För att kunna tala omfattande om hemoglobin (Hb) är det användbart att hantera myoglobin (Mb), som mycket liknar hemoglobin men är mycket enklare. Det finns stränga släktskapsrelationer mellan hemoglobin och myoglobin: båda är konjugerade proteiner och deras protetiska grupp (icke-proteindel) är hemegruppen .
Myoglobin är ett globulärt protein bestående av en enda kedja av cirka ett hundra femtio aminosyror (beroende på organismen) och dess molekylvikt är ca 18 Kd.
Som nämnts är den utrustad med en hemgrupp som införs i en hydrofob (eller lipofil) del av proteinet, som består av vikningar hänförliga till a-helixstrukturerna av fibrösa proteiner.
Myoglobin består huvudsakligen av segment av a-helixer, närvarande i antal åtta och består nästan uteslutande av icke-polära rester (leucin, valin, metionin och fenylalanin) medan polära rester är praktiskt taget frånvarande (asparaginsyra, glutaminsyra, lysin och arginin); De enda polära resterna är två histidiner, som spelar en grundläggande roll i syreanfallet mot hemgruppen.
Hemgruppen är en kromoforgrupp (absorberar i det synliga) och är den funktionella gruppen av myoglobin.
Se även: glykerade hemoglobin - hemoglobin i urinen
En liten kemi
Länken mellan protoporfyrin och järn är ett typiskt bindemedel för de så kallade koordinationsföreningarna som är kemiska föreningar, i vilka en central atom (eller jon) bildar bindningar med andra kemiska arter i antal högre än dess oxidationsnummer (elektrisk laddning). I fallet med heme är dessa bindningar reversibla och svaga.
Koordinatorns antal (antal koordinationsobligationer) på järnet är sex: det kan finnas sex molekyler runt järnet som delar bindningselektronerna.
För att bilda en samordningsförening tar det två orbitaler med korrekt orientering: en kan "köpa" elektroner och den andra kan donera dem
I himmet bildar järnet fyra plana bindningar med de fyra kväveatomerna som befinner sig i mitten av protoporfyrinringen och en femte bindning med ett proximalt histidinkväve; järn har den sjätte lediga koordinatlänken och kan binda till syre.
När järn är i form av en frijon, har dess d- typ-orbitaler alla samma energi; I myoglobin är järnjon bunden till protoporfyrin och histidin: dessa arter stör magnetiskt orbitalerna av järn; Förstörelsens omfattning kommer att vara annorlunda för de olika orbitalerna enligt deras geografiska orientering och för störande arter. Eftersom orbitalernas totala energi måste återgå till konstant, orsakar störningen en energisk separation mellan de olika orbitalerna: energin som förvärvas av vissa orbitaler motsvarar den energi som förloras av de andra.
Om separationen som inträffar mellan orbitalerna inte är så stor, är ett elektroniskt arrangemang med högt centrifugering föredraget: bindningselektronerna försöker arrangera sig parallella spinn i flera möjliga delnivåer (maximal multiplicitet); Om å andra sidan störningen är mycket stark och det finns en stor separation mellan orbitalerna, kan det vara mer lämpligt att para bindningselektronerna i de lägre energibytorna (lågvridning).
När järn binder till syre, tar molekylen en låg spin-disposition medan järn har den sjätte fria koordinatlänken, har molekylen en hög spin.
Tack vare denna skillnad i spin, genom en spektralanalys av myoglobin, kan vi förstå om det är bunden syre (MbO2) eller inte (Mb).
Myoglobin är ett protein som är typiskt för musklerna (men inte bara i musklerna).
Myoglobin extraheras från spermhvalan, i vilken den är närvarande i stora mängder och sedan renas.
Cetaceans har andning som människorna: med lungorna måste de absorbera luft genom andningsförloppet; Spermhvalen måste bära så mycket syre som möjligt i musklerna som kan ackumulera syre genom att binda det till det myoglobin som finns i dem. syrgas släpps sedan långsamt när valet är nedsänkt eftersom dess ämnesomsättning kräver syre: ju större mängden syre som spermhvalan kan absorbera och ju mer syre är tillgängligt under dyket.
