For at kunne tale grundigt om hæmoglobin (Hb) er det nyttigt at behandle mitoglobin (Mb) først, hvilket meget ligner hæmoglobin, men det er meget enklere. Der er strenge slægtskabsforhold mellem hæmoglobin og myoglobin: begge er konjugerede proteiner, og deres protetiske gruppe (ikke-proteindel) er hæmegruppen .
Myoglobin er et globulært protein bestående af en enkelt kæde på omkring hundrede og halvtreds aminosyrer (afhængigt af organismen), og dens molekylvægt er ca. 18 Kd.
Som nævnt er den forsynet med en hæmegruppe, som indsættes i en hydrofob (eller lipofil) del af proteinet, der består af foldninger, som kan henføres til a-helixstrukturerne af fibrøse proteiner.
Myoglobin består hovedsageligt af segmenter af a-helikser, som er til stede i antal otte og består næsten udelukkende af ikke-polære rester (leucin, valin, methionin og phenylalanin), mens polære rester er praktisk taget fraværende (asparaginsyre, glutaminsyre, lysin og arginin); de eneste polære rester er to histidiner, som spiller en fundamental rolle i angrebet af ilt til hæmegruppen.
Hemegruppen er en kromoforgruppe (absorberer i det synlige) og er den funktionelle gruppe af myoglobin.
Se også: Glyceret hæmoglobin - hæmoglobin i urinen
En lille kemi
Forbindelsen mellem protoporphyrin og jern er en typisk binding af de såkaldte koordinationsforbindelser, som er kemiske forbindelser, hvor et centralt atom (eller ion) danner bindinger med andre kemiske arter i antal højere end dets oxidationsnummer (elektrisk ladning). I tilfælde af hæm er disse obligationer reversible og svage.
Koderens koordinationsnummer (antal koordinationsobligationer) er seks: der kan være seks molekyler rundt om det jern, der deler bindingselektronerne.
For at danne en koordinationsforbindelse tager det to orbitaler med korrekt orientering: en i stand til at "købe" elektroner og den anden kan donere dem
I himlen danner jernet fire plane bindinger med de fire nitrogenatomer, der er i midten af proto-porphyrinringen og en femte binding med et proksimal histidin-nitrogen; jern har den sjette fri koordinationsforbindelse og kan binde til ilt.
Når jern er i form af en fri ion, har dens d- type orbitaler alle den samme energi; i myoglobin er jernion bundet til protoporphyrin og histidin: disse arter magnetisk forstyrrer orbitalerne af jern; omfanget af forstyrrelsen vil være forskellig for de forskellige orbitaler i henhold til deres rumlige orientering og forstyrrende arter. Da orbitalernes samlede energi skal vende tilbage til konstant, forårsager forstyrrelsen en energisk adskillelse mellem de forskellige orbitaler: Den energi, der er erhvervet af nogle orbitaler, svarer til den energi, der er tabt af de andre.
Hvis den adskillelse der forekommer mellem orbitalerne ikke er meget stor, foretrækkes et høj-spin elektronisk arrangement: bindingselektronerne forsøger at arrangere sig parallelle spins i flere mulige underniveauer (maksimal multiplicitet); hvis forstyrrelsen på den anden side er meget stærk, og der er en stor adskillelse mellem orbitalerne, kan det være mere hensigtsmæssigt at parre bindingselektronerne i de lavere energibytelser (lavt spin).
Når jern binder til ilt, anvender molekylet en lav spin disposition, mens når jern har den sjette fri koordinationsforbindelse, har molekylet et højt spin.
Takket være denne forskel i spin, gennem en spektral analyse af myoglobin, er vi i stand til at forstå, om der er bundet oxygen (MbO2) eller ej (Mb).
Myoglobin er et protein, der er typisk for musklerne (men findes ikke kun i musklerne).
Myoglobin ekstraheres fra sædhvalen, hvori den er til stede i store mængder og derefter renset.
