For å kunne snakke grundig om hemoglobin (Hb), er det nyttig å forholde seg først til myoglobin (Mb), som er veldig lik hemoglobin, men er mye enklere. Det er strenge slektskapsforhold mellom hemoglobin og myoglobin: begge er konjugerte proteiner og deres protetiske gruppe (ikke-proteindel) er hemegruppen .
Myoglobin er et globulært protein bestående av en enkelt kjede på omtrent ett hundre og femti aminosyrer (avhengig av organismen) og dens molekylvekt er ca. 18 Kd.
Som nevnt er den utstyrt med en hæmegruppe som settes inn i en hydrofob (eller lipofil) del av proteinet, bestående av viklinger som kan tilskrives a-helixstrukturer av fibrøse proteiner.
Myoglobin består hovedsakelig av segmenter av a-helikter, til stede i antall åtte, og består nesten utelukkende av ikke-polare rester (leucin, valin, metionin og fenylalanin), mens polare rester er praktisk fraværende (asparaginsyre, glutaminsyre, lysin og arginin); De eneste polare rester er to histidiner, som spiller en grunnleggende rolle i oksygenangrep til hemegruppen.
Hemegruppen er en kromoforgruppe (absorberes i det synlige) og er den funksjonelle gruppen myoglobin.
Se også: glykert hemoglobin - hemoglobin i urinen
En liten kjemi
Koblingen mellom protoporfyrin og jern er en typisk binding av de såkalte koordinasjonsforbindelsene som er kjemiske forbindelser der et sentralt atom (eller ion) danner bindinger med andre kjemiske arter i antall høyere enn dets oksidasjonsnummer (elektrisk ladning). Ved heme er disse bindingene reversible og svake.
Koordinasjonsnummeret (antall koordineringsobligasjoner) av jernet er seks: det kan være seks molekyler rundt jernet som deler bindingselektronene.
For å danne en koordineringsforbindelse tar det to orbitaler med riktig orientering: en i stand til å "kjøpe" elektroner og den andre kan donere dem
I heme danner jernet fire plane bindinger med de fire nitrogenatomer som befinner seg i sentrum av protoporfyrinringen og et femte bind med et proksimal histidin-nitrogen; jern har den sjette ledige koordinasjonsforbindelsen og kan binde seg til oksygen.
Når jern er i form av en fri ion, har dens d- type orbitaler alle den samme energien; I myoglobin er jernion bundet til protoporfyrin og histidin: disse artene forstyrrer magnetisk forstyrrelser av jern; omfanget av forstyrrelsen vil være forskjellig for de ulike orbitaler i henhold til deres romlige orientering og forstyrrende arter. Siden orbitalets totale energi må returnere til konstant, forårsaker forstyrrelsen en energisk separasjon mellom de ulike orbitaler: energien som er oppnådd av noen orbitaler, tilsvarer energien som er tapt av de andre.
Hvis separasjonen som oppstår mellom orbitalerne ikke er så stor, er det et høyt-spin elektronisk arrangement som er foretrukket: bindingselektronene forsøker å ordne seg parallelle spinn i flere mulige undernivåer (maksimal multiplikasjon); Hvis forstyrrelsen derimot er veldig sterk, og det er en stor separasjon mellom orbitaler, kan det være mer hensiktsmessig å koble sammenbindingselektronene i lavere energiomringene (lavt spinn).
Når jern binder seg til oksygen, tar molekylet en lavt spin-disposisjon, mens når jern har den sjette ledige koordinasjonsforbindelsen, har molekylet et høyt spinn.
Takket være denne forskjellen i spin, gjennom en spektral analyse av myoglobin, kan vi forstå om det er bundet oksygen (MbO2) eller ikke (Mb).
Myoglobin er et protein som er typisk for muskler (men ikke bare funnet i musklene).
Myoglobin ekstraheres fra spermhvalen der den er til stede i store mengder og deretter renset.
Cetaceans har respirasjon som for mennesker: å ha lungene må de absorbere luft gjennom åndedrettsprosessen; spermhvalen må bære så mye oksygen som mulig i musklene som er i stand til å akkumulere oksygen ved å binde den til myoglobinet som er tilstede i dem; oksygen løses deretter sakte når hvalbenet er nedsenket fordi stoffskiftet krever oksygen: jo større mengde oksygen som spermhvalen kan absorbere og jo mer oksygen er tilgjengelig under dykket.
