Hemoglobin | |
---|---|
] | |
Azonosítók | |
Szimbólum | Hb |
Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon |
A hemoglobin ( más görög αἷμα "vér" + lat. globus "labda") ( Hb vagy Hgb ) egy összetett , vérkeringéssel rendelkező állatok vastartalmú fehérje , amely reverzibilisen képes megkötni az oxigént , biztosítva annak szövetekbe való átvitelét. Gerinceseknél a vörösvértestekben található , a legtöbb gerinctelennél a vérplazmában ( eritrokruorin ) oldódik, és más szövetekben is jelen lehet [1] . Az emberi hemoglobin molekulatömege körülbelül 66,8 kDa . Egy hemoglobin molekula legfeljebb négy oxigénmolekulát hordozhat [2] . Egy gramm hemoglobin akár 1,34 ml oxigént is képes szállítani [3] .
A hemoglobin több mint 400 millió évvel ezelőtt jelent meg az emberek és a cápák utolsó közös ősében 2 mutáció eredményeként, amelyek egy négykomponensű hemoglobin komplex kialakulásához vezettek, amelynek oxigénaffinitása elegendő ahhoz, hogy oxigénnel telített környezetben megkösse az oxigént. de nem elég ahhoz, hogy a test más szöveteiben megtartsa. [5] [6]
1825-ben Johann Friedrich Engelhart felfedezte, hogy több faj hemoglobinjában azonos a vas és a fehérje aránya [7] [8] . A vas ismert atomtömegéből kiszámította a hemoglobin molekulatömegét n × 16 000-re (n = a vasatomok száma a hemoglobinban, ma 4). Ez az „elsietett következtetés” akkoriban sok nevetségessé vált a tudósok körében, akik nem hitték el, hogy bármely molekula ilyen nagy lehet. Gilbert Smithson Adair 1925-ben megerősítette Engelhart eredményeit a hemoglobinoldatok ozmotikus nyomásának mérésével [9] .
Bár legalább 1794 óta ismert a vér oxigénszállító képessége [10] [11] , a hemoglobin oxigénszállító tulajdonságát Hünefeld írta le 1840-ben [12] . 1851-ben Otto Funke német fiziológus publikált egy sor közleményt, amelyben leírta a hemoglobinkristályok növekedését oly módon, hogy az eritrocitákat egymás után hígítják oldószerrel, például tiszta vízzel, alkohollal vagy éterrel, majd az oldószer lassú elpárologtatását a kapott fehérjéből. megoldás [13] [14] . A hemoglobin reverzibilis oxigenizációját néhány évvel később írta le Felix Hoppe-Sailer [15] .
Max Ferdinand Perutz 1959 -ben röntgenkrisztallográfiával meghatározta a hemoglobin molekulaszerkezetét [16] [17] . Ez a munka oda vezetett, hogy 1962-ben megkapta a kémiai Nobel-díjat John Kendrew-val a globuláris fehérjék szerkezetének kutatásáért [18] .
A hemoglobin vérben betöltött szerepét Claude Bernard francia fiziológus derítette ki . A hemoglobin név a hem és globin szavakból származik , ami azt a tényt tükrözi, hogy minden hemoglobin alegység egy globuláris fehérje, amelybe hem csoportot építettek be. Minden hemcsoport egy vasatomot tartalmaz, amely egy oxigénmolekulát képes megkötni ionok által kiváltott dipóluserőkkel. Az emlősökben a leggyakoribb hemoglobintípus négy ilyen alegységet tartalmaz.
A hemoglobin fehérje alegységekből (globinmolekulákból) épül fel, és ezek a fehérjék nagyszámú különböző aminosavból, úgynevezett polipeptidekből álló hajtogatott láncok. A sejt által létrehozott bármely polipeptid aminosav-szekvenciáját a DNS-szakaszok, az úgynevezett gének határozzák meg. Minden fehérjében az aminosav sorrend határozza meg a fehérje kémiai tulajdonságait és funkcióját.