Cetaceans har respiration som mennesker: at have lungerne, de skal optage luft gennem respirationsprocessen; spermhvalen skal have så meget ilt som muligt i musklerne, der er i stand til at akkumulere ilt ved at binde det til det myoglobin, der er til stede i dem; ilt frigives derefter langsomt, når hvalerne er nedsænket, fordi dets metabolisme kræver ilt: jo større mængden af ilt spermhvalen kan absorbere, og jo mere ilt er til rådighed under dykket.
For at gøre kødet mere eller mindre rødt er indholdet af hæmoproteiner (det er det hæm, der gør kødet rødt).
Hemoglobin har mange strukturelle analogier med myoglobin og er i stand til at binde molekylært oxygen reversibelt; Men mens myoglobin er begrænset til muskler og perifere væv generelt, findes hæmoglobin i erytrocytter eller røde blodlegemer (de er pseudo-celler, det vil sige de er ikke egentlige celler), der udgør 40% af blodet.
Hemoglobin er et tetrameter, det vil sige, det består af fire polypeptidkæder, hver med en hæmogruppe og to for to (i et menneske er der to alfa-kæder og to betakæder).
Hæmoglobins hovedfunktion er transport af ilt ; En anden funktion af blodet, hvor hæmoglobin er involveret, er transport af stoffer til væv.
På vejen fra lungerne (rige på ilt) til vævene bærer hæmoglobin ilt (samtidig kommer andre stoffer også til væv), mens det i den modsatte vej bærer det med det affald, der opsamles fra vævene, især kuldioxiden produceret i metabolismen.
I udviklingen af et menneske er der gener, som kun udtrykkes i en vis periode; Af denne grund har vi forskellige hæmoglobiner: foster, embryonale, af den voksne mand.
Kæderne, der udgør disse forskellige hæmoglobiner, har forskellige strukturer, men med ligheder er den funktion de udfører mere eller mindre ens.
En forklaring på tilstedeværelsen af flere forskellige kæder er som følger: Under den evolutionære proces af organismer har hæmoglobin også udviklet sig specialiseret i transport af ilt fra områder, der er rige på mangelfulde områder. I begyndelsen af den evolutionære kæde bragte hæmoglobinet oxygen i små organismer; i løbet af evolutionen har organismerne nået større dimensioner, hvorfor hæmoglobinet er ændret for at kunne transportere ilt til områder længere væk fra det punkt, at det var rig; for at gøre dette er nye strukturer af kæderne som udgør hæmoglobin kodificeret i løbet af den evolutionære proces.
Myoglobin binder oxygen selv ved beskedne tryk; I perifere væv er der et tryk (PO2) på ca. 30 mmHg: ved dette tryk frigiver myoglobin ikke oxygen, så det ville være ineffektivt som en oxygenbærer. Hemoglobin har på den anden side en mere elastisk adfærd: den binder ilt ved højt tryk og frigiver det, når trykket falder.
Når et protein er funktionelt aktivt, kan det lidt ændre sin form; for eksempel har oxygeneret myoglobin en anden form end ikke-oxygeneret myoglobin, og denne mutation påvirker ikke naboerne.
Diskursen er forskellig i tilfælde af associerede proteiner som hæmoglobin: Når en kæde er iltet, induceres den at ændre sin form, men denne modifikation er tredimensionel, derfor er også de andre kæder i tetrameteret påvirket. Den kendsgerning, at kæderne er forbundet med hinanden, fører til, at man tror, at modifikationen af en påvirker andre naboerne, selv om de i et andet omfang; Når en kæde er iltet, tager de andre kæder af tetrameteret en "mindre fjendtlig holdning" mod ilt: vanskeligheden med hvilken en kæde oxygenater falder, da kæderne ved siden af det oxygenerer sig selv. Det samme argument gælder for deoxygenering.
Den kvaternære struktur af deoxyhemoglobin kaldes T (spændt) form, mens den for oxyhemoglobin kaldes R- formularen (frigivet); i den strakte tilstand er der en række ret stærke elektrostatiske interaktioner mellem sure aminosyrer og basiske aminosyrer, der fører til en stiv struktur af deoxyhemoglobin (det er derfor den "spændte form"), hvorimod når ilt er bundet, er entiteten af disse interaktioner falder (det er derfor den "frigivne form"). Desuden stabiliseres histidinladningen (se struktur) i modsætning til oxygen, ved den modsatte ladning af asparaginsyre, mens der i nærvær af oxygen er en tendens til, at proteinet taber en proton; alt dette betyder, at oxygeneret hæmoglobin er en stærkere syre end deoxygenerede hæmoglobier: bohr effekt .
