Почему эритроциты поддерживают железо в группе гема в степени окисления +2 (железо)?

В. «Какие проблемы (если они есть) возникают, когда железо окисляется?»

A. Гемоглобин будет преобразован в метгемоглобин, который не может связывать кислород.

Цитата из статьи о метгемоглобине в Википедии:

Метгемоглобин (англ. methaemoglobin) (произносится как «мет-гемоглобин») представляет собой форму гемоглобина, несущего кислород металлопротеина, в котором железо в группе гема находится в состоянии Fe 3+ (железо), а не в ^{состоянии} Fe ²⁺ ( железа) нормального гемоглобина. Метгемоглобин не может связывать кислород, в отличие от оксигемоглобина. Он голубовато-шоколадно-коричневого цвета. В крови человека следовые количества метгемоглобина обычно вырабатываются спонтанно, но при его избытке кровь становится аномально темно-синевато-коричневой. NADH-зависимый фермент метгемоглобинредуктаза (диафораза I) отвечает за превращение метгемоглобина обратно в гемоглобин.

Также задается вопрос:

«…чем выше степень окисления катиона, тем выше его поляризующая способность… следовательно, связь прочнее. Стало быть, железо в железистой форме не сможет лучше связываться с кислородом…»

который может быть преобразован в:

«Почему метгемоглобин не может связывать кислород?»

Ответ довольно сложен с химической точки зрения, но одна вещь, которую вы должны знать, это то, что в гемоглобине (и миоглобине) кислород Fe(II) является пятикоординированным (как показано на диаграмме ниже, где Fe выделено черным цветом) и связывает кислород в шестая позиция (справа).

Проще говоря, электронное изменение при окислении до Fe(III) вызывает изменение геометрии кармана гема, так что кислород больше не может связываться (хотя теперь может вода). Эта страница раскрывает суть вопроса, не давая полного химического ответа.

Сноска: Fe(II) или Fe ²⁺ ?

Некоторым читателям может быть интересно, почему я обозначил железосодержащее состояние Fe в геме как Fe(II), а не Fe2 ⁺ (которое используется в статье Википедии). Это сделано для того, чтобы не подразумевать, что гем-группы в гемоглобине и миоглобине имеют общий заряд 2+. Изучение структуры гема (выше) покажет, что образование двух ковалентных связей с атомами азота имидазола оставило гем с нулевым суммарным зарядом.

какие проблемы (если есть) возникают при окислении железа: Ничего.

Это часть работы по переносу :) Гемоглобин из эритроцитов отвечает за перенос кислорода через ваши кровеносные сосуды по всему телу, а молекулы кислорода присоединяют гем (Fe) группу белка гемоглобина. На самом деле особая физическая форма этой молекулы железа (Fe2+) позволяет ей переносить молекулы кислорода. Когда молекула кислорода связывается с гемоглобином, она временно переходит в трехвалентную форму (Fe3+). Поэтому, когда гемоглобин окисляется до трехвалентной формы, кислороду не остается места для связи.

Проще говоря: гемоглобин является переносчиком кислорода в организме. Кислород связывается с железом в двухвалентном состоянии в молекуле гемоглобина. Гемоглобин поглощает О2 из легких и транспортирует его к периферическим тканям для их дыхательных нужд.

Верно, что по правилам химической связи кислород образует более прочную связь с железом, чем с железом. И это, безусловно, было бы желательно, если бы мы учитывали только поглощение кислорода. Кислород, загруженный гемоглобином, также должен быть выгружен в тканях для их использования, что было бы затруднительно с трехвалентным железом. Следовательно, оксигемоглогин (Hb[Fe2+]+O2) переносит кислород, в то время как метгемоглобин, окисленный гемоглобин, этого не делает. Нехорошо для нашего организма иметь его выше обычного уровня, т.е. 1% от общего гемоглобина. И эритроциты (эритроциты) имеют механизмы, регулирующие то же самое. Надеюсь это поможет.

Потому что эритроциты содержат определенные ферменты, которые предотвращают окисление железа до железа. Другая причина заключается в том, что железо способно связывать только кислород, а не трехвалентное железо. Вот почему железо присутствует в форме железа, а не в трехвалентной форме.