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 зависимость получила 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. Среди приобретенных могут быть токсические метгемоглобинемии экзогенного происхождения, возникающие при воздействии ряда химических веществ, и эндогенного происхождения, развивающиеся вследствие нарушения продукции и всасывания нитратов при энтероколитах. При значительной метгемоглобинемии развивается кислородное голодание (гипоксия).

Методом качественного определения различных производных гемоглобина является исследование их спектров поглощения.

Миоглобин - глобулярный белок, осуществляющий в мышцах запасание молекулярного кислорода и передачу его окислительным системам клеток. Состоит из одной полипептидной цепи. Как и в гемоглобине, активным центром молекулы, связывающим O₂, 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 изоаллоксазина - флавинмононуклеотидом (ФМН) и флавинадениндинуклеотидом (ФАД). Флавопротеины входят в состав оксидоредуктаз.

2. Липопротеины состоят из белка и простетической группы, представленной липидом (нейтральные жиры, свободные жирные кислоты, фосфолипиды, холестериды). В их образовании 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 присутствуют в свободном состоянии (главным образом в плазме крови). Липопротеины сыворотки крови содержат гидрофобное липидное ядро, окруженное полярными липидами и оболочкой из белков, получивших название апобелки. Они обеспечивают транспорт водонерастворимых липидов.

Липиды, ковалентно связанные с белком, служат якорем, с помощью которого белки прикрепляются к мембране. 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.

К фосфопротеинам относятся 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 ядерной активности клетки, транспорте ионов и окислительных процессах в митохондриях.

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

Гликопротеины - белки плазмы крови (кроме альбуминов), некоторые ферменты, муцин слюны, белки хрящевой и костной тканей. Гликопротеины являются важным структурным компонентом клеточных мембран. Они обеспечивают клеточную адгезию, молекулярное и клеточное узнавание. Углеводные компоненты, помимо информативной функции, повышают стабильность молекул, в состав которых они входят, к различного рода химическим, физическим воздействиям, и предохраняют их от действия протеиназ.

Гликопротеины мембран эритроцитов предопределяют группу крови у человека. К типичным гликопротеинам относятся интерфероны, иммуноглобулины.

Интерфероны - ингибиторы размножения многих типов вирусов. Они образуются в клетке в ответ на внедрение вирусной нуклеиновой кислоты. Интерфероны считаются основными защитными белками не только против вирусной инфекции, но и 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

При ревматоидных артритах часто синтезируются аномальные антитела с необычайно короткими сахарными 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 гликозаминогликанами являются гиалуроновая кислота (ее основная функция - в соединительной ткани - связывание воды) и гепарин, участвующий в регуляции свертывания крови.

5. Металлопротеины помимо белка содержат ионы какого-либо одного металла 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.

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

6. Нуклеопротеины (НП) - устойчивые комплексы нуклеиновых кислот с белками.

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

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

РНК обнаруживается 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 трех компонентов: пиримидинового или пуринового основания, пентозы (рибозы) и фосфорной кислоты. Нуклеотиды – нуклеозидфосфаты.

Рис. 10. Строение нуклеотида

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