Afhængigt af pH, hæmmes hæmogruppen mere eller mindre let til ilt: I et surt miljø frigør hæmoglobinet ilt lettere (den spændte form er stabil), mens i et basisk miljø forbindelsen med ilt er stærkere.
Hvert hæmoglobin frigiver 0, 7 protoner pr. Indkommende mol oxygen (O2).
Bohr-effekten gør det muligt for hæmoglobin at forbedre sin evne til at bære ilt.
Den hæmoglobin, der gør rejsen fra lungerne til vævet, skal balancere sig i henhold til tryk, pH og temperatur.
Vi ser effekten af temperatur .
Temperaturen i lungealveoli er ca. 1-1, 5 ° C lavere end udetemperaturen, mens temperaturen i musklerne er ca. 36, 5-37 ° C; Efterhånden som temperaturen stiger, falder metningsfaktoren (med det samme tryk): Dette sker fordi kinetisk energi øges, og dissociation er favoriseret.
Der er andre faktorer, der kan påvirke hæmoglobins evne til at binde til ilt, hvoraf den ene er koncentrationen af 2, 3-bisphosphoglycerat .
2, 3-bisphosphoglycerat er et metabolisk middel til stede i erythrocytter i en koncentration på 4-5 mM (ingen anden del af kroppen er til stede i en sådan høj koncentration).
Ved fysiologisk pH deprotoneres 2, 3-bisphosphoglycerat og har fem negative afgifter på det; Det går til kile mellem de to beta kæder af hæmoglobin, fordi disse kæder har en høj koncentration af positive ladninger. De elektrostatiske interaktioner mellem betakæderne og bisfosfoglyceratkæderne giver en vis stivhed til systemet: der opnås en spændt struktur, som har ringe affinitet for ilt; under oxygenering udtages 2, 3 bisphosphoglycerat.
I erytrocytterne er der et specielt apparat, som omdanner 1, 3-bisphosphoglycerat (produceret ved metabolisme) til 2, 3-bisphosphoglycerat, så det når en koncentration på 4-5 mM, og derfor er hæmoglobin i stand til at udveksle l ilt i væv.
Hæmoglobinet, der kommer til et væv, er i frigivet tilstand (bundet til ilt), men i nærheden af vævet er det carboxyleret og passerer ind i en strakt tilstand: proteinet i denne tilstand har en lavere tendens til at binde med oxygen, i forhold til den frigivne tilstand frigiver hæmoglobinet ilt til vævet; Endvidere er der på grund af reaktionen mellem vand og carbondioxid produktion af H + ioner, derfor yderligere oxygen på grund af bohr-effekten.
Kuldioxid diffunderer i erytrocyten, der passerer gennem plasmamembranen; i betragtning af at erytrocytter udgør ca. 40% af blodet, bør vi forvente, at kun 40% af kuldioxiden, der diffunderer fra vævene, kommer ind i dem. I virkeligheden kommer 90% af kuldioxiden ind i de røde celler, fordi de indeholder et enzym, der konverterer kuldioxid i kulsyre følger det heraf, at den stationære koncentration af carbondioxid i erythrocytterne er lav, og derfor er indgangshastigheden høj.
Et andet fænomen, der opstår, når en erythrocyt når et væv, er følgende: Ved gradient kommer HCO3- (carbondioxidderivatet) ud af erytrocyten og for at afbalancere udgangen af en negativ ladning har vi indtræden af chlorider, som bestemmer en stigning i osmotisk tryk: For at afbalancere denne variation er der også indtrængning af vand, der forårsager erythrocytisk hævelse (HAMBURGER effekt). Det modsatte fænomen forekommer, når en erytrocyt når lungalveolerne: erytrocyt deflatering forekommer (HALDANE effekt). Således er venøse erytrocytter (direkte til lungerne) rounder end arterielle.
