Hemoglobinin (Hb) anlaşılır bir şekilde konuşabilmesi için, önce hemoglobine çok benzeyen fakat daha basit olan miyoglobiyle (Mb) başa çıkmak yararlıdır. Hemoglobin ve miyoglobin arasında sıkı akrabalık ilişkileri vardır: her ikisi de konjuge proteinlerdir ve prostetik grupları (protein olmayan kısım) heme grubudur.
Miyoglobin, yaklaşık yüz elli amino asitten oluşan tek bir zincirden (organizmaya bağlı olarak) oluşan küresel bir proteindir ve molekül ağırlığı yaklaşık 18 Kd'dir.
Belirtildiği gibi, lifli proteinlerin a-sarmal yapılarına bağlı katlardan oluşan proteinin hidrofobik (veya lipofilik) bir kısmına yerleştirilen bir heme grubuna sahiptir.
Miyoglobin, temelde sekizde bulunan a-helis segmentlerinden oluşur ve hemen hemen sadece polar olmayan tortulardan (lösin, valin, metiyonin ve fenilalanin) oluşur; kutupsal tortular ise pratik olarak yoktur (aspartik asit, glutamik asit, lisin ve arginin); sadece kutupsal kalıntılar, oksijenin hem grubuna saldırısında temel bir rol oynayan iki histidindir.
Hem grubu, bir kromofor grubudur (görünürde emilir) ve fonksiyonel myoglobinin grubudur.
Ayrıca bakınız: glise edilmiş hemoglobin - idrarda hemoglobin
Biraz kimya
Protoporfirin ile demir arasındaki bağlantı, merkezi bir atomun (veya iyonun) oksidasyon numarasından daha büyük bir sayıdaki diğer kimyasal türlerle bağlantılar oluşturduğu kimyasal bileşikler olan koordinasyon bileşiklerinin tipik bir bağıdır. Hem durumunda, bu tahviller tersinir ve zayıftır.
Ütünün koordinasyon sayısı (koordinasyon bağlarının sayısı) altıdır: demirin çevresinde bağ elektronlarını paylaşan altı molekül olabilir.
Bir koordinasyon bileşiği oluşturmak için doğru oryantasyonlu iki yörünge alır: biri elektronları “satın alabilir” diğeri ise onları bağışlayabilir
Hem demir, proto-porfirin halkasının merkezinde bulunan dört azot atomuyla dört düzlemsel bağ ve proksimal histidinin bir azotuyla beşinci bir bağ oluşturur; demir altıncı serbest koordinasyon bağlantısına sahiptir ve oksijene bağlanabilir.
Demir serbest bir iyon biçimindeyse, d- tipi orbitallerinin tümü aynı enerjiye sahiptir; miyoglobinde, demir iyonu protoporfirin ve histidine bağlanır: bu türler demir orbitalini manyetik olarak bozar; bozulma derecesi, mekânsal yönelimlerine ve rahatsız edici türlerin boyutuna bağlı olarak çeşitli yörüngede d için farklı olacaktır. Yörüngelerin toplam enerjisinin sabit olması gerektiğinden, bozulma çeşitli yörüngeler arasında enerji ayrılmasına neden olur: bazı yörüngeler tarafından elde edilen enerji, diğerleri tarafından kaybedilen enerjiye eşittir.
Yörüngeler arasında meydana gelen ayrılma çok büyük değilse, elektronik bir yüksek sıkma düzenlemesi tercih edilir: bağlanma elektronları, birkaç olası alt seviyede paralel sıkma düzenlemeye çalışır (maksimum çokluk); Öte yandan, bozulma çok güçlüyse ve orbitaller arasında büyük bir ayrım varsa, bağlayıcı elektronları düşük enerji orbitallerinde (düşük sıkma) eşleştirmek daha uygun olabilir.
Demir oksijene bağlandığında, molekül düşük sıkma düzenini alır, oysa demir serbest koordinasyonun altıncı bağına sahip olduğunda, molekül yüksek sıkma yapar.
Spindeki bu fark sayesinde, miyoglobinin spektral analizi yoluyla, oksijenin bağlı olup olmadığını (MbO2) anlayabiliyoruz (Mb).
Miyoglobin, kaslara özgü bir proteindir (ancak yalnızca kaslarda bulunmaz).
Miyoglobin, içinde bol miktarda bulunan sperm balinasından çıkarılır ve daha sonra saflaştırılır.
Cetaceanlar insana benzer bir solumaya sahiptir: akciğerlere sahip olmak solunum işleminde havayı emmek zorundadır; sperm balinası, içinde bulunan miyoglobine bağlayarak oksijen biriktirebilen kaslara mümkün olduğunca fazla oksijen getirmelidir; oksijen, cetacean suya daldırıldığında yavaşça salınır, çünkü metabolizması oksijen gerektirir: sperm balinasının emebildiği oksijen miktarı arttıkça, dalış sırasında mevcut olan oksijen artar.
