Структура глобина

Молекула гемоглобина здорового взрос­лого человека неоднородна. Основная фракция гемо­глобина — гемоглобин А — составляет около 96% всего гемоглобина; 4%приходится на малые фракции;3,5%составляют гемоглобин А₂и 1—1,5% — гемо­глобинF. Эти гемоглобины отличаются друг от друга аминокислотным составом.

Все три фракции гемоглобина состоят из одинакового коли­чества аминокислот —574, которые располагаются в виде поли­пептидных цепей. Каждый гемоглобин содержит 4 попарно одина­ковых полипептидных цепи. Эти цепи называют буквами греческого алфавита в зависимости от аминокислотной последователь­ности. Гемоглобин А состоит из двух -цепей и двух -цепей, ге­моглобин А_2— из двух -цепей и двух -цепей, гемоглобин F со­держит две -цепи и две -цепи- -Цепь гемоглобина состоит из 141 аминокислоты, а -, - и -цепи содержат по 146 аминокислот. Таким образом, все основные нормальные типы гемоглобина со­держат одну одинаковую для всех цепь — -цепь и вторую, отли­чающуюся от первой. Так, -цепь, входящая в состав гемоглоби­на F, отличается от -цепи, входящей в состав гемоглобина А, порядком аминокислот в 39 позициях, а -цепь, входящая в сос­тав гемоглобина Аз, отличается от -цепи порядком аминокислот в 10 позициях.

На самой ранней стадии развития эмбриона обнаружены 3 эм­бриональных гемоглобина, которые не встречаются на более позд­них этапах развития плода, — это гемоглобины: Gower I, состоя­щий из двух ,-цепей и двух -цепей; Gower II, состоящий из двух а-цепей и двух -цепей, и гемоглобин Portland, состоящий из двух - и двух -цепей. В дальнейшем у эмбриона длиной 16 мм (37 дней беременности) обнаруживаются 3 фракции гемоглоби­на —42% составляет гемоглобин Gower I, 24% — Gower II и ос­тальное количество составляет гемоглобин F. У плода на 8—10-й неделе беременности количество гемоглобина F составляет 90—95%, а 5—10% составляет появляющийся в этот период гемо­глобин взрослого человека — гемоглобин А. При рождении у ре­бенка содержание гемоглобина F близко к 70%, а к возрасту 4—5 мес снижается до 10%.

Гемоглобин F отличается от гемоглобина А устойчивостью к щелочи. Еще в прошлом веке было показано, что гемоглобин пло­да в 155 раз более устойчив к воздействию щелочи, чем гемогло­бин взрослого человека. Количественное определение гемоглоби­на F основано на исследовании щелочной устойчивости гемогло­бина. Гемоглобин А₂ количественно определяют в большинстве случаев электрофорезом в ацетат-целлюлозе.

Синтез различных цепей глобина контролируется различными генами. Гены, контролирующие синтез -и-цепи, находятся в разных хромосомах. Гены, отве­чающие за синтез-,-,- и, вероятно,-цепи, находят­ся в одной хромосоме. В ходе развития эмбриона, плода, родившегося ребенка происходит «включение» синтеза одних цепей и «выключение» других. Так, на ранних этапах эмбрионального развития прекращается синтез-цепи и включается синтез-цепи, которые после рождения почти полностью заменяются- и-цепями. Продукция-цепей в течение всей жизни постоянна и составляет 1/40по отношению к выработке-цепи. Синтез -,-и-цепей контролируется одной парой генов (двумя аллелями), а синтез-цепей, по всей вероятности, — двумя парами генов (четырьмя аллелями), из которых одна пара является главной, а другая побочной.

Различие в структуре между гемоглобином Fи ге­моглобином взрослого человека связано с разницей в получении кислорода у плода и родившегося человека. Гемоглобин Fимеет большее сродство к кислороду, чем гемоглобин А, так как получение кислорода от плаценты сопряжено с большими трудностями, чем получение кислорода из альвеол. Большее сродство гемоглобина Fк кислороду сочетается с более низкой способностью гемоглобина Fпо сравнению с гемогло­бином А связывать 2,3-дифосфоглицериновую кислоту, которая способствует понижению сродства к кислоро­ду и более легкой отдаче крови тканям. Ткани плода содержат в норме меньшее количество кислорода, чем у родившегося человека.

Порядок расположения аминокислот в цепях гемо­глобина — это первичная структура; она в настоящее время хорошо известна для всех нормальных гемоглобинов. Следующий уровень организации — это вто­ричная структура. Большая часть полипептидных це­пей гемоглобина закручена вокруг своей продольной оси и составляет к-спираль. В полипептидных цепях глобина около 75%составляют спиральные отрезки и25% — неспиральные участки. Третичная структура отражает пространственное расположение спирализованной полипептидной цепи в белковой молекуле.Perutzи соавт. при помощи рентгеноструктурного анализа показали, что существует некоторое простран­ство, составленное главным образом гидрофобными группами аминокислот, в котором помещается молеку­ла гема, прикрепленная к глобину 12аминокислотами. Под четвертичной структурой гемоглобина понимают связь между полипептидными цепями. В гемоглоби­не А-цепь связана с-цепью, образуя субъединицу; две такие субъединицы образуют молекулу гемогло­бина. В связях- и-цепей в субъединицу (_ _-кон­такты)участвуют 34аминокислоты. В объединении двух субъединиц (_ _-контакты) принимают участие19аминокислот [PerutzetaL, 1968J.