Aby móc w zrozumiały sposób mówić o „hemoglobina (Hb), warto zadbać o pierwszy mioglobina (Mb) która jest bardzo podobna do hemoglobiny, ale jest znacznie prostsza.Pomiędzy hemoglobiną a mioglobiną istnieją bliskie pokrewieństwa: oba są białkami sprzężonymi, a ich grupa protetyczna (część niebiałkowa) jest grupą heme.
Mioglobina to kuliste białko składające się z jednego łańcucha składającego się z około stu pięćdziesięciu aminokwasów (zależy od organizmu) i jego masa cząsteczkowa wynosi około 18 Kd.
Jak wspomniano, jest on wyposażony w grupę hemową, która jest wstawiona w hydrofobową (lub lipofilową) część białka, składającą się z pofałdowań, które można przypisać strukturom α-helisy białek włóknistych.
Mioglobina składa się głównie z segmentów α-helis, występujących w liczbie ośmiu i składa się prawie wyłącznie z reszt niepolarnych (leucyna, walina, metionina i fenyloalanina), podczas gdy reszty polarne są praktycznie nieobecne (kwas asparaginowy, kwas glutaminowy, lizyna). i arginina); jedynymi polarnymi resztami są dwie histydyny, które odgrywają zasadniczą rolę w przyłączaniu tlenu do grupy hemowej.
Grupa hemowa jest grupą chromoforową (absorbuje w widocznym) i jest grupą funkcyjną mioglobiny.
Zobacz także: hemoglobina glikowana - hemoglobina w moczu
Trochę chemii
Wiązanie między protoporfiryną a żelazem jest typowym wiązaniem związków koordynacyjnych, które są związkami chemicznymi, w których centralny atom (lub jon) tworzy wiązania z innymi indywiduami chemicznymi w liczbie większej niż jego stopień utlenienia (ładunek elektryczny). W przypadku hemu wiązania te są odwracalne i słabe.
Liczba koordynacyjna (liczba wiązań koordynacyjnych) żelaza wynosi sześć: wokół żelaza może znajdować się sześć cząsteczek dzielących elektrony wiążące.
Aby utworzyć związek koordynacyjny, potrzeba dwóch orbitali o prawidłowej orientacji: jednego zdolnego do „przyjmowania” elektronów, a drugiego zdolnego do ich oddania.
W hemie żelazo tworzy cztery płaskie wiązania z czterema atomami azotu w centrum pierścienia protoporfiryny i piątym wiązaniem z proksymalnym azotem histydynowym; żelazo ma szóste wolne wiązanie koordynacyjne i może wiązać się z tlenem.
Gdy żelazo występuje w postaci wolnego jonu, jego typ orbitali D wszyscy mają tę samą energię; w mioglobinie jon żelaza jest związany z protoporfiryną i histydyną: te gatunki magnetycznie zaburzają oczodoły D trochę żelaza; zakres perturbacji będzie różny dla różnych orbitali D w zależności od ich orientacji przestrzennej i przeszkadzających gatunków. Ponieważ całkowita energia orbitali musi być stała, zaburzenie powoduje energetyczną separację między różnymi orbitalami: energia nabyta przez niektóre orbitale jest równoważna energii traconej przez inne.
Jeśli separacja, która występuje między orbitalami, nie jest bardzo duża, preferowany jest układ elektronów o wysokim spinie: wiążące elektrony próbują ustawić się w równoległych spinach na tak wielu podpoziomach, jak to możliwe (maksymalna krotność); z drugiej strony, jeśli perturbacja jest bardzo silna i istnieje duża odległość między orbitalami, wygodniejsze może być sparowanie elektronów wiązania w orbitalach o niższej energii (niski spin).
Kiedy żelazo wiąże się z tlenem, cząsteczka przyjmuje układ o niskim spinie, podczas gdy gdy żelazo ma wolne szóste wiązanie koordynacyjne, cząsteczka ma układ o wysokim spinie.
Dzięki tej różnicy spinów, poprzez analizę spektralną mioglobiny, jesteśmy w stanie zrozumieć, czy tlen (MbO2) jest z nią związany, czy nie (Mb).
Mioglobina jest typowym białkiem mięśniowym (ale nie występuje tylko w mięśniach).
Mioglobina jest ekstrahowana z kaszalota, w którym występuje w dużych ilościach, a następnie jest oczyszczana.
Walenie oddychają podobnie jak ludzie: mając płuca, muszą wchłaniać powietrze przez proces oddechowy; Kaszalot musi dostarczyć jak najwięcej tlenu do mięśni, które są w stanie gromadzić tlen, wiążąc go z obecną w nich mioglobiną; tlen jest następnie uwalniany powoli, gdy waleni jest zanurzony, ponieważ jego metabolizm wymaga tlenu: im większa ilość tlenu, który kaszalot jest w stanie wchłonąć i tym więcej tlenu jest dostępne podczas nurkowania.
