Появление дыхательных пигментов – переносчиков респираторных газов связано с развитием системы кровообращения, выполняющей функцию транспорта кислорода к тканям тела.
Значительным этапом в эволюции дыхательных пигментов явилось возникновение специальных клеток, где осуществлялся синтез кровяного пигмента, которые в виде специальных кровяных телец, содержащих гемоглобин, появились в крови. Первоначально это были ядерные клетки, но у
высших позвоночных на определенном этапе эмбриогенеза ядра исчезают, и клетки крови представляют собой высокоспециализированные тельца, наполненные гемоглобином.
Постепенно вычленяются и две важнейшие функции гемоглобина: главная – захват, транспорт и отдача кислорода и добавочная – депонирование кислорода (в миоглобине).
В составе гемоглобина содержится бесцветная белковая часть – глобин и простетическая группа – гем. Упаковка гемоглобина в клетки имеет ряд преимуществ: значительно снижена вязкость крови; в эритроците формируется химическая среда, отличная от плазмы (по концентрации неорганических ионов, органических фосфатов и спектру ферментов), оказывающая значительное влияние на сродство гемоглобина к кислороду. Гем, соединенный с глобином, обладает способностью обратимо связывать кислород.
Гемоглобины – тетрамерные белки, образованные полипептидными цепями (α, β, γ, δ, S и др.). Гемоглобин А (HbA) образует α-цепи и β-цепи. Их отличие состоит в разной последовательности N-терминальной (концевой) аминокислоты (имеет свободную аминокислотную группу), которая в α-цепи является валинлейцином, а β-цепи – валингистидином. В процессах оксигенации HbA главную роль играют β-цепи. В состав α-цепи входит 141, а β-цепи – 146 аминокислот [14, 113]. Особое значение имеет гистидин – аминокислота, усиливающая буферные свойства гемоглобина и
обусловливающая способность пигмента связывать гем. Что касается фетального гемоглобина (HbF) человека то его образуют две α-полипептидные цепи, идентичные α-цепям гемоглобина A и две γ-цепи (HbFα2γ2).
В эритроцитах взрослого человека, помимо HbA, имеется несколько разновидностей: HbA2 (около 2-3 %), HbA1 и HbA3 (около 5%). Состояние, при котором мутация вызывает изменение биологических функций гемоглобина называют гемоглобинопатией. К патологическим типам гемоглобинов у человека относится также серповидный (cерповидно-клеточный) гемоглобин S (HbS). Его присутствие в эритроцитах связано с генетическим заболеванием крови – серповидно-
клеточной анемией. Аномалия, характерная для HbS, локализована в β-цепи. Глутаминовая кислота, находящаяся в этом положении в гемоглобине здорового человека замещается в гемоглобине S на валин. При низком парциальном давлении кислорода HbS в эритроцитах кристаллизируется (осаждается в виде длинных волокон), что приводит к деформации эритроцитов и нарушению их структуры: они приобретают серповидную форму и легко разрушаются в связи со снижением их толерантности к гемолизу – в итоге развивается анемия.
Длительность функционирования гемоглобина обусловлена продолжительностью жизни
эритроцитов; исходя из этого, можно определить и время его функционирования. Продолжительность жизни эритроцитов ограничена во времени, и у человека составляет 120 сут. У человека в физиологических условиях около 10% старых эритроцитов разрушаются в кровяном русле; основная же масса утилизируется внутриклеточно: макрофагами печени, селезёнки, костного мозга. В макрофагах происходят разрушение эритроцитов и распад их главной составной части – гемоглобина. В геме разрываются мостики, соединяющие пирроловые ядра, что приводит к образованию вердогемоглобина, окрашенного в зеленый цвет. Вердогемоглобин затем распадается с освобождением глобина, железа и биливердина. Из биливердина восстанавливается билирубин; железо гема связывается с белком плазмы (β-глобулином), транспортируется в печень
и откладывается в виде ферритина или же доставляется в костный мозг, где используется для синтеза гемоглобина новых эритроцитов.