Kırmızı etin az veya çok olması, hemoproteinlerin içeriğidir (eti kırmızı yapan şeydir).
Hemoglobin, miyoglobin ile birçok yapısal analojiye sahiptir ve moleküler oksijeni geri dönüşümlü bir şekilde bağlayabilir; Ancak, miyoglobin genel olarak kas ve periferik dokularla sınırlı kalırken, hemoglobin, kanın% 40'ını oluşturan eritrositlerde veya kırmızı kan hücrelerinde (yalancı hücreler, yani gerçek hücreler değildir) bulunur.
Hemoglobin bir tetrametredir, yani her biri bir heme grubuna sahip olan ve ikişer ikişer ikişer iki polipeptit zincirinden oluşur (bir insanda iki alfa zinciri ve iki beta zinciri vardır).
Hemoglobinin ana işlevi oksijenin taşınmasıdır ; Hemoglobinin dahil olduğu kanın bir başka işlevi de maddelerin dokulara taşınmasıdır.
Akciğerlerden (oksijen bakımından zengin) dokulara giden yolda, hemoglobin oksijen taşır (aynı zamanda diğer maddeler de dokulara ulaşır), tersine yolda ise dokulardan toplanan atıkları, özellikle metabolizmada üretilen karbon dioksiti getirir.
Bir insanın gelişiminde, yalnızca belirli bir süre için ifade edilen genler vardır; bu nedenle farklı hemoglobinlerimiz var: yetişkin erkeğin fetal, embriyonik.
Bu farklı hemoglobinleri oluşturan zincirler farklı yapılara sahiptir, ancak benzerleriyle aslında gerçekleştirdikleri işlevler aşağı yukarı aynıdır.
Birkaç farklı zincirin varlığının bir açıklaması şu şekildedir: organizmaların evrimsel süreci boyunca hemoglobin de gelişmiştir, bu da yetersiz alanlarda zengin bölgelerden oksijen taşınması konusunda uzmanlaşmıştır. Evrimsel zincirin başlangıcında, hemoglobin oksijeni küçük organizmalara taşıdı; evrim sırasında organizmalar daha büyük boyutlara ulaşmış, bu nedenle hemoglobin, zengin olduğu noktadan daha uzak alanlarda oksijeni taşıyabilecek şekilde değişmiştir; Bunu yapmak için, hemoglobini oluşturan zincirlerin yeni yapıları, evrimsel süreç boyunca kodlanmıştır.
Miyoglobin en düşük basınçlarda bile oksijene bağlanır; Periferik dokularda yaklaşık 30 mmHg'lık bir basınç (PO2) vardır: bu basınçtaki miyoglobin oksijeni salmaz, bu yüzden bir oksijen taşıyıcı olarak etkisiz olur. Öte yandan, hemoglobin daha elastik bir davranış sergiler: yüksek basınçlarda oksijene bağlanır ve basınç düştüğünde serbest bırakır.
Bir protein fonksiyonel olarak aktif olduğunda, şeklini biraz değiştirebilir; örneğin, oksijenli miyoglobin, oksijenli olmayan miyoglobinden farklı bir biçime sahiptir ve bu mutasyon komşuları etkilemez.
Söylem, hemoglobin gibi ilişkili proteinler söz konusu olduğunda farklıdır: bir zincir oksijenlendiğinde şeklini değiştirmeye neden olur, ancak bu değişiklik üç boyutludur ve dolayısıyla tetrametrenin diğer zincirleri de etkilenir. Zincirlerin karşılıklı olarak birbirine bağlı olması, birinin modifikasyonunun farklı komşularda olsa bile diğer komşuları etkilediğini düşündürür; Bir zincir oksijenlendiğinde, tetrametrenin diğer zincirleri oksijene karşı "daha az düşmanca bir tavır" alır: bir zincirin oksijenlenmesinin zorluğu zincirler buna yakın oksijenatlandığında azalır. Aynı konuşma deoksijenasyon için de geçerlidir.
