- Strukturne karakteristike
- Oblici ili strukture hemoglobina
- Kooperativno ponašanje
- Učinci ugljičnog monoksida
- Koji čimbenici mogu utjecati na afinitet hemoglobina prema kisiku?
- Funkcionalne implikacije
- Reference
Carboxyhaemoglobin je vezana hemoglobina ugljični monoksid (CO). Hemoglobin je protein koji prenosi kisik kroz krv kod ljudi i mnogih drugih kralježnjaka.
Za transport kisika hemoglobin se mora vezati na njega. Max Perutz, kemičar i nobelovac, rođen u Beču 1914., a umro u Cambridgeu 2002., nazvao je ponašanje hemoglobina koji veže kisik "nemoralnim".
Struktura hemoglobina (Izvor: Bielabio via Wikimedia Commons)
Zamislite dvije molekule hemoglobina od kojih svaka može vezati četiri molekule kisika. Jedna već ima tri molekule kisika, a druga nijednu. Ako se pojavi još jedna molekula kisika, pitanje je sljedeće: pridružuje li se onom "bogatom" koji već ima tri, ili onom "siromašnom" koji ga nema? Vjerojatnost je 100 do 1 da će ciljati bogate molekule.
Zamislite dvije druge molekule hemoglobina. Jedna ima 4 molekule kisika (zasićena je), a druga ima samo jednu. Koja molekula vjerojatnije daje kisik tkivima, bogatima ili siromašnima? Siromašniji će isporučiti kisik lakše nego bogatima.
Raspodjela kisika u molekuli hemoglobina može se promatrati kao biblijska prispodoba: "… onome tko ga ima, dat će mu se i onome tko ga nema, oduzeće mu se čak i ono što ima…" (Mt, 13, 12). S fiziološkog stajališta, ovo "nemoralno" ponašanje molekule hemoglobina ima puno značaja, jer doprinosi opskrbi tkiva kisikom.
Ugljični monoksid, međutim, bez obzira na broj atoma kisika vezan na molekulu hemoglobina, "sve ih" ubija. Odnosno, u prisutnosti obilne CO, sav kisik vezan za hemoglobin zamjenjuje se CO.
Strukturne karakteristike
Da bismo govorili o karboksihemoglobinu, koji nije ništa drugo do stanje hemoglobina povezanog s ugljikovim monoksidom, prvo je potrebno generalno uputiti na hemoglobin.
Hemoglobin je protein sastavljen od četiri podjedinice, a svaka ih formira polipeptidni lanac poznat kao globin i skupina ne-proteinske prirode (protetska skupina) koja se naziva heme grupa.
Svaka skupina hema sadrži atom željeza u željeznom stanju (Fe 2+). To su atomi sposobni vezati se na kisik bez oksidacije.
Tetramer hemoglobina sastoji se od dvije podjedinice alfa globina, od kojih je svaka 141 aminokiselina i dvije podjedinice beta globina, od po 146 aminokiselina.
Oblici ili strukture hemoglobina
Kad hemoglobin nije vezan ni za jedan kisikov atom, struktura hemoglobina je kruta ili napeta, zbog stvaranja slanih mostova unutar njega.
Kvatarna struktura hemoglobina bez kisika (deoksigenirani) poznata je pod nazivom "T" ili napregnuta struktura, a oksigenirani hemoglobin (oksihemoglobin) poznat je kao "R" ili opuštena struktura.
Prijelaz iz T strukture u R strukturu događa se vezanjem kisika na atom željeza (Fe 2+) hemske skupine pričvršćen na svaki globinski lanac.
Kooperativno ponašanje
Podjedinice koje čine strukturu hemoglobina pokazuju kooperativno ponašanje što se može objasniti sljedećim primjerom.
Deoksigenirana molekula hemoglobina (u T strukturi) može se zamisliti kao kuglica vune s mjestima koja vežu kisik (heme skupine) vrlo skrivenim unutar nje.
Kad se ta uska struktura veže na molekulu kisika, brzina vezanja je vrlo mala, ali ovo vezanje je dovoljno da se lopta malo olabavi i da se sljedeća skupina hemea približi površini, čineći brzinu kojom se veže sljedeći kisik je veći, ponavlja postupak i povećava afinitet sa svakom vezom.
