Hæmoglobin og Bohr -effekten

Struktur og funktioner

Hæmoglobin er et metalloprotein indeholdt i røde blodlegemer, der er ansvarlig for transport af ilt i blodstrømmen. Faktisk er ilt kun moderat opløseligt i vand; derfor er de mængder, der er opløst i blodet (mindre end 2% af totalen) ikke tilstrækkelige til at tilfredsstille vævs metaboliske krav. Behovet for en bestemt transportør er derfor tydelig.

I blodbanen kan ilt ikke binde direkte og reversibelt til proteiner, som det i stedet forekommer for metaller som kobber og jern. Ikke overraskende finder vi i midten af ​​hver protein-underenhed af hæmoglobin, pakket ind i en proteinskal, den såkaldte protese gruppe EME, med et metallisk hjerte repræsenteret af et jernatom i Fe2 + oxidationstilstanden (reduceret tilstand), som binder ilt på en reversibel måde.

Blodanalyse

• Normale hæmoglobinværdier i blodet: 13-17 g / 100 ml

Hos kvinder er værdierne i gennemsnit 5-10% lavere end hos mænd.

Mulige årsager til højt hæmoglobin

• Polycytemier
• Forlænget ophold på højt terræn
• Kroniske lungesygdomme
• Hjerte sygdom
• Bloddoping (brug af erythropoietin og derivater eller stoffer, der efterligner deres virkning)

Mulige årsager til lavt hæmoglobin

• Anemier
• Jernmangel (jernmangel)
• Rigelig blødning
• Carcinomer
• Graviditet
• Thalassemias
• Burns

Iltindholdet i blodet er derfor givet ved summering af den lille mængde opløst i plasmaet med fraktionen bundet til hæmoglobinjern.

Mere end 98% af iltet i blodet er bundet til hæmoglobin, som igen cirkulerer i blodbanen, der er tildelt inden for de røde blodlegemer. Uden hæmoglobin kunne erytrocytterne derfor ikke udføre deres opgave som ilttransportører i blodet.

I betragtning af dette metals centrale rolle kræver syntesen af ​​hæmoglobin et tilstrækkeligt indtag af jern i kosten. Omkring 70% af det jern, der findes i kroppen, er faktisk indeholdt i hæmoglobins hæmgrupper.

Hæmoglobin består af 4 underenheder, der strukturelt ligner myoglobin *.

* Mens hæmoglobin transporterer ilt fra lungerne til vævene, transporterer myoglobin ilt frigivet af hæmoglobin til de forskellige cellulære organeller, der bruger det (f.eks. Mitokondrier).

Hæmoglobin er et stort og komplekst metalloprotein, kendetegnet ved henholdsvis fire kugleformede proteinkæder viklet omkring en hæmgruppe, der indeholder Fe2 +.

For hvert hæmoglobinmolekyle finder vi derfor fire hæm -grupper pakket ind i den relative kugleformede proteinkæde. Da der er fire jernatomer i hvert hæmoglobinmolekyle, kan hvert hæmoglobinmolekyle binde fire iltatomer til sig selv, ifølge den reversible reaktion:

Hb + 4O2 ← → Hb (O2) 4

Som de fleste kender, er hæmoglobins opgave at tage ilt i lungerne, frigive det til de celler, der har brug for det, tage kuldioxid fra dem og frigive det i lungerne, hvor chiloen begynder igen.

Under passage af blod i kapillærerne i lungealveolerne binder hæmoglobin ilt til sig selv, som efterfølgende frigives til vævene i den perifere cirkulation. Denne udveksling sker, fordi iltbindinger med jernet i EME -gruppen er labile og følsomme over for mange faktorer, hvoraf den vigtigste er iltets spænding eller partielle tryk.

Binding af ilt til hæmoglobin og Bohr -effekten

I lungerne øges plasma -iltspændingen på grund af diffusion af gas fra alveolerne til blodet (↑ PO2); denne stigning får hæmoglobin til at binde ivrig til ilt; det modsatte sker i de perifere væv, hvor koncentrationen af ​​opløst ilt i blodet falder (↓ PO2), og det partielle tryk af kuldioxid stiger (↑ CO2); dette får hæmoglobin til at frigive ilt og blive ladet med CO2. Forenkler konceptet så meget som muligt, jo mere kuldioxid der er i blodet, jo mindre ilt forbliver bundet til hæmoglobin.

