Гемоглобин –главный белок цитозоля эритроцитов

Одну треть клеточной массы эритроцитов составляет гемоглобин. Он же придает и красный цвет эритроциту и крови и выполняет следующие функции

• Транспорт кислорода по крови

• Участие в транспорте диоксида углерода

• Участие в создании буферной системы, поддерживающей концентрацию ионов водорода во внеклеточном пространстве.

Содержание гемоглобина в одном эритроците можно рассчитать, зная общее содержание гемоглобина и количество эритроцитов При концентрации гемоглобина в 160 г/л крови, которая содержит 5000 млрд эритроцитов содержание Hb в одном эритроците 32 пиког ( в норме 27-54).

• При отклонении значений ниже указанных говорят о гипохромной анемии ( недостаток железа)

• При отклонении значений выше указанных говорят о гиперхромной анемии (недостаток В12)

• При уменьшении концентрации Hb и числа эритроцитов и нормальном содержании Hb в одном эритроците говорят о нормохромной анемии.

У нормального взрослого массой 70 кг и объемом крови в 5 л при условии среднего содержания Гб 160 г/л (16 г% или 9.9.ммоль/л ) общее количество Hb составит 800 г. Ежедневно при этом 6.25 г или около 1% распадается и синтезируется вновь.

Таласемии – болезни, вызываемые нарушениями синтеза цепей глобина.

Врожденные нарушения синтеза одной из двух глобиновых цепей получили название талассемий. Гомозиготные формы (Thalassaemia major) приводят в отличие от более благоприятных, гетерозиготных форм (Thalassaemia minor) всегда к смерти в детском возрасте, так как молекулярные изменения при них таковы , что полноценное снабжение кислородом тканей становится невозможным.

- талассемии. Делеции генов, кодирующих  глобиновые цепи являются наиболее частой причиной этих заболеваний. В геноме человека имеется 4 гена a цепей (соответственно по две на каждой хромосоме 16),и это объясняет более мягкое течение этих талассемий, потому, что гомозиготные формы  – талассемии, которые ведут к водянке плода (Morbus haemolyticus neonatorum) и к внутриматочной смерти, связаны с делециями всех четырех генов, кодирующих  -глобиновые цепи.

Вследствие нарушения биосинтеза a цепей уменьшается не только синтез HbA1 но и HbA2, и HbF. У эмбриона избыток цепей, возникающий из-за ограниченного синтеза  цепей ведет к сборке тетрамера -цепей- Hb₄ ( Hb Барт) . Так как после рождения - цепи замещаются  цепями, последние, не находя  цепи для образования нормального гемоглобина, собираются в тетрамеры  цепей Hb₄ (HbH). Hb Барт и HB-H не обладают эффектом Бора, их кривые насыщения кислородом - гиперболы (отсутствие кооперативного эффекта), обладают низкой стабильностью, имеют склонность к образованию агрегатов, вследствие чего нормальная продолжительность жизни эритроцитов сокращается и заболевание проявляется в форме умеренной гипохромной гемолитической анемии.

 талассемии в отличие от  талассемий начинают проявляться только после рождения, когда произойдет замена -цепей  цепями. Возникающий относительный избыток -цепей у взрослого человека сопровождается сохранением синтеза  и  цепей поэтому у гетерозиготных форм повышено содержание HBA2, (a_₂) до 4-6 % ( в норме 2-3 %) и HBF (22) до 0,5-6 % (в норме отсутствует), однако тетрамеров -цепей обычно не образуется .

Неустойчивость эритроцитов больных талассемиями, частично обусловлена тем, что свободные  и  цепи сильнее подвержены аутоокислению чем в составе тетрамеров нормального гемоглобина, а это приводит к увеличению образования большего количества супероксидных анионов, что может перекрыть мощность дисмутазной системы и привести к пероксидному повреждению липидов и SH-групп белков эритроцитарных мембран.

При гомозиготных формах -талассемий содержание HBF в эритроцитах может достигать от 50 до 100 % и это объясняет летальные исходы этого заболевания, так как HBF приспособлен для транспорта кислорода в условиях кровообращения плода, а не у взрослых.