Egynél több hemoglobin gén létezik: emberben a hemoglobin A -t (a felnőtteknél a hemoglobin fő formáját) a HBA1 , HBA2 és HBB gének kódolják [19] . Az alfa 1 és alfa 2 hemoglobin alegységeket a HBA1 kódolja. és HBA2 gének , amelyek a 16. kromoszómán találhatók és közel vannak egymáshoz. A hemoglobin béta-alegységét a HBB gén kódolja , amely a 11-es kromoszómán található. A hemoglobinokban lévő globinfehérjék aminosav-szekvenciája általában fajonként eltérő. Ezek a különbségek a fajok közötti evolúciós távolság növekedésével nőnek. Például az emberek, bonobók és csimpánzok leggyakoribb hemoglobin-szekvenciái teljesen azonosak, még akkor is, ha az alfa- vagy béta-globin fehérjeláncában nincs egyetlen aminosav különbség [20] [21] [22] . Míg az emberi és a gorilla hemoglobin egy aminosavban különbözik az alfa- és béta-láncban, ezek a különbségek nőnek a kevésbé közeli rokon fajok között.
Még a fajon belül is változékony a hemoglobin, bár általában egy szekvencia a "leggyakoribb" minden fajon belül. A hemoglobin fehérje génjeinek mutációi egy fajban hemoglobin variánsokat eredményeznek [23] [24] . A hemoglobin ezen mutáns formái közül sok nem okoz semmilyen betegséget. A hemoglobin ezen mutáns formáinak némelyike azonban örökletes betegségek egy csoportját, úgynevezett hemoglobinopátiát okoz . A legismertebb hemoglobinopátia a sarlósejtes vérszegénység, amely az első olyan emberi betegség, amelynek mechanizmusát molekuláris szinten ismerték. A talaszémiának nevezett betegségek (többnyire) különálló csoportja magában foglalja a normál és néha abnormális hemoglobinok elégtelen termelését a globingén szabályozásának problémái és mutációi miatt. Mindezek a betegségek vérszegénységet okoznak [25] .
A hemoglobin aminosavszekvenciájának változásai, akárcsak más fehérjék esetében, adaptívak lehetnek. Például azt találták, hogy a hemoglobin másként alkalmazkodik a nagy magasságokhoz. A nagy magasságban élő szervezetek alacsonyabb oxigén parciális nyomást tapasztalnak, mint a tengerszinten. Ez problémát jelent az ilyen környezetben élő szervezetek számára, mivel a hemoglobinnak, amely általában megköti az oxigént magas oxigén parciális nyomáson, képesnek kell lennie arra, hogy megkösse az oxigént, ha alacsonyabb nyomáson van jelen. Különféle organizmusok alkalmazkodtak ehhez a problémához. Például a közelmúltban végzett tanulmányok olyan genetikai változatokat mutattak ki szarvas egereken, amelyek segítenek megmagyarázni, hogy a hegyekben élő szarvas egerek hogyan képesek túlélni a nagy magassággal érkező ritka levegőben. A Nebraska-Lincoln Egyetem kutatója négy különböző génben talált olyan mutációkat, amelyek magyarázatot adhatnak a síkvidéki prérin élő és a hegyekben élő szarvasegerek közötti különbségekre. A hegyvidéken és a síkvidéken is befogott vadon élő egerek vizsgálata után kiderült, hogy: a két fajta génjei "gyakorlatilag azonosak - kivéve azokat, amelyek hemoglobinjuk oxigénszállító képességét szabályozzák". „A genetikai különbség lehetővé teszi, hogy a magas tengerszint feletti magasságban élő egerek hatékonyabban használják fel oxigénjüket”, mivel kevesebb oxigén áll rendelkezésre magasabb tengerszint feletti magasságban, például a hegyekben [26] . A mamut hemoglobint olyan mutációk különböztették meg, amelyek lehetővé tették az oxigén szállítását alacsonyabb hőmérsékleten, ami lehetővé tette, hogy a mamutok magasabb szélességi körökre vándoroljanak a pleisztocénben [27] . Az andoki kolibriban is találtak mutációkat. A kolibri már most is sok energiát költ el, ezért magas az oxigénigényük, de az andoki kolibriról azt találták, hogy nagy magasságban is boldogulnak. Számos nagy magasságban élő faj ( Oreotrochilus, A. castelnaudii, C. violifer, P. gigas és A. viridicuada ) hemoglobingénjének nem szinonim mutációi miatt a fehérje kisebb affinitást mutat az inozitol-hexafoszfát (IHP) molekulához. , madarakban található, amely ugyanazt a szerepet játszik, mint a 2,3-BPG az emberben; ez azt eredményezi, hogy alacsonyabb parciális nyomáson képes megkötni az oxigént [28] .
A madarak egyedülálló vértüdeje alacsony O 2 parciális nyomáson is elősegíti az oxigén hatékony felhasználását . Ez a két adaptáció erősíti egymást, és megmagyarázza a madarak figyelemreméltó nagy magassági jellemzőit.