Mioglybina wiąże tlen w sposób odwracalny i występuje w tkankach obwodowych w tym większym procencie, im bardziej tkanka jest przyzwyczajona do pracy z odległymi w czasie dostawami tlenu.
<--- Mioglobina jest białkiem obecnym w mięśniach, które pełni dokładnie funkcję „zbiornika tlenu”.
To, co sprawia, że mięso jest mniej lub bardziej czerwone, to zawartość hemoprotein (to hem sprawia, że mięso jest czerwone).
Hemoglobina ma wiele podobieństw strukturalnych do mioglobiny i jest zdolna do wiązania tlenu cząsteczkowego w sposób odwracalny; ale podczas gdy mioglobina jest ogólnie ograniczona do mięśni i tkanek obwodowych, hemoglobina znajduje się w erytrocytach lub czerwonych krwinkach (są to pseudokomórki, to znaczy nie są prawdziwymi komórkami), które stanowią 40% krwi.
W przeciwieństwie do mioglobiny praca hemoglobiny polega na pobieraniu tlenu z płuc, uwalnianiu go do komórek tam, gdzie jest potrzebny, pobieraniu dwutlenku węgla i uwalnianiu go do płuc, gdzie cykl zaczyna się od nowa.
L"hemoglobina jest to tetrametr, to znaczy składa się z czterech łańcuchów polipeptydowych, każdy z grupą hemową i identycznych dwa na dwa (u człowieka są dwa łańcuchy alfa i dwa łańcuchy beta).
Główną funkcją hemoglobiny jest transport tlenu, inną funkcją krwi, w której uczestniczy hemoglobina, jest transport substancji do tkanek.
W drodze z płuc (bogatego w tlen) do tkanek hemoglobina przenosi tlen (w tym samym czasie inne substancje docierają do tkanek), natomiast w odwrotnej drodze niesie ze sobą odpady gromadzone przez tkanki, zwłaszcza węgiel dwutlenek wytwarzany w metabolizmie.
W rozwoju człowieka istnieją geny, które ulegają ekspresji tylko przez pewien czas; z tego powodu istnieją różne hemoglobiny: płodowa, embrionalna, dorosłego człowieka.
Łańcuchy tworzące te różne hemoglobiny mają różne struktury, ale z pewnymi podobieństwami w rzeczywistości ich funkcja jest mniej więcej taka sama.
Wyjaśnienie obecności kilku różnych łańcuchów jest następujące: w trakcie procesu ewolucyjnego organizmów wyewoluowała nawet hemoglobina specjalizująca się w transporcie tlenu z obszarów w niego bogatych do obszarów ubogich. łańcucha ewolucyjnego l" hemoglobina transportowała tlen w małych organizmach; w trakcie ewolucji organizmy osiągnęły większe rozmiary, dlatego hemoglobina została zmodyfikowana tak, aby mogła transportować tlen do obszarów dalej od miejsca, w którym była w niego bogata; W tym celu zostały zakodowane, w trakcie procesu ewolucyjnego, nowe struktury łańcuchów tworzących hemoglobinę.
Mioglobina wiąże tlen nawet przy umiarkowanych ciśnieniach, w tkankach obwodowych panuje ciśnienie (PO2) około 30 mmHg: mioglobina przy tym ciśnieniu nie uwalnia tlenu, więc byłaby nieskuteczna jako nośnik tlenu. , ma bardziej elastyczne zachowanie: wiąże tlen pod wysokim ciśnieniem i uwalnia go, gdy ciśnienie spada.
Gdy białko jest funkcjonalnie aktywne, może nieco zmienić swój kształt, np. natleniona mioglobina ma inny kształt niż nienatleniona mioglobina i ta mutacja nie wpływa na sąsiadów.
Inaczej sytuacja wygląda w przypadku białek asocjowanych, takich jak hemoglobina: gdy łańcuch natlenia się, indukuje się jego zmianę kształtu, ale ta modyfikacja jest trójwymiarowa, więc wpływa to również na inne łańcuchy tetrametru. , sugeruje, że modyfikacja jednego wpływa na innych sąsiadów, nawet jeśli w różnym stopniu; gdy łańcuch utlenia się, inne łańcuchy tetrametru przyjmują „mniej wrogi stosunek” do tlenu: trudność, z jaką łańcuch jest natlenianie zmniejsza się, gdy łańcuchy znajdujące się w jego pobliżu z kolei natleniają się. To samo dotyczy odtleniania.
