Структура глобина
Молекула гемоглобина здорового взрослого человека неоднородна. Основная фракция гемоглобина — гемоглобин А — составляет около 95% всего гемоглобина; 5% приходится на малые фракции; 3,5% составляет гемоглобин Ад и 1—1,5% — гемогообин F. Эти гемоглобины отличаются друг от друга аминокислотным составом. .
Все 3 фракции гемоглобина состоят из одинакового числа аминокислот (574), которые располагаются в виде полипептидных цепей. Каждый гемоглобин содержит 4 полипептидные цепи. Эти цепи называют буквами греческого алфавита в зависимости от аминокислотной последовательности. Гемоглобин А состоит из двух ацепей и двух рцепей, гемгглобин Ад — из двух ацепей и двух 5цепей, гемоглобин F содержит две ацепи и две 7 цепи. аЦепь гемоглобина состоит из 141 аминокислоты, а р, у и55 цепи содержат по 146 аминокислот. Таким образом, все основные нормальные типы гемоглобина содержат одну одинаковую для всех ацепь и вторую, отличную от первой. Так, /цепь, входящая в состав гемоглобина F, отличается от рцепи, входящей в состав гемоглобина А, порядком аминокислот в 39 позициях, а 5цепь, входящая в состав гемоглобина Ag, отличается от рцепи порядком аминокислот в 10 позициях.
· 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 Ад количественно определяют в большинстве случаев электрофорезом в ацетатцеллюлозе. Синтез различных цепей глобина контролируется различными генами. Гены, контролирующие синтез р и ацепи, находятся в разных хромосомах. Гены, отвечающие за синтез р, у, 6 и, вероятно, 2цепи, находятся в 16и хромосоме. При развитии эмбриона и новорожденного происходит включение синтеза одних цепей и выключение других. Так, на ранних этапах эмбрионального развития прекращается синтез ецепи и начинается синтез уцепи, которые после рождения почти полностью заменяются р и 6цепями. Продукция йцепей в течение всей жизни постоянна и составляет /40 выработки рцепи. Синтез р, ·y и 6цепей контролируется одной парой генов, а синтез ацепей, по всей вероятности, двумя парами, из которых одна главная, а другая побочная; оба гена в 11й хромосоме.
Различие в структуре между гемоглобином F и гемоглобином взрослого человека связано с разницей в получении кислорода у плода новорожденного. Гемоглобин F имеет 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 F к кислороду сочетается с более низкой способностью гемоглобина F по сравнению с гемоглобином А связывать 2,3дифосфоглицериновую кислоту, которая способствует понижению сродства к кислороду и более легкой отдаче кислорода крови тканям. Ткани плода содержат в норме меньше кислорода, чем ткани новорожденного.
Порядок расположения аминокислот в цепях гемоглобина называют первичной структурой; она в настоящее время хорошо известна для всех нормальных гемоглобинов. Большая часть полипептидных цепей гемоглобина закручена вокруг своей продольной оси и составляет аспираль. В полипептидных цепях глобина около 75% доставляют спиральные отрезки и 25% — неспиральные участки. Эти элементы организации гемоглобина относят ко вторичной структуре. Третичная структура отражает пространственное расположение спирализованной полипептидной цепи в белковой молекуле. Perutz и соавт. в 1968 г. при помощи рентгеноструктурного анализа показали, что существует некоторое пространство, составленное главным образом гидрофобными группами аминокислот, в котором помещается молекула гема, прикрепленная к глобину 12 аминокислотами.
Под четвертичной структурой гемоглобина понимают связь между полипептидными цепями. В гемоглобине А ацепь связана с рцепью и образует субъединицу; две такие субъединицы образуют молекулу гемоглобина. В связях а и (3цепей в субъединицу ( а,, piконтакты) участвуют 34 аминокислоты. В объединении двух субъединиц ( а,, (^контакты) участвуют 19 аминокислот [Perutz et al., 1968].