Гемоглобин – высокомолекулярное белковое соединение, принадлежащее к группе хромопротеидов. Плотность его около 66 000 – 68 000. Хорошо растворяется в воде. При гидролизе без доступа воздуха распадается на белок глобин (96%) и на содержащий железо пигмент – гемм (4%). Содержание железа во всем гемоглобине организма человека равно около 2,5 грамм.
Гем в соединении с азотистыми телами дает окрашенные растворы — гемохромогены. Гемохромоген — соединение тема с денатурированным белком. Гемоглобин — соединение тема с иативным, неизмененным белком.
В составе гемоглобина одна молекула глобина соединена с четырьмя молекулами гема.
Изучение химии гемоглобина проводилось М. В. Ненцким с 1884 г.
Гемоглобин взрослого человека резко отличается от гемоглобина новорожденного и эмбриона. Гемоглобин эмбриона способен сильнее насыщаться кислородом и образовывать с ним более прочные соединения, чем гемоглобин взрослого. Большая способность гемоглобина новорожденного поглощать кислород имеет значение для роста организма.
В эритроцитах встречаются следующие соединения.
Восстановленный (редуцированный) гемоглобин (Hb). Обладает способностью легко соединяться с газами: кислородом, окисью углерода, окисью азота.
В составе гема гемоглобина — двухвалентное железо (закись). Он легко растворим в воде и нерастворим в спирте. Раствор вишнево-красного цвета, характерного для венозной крови.
Оксигемоглобин (HbO2) — непрочное, легко диссоциирующее соединение гемоглобина с кислородом. При отдаче кислорода вновь превращается в гемоглобин.
Кислород присоединяется к железу тема. В этой реакции железо остается двухвалентным (закись). Количество поглощенного кислорода зависит главным образом от концентрации кислорода в газовой смеси, от его напряжения или парциального давления, а также от температуры и реакции среды.
Легко растворяется в воде. Раствор ало-красного цвета, характерного для артериальной крови. Чем полнее насыщен гемоглобин кислородом, тем светлее окраска крови. Кристаллизуется гораздо легче гемоглобина. Кристаллы оксигемоглобина, полученные из крови разных животных, неодинаковой формы.
Карбоксигемоглобин (HbCO) образуется при угаре, отравлении окисью углерода. Представляет собой прочное, малодиссоциирующее соединение гемоглобина с окисью углерода — угарным газом.
Карбоксигемоглобин, как и гемоглобин, содержит тем с двухвалентным железом. Способность окиси углерода соединяться с гемоглобином в 250 раз больше, чем кислорода.
При содержании 16% кислорода и 0,1% СО во вдыхаемом воздухе 80% гемоглобина превращается в НbСО, а при содержании 1% СО — 95% гемоглобина. Если в крови 70% НЬСО, нормальное дыхание невозможно, и наступает смерть. Тяжелое отравление бывает при содержании во вдыхаемом воздухе 0,04% СО. Для вытеснения СО из НЬСО нужно вдыхать чистый кислород или воздух, обогащенный кислородом.
Диссоциация НЬСО происходит в 3 600 раз медленнее, чем диссоциация НЬO2. Соединение гемоглобина (НЬ) с окисью азота (NO) еще более стойкое. Спектр карбоксигемоглобина почти не отличается от спектра оксигемоглобина.
Метгемоглобин (НЬО) получается при отравлении бертолетовой солью, амилнитритом и другими веществами. Он образуется также при внутренних кровоизлияниях. В составе метгемоглобина содержится окисленное трехвалентное железо.
Метгемоглобин представляет собой прочное соединение гемоглобина с кислородом и поэтому его появление быстро приводит к смерти от удушья. Если при малом количестве метгемоглобина организм не погиб, то постепенно метгемоглобин восстанавливается и превращается в гемоглобин.
Содержание гемоглобина
В эритроцитах человека содержится около 32% гемоглобина и в цельной крови в среднем 13-14% (14 г. на 100 г. крови), у мужчин — 14, у женщин — 13%. Содержание гемоглобина в 100 см3 крови лошади 13,6%, крупного рогатого скота — 11%, свиньи — 11,6%.
Гемоглобин — исходный материал, из которого образуются все другие пигменты организма (пигменты кожи, желчи, мочи, Ы 4.1 И др.).
Мышечная работа средней тяжести увеличивает содержание гемоглобина в крови на 4-10%. Возврат к норме происходит через 1-2 часа по окончании работы. Нарушение питания уменьшает содержание гемоглобина.
Кислородная емкость гемоглобина и кривая диссоциации оксигемоглобина
Общее количество гемоглобина в организме характеризует максимальную кислородную емкость, т. е. способность к поглощению кислорода: 1 г гемоглобина при 0°С и давлении 101 080 Па поглощает 1,34 см3 кислорода. Так как кровь человека в среднем содержит 600 г гемоглобина, то при полном насыщении кислородом она может поглотить более 800 см3 кислорода.
В обычных физиологических условиях кислородная емкость артериальной крови у людей составляет около 20 объемных процентов (14 х 1,34).
Почти весь кислород переносится кровью в виде оксигемоглобина, и единственный фактор, ограничивающий поглощение кислорода, — это способность гемоглобина соединяться с кислородом. Следовательно, количество поглощенного кислорода зависит от содержания гемоглобина в крови. Количество О2, поглощаемого плазмой крови, зависит от барометрического давления: при 101,080 кПа в 100 см3 крови содержится в плазме 0,3 см3 О2, при 202,160 кПа — 4,3 см3 О2, а при 303,240 кПа — 6,6 см3 О2.
Количество связанного гемоглобином кислорода более чем в 60 раз превышает количество кислорода, который находится в крови в простом физическом растворе.
Степень насыщения гемоглобина кислородом зависит от парциального давления кислорода.
Насыщение крови кислородом при различных парциальных давлениях кислорода показано на кривой диссоциации оксигемоглобина. Оно называется оксигенацией.
Уже при небольшом парциальном давлении кислорода гемоглобин энергично поглощает кислород. Так, например, уже при давлении О2 1330 Па гемоглобин насыщен кислородом на 55%, а при парциальном давлении кислорода в альвеолярном воздухе 13 300 — 14 630 Па гемоглобин артериальной крови насыщается кислородом до 96%.