Selvom mængden af ​​ilt fysisk opløst i blodet er meget lav, spiller det derfor en grundlæggende rolle. Faktisk har denne mængde stor indflydelse på bindingsstyrken mellem ilt og hæmoglobin (samt repræsenterer en "vigtig referenceværdi ved regulering af lungeventilation).

Sammenfattende alt med en graf vokser mængden af ​​ilt, der er knyttet til hæmoglobin, i forhold til pO2 efter en sigmoidkurve:

Det faktum, at plateu -regionen er så stor, placerer en vigtig sikkerhedsmargen ved den maksimale mætning af hæmoglobin under passagen til lungerne. Selvom pO2 på alveolært niveau normalt er lig med 100 mm Hg, observerer vi det tal, vi faktisk noterer, hvordan selv et delvist iltryk på 70 mmHg (typisk forekomst af nogle sygdomme eller ophold i store højder), forbliver procenterne af mættet hæmoglobin tæt på 100%.

I området med maksimal hældning, når iltpartialspændingen falder til under 40 mmHg, falder hæmoglobins evne til at binde ilt pludselig.

Under hvileforhold er PO2 i intracellulære væsker cirka 40 mmHg; på dette sted, på grund af gasslovene, diffunderer oxygenet, der er opløst i plasmaet, mod de dårligere væv i O2, der krydser kapillarmembranen.Følgelig falder plasmaspændingen af ​​O2 yderligere, og det favoriserer frigivelse af ilt fra hæmoglobinet. . Under intens fysisk anstrengelse falder derimod iltspændingen i vævene til 15 mmHg eller mindre, hvilket resulterer i, at blodet er stærkt tømt for ilt.

For hvad der er sagt, i hvileforhold forlader en vigtig mængde iltet hæmoglobin vævene og forbliver tilgængelig i tilfælde af behov (f.eks. For at håndtere en pludselig stigning i stofskiftet i nogle celler).

Den faste linje vist på billedet ovenfor kaldes hæmoglobindissociationskurven; det bestemmes typisk in vitro ved pH 7,4 og ved en temperatur på 37 ° C.

Bohr -effekten har konsekvenser både for indtagelse af O2 på lunge niveau og for frigivelse på vævsniveau.

Hvor der er mere opløst kuldioxid i form af bikarbonat, frigiver hæmoglobin lettere ilt og bliver ladet med kuldioxid (i form af bikarbonat).

Den samme effekt opnås ved at forsure blodet: jo mere blodets pH falder, og jo mindre ilt forbliver bundet til hæmoglobinet; ikke overraskende opløses kuldioxid hovedsageligt i form af kulsyre, som dissocierer.

Til ære for dens opdager er virkningen af ​​pH eller kuldioxid kendt for iltdissociation kendt som Bohr -effekten.

Som forventet frigiver hæmoglobin i et surt miljø lettere ilt, mens bindingen med ilt i et grundlæggende miljø er stærkere.

Andre faktorer, der er i stand til at ændre hæmoglobins affinitet for ilt, omfatter temperatur. Især hæmoglobins affinitet for ilt falder med stigende kropstemperatur. Dette er især fordelagtigt i vinter- og forårsmånederne, da lungeblodets temperatur (i kontakt med luften i det ydre miljø) er lavere end den, der nås i vævene, hvor frigivelse af ilt derfor lettes.

2.3 diphosphoglycerat er et mellemprodukt i glykolyse, der påvirker hæmoglobins affinitet for ilt. Hvis dets koncentrationer i de røde blodlegemer stiger, falder hæmoglobins affinitet til ilt, hvilket letter frigivelsen af ​​ilt til vævene. Ikke overraskende er erytrocytkoncentrationerne af 2,3 diphosphoglycerat stigning, for eksempel i anæmi, hjerte-lungeinsufficiens og under opholdet i stor højde.

Generelt er effekten af ​​2,3 bisphosphoglycerat relativt langsom, især sammenlignet med den hurtige reaktion på ændringer i pH, temperatur og partielt tryk af kuldioxid.

Bohr -effekten er meget vigtig under intens muskulært arbejde; under sådanne forhold er der i de væv, der er mest udsat for stress, en lokal stigning i temperaturen og trykket af kuldioxid, derfor i blodets surhed. Som forklaret ovenfor favoriserer alt dette frigivelse af ilt til vævene og forskyder hæmoglobindissociationskurven til højre.