A hemoglobin adaptáció az emberre is kiterjed. A 4000 méteres tengerszint feletti magasságban élő, magas oxigéntelítettségű genotípusú tibeti nőknél magasabb az utódok túlélése [29] . Úgy tűnik, hogy a természetes szelekció a fő hatóerő erre a génre, mivel az utódok mortalitása szignifikánsan alacsonyabb a magasabb hemoglobin oxigén affinitású nőknél, mint az alacsony hemoglobin oxigén affinitású nők utódai mortalitása. Bár a pontos genotípus és a mechanizmus, amellyel ez bekövetkezik, még nem tisztázott, a szelekció befolyásolja ezeknek a nőknek az oxigénmegkötő képességét alacsony parciális nyomáson, ami általában lehetővé teszi számukra a fontos anyagcsere-folyamatok jobb támogatását.
A hemoglobin (Hb) szintetizálása összetett lépések során történik. A hem egy része több lépésben szintetizálódik az éretlen eritrociták mitokondriumában és citoszoljában, míg a globin fehérje egy részét a citoszolban található riboszómák szintetizálják [30] . A Hb-termelés a sejtben a korai fejlődés során a proeritroblaszttól a csontvelőben lévő retikulocitákig folytatódik. Ebben a szakaszban a sejtmag elveszett az emlősök vörösvérsejtjeiben, de nem a madarakban és sok más fajban. Az emlősök sejtmagvesztése után is a maradék riboszómális RNS további hemoglobinszintézist biztosít mindaddig, amíg a retikulocita röviddel az érrendszerbe jutás után el nem veszíti RNS-ét (ez a hemoglobinszintetikus RNS adja a retikulocita hálós megjelenését és nevét) [31] .
A hemoglobin a hemoprotein osztályba tartozó komplex fehérje , vagyis a hem itt protetikai csoportként működik - egy vasat tartalmazó porfirin mag . Az emberi hemoglobin egy tetramer, azaz 4 protomerből áll. Felnőttben α 1 , α 2 , β 1 és β 2 polipeptid láncok képviselik őket . Az alegységek az izologikus tetraéder elve szerint kapcsolódnak egymáshoz . Az alegységek kölcsönhatásához főként a hidrofób kölcsönhatások járulnak hozzá. Mind az α-, mind a β-szálak az α-helikális szerkezeti osztályba tartoznak , mivel kizárólag α-hélixeket tartalmaznak . Mindegyik szál nyolc spirális szakaszt tartalmaz, amelyek A-tól H-ig vannak jelölve (N-terminálistól C-terminálisig).
A hem a protoporfirin IX komplexe, amely a vas(II) atomot tartalmazó porfirin vegyületek osztályába tartozik . Ez a kofaktor nem kovalensen kötődik a hemoglobin és a mioglobin molekulák hidrofób üregéhez.
A vas(II)-ra az oktaéder koordináció jellemző, azaz hat ligandumhoz kötődik. Ezek közül négyet a porfiringyűrű nitrogénatomjai képviselnek , amelyek ugyanabban a síkban helyezkednek el. A másik két koordinációs helyzet a porfirin síkjára merőleges tengelyen fekszik. Az egyiket a hisztidin nitrogénje foglalja el a polipeptid lánc 93. pozíciójában (F hely). A hemoglobin által megkötött oxigénmolekula a hátoldalról koordinálódik a vashoz, és kiderül, hogy a vasatom és a lánc 64. pozíciójában található egy másik hisztidinmaradék nitrogénje közé záródik (E szakasz).
Összesen négy oxigénkötő hely van a humán hemoglobinban (minden alegységhez egy hem), azaz négy molekula kötődik egyszerre. A tüdőben lévő hemoglobin magas parciális oxigénnyomás mellett egyesül vele, oxihemoglobint képezve. Ebben az esetben az oxigén a hemhez kapcsolódik, és a 6. koordinációs kötésen csatlakozik a hemvashoz. A szén-monoxid ugyanahhoz a kötéshez kapcsolódik, és „versenybe” lép az oxigénnel a hemoglobinnal való kötésért, karboxihemoglobint képezve.
A hemoglobin kötődése a szén-monoxidhoz erősebb, mint az oxigénhez. Ezért a hemoglobinnak a szén-monoxiddal komplexet képező része nem vesz részt az oxigénszállításban. Általában egy személy 1,2% karboxihemoglobint termel. Szintének emelkedése a hemolitikus folyamatokra jellemző, ezzel összefüggésben a karboxihemoglobin szintje a hemolízis indikátora .