Učinci ugljičnog monoksida
Da bismo proučili učinke ugljičnog monoksida na transport plinova u krvi, najprije je potrebno opisati karakteristike krivulje oksihemoglobina, koja opisuje njegovu ovisnost o parcijalnom tlaku kisika da se "napuni" molekulima kisika ili ne.
Kriva oksihemoglobina ima sigmoidni ili "S" oblik koji varira u ovisnosti o parcijalnom tlaku kisika. Graf krivulje proizlazi iz analiza rađenih na uzorcima krvi koji su korišteni za njenu konstrukciju.
Najokrutnije područje krivulje dobiva se s pritiscima nižim od 60 mmHg, a pri većim pritiscima od ovoga krivulja ima tendenciju izravnavanja, kao da doseže do visoravni.
Kada u prisutnosti određenih tvari krivulja može pokazati značajna odstupanja. Ta odstupanja pokazuju promjene koje se događaju u afiniteta hemoglobina za kisik u isto PO 2.
Kvantificirati taj fenomen, mjerenje afiniteta za hemoglobina kisikom uveden, poznat kao P 50 vrijednosti, što je vrijednost parcijalnog tlaka kisika na koji je 50% hemoglobina zasićen; to jest kada je polovica njegovih skupina hema spojena na molekulu kisika.
U standardnim uvjetima, koje treba shvatiti kao pH 7,4, parcijalni tlak kisika od 40 mmHg i temperatura od 37 ° C, nizak P 50 odraslog muškarca je 27 mm Hg ili 3,6 kPa.
Koji čimbenici mogu utjecati na afinitet hemoglobina prema kisiku?
Afinitet hemoglobina za kisik sadržan u eritrocitima može se smanjiti u prisustvu 2,3 difosfoglicerata (2-3DPG), ugljičnog dioksida (CO 2), visoke koncentracije protona ili zbog povećane temperature; a isto vrijedi i za ugljični monoksid (CO).
Funkcionalne implikacije
Ugljični monoksid može ometati promet kisika u arterijskoj krvi. Ova molekula se može vezati na hemoglobin i tvoriti karboksihemoglobin. To je zato što ima afinitet za hemoglobin oko 250 puta veća od O 2, tako da je u stanju da ga micati čak i kad je vezan za to.
Tijelo stvara ugljični monoksid trajno, iako u malim količinama. Ovaj bezbojni plin bez mirisa veže se za heme grupu na isti način kao što to čini O2 , a normalno oko 1% hemoglobina u krvi postoji kao karboksihemoglobin.
Budući da se nekompletnim sagorijevanjem organske tvari stvara CO, udio karboksihemoglobina u pušača je puno veći, te dostiže vrijednosti između 5 i 15% ukupnog hemoglobina. Kronično povećanje koncentracije karboksihemoglobina štetno je za zdravlje.
Povećanje količine CO koji se udiše i stvara više od 40% karboksihemoglobina opasno je po život. Kada je obojenih vezanja željeza mjesto zauzima CO, O 2 ne može vezati.
Vezanje CO uzrokuje prijelaz hemoglobina u strukturi R, tako da se hemoglobin dodatno smanjuje mogućnost da dostavi O 2 u krvne kapilare.
Karboksihemoglobin ima svijetlo crvenu boju. Tako bolesnici otrovani CO-om postaju ružičasti, čak i u komi i respiratornoj paralizi. Najbolji tretman za pokušaj spašavanja života ovih pacijenata je da im se udahne čisti kisik, čak i hiperbaričan, kako bi se pokušalo izmijeniti vezivanje željeza s CO.
Reference
- Fox, SI (2006). Human Physiology 9. izdanje (str. 501-502). McGraw-Hill press, New York, SAD.
- Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA i Rodwell, VW (2014). Harperova ilustrirana biokemija. McGraw-Hill.
- Rawn, JD (1998). Biokemija (1989). Burlington, Sjeverna Karolina: Neil Patterson Publishers (c) N. Lalioti, CP Raptopoulou, A. Terzis, A. Panagiotopoulos, SP Perlepes, E. Manessi-Zoupa, J. Chem, Soc. Dalton Trans, 1327.
- Robert M. Berne, Matthew N. Levy. (2001) Fiziologija. (3. izd.) Ediciones Harcourt, SA
- West, JB (1991). Fiziološka osnova medicinske prakse. Williams i Wilkins