Deokshemoglobinin dördüncül yapısı T (tesa) biçimini alırken, oksihemoglobinin biçimini R (serbest bırakılmış) olarak adlandırır; gergin durumda, deoksimohemoglobinin katı bir yapısına yol açan amino asitler ve bazik amino asitler arasında oldukça güçlü bir elektrostatik etkileşimler vardır (bu nedenle "gerilme biçimi"), buna karşın oksijen bağlandığında, bunların büyüklüğü etkileşimler azalır (bu yüzden "serbest bırakılmış form"). Ayrıca, oksijen yokluğunda, histidin yükü (yapıya bakınız), aspartik asidin zıt yükü ile stabilize edilirken, oksijenin varlığında, proteinin bir protonu kaybetme eğilimi vardır; Bütün bunlar, oksijenli hemoglobinin, deoksijenli hemoglobinden daha güçlü bir asit olduğu anlamına gelir: bohr etkisi .
PH'a bağlı olarak, heme grubu oksijene daha fazla veya daha az kolayca bağlanır: asidik bir ortamda, hemoglobin oksijeni daha kolay serbest bırakır (gergin form sabittir), ancak bazik bir ortamda oksijenle bağ güçlü.
Her bir hemoglobin, gelen oksijenin molü başına 0.7 proton salgılar (O2).
Bohr etkisi, hemoglobinin oksijen taşıma kabiliyetini geliştirmesini sağlar.
Akciğerlerden dokulara giden yolculuğu yapan hemoglobin, basınç, pH ve sıcaklığa göre kendini dengelemelidir.
Sıcaklığın etkisini görelim.
Pulmoner alveollerde sıcaklık dış sıcaklıktan yaklaşık 1-1.5 ° C, kaslarda sıcaklık yaklaşık 36.5-37 ° C'dir; sıcaklık arttıkça, doyma faktörü azalır (aynı basınçta): bunun nedeni kinetik enerjiyi arttırması ve ayrışmanın desteklenmesidir.
Hemoglobinin oksijene bağlanma kabiliyetini etkileyebilecek başka faktörler de vardır, bunlardan biri 2, 3 bifosfogliserat konsantrasyonudur .
2, 3 bifosfogliserat, eritrositlerde 4-5 mM konsantrasyonda mevcut olan bir metaboliktir (vücudun başka hiçbir yerinde böyle yüksek bir konsantrasyonda mevcut değildir).
Fizyolojik pH'da 2, 3 bifosfogliserat deprotonattır ve üzerinde beş negatif yük vardır; bu hemoglobinin iki beta zinciri arasına sıkıştırılmıştır, çünkü bu zincirler yüksek konsantrasyonlarda pozitif yüke sahiptir. Beta zincirleri ve 2, 3 bifosfogliserat arasındaki elektrostatik etkileşimler, sisteme belirli bir sertlik kazandırır: oksijen için çok az afiniteye sahip gerilmiş bir yapı elde edilir; Oksijenasyon sırasında, sonra 2, 3 bifosfogliserat atılır.
Eritrositlerde, 1, 3 bifosfogliseratı (metabolizma tarafından üretilen) 2, 3 bifosfogliserat'a dönüştüren, böylece 4-5 mM'lik bir konsantrasyona ulaşması ve bu nedenle hemoglobinin değiş tokuş edebilmesi için özel bir cihaz vardır. dokulardaki oksijen.
Bir dokuya gelen hemoglobin salınan haldedir (oksijene bağlı), ancak dokuya yakındır, karboksilatlanır ve gergin bir duruma geçer: bu durumdaki protein, oksijene bağlanmaya daha az eğilimlidir, salınan duruma kıyasla, bu nedenle hemoglobin dokuya oksijen salgılar; ayrıca, su ve karbondioksit arasındaki reaksiyonla, H + iyonları üretilir, daha sonra bohr etkisi için daha fazla oksijen üretilir.
Karbondioksit, plazma zarından geçen eritrositte yayılır; eritrositler kanın yaklaşık% 40'ını oluşturduğundan, dokulardan yayılan karbon dioksitin sadece% 40'ının kendilerine girmesini beklemeliyiz, aslında karbondioksitin% 90'ı eritrositlere girer, çünkü dönüştüren bir enzim içerirler. karbonik asitte karbondioksit, eritrositlerdeki sabit karbon dioksit konsantrasyonunun düşük olması ve dolayısıyla giriş hızının yüksek olması ile sonuçlanır.
Bir eritrosit bir dokuya ulaştığında meydana gelen başka bir fenomen şudur: gradyan ile HCO3- (karbondioksitin türevi) eritrositten çıkar ve negatif yükün çıktısını dengelemek için, ozmotik basınçta bir artışa neden olan klorür girişi: bu varyasyonu telafi etmek için eritrositin (HAMBURGER etkisi) şişmesine neden olan su da eklenir. Ters fenomen, eritrosit, pulmoner alveollere ulaştığında meydana gelir: eritrositlerin bir deflasyonu vardır (HALDANE etkisi). Bu nedenle venöz eritrositler (akciğerlere yönelik) arteriyel olanlardan daha yuvarlaktır.