A szén-dioxidot ugyan a hemoglobin hordozza, de nem verseng az oxigénnel a vaskötő pozíciókért, hanem a hemcsoportokhoz kapcsolódó fehérjeláncok aminocsoportjaihoz kötődik.
A vasion lehet két vegyértékű Fe 2+ vagy három vegyértékű Fe 3+ , de a ferrihemoglobin (methemoglobin) (Fe 3+ ) nem tud oxigént megkötni [32] . Megkötéskor az oxigén átmenetileg és reverzibilisen (Fe 2+) ( Fe 3+) oxidálódik , míg az oxigén átmenetileg szuperoxid ionná alakul, tehát a vasnak +2 oxidációs állapotban kell lennie ahhoz, hogy megkösse az oxigént. Ha a Fe 3+ -hoz kötött szuperoxid ion protonálódik, a hemoglobinban lévő vas oxidált marad, és nem képes oxigént megkötni. Ilyen esetekben a methemoglobin-reduktáz enzim végül képes lesz újra aktiválni a methemoglobint, helyreállítva a vasközpontot.
Felnőtt emberekben a hemoglobin leggyakoribb típusa egy tetramer (amely négy fehérje alegységet tartalmaz), az úgynevezett hemoglobin A , amely két, nem kovalensen kapcsolódó α- és két β-alegységből áll, amelyek mindegyike 141, illetve 146 aminosavból áll. . Ezt α2 β2-ként jelöljük. Az alegységek szerkezetileg hasonlóak és körülbelül azonos méretűek. Mindegyik alegység molekulatömege körülbelül 16 000 dalton [33] , a teljes tetramer molekulatömege pedig körülbelül 64 000 dalton (64 458 g/mol) [34] , így 1 g/dl = 0,1551 mmol/l. A hemoglobin A a legszélesebb körben vizsgált hemoglobin molekula [35] .
Az emberi csecsemőknél a hemoglobin molekula 2 α-láncból és 2 γ-láncból áll. Ahogy a gyermek nő, a γ-láncokat fokozatosan β-láncok váltják fel.
A négy polipeptid lánc sóhidak, hidrogénkötések és hidrofób hatás révén kapcsolódik egymáshoz.
Általában a hemoglobin lehet oxigénmolekulákkal (oxihemoglobin) vagy oxigénmolekulákkal telítetlen (dezoxihemoglobin) [36] .
OxihemoglobinAz oxihemoglobin a fiziológiás légzés során képződik, amikor az oxigén a vörösvértestekben a hemoglobin fehérje hem komponenséhez kötődik. Ez a folyamat a tüdő alveolusai melletti tüdőkapillárisokban játszódik le. Az oxigén ezután a véráramon keresztül eljut a sejtekbe, ahol az oxidatív foszforiláció során végső elektronakceptorként használják fel az ATP előállításában. Ez azonban nem segít ellensúlyozni a vér pH-értékének csökkenését. A szellőztetés vagy a légzés visszafordíthatja ezt az állapotot a szén-dioxid eltávolításával, így pH változást okozva [37] .
A hemoglobin két formában létezik: egy nyújtott (feszített) formában (T) és egy ellazult formában (R). Különböző tényezők, mint például az alacsony pH, a magas CO 2 és a magas 2,3 BPG szöveti szinten, elősegítik a feszes alakot, amelynek alacsony az oxigénaffinitása, és oxigént bocsát ki a szövetekbe. Ezzel szemben a magas pH, az alacsony CO 2 vagy az alacsony 2,3 BPG olyan ellazult formának kedvez, amely jobban meg tudja kötni az oxigént [38] . A rendszer parciális nyomása az O 2 iránti affinitást is befolyásolja , ahol az oxigén magas parciális nyomása (például az alveolusokban jelenlévő) a relaxált (nagy affinitású, R) állapotot részesíti előnyben. Ezzel szemben az alacsony parciális nyomások (például a légúti szövetekben jelenlévők) kedveznek a stresszes állapotnak (alacsony affinitás, T) [39] . Ezenkívül az oxigénnek a vas(II) hemhez való kötődése a vasat a porfiringyűrű síkjába húzza, ami enyhe konformációs eltolódást okoz. Az eltolódás serkenti az oxigén kötődését a hemoglobinban megmaradt három hem egységhez (így az oxigénkötés együttműködő).
