Свойства и значение на хемоглобина

Хемоглобинът (Hb) е метало-съдържащ протеин, който придава червен цвят на кръвта. За да бъдат разбрани свойствата и значението на хемоглобина, е необходимо да бъде изяснена неговата структура.

Структура и производство на хемоглобина

Хемоглобинът представлява глобуларен белтък, който е с относителна молекулна маса 64 500. В сложната си молекула той съдържа белтъчна и небелтъчна част. Белтъчната част е наречена глобин, а небелтъчната хем. Именно, хемът придава червения цвят на хемоглобина и съответно на кръвта. Глобиновата част на хемоглобина е изградена от две двойки полипептидни вериги (ППВ), като всяка двойка е с идентична структура. Нормално хемоглобинът у възрастните (изграден от общо 4 полипептидни вериги), съдържа две алфа-вериги, които са изградени от 141 аминокиселини, и две бета-вериги, изградени от 146 аминокиселини. Хемоглобинът с такава структура се нарича хемоглобин А.

Хемоглобинът на плода, се различава от този на възрастните. Феталният хемоглобин (хемоглобинът на плода), нормално съдържа вместо 2 бета-полипептидни вериги две гама-полипептидни вериги. Той се нарича хемоглобин F (HbF). По време на бременността и особено веднага след раждането, синтезата на бета-веригата нараства за сметка на тази на гама-веригата. Феталният хемоглобин се замества почти напълно с хемоглобин А, към края на първата година на детето. Преминаването на феталният хемоглобин от кръвта на майката към кръвта на плода, се улеснява, благодарение на афинитета му към кислорода при ниските парциални налягания.

По един хем (4 пиролови пръстена, свързани с един атом Fe²⁺) е конюгиран за всяка една от четирите ППВ. Лабилното свързване на кислорода с хемоглобина става посредством желязото. Когато се касае за максимално насищане с кислород, една молекула хемоглобин, съдържаща 4 хема, може да свърже 4 молекули кислород.

Хемоглобинът се синтезира в сложна серия от биохимични реакции. Хемът се произвежда в митохондриите и цитозола на незрелите кръвни клетки, а глобинът се синтезира от рибозомите в цитозола. Производството на хемоглобин започва в проеритробласта и продължава до диференцирането на зрял еритроцит. Синтезата на хемоглобина се извършва в клетките на еритроцитния ред, който се намира в еритропоетичните органи. Количеството на необходимото за изграждането на хема Fe²⁺, постъпва в тях след свързването на специфични мембранни рецептори с трансферина. Последният е белтък на плазмата, който транспортира желязото.

Свойства и значение на хемоглобина

Свойствата и значението на хемоглобина се изразяват главно с участието му в транспорта на кислород. Хемоглобинът може да образува следните съединения:

• оксихемоглобин – съединение на хемоглобина с кислорода;
• карбаминохемоглобин (карбхемоглобин) – съединение на хемоглобина с въглеродния диоксид;
• карбоксихемоглобин – съединение на хемоглобина с въглероден оксид;
• метхемогломин (хемиглобин) – съединение на хемоглобина с кислорода, при което желязото е от трета валентност.

При свързването на кислорода с желязото на хема, се образува оксихемоглобин. Под тази форма, кислородът се пренася до тъканите. Афинитетът на хемоглобина към кислорода зависи от температурата, рН и концентрацията на 2,3-дифосфоглицерата (2,3-ДФГ), който е междинен продукт на гликолизата в еритроцита. Както 2,3-ДФГ, така и Н⁺ се „състезават“ с кислорода за свързване с хемоглобина, като по този начин намаляват кислородния афинитет на хемоглобина. Това води до изместване на дисоциационната крива на оксихемоглобина надясно и до улеснено отдаване на кислорода от оксихемоглобина към тъканите.

Преносът на въглероден диоксид, също се осъществява с помощта на хемоглобина. Важните свойства на хемоглобина проличават и при свързването на хемоглобина с въглеродния диоксид. Посредством образуването на лабилна карбаминова връзка между глобина и въглеродния диоксид, се получава обратимото съединение карбаминохемоглобин. Това съединение отговаря за транспорта на около 27% от въглеродния диоксид в кръвта.

Хемоглобинът е важна буферна система на кръвта, капацитетът на която надвишава около 5 пъти този на плазмените протеини. В кръвта могат да се срещнат и съединенията - метхемоглобин и карбоксихемоглобин, които са отново съединения на хемоглобина. Метхемоглобинът представлява крайна окислена форма на хемоглобина, при която желязото е от трета валентност. Това съединение не участва в транспорта на кислорода в организма. То съставлява около 2% от общото количество хемоглобин в кръвта.

Карбоксихемоглобинът е съединение на хемоглобина с въглеродния оксид. Той нормално съставлява около 2% от общото количество на хемоглобина в кръвта. Въглеродният оксид притежава около 200 пъти по-висок афинитет за свързване към хемоглобина от кислорода. Карбоксихемоглобинът е трайно съединение и се дисоциира бавно. При голямо насищане на кръвта с въглероден оксид в резултат на отваряне с газове от двигатели с вътрешно горене и други, количеството на карбоксихемоглобина нараства и съдържанието му в кръвта нараства над 50%. Това води до загуба на съзнание и дори смърт, поради намален кислороден приток към тъканите и главно към мозъчните клетки. У пушачи нивото на карбоксихемоглобина може да стигне до 20% от общия хемоглобин, поради високото съдържание на въглероден оксид в тютюневия дим. Това може да причини сериозни смущения в нервната и сърдечно-съдовата система.

Концентрация на хемоглобин в кръвта

За двата пола съдържанието на хемоглобина в кръвта е различно. У жените той е 140±20 g/L , а у мъжете 160±20 g/L. Разликата се дължи на факта, че еритроцитите у жената са по-малко на брой. Съдържанието на хемоглобина у новородените е по-високо от това на възрастните. Около 10-годишната възраст на детето стойностите на хемоглобина в кръвта се изравняват с тези на възрастните. Пониженото ниво на хемоглобин в кръвта се означава като олигохромемия, а повишеното – като хиперхромемия.

Често използван в клиничната практика показател за хемоглобиновия товар на отделния еритроцит е така нареченото средното хемоглобиново съдържание на еритроцита. Нормално неговата средна стойност е 29,5±2,5 gp хемоглобин в еритроцит и се изчислява по формулата: средно хемоглобиново съдържание = (хемоглобин в кръвта в g/l.10 / брой на еритроцитите в млн/µl) х pg на еритроцита (СХСЕ).