Czwartorzędowa struktura dezoksyhemoglobiny nazywana jest formą T (napiętą), podczas gdy oksyhemoglobiny nazywana jest formą R (uwolnioną); w stanie napiętym istnieje szereg dość silnych oddziaływań elektrostatycznych między aminokwasami kwasowymi i zasadowymi, które prowadzą do sztywnej struktury dezoksyhemoglobiny (stąd „forma napięta”), podczas gdy gdy tlen jest połączony, istota tych interakcje maleją (stąd „forma uwolniona”). Ponadto pod nieobecność tlenu ładunek histydyny (patrz struktura) jest stabilizowany przez przeciwny ładunek kwasu asparaginowego, podczas gdy w obecności tlenu występuje tendencja ze strony białka do utraty protonu; wszystko to polega na tym, że hemoglobina natleniona jest silniejszym kwasem niż hemoglobina odtleniona: efekt Bohra.
W zależności od pH grupa hemowa wiąże się z tlenem mniej lub bardziej łatwo: w środowisku kwaśnym hemoglobina łatwiej uwalnia tlen (forma napięta jest stabilna), natomiast w środowisku zasadowym wiązanie z tlenem jest trudniejsze.
Każda hemoglobina uwalnia 0,7 protonów na mol tlenu (O2) wchodzącego.
Efekt Bohra pozwala hemoglobinie poprawić jej zdolność do przenoszenia tlenu.
Hemoglobina, która przemieszcza się z płuc do tkanek, musi się równoważyć w zależności od ciśnienia, pH i temperatury.
Zobaczmy wpływ temperatury.
Temperatura w pęcherzykach płucnych jest o około 1-1,5 °C niższa od temperatury zewnętrznej, natomiast w mięśniach temperatura wynosi około 36,5-37°C; wraz ze wzrostem temperatury współczynnik nasycenia spada (przy tym samym ciśnieniu): dzieje się tak, ponieważ wzrasta energia kinetyczna i faworyzowana jest dysocjacja.
Istnieją inne czynniki, które mogą wpływać na zdolność hemoglobiny do wiązania się z tlenem, jednym z nich jest stężenie 2,3 bisfosfoglicerynianu.
2,3 bisfosfoglicerynian jest związkiem metabolicznym obecnym w erytrocytach w stężeniu 4-5 mM (w żadnej innej części organizmu nie występuje w tak wysokim stężeniu).
W fizjologicznym pH 2,3 bisfosfoglicerynian ulega deprotonacji i ma na sobie pięć ładunków ujemnych; jest zaklinowany między dwoma łańcuchami beta hemoglobiny, ponieważ łańcuchy te mają wysokie stężenie ładunków dodatnich. Oddziaływania elektrostatyczne między łańcuchami beta i 2,3 bisfosfoglicerynianem nadają układowi pewną sztywność: uzyskuje się napiętą strukturę, która ma niewielkie powinowactwo do tlenu, podczas natleniania 2,3 bisfosfoglicerynian jest następnie wydalany.
W erytrocytach c” znajduje się specjalny aparat, który przekształca 1,3 bisfosfoglicerynian (wytwarzany przez metabolizm) w 2,3 bisfosfoglicerynian, dzięki czemu osiąga on stężenie 4-5 mM, dzięki czemu hemoglobina jest w stanie wymienić „tlen w tkankach”.
Hemoglobina docierająca do tkanki jest w stanie uwolnionym (związana z tlenem), ale w sąsiedztwie tkanki ulega karboksylacji i przechodzi w stan napięty: białko w tym stanie ma mniejszą tendencję do wiązania się z tlenem, do stanu uwolnionego, dlatego hemoglobina uwalnia tlen do tkanki; ponadto w wyniku reakcji między wodą a dwutlenkiem węgla powstaje produkcja jonów H +, a zatem dalszy tlen z powodu efektu Bohra.
Dwutlenek węgla dyfunduje do erytrocytów przechodząc przez błonę plazmatyczną; ponieważ erytrocyty stanowią około 40% krwi, powinniśmy oczekiwać, że tylko 40% dwutlenku węgla, który dyfunduje z tkanek, dostaje się do nich, w rzeczywistości 90% dwutlenku węgla dostaje się do erytrocytów, ponieważ zawierają one enzym, który przekształca dwutlenek węgla w kwasie węglowym wynika, że stacjonarne stężenie dwutlenku węgla w erytrocytach jest niskie, a zatem szybkość wnikania jest wysoka.
Innym zjawiskiem, które występuje, gdy erytrocyt dociera do tkanki, jest następujące: przez gradient „HCO3- (pochodna dwutlenku węgla) opuszcza” erytrocyt i, aby zrównoważyć wyjście ładunku ujemnego, mamy „wejście chlorków, które determinuje wzrost ciśnienia osmotycznego: aby zrównoważyć tę zmienność, dochodzi również do wnikania wody, która powoduje obrzęk erytrocytów (efekt HAMBURGERA) Odwrotne zjawisko występuje, gdy erytrocyt dociera do pęcherzyków płucnych: deflacja erytrocytów (efekt HALDANE) W związku z tym erytrocyty żylne (skierowane do płuc) są bardziej okrągłe niż erytrocyty tętnicze.
.jpg)