Deoxigénezett hemoglobinAz oxigénmentesített hemoglobin (dezoxihemoglobin) a hemoglobin egy olyan formája, amely nem kötött oxigént. Az oxihemoglobin és a dezoxihemoglobin abszorpciós spektruma eltérő. Az oxihemoglobin abszorpciója lényegesen kisebb 660 nm-en, mint a dezoxihemoglobin, míg 940 nm-en valamivel nagyobb abszorpciója. Ezt a különbséget a páciens vérében lévő oxigén mennyiségének mérésére használják egy pulzoximéter nevű eszközzel. Ez a különbség magyarázza a cianózis megnyilvánulását is, amely kékes-lilás szín, amely hipoxia során alakul ki a szövetekben [40] .
Az oxigénmentesített hemoglobin paramágneses; a mágneses mezők gyengén vonzzák [41] [42] . Éppen ellenkezőleg, az oxigénnel telített hemoglobin diamágnesességet, a mágneses tér gyenge taszítását mutatja [42] .
Az emberi vér normál hemoglobintartalmát tekintik: férfiaknál - 130-160 g / l (alsó határ - 120 , felső határ - 180 g / l ), nőknél - 120-160 g / l ; gyermekeknél a hemoglobin normál szintje az életkortól függ, és jelentős ingadozásoknak van kitéve. Tehát a gyermekeknél a születés után 1-3 nappal a normál hemoglobinszint a maximum és 145-225 g /l , 3-6 hónapra pedig a minimális szintre csökken 95-135 g /l -re, majd 1 éves kortól. 18 éves korig a vér normál hemoglobinszintjének fokozatos emelkedése [43] .
A terhesség alatt a nő szervezetében folyadékretenció és felhalmozódás lép fel, ami a hemodilúció – a vér fiziológiás felhígulása – okozója. Ennek eredményeként a hemoglobin koncentrációjának relatív csökkenése figyelhető meg (terhesség alatt a hemoglobinszint általában 110-155 g / l ) . Emellett a gyermek méhen belüli növekedése kapcsán a vas- és folsavtartalékok gyors elfogyasztása következik be. Ha egy nőnek ezekből az anyagokból hiánya volt a terhesség előtt, a hemoglobinszint csökkenésével kapcsolatos problémák már a terhesség korai szakaszában jelentkezhetnek [44] .
A hemoglobin fő funkciói az oxigénszállítás és a pufferfunkció. Emberben a tüdő kapillárisaiban , túlzott oxigén esetén az utóbbi a hemoglobinnal kombinálva oxihemoglobint képez . A véráramlás révén a hemoglobin molekulákat tartalmazó vörösvértestek kötött oxigénnel eljutnak olyan szervekbe és szövetekbe, ahol kevés az oxigén; itt a hemoglobinnal való kötésből felszabadul az oxidatív folyamatok lezajlásához szükséges oxigén. Ezenkívül a hemoglobin kis mennyiségű (kb. 1/3) szén-dioxidot (CO 2 ) képes megkötni a szövetekben, karbhemoglobint képezve és a tüdőben felszabadítani (a szén-dioxid 2/3-a oldott formában vagy a sók formája a vérplazmával és az eritrocita citoplazmával) [45] .
A szén-monoxid (CO) sokkal erősebben ( 250-szer [46] ) kötődik a vér hemoglobinjához, mint az oxigén, így karboxihemoglobint (HbCO) képez. A szén-monoxid azonban részben kiszorítható a hemből az oxigén parciális nyomásának növelésével a tüdőben. Egyes folyamatok (például nitrátokkal , nitritekkel , anilinnal , piridinnel történő mérgezés ) a hemoglobinban lévő vasion +3 oxidációs állapotig történő oxidációjához vezetnek. Az eredmény a hemoglobin egy formája, amelyet methemoglobin (HbOH) néven ismernek ( metHb , a „ meta- ” és „hemoglobin” néven más néven hem és globin vagy ferrihemoglobin , lásd methemoglobinémia ). Mindkét esetben az oxigénszállítási folyamatok blokkolva vannak.
A mioglobintól eltérően a hemoglobin kvaterner szerkezetű, ami lehetővé teszi az oxigén hozzáadásának és eltávolításának szabályozását, valamint a jellegzetes kooperativitást : az első oxigénmolekula megkötése után a következő molekulák kötődését megkönnyíti. A szerkezet két stabil állapotú (konformáció) lehet: oxihemoglobin (4 oxigénmolekulát tartalmaz; feszült konformáció) és dezoxihemoglobin (oxigént nem tartalmaz; relaxált konformáció).
