом клеточных мембран. Они обеспечивают клеточную адгезию, молекулярное и клеточное узнавание. Углеводные компоненты не только выполняют информативную функцию. Они повышают стабильность молекул гликопротеинов к различным химическим и физическим воздействиям, а также защищают их от действия протеиназ.

Гликопротеины мембран эритроцитов определяют группу крови у человека. Типичными представителями гликопротеинов являются интерфероны, иммуноглобулины.

Интерфероны– белки-ингибиторы размножения многих типов вирусов. Они образуются в клетке в ответ на внедрение вирусной нуклеиновой кислоты. Интерфероны являются также защитными белками при опухолевых поражениях.

Иммуноглобулины,или антитела, выполняют защитную функцию, обезвреживая поступающие в организм чужеродные вещества – антигены - любой химической природы. Выделяют три основных класса иммуноглобулинов: IgG, IgA, IgM; минорные классы иммуноглобулинов плазмы человека обозначаются как IgD и IgE. Иммуноглобулины разных классов отличаются по молекулярной массе, по концентрации в крови, по биологическим свойствам. Структура иммуноглобулина G приведена на рис. 9. Он состоит из двух идентичных легких L-цепей (от англ. light) и двух идентичных тяжелых
Н-цепей (от англ. heavy). Каждая из этих цепей имеет вариабельные (V) и константные (С) участки.

Рис. 9. Структура иммуноглобулина

Ряд заболеваний (например, ревматоидные артриты) сопровождается синтезом аномальных антител с аномально короткими суглеводными цепями, что вызывает стимуляцию иммунной системы против самого организма.

Протеогликаны - комплексы белка и гликозаминогликанов. Углевод в этих соединениях составляет основную часть молекулы (до 95%). Типичными представителями гликозаминогликанов являются гиалуроновая кислота (ее основная функция - связывание воды в соединительной ткани) и гепарин, участвующий в регуляции свертывания крови.

5. Металлопротеины – белки, помимо полипептидной цепи содержащие ионы одного или нескольких металлов.

Белки, содержащие негемовое железо:

- ферритин (около 20% железа) сосредоточен главным образом в селезенке, печени, костном мозге. Выполняет роль депо железа в организме;

- трансферрин сыворотки крови (около 0,13% железа) транспортирует ионы железа в ретикулоциты, в которых осуществляется биосинтез гемоглобина.

Металлоферменты - белки, обладающие ферментативной активностью и содержащие катионы металлов.

Алкогольдегидрогеназа содержит ионы Zn, АТФ-аза - ионы Na, K, Са, Мg, цитохромоксидаза – Cu, протеиназы - Mg, K.

6. Нуклеопротеины(НП)– сложные белки, небелковым компонентом которых являются нуклеиновые кислоты.

Нуклеиновые кислоты (НК) - ДНК и РНК–полимеры нуклеотидов.

ДНК находится в основном в ядре клетки, а также в митохондриях.

РНК присутствует во всех частях клетки. Различают мРНК (определяет порядок аминокислот в молекуле белка), рРНК (входит в состав рибосом), тРНК (транспортирует аминокислоты к месту синтеза белка), мяРНК (выполняет каталитические функции). НК обеспечивают хранение и передачу наследственной информации путем программирования синтеза клеточных белков.

В состав нуклеиновых кислот входят азотистые основания (ДНК - аденин, гуанин, цитозин, тимин, РНК - аденин, гуанин, цитозин, урацил), углеводы (дезоксирибоза и рибоза соответственно), остатки фосфорной кислоты.

Нуклеотиды (рис. 10) состоят из пиримидинового или пуринового основания, пентозы (рибозы) и фосфорной кислоты. Нуклеотиды – нуклеозидфосфаты.

Рис. 10. Строение нуклеотида

ДНК, выделенная из различных тканей одного и того же вида, имеет одинаковый состав азотистых оснований. Закономерности состава и количественного содержания азотистых оснований были впервые установлены Э. Чаргаффом

Правила Чаргаффа:

1. Молярная доля пуриновых оснований равна молярной доле пиримидиновых оснований:

А + Г = Ц + Т.

2. Количество аденина и цитозина равно количеству гуанина и тимина:

А + Ц = Г + Т.

3. Количество аденина равно количеству тимина, количество гуанина равно количеству цитозина:

А = Т, Г = Ц.

4. Коэффициент специфичности равен (Г + Ц)/(А + Т)(у животных
0,54-0,94, у микроорганизмов 0,45-2,57).