For å gjøre kjøttet mer eller mindre rødt er innholdet av hemoproteiner (det er heme som gjør kjøttet rødt).
Hemoglobin har mange strukturelle analogier med myoglobin og er i stand til å binde molekylært oksygen reversibelt; Men mens myoglobin er begrenset til muskler og perifert vev generelt, er hemoglobin funnet i erytrocyter eller røde blodlegemer (de er pseudoceller, det vil si at de ikke er ekte celler) som utgjør 40% av blodet.
Hemoglobin er et tetrameter, det består av fire polypeptidkjeder, hver med en hæmegruppe og to til to (i et menneske er det to alfa-kjeder og to betakjeder).
Hovedfunksjonen til hemoglobin er transport av oksygen ; En annen funksjon av blodet der hemoglobin er involvert, er transport av stoffer til vevet.
På vei fra lungene (rik på oksygen) til vevet, bærer hemoglobin oksygen (samtidig kommer andre stoffer også til vevet) mens det i den omvendte banen medfører det avfallet som samles inn fra vevet, spesielt karbondioksidet som produseres i stoffskiftet.
I utviklingen av et menneske er det gener som kun uttrykkes for en viss periode; Av denne grunn har vi forskjellige hemoglobiner: foster, embryonale, av den voksne mannen.
Kjedene som utgjør disse forskjellige hemoglobiner har forskjellige strukturer, men med likheter er funksjonen de utfører, mer eller mindre det samme.
En forklaring på tilstedeværelsen av flere forskjellige kjeder er som følger: Under den evolusjonerende prosessen med organismer har hemoglobin også utviklet seg som spesialiserer seg i oksygentransport fra områder som er rike på mangelfulle områder. Ved begynnelsen av evolusjonskjeden bære hemoglobin oksygen i små organismer; i løpet av evolusjonen har organismene nådd større dimensjoner, derfor har hemoglobin forandret seg for å kunne transportere oksygen til områder lenger unna det punktet at det var rik; For å gjøre dette, har nye strukturer av kjedene som utgjør hemoglobin blitt kodifisert i løpet av den evolusjonære prosessen.
Myoglobin binder oksygen selv ved beskjedne trykk; I perifert vev er det et trykk (PO2) på ca. 30 mmHg: ved dette trykket frigjør myoglobin ikke oksygen, så det ville være ineffektivt som oksygenbærer. Hemoglobin har derimot en mer elastisk oppførsel: den binder oksygen ved høyt trykk og frigjør det når trykket avtar.
Når et protein er funksjonelt aktivt, kan det litt forandre sin form; for eksempel har oksygenert myoglobin en annen form fra ikke-oksygenert myoglobin, og denne mutasjonen påvirker ikke nabostaten.
Diskursen er forskjellig når det gjelder tilknyttede proteiner som hemoglobin: når en kjede er oksygenert, induseres det til å forandre sin form, men denne modifikasjonen er tredimensjonal, derfor er også de andre kjedene i tetrameteret påvirket. Det faktum at kjedene er knyttet til hverandre fører til at man tenker at modifikasjonen av en påvirker andre naboene, selv om i en annen grad; Når en kjede er oksygenert, tar de andre kjedene av tetrameteret en "mindre fiendtlig holdning" mot oksygen: vanskeligheten med hvilken en kjede-oksygen reduseres ettersom kjedene ved siden av det oksygenerer seg selv. Det samme argumentet gjelder for deoksygenering.
Den kvaternære strukturen av deoksyhemoglobin kalles T (spenning) form mens den for oksyhemoglobin kalles R- form (frigjort); i strakt tilstand er det en serie med ganske sterke elektrostatiske interaksjoner mellom sure aminosyrer og basale aminosyrer som fører til en stiv struktur av deoksyhemoglobin (dette er grunnen til den "spente form"), mens når oksygen er bundet, er enheten av disse interaksjoner minker (det er derfor "utgitt skjema"). Videre, i fravær av oksygen, stabiliseres histidinladningen (se struktur) ved den motsatte ladning av asparaginsyre mens det i nærvær av oksygen er en tendens til at proteinet mister en proton; alt dette betyr at oksygenert hemoglobin er en sterkere syre enn deoksygenerte hemoglobia: bohr effekt .