A dezoxihemoglobin szerkezetének stabil állapota megnehezíti az oxigén hozzáadását. Ezért a reakció elindításához elegendő oxigén parciális nyomásra van szükség, amely a tüdő alveolusaiban lehetséges. A 4 alegység valamelyikében bekövetkező változások hatással vannak a többire is, és az első oxigénmolekula kötődése után a következő oxigénmolekulák kötődése is elősegíthető. Ennek következtében a hemoglobin-oxigén kötési görbe szigma alakú vagy S alakú, ellentétben a nem kooperatív kötődéshez kapcsolódó normál hiperbolikus görbével.
Miután oxigént juttatott a szövetekhez, a hemoglobin hidrogénionokat és szén-dioxidot köt magához , és továbbítja azokat a tüdőbe [47] .
A hemoglobin az egyik fő fehérje, amelyből a malária plazmódiája táplálkozik - a malária kórokozói , és a Föld malária endémiás területein nagyon gyakoriak a hemoglobin szerkezetének örökletes anomáliái, ami megnehezíti a maláriás plazmódiák táplálását. fehérjét és behatolnak az eritrocitákba. Különösen az ilyen evolúciós és adaptív jelentőségű mutációk közé tartozik a hemoglobin rendellenessége, amely sarlósejtes vérszegénységhez vezet . Sajnos azonban ezek az anomáliák (valamint a hemoglobin szerkezetének anomáliái, amelyek nem rendelkeznek egyértelműen adaptív értékkel) a hemoglobin oxigénszállító funkciójának megsértésével, az eritrociták pusztulással szembeni ellenállásának csökkenésével, vérszegénységgel járnak együtt. és egyéb negatív következmények. A hemoglobin szerkezetének anomáliáit hemoglobinopátiának nevezik .
A hemoglobin rendkívül mérgező, ha a vörösvértestekből jelentős mennyisége kerül a vérplazmába (ami masszív intravaszkuláris hemolízis , hemorrhagiás sokk , hemolitikus vérszegénység , összeférhetetlen vérátömlesztés és egyéb kóros állapotok esetén fordul elő). Az eritrocitákon kívül, a vérplazmában szabad állapotban lévő hemoglobin toxicitása a szöveti hipoxiában nyilvánul meg - a szövetek oxigénellátásának romlásában, a szervezet túlterhelésében hemoglobin-pusztító termékekkel - vas, bilirubin , porfirinek sárgaság vagy akut porfíria kialakulásával , a vesetubulusok nagy hemoglobinmolekulák általi elzáródásával, vesetubulusok elhalása és akut veseelégtelenség kialakulásával .
A szervezetben lévő szabad hemoglobin magas toxicitása miatt speciális rendszerek léteznek a megkötésére és semlegesítésére. A hemoglobin neutralizáló rendszer egyik összetevője egy speciális plazmafehérje , a haptoglobin , amely specifikusan köti meg a szabad globint és a hemoglobinban lévő globint. A haptoglobin és globin (vagy hemoglobin) komplexét ezután a szöveti retikuloendoteliális rendszer lépe és makrofágjai felfogják, és ártalmatlanná teszik.
A hemoglobint semlegesítő rendszer másik része a hemopexin fehérje , amely specifikusan megköti a hemoglobinban lévő szabad hemet és hemet. A hem (vagy hemoglobin) és hemopexin komplexét ezután felveszi a máj , a hem lehasad, és a bilirubin és más epe pigmentek szintézisére használják fel, vagy transzferrinekkel kombinálva a keringésbe kerül, hogy a csontvelő újra felhasználja. az erythropoiesis folyamatában .
Amikor a vörösvértestek az öregedés vagy hibák miatt elérik hasznos élettartamuk végét, a lépben vagy a májban lévő makrofágok fagocitáló aktivitása révén eltávolítják a véráramból, vagy a véráramban hemolizálódnak. A szabad hemoglobint ezután a CD163 hemoglobin transzporter eltávolítja a keringésből, amely kizárólag monocitákon vagy makrofágokon expresszálódik. Ezekben a sejtekben a hemoglobin molekula lebomlik és a vas feldolgozódik. Ez a folyamat egy molekula szén-monoxidot is termel minden elpusztult hemmolekulára [48] . A hem lebomlása az egyetlen természetes szén-monoxid forrás az emberi szervezetben, és felelős a normál levegőt lélegző emberek vérének normál szén-monoxid-szintjéért [49] .
