Гемоглобин – переносчик кислорода

Для того чтобы аэробные организмы могли использовать реакционноспособный О2 необходимо поглотить и доставить О2 к клеточной митохондрии, где энергетический процесс окисления сахаров происходит без необратимых реакций и ущерба, наносимого радикалами или окислителями. Для выполнения этой задачи Природа создала гемоглобин ‒ замечательный белок, связывающий и транспортирующий кислород. Гемоглобин ‒ тетрамерный белок, содержащий четыре субъединицы миоглобина. Каждая субъединица миоглобина содержит железопорфириновый координационный комплекс, называемый гемом, или Fе-протопорфирином IX (рис. 6), который аксиально связан с белком посредством координационного взаимодействия октаэдрического Fе(Н)-центра с атомом азота из ближайшего гистидинового остатка белка. Именно способность центра железа обратимо связывать О2 и является ключом к этой жизненно необходимой биологической системе.

Рис. 6. Структура гема

Роль гем-центра в гемоглобине состоит не только в обеспечении обратимости связывания О2, но и в том, что его комплексообразование и выделение происходят быстро и при определенных концентрациях. Эти концентрации, или парциальные давления, должны соответственно быть равны концентрациям, найденным в легких и во внутриклеточной среде. Более того, связывание О2 должно происходить селективно по отношению к остальным компонентам атмосферы, таким, например, как вода, N2, СО2, и такому великолепному для Fе(П) лиганду, как СО. Таким образом, гемоглобин превосходный пример функционального и селективного супрамолекулярного рецептора.

Гемоглобин связывает четыре молекулы кислорода на тетрамер, то есть по одной на гем в каждой субъединице. Способность гемоглобина связывать кислород зависит от того, содержатся ли в данном тетрамере другие молекулы кислорода. Если содержатся, то следующие молекулы кислорода присоединяются легче. Например, последняя (четвертая) молекула кислорода связывается с гемом в 500 раз быстрее, чем первая.

Хорошо известно, что такие газы, как СО, или легко адсорбирующиеся соли, например CN-, крайне токсичны. Это происходит из-за их необратимого связывания с Fe в гемоглобине, что препятствует переносу кислорода и вызывает удушье.