Aby sme mohli hovoriť zrozumiteľným spôsobom o „hemoglobín (Hb), je užitočné postarať sa o prvé myoglobín (Mb) ktorý je veľmi podobný hemoglobínu, ale je oveľa jednoduchší. Medzi hemoglobínom a myoglobínom existujú blízke príbuzenské vzťahy: obidva sú konjugované proteíny a ich protetická skupina (neproteínová časť) je skupina heme.
Myoglobín je globulárny proteín pozostávajúci z jedného reťazca asi sto päťdesiatich aminokyselín (závisí od organizmu) a jeho molekulová hmotnosť je asi 18 Kd.
Ako už bolo uvedené, je vybavený hemovou skupinou, ktorá je vložená do hydrofóbnej (alebo lipofilnej) časti proteínu, ktorá pozostáva zo záhybov, ktoré možno pripísať a-helixovým štruktúram vláknitých proteínov.
Myoglobín sa skladá hlavne zo segmentov a-helixov, prítomných v počte osem a pozostáva takmer výlučne z nepolárnych zvyškov (leucín, valín, metionín a fenylalanín), pričom polárne zvyšky prakticky chýbajú (kyselina asparágová, kyselina glutámová, lyzín a arginín); jedinými polárnymi zvyškami sú dva histidíny, ktoré hrajú zásadnú úlohu pri pripájaní kyslíka k skupine hemu.
Hemová skupina je chromoforová skupina (absorbuje viditeľné) a je funkčnou skupinou myoglobínu.
Pozri tiež: glykovaný hemoglobín - hemoglobín v moči
Trochu chémie
Väzba medzi protoporfyrínom a železom je typickou väzbou koordinačných zlúčenín, ktoré sú chemickými zlúčeninami, v ktorých centrálny atóm (alebo ión) vytvára väzby s inými chemickými druhmi v čísle väčšom, ako je jeho oxidačné číslo (elektrický náboj). V prípade hemu sú tieto väzby reverzibilné a slabé.
Koordinačné číslo (počet koordinačných väzieb) železa je šesť: okolo železa môže byť šesť molekúl zdieľajúcich väzbové elektróny.
Na vytvorenie koordinačnej zlúčeniny sú potrebné dva orbitaly so správnou orientáciou: jeden je schopný „získať“ elektróny a druhý ich môže darovať.
V heme železo tvorí štyri planárne väzby so štyrmi atómami dusíka v strede protoporfyrínového kruhu a piatu väzbu s proximálnym histidínovým dusíkom; železo má šiestu voľnú koordinačnú väzbu a môže sa viazať na kyslík.
Keď je železo vo forme voľného iónu, jeho typ je orbitál d všetky majú rovnakú energiu; v myoglobíne je ión železa viazaný na protoporfyrín a histidín: tieto druhy magneticky narušujú orbitály d trochu železa; rozsah porúch bude pre rôzne orbitály odlišný d v závislosti od ich priestorovej orientácie a rušivých druhov. Pretože celková energia orbitálov musí byť konštantná, porucha spôsobuje energetické oddelenie medzi rôznymi orbitálmi: energia získaná niektorými orbitálmi je ekvivalentná energii stratenej ostatnými.
Ak separácia, ktorá nastáva medzi orbitálmi, nie je príliš veľká, dáva sa prednosť elektronickému usporiadaniu s vysokým spinom: väzbové elektróny sa pokúšajú usporiadať v paralelných spinoch v čo najväčšom počte podúrovní (maximálna multiplicita); ak je naopak porucha veľmi silná a medzi orbitálmi je veľká separácia, môže byť pohodlnejšie spárovať väzbové elektróny v orbitáloch s nižšou energiou (nízky spin).
Keď sa železo viaže na kyslík, molekula má nízke spinové usporiadanie, zatiaľ čo keď má železo šiestu koordinačnú väzbu voľnú, molekula má vysoké spinové usporiadanie.
Vďaka tomuto rozdielu spinov sme prostredníctvom spektrálnej analýzy myoglobínu schopní pochopiť, či je na neho viazaný kyslík (MbO2) alebo nie (Mb).
Myoglobín je typický svalový proteín (ale nenachádza sa iba vo svaloch).
Myoglobín sa extrahuje z veľryby spermií, v ktorej je prítomný vo veľkých množstvách, a potom sa čistí.
Kytovci dýchajú podobne ako ľudia: s pľúcami musia absorbovať vzduch dýchacím procesom; vorvanica musí dodať čo najviac kyslíka do svalov, ktoré sú schopné akumulovať kyslík tak, že ho naviažu na myoglobín, ktorý je v nich prítomný; kyslík sa potom pomaly uvoľňuje, keď je kytovník ponorený, pretože jeho metabolizmus vyžaduje kyslík: čím väčšie množstvo kyslíka, ktorý je vorvanica schopná absorbovať, a tým viac kyslíka je k dispozícii počas ponoru.