A hem lebontásának másik fő végterméke a bilirubin. Ennek a vegyi anyagnak a szintje emelkedett a vérben, ha a vörösvérsejtek a normálisnál gyorsabban pusztulnak el. A nem megfelelően lebontott hemoglobin fehérje, vagy a vérsejtekből túl gyorsan felszabaduló hemoglobin eltömítheti a kis ereket, különösen a vese vékony szűrőereit, vesekárosodást okozva. A vasat eltávolítják a hemből, és későbbi felhasználásra tárolják, a szövetekben hemosiderin vagy ferritin formájában tárolják, és a plazmában transzferrinként béta-globulinok szállítják. Amikor a porfirin gyűrű lebomlik, töredékei általában sárga pigmentként, bilirubinként ürülnek ki, amely epeként választódik ki a belekben. A bél a bilirubint urobilinogénné metabolizálja. Az urobilinogén a széklettel ürül ki a szervezetből szterkobilin nevű pigment formájában. A globulin aminosavakká metabolizálódik, amelyek azután a véráramba kerülnek.
A hemoglobinhiányt egyrészt magának a hemoglobinnak a molekuláinak számának csökkenése okozhatja (lásd vérszegénység ), másrészt az egyes molekulák oxigénmegkötő képességének csökkenése az oxigén parciális nyomása mellett.
A hipoxémia az oxigén parciális nyomásának csökkenése a vérben, és meg kell különböztetni a hemoglobin hiányától. Bár mind a hipoxémia, mind a hemoglobinhiány okai a hipoxiának . Ha a szervezet oxigénhiányát általában hipoxiának nevezik, akkor a helyi oxigénellátási zavarokat ischaemiának nevezik .
Az alacsony hemoglobinszint egyéb okai változatosak: vérveszteség, táplálkozási hiány, csontvelő-betegség, kemoterápia , veseelégtelenség, atipikus hemoglobin.
A vér megnövekedett hemoglobintartalma a vörösvértestek számának vagy méretének növekedésével jár, ami a polycythemia vera esetében is megfigyelhető . Ezt a növekedést a következők okozhatják: veleszületett szívbetegség, tüdőfibrózis, túl sok eritropoetin .
A tudósok egyetértenek abban, hogy az esemény, amely elválasztotta a mioglobint a hemoglobintól, azután következett be, hogy a lámpások elszakadtak az állkapcsos gerincesektől [51] . A mioglobin és a hemoglobin ezen szétválása lehetővé tette a két molekula különböző funkcióinak megjelenését és fejlődését: a mioglobin inkább az oxigén tárolásával foglalkozik, míg a hemoglobin feladata az oxigén szállítása [52] . Az α- és β-szerű globin gének egyedi fehérje alegységeket kódolnak [53] . Ezeknek a géneknek a prekurzorai a duplikáció eredményeként keletkeztek, szintén azután, hogy a gnathosoma közös őse egy állkapocs nélküli halból származott, körülbelül 450-500 millió évvel ezelőtt [51] . Az ősi rekonstrukciós vizsgálatok azt mutatják, hogy a duplikáció előtti α és β gének egy azonos globin alegységekből álló dimer ősei voltak, amelyek aztán duplikáció után tetramer architektúrává alakultak [54] . Az α és β gének kifejlődése lehetővé tette, hogy a hemoglobin számos különálló alegységből álljon, amelyek fizikai összetétele központi szerepet játszik a hemoglobin oxigénszállító képességében. A több alegység jelenléte hozzájárul a hemoglobin azon képességéhez, hogy együtt képes megkötni az oxigént, valamint alloszterikusan szabályozható [52] [54] . Ezt követően az α-gén is megkettőződött a HBA1 és HBA2 gének kialakulásával [55] . Ezek a további duplikációk és divergenciák az α- és β-szerű globin gének széles skáláját hozta létre, amelyek szabályozása oly módon történik, hogy bizonyos formák különböző fejlődési szakaszokban keletkeznek [52] .
A Channichthyidae családba tartozó jéghalak többsége elvesztette hemoglobin génjeit a hideg vízhez való alkalmazkodás következtében [56] .