Avhengig av pH, binder heme-gruppen mer eller mindre til oksygen: i et surt miljø frigjør hemoglobin oksygen lettere (den spente form er stabil), i et grunnleggende miljø er bindingen med oksygen sterkere.
Hvert hemoglobin frigir 0, 7 protoner per innkommende mol oksygen (O2).
Bohr-effekten gjør at hemoglobin forbedrer evnen til å bære oksygen.
Hemoglobin som gjør reisen fra lungene til vevet, må balansere seg i henhold til trykk, pH og temperatur.
Vi ser effekten av temperatur .
Temperaturen i lungealveoli er ca. 1-1, 5 ° C lavere enn utetemperaturen, mens temperaturen i musklene er ca. 36, 5-37 ° C; Etter hvert som temperaturen øker, reduseres metningsfaktoren (med samme trykk): dette skjer fordi kinetisk energi øker, og dissosiasjon er favorisert.
Det er andre faktorer som kan påvirke hemoglobins evne til å binde seg til oksygen, hvorav en er konsentrasjonen av 2, 3-bisfosfoglyserat .
2, 3-bisfosfoglyserat er et metabolsk middel tilstede i erytrocytter i en konsentrasjon på 4-5 mM (ingen annen del av kroppen er tilstede i så høy konsentrasjon).
Ved fysiologisk pH deprotoneres 2, 3 bisfosfoglyserat og har fem negative ladninger på den; Det går til kile mellom de to beta-kjedene av hemoglobin fordi disse kjedene har en høy konsentrasjon av positive ladninger. De elektrostatiske interaksjonene mellom betakjedene og bisfosfoglyseratkjedene gir en viss stivhet til systemet: en spenningsstruktur oppnås som har liten affinitet for oksygen; Under oksygenbehandling blir 2, 3 bisfosfoglyserat utvist.
I erytrocytene er det et spesielt apparat som omdanner 1, 3 bisfosfoglyserat (produsert ved metabolismen) til 2, 3 bisfosfoglyserat slik at det når en konsentrasjon på 4-5 mM og derfor er hemoglobin i stand til å bytte l oksygen i vev.
Hemoglobin som kommer til et vev, er i frigjort tilstand (bundet til oksygen), men i nærheten av vevet, er det karboksylert og passerer inn i en strakt tilstand: proteinet i denne tilstand har en lavere tendens til å binde med oksygen, sammenlignet med frigjort tilstand, frigjør hemoglobin oksygen til vevet; Videre er det på grunn av reaksjonen mellom vann og karbondioksid produksjon av H + -ioner, derfor ytterligere oksygen på grunn av bohr-effekten.
Kuldioxid diffunderer i erytrocyten som går gjennom plasmamembranen; gitt at erytrocytter utgjør ca. 40% av blodet, bør vi forvente at kun 40% av karbondioksidet som diffunderer fra vevene kommer inn i dem, i realiteten kommer 90% av karbondioksidet inn i de røde blodcellene fordi de inneholder et enzym som konverterer karbondioksid i karbonsyre, følger det at den stasjonære konsentrasjonen av karbondioksid i erytrocytene er lav og derfor er inntakshastigheten høy.
Et annet fenomen som oppstår når en erytrocyt når et vev, er følgende: ved gradient kommer HCO3- (karbondioksidderivatet) ut av erytrocyten og for å balansere utgangen av en negativ ladning har vi innføring av klorider som bestemmer en økning i osmotisk trykk: For å balansere denne variasjonen er det også innføring av vann som forårsaker erytrocyt-hevelse (HAMBURGER-effekt). Det motsatte fenomenet oppstår når en erytrocyt når lungalveoliene: erytrocytt deflasjon opptrer (HALDANE effekt). Dermed er venøs erytrocytter (direkte mot lungene) rounder enn arterielle seg.