Myoglybín viaže kyslík reverzibilným spôsobom a je prítomný v periférnych tkanivách vo vyššom percente, čím viac sa tkanivo používa na prácu s časovo vzdialenými zásobami kyslíka.
<--- Myoglobín je proteín prítomný vo svaloch, ktorého funkcia je presne taká, ako kyslíkový „rezervoár“.
To, čo robí mäso viac -menej červeným, je obsah hemoproteínov (je to hem, ktorý robí mäso červeným).
Hemoglobín má mnoho štruktúrnych podobností s myoglobínom a je schopný viazať molekulárny kyslík reverzibilným spôsobom; ale zatiaľ čo myoglobín je obmedzený na svaly a periférne tkanivá vo všeobecnosti, hemoglobín sa nachádza v erytrocytoch alebo červených krvinkách (sú to pseudobunky, to znamená, že nie sú skutočnými bunkami), ktoré tvoria 40% krvi.
Na rozdiel od myoglobínu je úlohou hemoglobínu odobrať kyslík do pľúc, uvoľniť ho do buniek tam, kde je to potrebné, prijať oxid uhličitý a uvoľniť ho do pľúc, kde sa cyklus opäť začína.
L "hemoglobín je to tetrameter, to znamená, že sa skladá zo štyroch polypeptidových reťazcov, z ktorých každý má skupinu hemu a sú dva po dvoch identické (v ľudskej bytosti existujú dva alfa reťazce a dva beta reťazce).
Hlavnou funkciou hemoglobínu je transport kyslíka; ďalšou funkciou krvi, v ktorej je hemoglobín zapojený, je transport látok do tkanív.
Hemoglobín v dráhe z pľúc (bohatých na kyslík) do tkanív prenáša kyslík (súčasne sa ostatné látky dostávajú do tkanív), zatiaľ čo v opačnom smere so sebou nesie odpad zozbieraný tkanivami, najmä uhlík. oxid produkovaný v metabolizme.
Vo vývoji človeka existujú gény, ktoré sú vyjadrené iba na určité časové obdobie; z tohto dôvodu existujú rôzne hemoglobíny: fetálne, embryonálne, dospelého muža.
Reťazce, ktoré tvoria tieto rôzne hemoglobíny, majú rôzne štruktúry, ale s určitou podobnosťou v skutočnosti je funkcia, ktorú vykonávajú, viac -menej rovnaká.
Vysvetlenie prítomnosti niekoľkých rôznych reťazcov je nasledujúce: v priebehu evolučného procesu organizmov sa vyvinul dokonca hemoglobín špecializujúci sa na transport kyslíka z oblastí, ktoré sú na neho bohaté, do oblastí s nedostatkom. Na začiatku hemoglobínu evolučného reťazca l "transportoval kyslík v malých organizmoch; v priebehu evolúcie organizmy dosiahli väčšie rozmery, preto bol hemoglobín upravený tak, aby bol schopný transportovať kyslík do oblastí vzdialenejších od bodu, kde bol na neho bohatý; za týmto účelom boli v priebehu evolučného procesu kódované nové štruktúry reťazcov, ktoré tvoria hemoglobín.
Myoglobín viaže kyslík aj pri miernych tlakoch; v periférnych tkanivách je tlak (PO2) asi 30 mmHg: myoglobín pri tomto tlaku neuvoľňuje kyslík, takže by bol ako nosič kyslíka neúčinný. Na druhej strane hemoglobín Má pružnejšie správanie: viaže kyslík na vysoký tlak a pri poklese tlaku ho uvoľňuje.
Keď je proteín funkčne aktívny, môže trochu zmeniť svoj tvar; napríklad okysličený myoglobín má iný tvar ako neokysličený myoglobín a táto mutácia neovplyvňuje jeho susedov.
Iná je situácia v prípade asociovaných proteínov, ako je hemoglobín: keď sa reťazec okysličuje, indukuje sa jeho zmena tvaru, ale táto modifikácia je trojrozmerná, takže sú ovplyvnené aj ostatné reťazce tetrametra. Skutočnosť, že sú reťazce spojené navzájom naznačujú, že modifikácia jedného ovplyvní ostatných susedov, aj keď v inom rozsahu; keď sa reťazec okysličí, ostatné reťazce tetrametra zaujmú voči kyslíku „menej nepriateľský postoj“: obtiažnosť, s ktorou ho reťazec okysličovanie klesá, pretože reťazce v jeho blízkosti okysličujú. To isté platí pre deoxygenáciu.
