5.8. Скорость образования волокон в высокой степени зависит от концентрации дезоксигемоглобина S

Кинетика образования волокон дезоксигемоглобина имеет большое значение, поскольку именно от нее зависит, успеет ли эритроцит приобрести серповидную форму за то время, когда он проходит через капилляры, т.е. примерно за 1 с. Наиболее важным фактором при этом является концентрация дезоксигемоглобина это было показано в опытах in vitro, в которых был использован тот факт, что растворимость дезоксигемоглобина при низких температурах значительно выше, чем при высоких. Полимеризацию дезоксигемоглобина вызывали, быстро повышая температуру раствора от 4 до Об образовании волокон судили по изменению физических свойств раствора, а именно светорассеяния. При достаточно низкой концентрации гемоглобина образование волокон происходит с задержкой на много минут (рис. 5.13). Время задержки зависит от концентрации с (точнее от термодинамической активности) дезоксигемоглобина в соответствии с уравнением

где растворимость гемоглобина при равновесии, к - константа, зависящая от условий среды, -показатель степени. Полученное экспериментальным путем значение оказалось поразительно большим числом - около 10. Другими словами, скорость образования волокон пропорциональна 10-й

Рис. 5.11. Электронная микрофотография негативно окрашенного волокна дезоксигемоглобина S. [Dykes G., Crepeau R. Н., Edelstein S. J., Nature, 272, 509 (1978)

степени активности гемоглобина Следовательно, формирование волокон представляет собой высокосогласованный процесс. Изучение кинетики этого процесса показало, что фазой, лимитирующей скорость образования волокон, является образование центра агрегации (нуклеация), После возникновения конгломерата критического размера (примерно из 10 молекул дезоксигемоглобина дальнейший рост волокна происходит очень быстро (рис. 5.14), Указанный размер агрегата соответствует, по-видимому, большей части одного витка спирали из 14 нитей (рис. 5.12). Эти данные имеют большое клиническое значение. Они показывают, что кинетические, а также термодинамические факторы играют важную роль в формировании серповидных эритроцитов. Даже при высоком содержании дезоксигемоглобина эритроциты не приобретут серповидной формы, если время их прохождения от капилляров тканей к альвеолам легких, где происходит оксигенация, короче, чем лаг-период процесса волокно-образования. Высокая степень зависимости скорости полимеризации от концентрации дезоксигемоглобина объясняет также, почему носительство признака серповидноклеточности протекает обычно бессимптомно. Дело в том, что концентрация дезоксигемоглобина в эритроцитах гетерозигот примерно в 2 раза ниже, чем в эритроцитах соответствующих гомозигот, а следовательно, скорость образования волокон должна быть примерно в 1000 раз медленнее

Рис. 5.12. Модель волокна дезоксигемоглобина построенного из 14 спирализованных нитей. А - продольный разрез, поперечный разрез. Каждый кружок соответствует тетрамеру гемоглобина S. [Dykes G., Crepeau R.H., Edelstein S.J., Nature, 272, 509 (1978).]

Рис. 5.13. Кинетика образования волокон дезоксигемоглобина S in vitro по данным измерения светорассеяния. Полимеризацию вызывали быстрым повышением температуры от 4 до Длительный лаг-период соответствует фазе агрегации (комплексообразованию).