För att göra köttet mer eller mindre rött är halten av hemoproteiner (det är det hem som gör köttet rött).
Hemoglobin har många strukturella analogier med myoglobin och kan binda molekylärt syre reversibelt; Men medan myoglobin är begränsat till muskler och perifera vävnader finns hemoglobin i erytrocyter eller röda blodkroppar (de är pseudo-celler, det vill säga de är inte riktiga celler) som utgör 40% av blodet.
Hemoglobin är en tetrameter, det vill säga består den av fyra polypeptidkedjor, var och en med en heme-grupp och två för två (i en människa finns två alfa-kedjor och två betakedjor).
Huvudfunktionen hos hemoglobin är transport av syre ; En annan funktion av det blod i vilket hemoglobin är involverat är transport av ämnen till vävnaderna.
På vägen från lungorna (rik på syre) till vävnaderna bär hemoglobinn syre (samtidigt når andra ämnen också vävnaderna) medan de i den omvända vägen bär det avfall som uppsamlas från vävnaderna, särskilt koldioxiden som produceras i ämnet.
Vid utvecklingen av en människa finns gener som endast uttrycks under en viss tid; Av denna anledning har vi olika hemoglobiner: fet, embryonal, av den vuxna mannen.
Kedjorna som utgör dessa olika hemoglobiner har olika strukturer men med likheter är den funktion de utför mer eller mindre densamma.
En förklaring av närvaron av flera olika kedjor är följande: Under den evolutionära processen med organismer har hemoglobin också utvecklats specialiserat på transport av syre från områden som är rika på bristfälliga områden. I början av den evolutionära kedjan bärs hemoglobin syre i små organismer; I samband med evolutionen har organismerna nått större dimensioner, därför har hemoglobinet förändrats för att kunna transportera syre till områden längre bort från den punkt som den var rik; För att göra detta, har nya strukturer av kedjorna som bildar hemoglobin kodifierats under den evolutionära processen.
Myoglobin binder syre även vid blygsamma tryck; I perifera vävnader finns ett tryck (PO2) på ca 30 mmHg: vid detta tryck frigör myoglobin inte syre, så det skulle vara ineffektivt som en syrebärare. Hemoglobin har å andra sidan ett mer elastiskt beteende: det binder syre vid höga tryck och släpper ut det när trycket minskar.
När ett protein är funktionellt aktivt kan det något ändra sin form; till exempel har syreförsett myoglobin en annan form än icke-oxygenerad myoglobin och denna mutation påverkar inte angränsande.
Diskursen är annorlunda i samband med associerade proteiner såsom hemoglobin: när en kedja är oxygenerad induceras den att förändra sin form, men denna modifikation är tredimensionell, därför påverkas också de andra kedjorna av tetrametern. Att kedjorna är förknippade med varandra leder till att man tror att modifieringen av en påverkar andra angränsande, även om det i en annan utsträckning; När en kedja är oxygenerad, tar tetrameterens andra kedjor en "mindre fientlig inställning" mot syre: svårigheten med vilken en kedjeoxideras minskar när kedjorna bredvid det syrar sig själva. Samma argument gäller för deoxigenering.
Den kvaternära strukturen av deoxihemoglobin kallas T (spänd) -formen, medan den för oxyhemoglobin kallas R- formen (frisättad); i utsträckt tillstånd finns en serie ganska starka elektrostatiska interaktioner mellan sura aminosyror och basiska aminosyror som leder till en styv struktur av deoxihemoglobin (det är därför "spänd form"), medan när syre är bunden, är enheten av dessa interaktioner minskar (det är därför den "frisläppta formen"). Vidare, i frånvaro av syre, stabiliseras histidinladdningen (se struktur) av den motsatta laddningen av asparaginsyra medan det i närvaro av syre är en tendens att proteinet förlorar en proton; Allt detta betyder att syrehaltig hemoglobin är en starkare syra än deoxiderad hemoglobin: Bohr-effekt .