Kvartérna štruktúra deoxyhemoglobínu sa nazýva T (napätá) forma, zatiaľ čo štruktúra oxyhemoglobínu sa nazýva R (uvoľnená) forma; vo vypnutom stave existuje rad pomerne silných elektrostatických interakcií medzi kyslými aminokyselinami a zásaditými aminokyselinami, ktoré vedú k rigidnej štruktúre deoxyhemoglobínu (to je dôvod, prečo je „napätá forma“), zatiaľ čo keď je kyslík spojený, ich entita interakcie sa znižujú (preto „uvoľnená forma“). Ďalej, v neprítomnosti kyslíka je náboj histidínu (pozri štruktúru) stabilizovaný opačným nábojom kyseliny asparágovej, zatiaľ čo v prítomnosti kyslíka existuje tendencia zo strany proteínu stratiť protón; to všetko znamená, že okysličený hemoglobín je silnejšia kyselina ako deoxygenovaný hemoglobín: bohr efekt.
V závislosti od pH sa skupina hemu viaže viac alebo menej ľahko na kyslík: v kyslom prostredí hemoglobín uvoľňuje kyslík ľahšie (napätá forma je stabilná), zatiaľ čo v zásaditom prostredí je väzba s kyslíkom ťažšia.
Každý hemoglobín uvoľňuje 0,7 protónu na vstupovaný mol kyslíka (O2).
Bohrov efekt umožňuje hemoglobínu zlepšiť jeho schopnosť prenášať kyslík.
Hemoglobín, ktorý putuje z pľúc do tkanív, sa musí vyrovnať v závislosti od tlaku, pH a teploty.
Pozrime sa na vplyv teploty.
Teplota v pľúcnych alveolách je asi o 1-1,5 ° C nižšia ako vonkajšia teplota, zatiaľ čo vo svaloch je teplota asi 36,5-37 ° C; ako sa teplota zvyšuje, saturačný faktor klesá (pri rovnakom tlaku): stáva sa to preto, že kinetická energia sa zvyšuje a uprednostňuje sa disociácia.
Existujú aj ďalšie faktory, ktoré môžu ovplyvniť schopnosť hemoglobínu viazať sa na kyslík, jedným z nich je koncentrácia 2,3 bisfosfoglycerátu.
2,3 bisfosfoglycerát je metabolický prvok prítomný v erytrocytoch v koncentrácii 4-5 mM (v žiadnej inej časti tela nie je prítomný v takej vysokej koncentrácii).
Pri fyziologickom pH je 2,3 bisfosfoglycerát deprotonovaný a má na sebe päť negatívnych nábojov; je vklinený medzi dva beta reťazce hemoglobínu, pretože tieto reťazce majú vysokú koncentráciu pozitívnych nábojov. Elektrostatické interakcie medzi beta reťazcami a 2,3 -bisfosfoglycerátom dodávajú systému určitú tuhosť: získa sa napätá štruktúra, ktorá má malú afinitu ku kyslíku; počas okysličovania sa 2,3 -bisfosfoglycerát vylúči.
V erytrocytoch c "je špeciálny prístroj, ktorý prevádza 1,3 bisfosfoglycerát (produkovaný metabolizmom) na 2,3 bisfosfoglycerát tak, aby dosiahol koncentráciu 4-5 mM, a preto je hemoglobín schopný vymeniť" kyslík v tkanivách.
Hemoglobín prichádzajúci do tkaniva je v uvoľnenom stave (viazaný na kyslík), ale v blízkosti tkaniva je karboxylovaný a prechádza do napätého stavu: proteín v tomto stave má menšiu tendenciu viazať sa s kyslíkom, pokiaľ ide o do uvoľneného stavu, preto hemoglobín uvoľňuje kyslík do tkaniva; navyše reakciou medzi vodou a oxidom uhličitým dochádza k produkcii iónov H +, a teda k ďalšiemu kyslíku v dôsledku účinku bohr.
Oxid uhličitý difunduje do erytrocytov prechádzajúcich plazmatickou membránou; pretože erytrocyty tvoria asi 40% krvi, mali by sme očakávať, že sa do nich dostane iba 40% oxidu uhličitého, ktorý difunduje z tkanív, v skutočnosti 90% oxidu uhličitého vstupuje do erytrocytov, pretože obsahujú enzým, ktorý premieňa oxid uhličitý v kyseline uhličitej vyplýva, že stacionárna koncentrácia oxidu uhličitého v erytrocytoch je nízka, a preto je rýchlosť vstupu vysoká.
Ďalší jav, ktorý nastáva, keď erytrocyt dosiahne tkanivo, je nasledujúci: gradientom „HCO3- (derivát oxidu uhličitého) opúšťa“ erytrocyt a na vyrovnanie výstupu záporného náboja máme „vstup chloridov, ktoré určuje zvýšenie osmotického tlaku: na vyrovnanie týchto variácií existuje aj vstup vody, ktorá spôsobuje opuch erytrocytov (HAMBURGEROV efekt). Opačný jav nastáva, keď sa erytrocyt dostane do pľúcnych alveol: deflácia erytrocytov (Haldenov efekt) Žilové erytrocyty (smerujúce do pľúc) sú preto oblejšie ako arteriálne.