Точечные мутации в экзонных областях генов глобина ведут к образованию гемоглобинов с измененной функцией

Варианты аминокислотной последовательности цепей глобина наблюдаются примерно у каждого шестисотого человека. В какой мере замены аминокислот сказываются на структуре и функции гемоглобина зависит от типа замещения аминокислот(например, замена аминокислоты с гидрофобными свойствами гидрофильной аминокислотой), или расположения заменяемой аминокислоты в структуре белка (на поверхности или внутри молекулы). Аномалии гемоглобина наследуются аутосомально рецессивным путем. Гетерозиготные носители, которые имеют половину нормальных и половину патологических гемоглобинов обычно имеют достаточное количество нормального гемоглобина для снабжения кислородом ткани, в то время как у гомозиготных носителей наблюдаются тяжелые анемии и во многих случаях наступает смерть. Аномальные гемоглобины обозначаются большими буквами алфавита или по клинической картине, местности или имени пациентов, с которыми связано первое описание(см табл 14-17). Мутации обычно описываются либо указанием на место в ДНК (например. ГАГ— ГТГ) или в белке(⁶ ГЛУ — > ВАЛl или ГЛУ6ВАЛ), что означает замену остатка глутаминовой кислоты в положении 6  цепи валиловым остатком.

Табл 14-20. Генетически обусловленные нарушения последовательности аминокислот гемоглобина (известно около 300 вариантов)

Гемоглобин	Нарушение	Замещение
Hb S	Образование серповидных клеток	^6 ГЛУВАЛ
Hb M Iwate	Метгемоглобинобразование	^87 ГИСТИР
Hb M Boston	Метгемоглобинобразование	^58 ГИСТИР
Hb M Hyde Park	Метгемоглобинобразование	^92 ГИСТИР
Hb M Saskatoon	Метгемоглобинобразование	^63 ГИСТИР
Hb M Milwauki I	Метгемоглобинобразование	^67 ВАЛГЛУ
Hb H Hammersmith	Отщепление гема	^42 ФЕН СЕР

У гомозиготных форм серповидноклеточной болезни наблюдают в периферический и следовательно с низким содержанием кислорода крови появление серповидно клеточных эритроцитов, который склонны к гемолизу. С конца сороковых годов ХХ столетия известно, что пациенты с серповидноклеточной болезнью имеют гемоглобин с измененной электрофоретической подвижностью. Молекулярная причина дефекта, тем не менее, выяснилась после доказательства, что различие связано с заменой аминокислоты в  цепи: пептиды трипсинового гидролизата гемоглобина после разделения электрофорезом и хроматографией давали характерные пятна, названные исследователями «отпечатками пальцев (fingerprints)». При сравнении передвижения трипсиновых пептидов нормального гемоглобина с пептидами полученными из гемоглобина больного серповидноклеточной анемией оказалось , что один пептидный фрагмент отличался своей подвижностью. Исследование этого фрагмента, октапептида -цепи показало, что он, в отличие от пептида HbА, имел остаток валина вместо глутаминовой кислоты.

Эта замена гидрофильной аминокислоты гидрофобной и послужила основой измененной электрофоретической подвижности HbS. После выяснения первичной структуры гемоглобина к началу 60ых годов было твердо установлено, что дефект в положении 6 - цепи HBS (a2b2^{6ГЛУ ВАЛ}) лежит в области, которая находится на поверхности молекулы гемоглобина. Это замещение вызвано заменой пуринового основания в кодоне (ГАГ), на кодон для валина (ГТГ). Присоединение кислорода в серповидноклеточном гемоглобине не нарушается, однако эритроциты, содержащие этот гемоглобин обладали особой наклонностью принимать форму серпа в периферической крови. Причина образования серповидных клеток связана с агрегацией молекул HbS. Преимущество отбора гетерозиготного носителя основывается на том, что в эритроцитах с HbS малярийные плазмодии не выживают.