A hemoglobin nem invazív módon monitorozható, így személyre szabott adatkészletet hozhat létre, amely figyelemmel kíséri a hemokoncentráció és a napi tevékenységek hemodilúciójának hatásait, hogy jobban megértse az atlétikai teljesítményt és az edzést. A sportolók gyakran aggódnak az állóképesség és az edzés intenzitása miatt. Az érzékelő LED-eket használ, amelyek vörös és infravörös fényt bocsátanak ki a szöveten keresztül egy fénydetektorba, amely ezután jelet küld a processzornak, hogy kiszámítsa a hemoglobin fehérje fényelnyelését [57] . Ez az érzékelő hasonlít egy pulzoximéterhez, amely egy kis érzékeny eszközből áll, amely az ujjához van rögzítve.
Az állat- és növényvilág szervezeteiben számos olyan fehérje található, amelyek oxigént szállítanak és megkötnek. Az élőlények, beleértve a baktériumokat, protozoákat és gombákat, hemoglobinszerű fehérjékkel rendelkeznek, amelyek ismert és előrejelzett szerepei közé tartozik a gáznemű ligandumok reverzibilis kötődése. Mivel ezek közül a fehérjék közül sok globint és egy hem részt (vasat a porfirin héjában) tartalmaz, gyakran hemoglobinnak nevezik őket, még akkor is, ha általános harmadlagos szerkezetük nagyon különbözik a gerincesek hemoglobinétől. Különösen a "mioglobin" és a hemoglobin közötti különbségtétel az alsóbbrendű állatokban gyakran lehetetlen, mivel ezen organizmusok némelyike nem tartalmaz izmot. Vagy lehet, hogy felismerhető külön keringési rendszerük van, de nem olyan, amelyik oxigént szállít (például sok rovar és más ízeltlábú). Ezekben a csoportokban a hem/globint (még a monomer globinokat is) tartalmazó molekulákat, amelyek gázkötéshez kapcsolódnak, oxihemoglobinoknak nevezik. Az oxigén szállításán és beszerzésén túlmenően a NO, a CO 2 , a szulfidvegyületek és még az O 2 felvételével is megbirkózhatnak olyan környezetben, amelynek anaerobnak kell lennie [58] . Még a klórozott anyagokat is méregteleníthetik a hem tartalmú P450 enzimekhez és peroxidázokhoz hasonló módon.
A hemoglobin szerkezete a különböző fajokban eltérő. A hemoglobin az élőlények minden birodalmában megtalálható, de nem minden szervezetben. Az olyan primitív fajok, mint a baktériumok, protozoák, algák és növények gyakran tartalmaznak egyglobin hemoglobint. Sok fonálféreg, puhatestű és rákféle nagyon nagy, több elemből álló molekulákat tartalmaz, sokkal nagyobb, mint a gerincesekben. Különösen a gombákban és az óriás annelidekben található kiméra hemoglobinok tartalmazhatnak globint és más típusú fehérjéket is [59] .
A hemoglobin egyik legszembetűnőbb esete és felhasználása élőlényekben az óriás csőféreg ( Riftia pachyptila , más néven Vestimentifera), amely elérheti a 2,4 méter hosszúságot, és óceáni vulkáni nyílásokban él. Az emésztőrendszer helyett ezek a férgek baktériumpopulációt tartalmaznak, amely a test súlyának felét teszi ki. A baktériumok oxidálják a H 2 S-t a szellőzőnyílásból a vízből származó O 2 -vel, hogy főzési energiát állítsanak elő H 2 O-ból és CO 2 -ből . A férgek felső vége egy sötétvörös legyező alakú szerkezet ("csóva"), amely a vízbe kerül, és a fotoszintetikus növényekhez hasonlóan felszívja a H 2 S-t és az O 2 -t a baktériumok számára, valamint a CO 2 -t szintetikus alapanyagként történő felhasználásra. A szerkezetek élénkvörös színűek, mivel számos rendkívül összetett hemoglobint tartalmaznak, amelyek akár 144 globinláncot tartalmaznak, amelyek mindegyike a kapcsolódó hem-struktúrákat tartalmazza. Ezek a hemoglobinok arról nevezetesek, hogy képesek oxigént szállítani szulfid jelenlétében, sőt, anélkül, hogy teljesen "mérgeznék" vagy elnyomnák őket, mint a legtöbb más faj hemoglobinja [60] [61] .
Tematikus oldalak | |
---|---|
Szótárak és enciklopédiák |
|
Bibliográfiai katalógusokban |
|
Vér | |
---|---|
vérképzés | |
Alkatrészek | |
Biokémia | |
Betegségek | |
Lásd még: Hematológia , Onkohematológia |
perfúziós oldatok - ATC kód: B05 | Plazmapótló és||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ||||||||
| ||||||||
| ||||||||
| ||||||||
| ||||||||
|