Beroende på pH, bindar hemgruppen mer eller mindre lätt till syre: i en sur miljö lättar hemoglobinet syre lättare (den spända formen är stabil) medan i en grundläggande miljö bindningen med syre är starkare.
Varje hemoglobin frisätter 0, 7 protoner per inkommande mol syre (O2).
Bohr-effekten gör att hemoglobin förbättrar sin förmåga att bära syre.
Hemoglobin som gör resan från lungorna till vävnaderna måste balansera sig i enlighet med tryck, pH och temperatur.
Vi ser effekten av temperaturen .
Temperaturen i lungalveolerna är cirka 1-1, 5 ° C lägre än utetemperaturen, medan i musklerna temperaturen är ca 36, 5-37 ° C; När temperaturen ökar, minskar mättnadsfaktorn (med samma tryck): detta händer eftersom kinetisk energi ökar och dissociation är gynnad.
Det finns andra faktorer som kan påverka hemoglobins förmåga att binda till syre, varav en är koncentrationen av 2, 3-bisfosfoglycerat .
2, 3-bisfosfoglycerat är ett metaboliskt närvarande i erytrocyter i en koncentration av 4-5 mM (ingen annan del av kroppen är närvarande i sådan hög koncentration).
Vid fysiologiskt pH deprotoneras 2, 3 bisfosfoglycerat och har fem negativa laddningar på den; Det går till kil mellan de två beta-kedjorna av hemoglobin eftersom dessa kedjor har en hög koncentration av positiva laddningar. De elektrostatiska interaktionerna mellan betakedjorna och bisfosfoglyceratkedjorna ger en viss styvhet till systemet: en spänd struktur uppnås som har liten affinitet för syre; under oxygenering utvisas 2, 3-bisfosfoglycerat.
I erytrocyterna finns en speciell apparat som omvandlar 1, 3 bisfosfoglycerat (producerad genom metabolismen) till 2, 3 bisfosfoglycerat så att den når en koncentration av 4-5 mM och därför kan hemoglobinet byta ut l syre i vävnader.
Hemoglobin som kommer till en vävnad är i frigjort tillstånd (bunden till syre) men i närheten av vävnaden är den karboxylerad och passerar in i en utsträckt tillstånd: proteinet i detta tillstånd har en lägre tendens att binda med syre, jämfört med det frisatta tillståndet, därför frisätter hemoglobinet syre till vävnaden; vidare är det på grund av reaktionen mellan vatten och koldioxid produktion av H + joner, därför ytterligare syre på grund av bohr-effekten.
Koldioxid diffunderar i erytrocyten som passerar genom plasmamembranet; Med tanke på att erytrocyter utgör cirka 40% av blodet, borde vi förvänta oss att endast 40% av koldioxiden som diffunderar från vävnaderna kommer in i dem. I själva verket kommer 90% av koldioxiden in i röda celler eftersom de innehåller ett enzym som omvandlar koldioxid i kolsyra följer det att den stationära koncentrationen av koldioxid i erytrocyterna är låg och därför är införingshastigheten hög.
Ett annat fenomen som uppstår när en erytrocyt når en vävnad är följande: genom gradient kommer HCO3- (koldioxidderivatet) ut ur erytrocyten och för att balansera utgången av en negativ laddning har vi Inmatning av klorider som bestämmer en ökning av det osmotiska trycket: För att balansera denna variation finns också inträde av vatten som orsakar erytrocyt svullnad (HAMBURGER-effekt). Det motsatta fenomenet uppträder när en erytrocyt når lungalveolerna: erytrocytdeflering uppträder (HALDANE-effekt). Således är venösa erytrocyter (direkt mot lungorna) runda än arteriella.
