Hæmoglobin | |
---|---|
] | |
Identifikatorer | |
Symbol | Hb |
Mediefiler på Wikimedia Commons |
Hæmoglobin (fra andet græsk αἷμα "blod" + lat. globus "bold") ( Hb eller Hgb ) er et komplekst jernholdigt protein fra dyr med blodcirkulation , der er i stand til reversibelt at binde sig til ilt , og sikre dets overførsel til væv. Hos hvirveldyr findes det i erytrocytter , hos de fleste hvirvelløse dyr er det opløst i blodplasma ( erythrocruorin ) og kan være til stede i andet væv [1] . Molekylvægten af humant hæmoglobin er ca. 66,8 kDa . Et hæmoglobinmolekyle kan bære op til fire iltmolekyler [2] . Et gram hæmoglobin kan bære op til 1,34 ml ilt [3] .
Hæmoglobin dukkede op for mere end 400 millioner år siden i den sidste fælles forfader til mennesker og hajer som et resultat af 2 mutationer, der førte til dannelsen af et fire-komponent hæmoglobinkompleks, hvis affinitet for ilt er tilstrækkelig til at binde ilt i et miljø mættet med det, men ikke nok til at fastholde det i andre væv i kroppen. [5] [6]
I 1825 opdagede Johann Friedrich Engelhart, at forholdet mellem jern og protein er det samme i hæmoglobiner af flere arter [7] [8] . Ud fra den kendte atomvægt af jern, beregnede han molekylvægten af hæmoglobin til n × 16.000 (n = antallet af jernatomer i hæmoglobin, nu kendt som 4). Denne "forhastede konklusion" forårsagede en del latterliggørelse på det tidspunkt fra videnskabsmænd, som ikke kunne tro, at noget molekyle kunne være så stort. Gilbert Smithson Adair bekræftede Engelharts resultater i 1925 ved at måle det osmotiske tryk af hæmoglobinopløsninger [9] .
Selvom blod har været kendt for at bære ilt siden mindst 1794 [10] [11] , blev hæmoglobinets iltbærende egenskab beskrevet af Hünefeld i 1840 [12] . I 1851 offentliggjorde den tyske fysiolog Otto Funke en række artikler, hvori han beskrev væksten af hæmoglobinkrystaller ved successivt at fortynde erytrocytter med et opløsningsmiddel såsom rent vand, alkohol eller ether, efterfulgt af langsom fordampning af opløsningsmidlet fra det resulterende protein. løsning [13] [14] . Reversibel iltning af hæmoglobin blev beskrevet flere år senere af Felix Hoppe-Sailer [15] .
I 1959 bestemte Max Ferdinand Perutz den molekylære struktur af hæmoglobin ved røntgenkrystallografi [16] [17] . Dette arbejde førte til, at han delte 1962 Nobelprisen i kemi med John Kendrew for deres forskning i strukturerne af kugleformede proteiner [18] .
Hæmoglobins rolle i blodet blev fundet ud af af den franske fysiolog Claude Bernard . Navnet hæmoglobin kommer fra ordene hæm og globin , hvilket afspejler det faktum, at hver hæmoglobinunderenhed er et kugleformet protein med en indsat hæmgruppe. Hver hæmgruppe indeholder et jernatom, som kan binde ét oxygenmolekyle med ion-inducerede dipolkræfter. Den mest almindelige type hæmoglobin hos pattedyr indeholder fire sådanne underenheder.
Hæmoglobin består af proteinunderenheder (globinmolekyler), og disse proteiner er til gengæld foldede kæder af en lang række forskellige aminosyrer kaldet polypeptider. Aminosyresekvensen af ethvert polypeptid, der er skabt af en celle, bestemmes igen af dele af DNA kaldet gener. I alle proteiner er det aminosyresekvensen, der bestemmer proteinets kemiske egenskaber og funktion.
Der er mere end ét hæmoglobingen: Hos mennesker er hæmoglobin A (hovedformen for hæmoglobin til stede hos voksne) kodet af HBA1 , HBA2 og HBB generne [19] Alfa 1 og alfa 2 hæmoglobin underenhederne er kodet af HBA1 henholdsvis HBA2 gener , som findes på kromosom 16 og er tæt på hinanden. Beta-underenheden af hæmoglobin er kodet af HBB -genet , som findes på kromosom 11. Aminosyresekvenserne af globinproteinerne i hæmoglobiner er generelt forskellige mellem arter. Disse forskelle øges med evolutionær afstand mellem arter. For eksempel er de mest almindelige hæmoglobinsekvenser hos mennesker, bonoboer og chimpanser fuldstændig identiske, selv uden en enkelt aminosyreforskel i alfa- eller beta-globinproteinkæderne [20] [21] [22] . Mens humant og gorillahæmoglobin adskiller sig med én aminosyre i alfa- og beta-kæderne, øges disse forskelle mellem mindre nært beslægtede arter.
Selv inden for arter er der variation i hæmoglobin, selvom en sekvens normalt er "mest almindelig" inden for hver art. Mutationer i hæmoglobinproteingener i en art resulterer i hæmoglobinvarianter [23] [24] . Mange af disse mutante former for hæmoglobin forårsager ikke nogen sygdom. Men nogle af disse mutante former for hæmoglobin forårsager en gruppe af arvelige sygdomme kaldet hæmoglobinopatier . Den bedst kendte hæmoglobinopati er seglcelleanæmi, som var den første menneskelige sygdom, hvis mekanisme blev forstået på molekylært niveau. Et (for det meste) separat sæt sygdomme kaldet thalassæmi involverer utilstrækkelig produktion af normale og nogle gange unormale hæmoglobiner på grund af problemer og mutationer i reguleringen af globin-genet. Alle disse sygdomme forårsager anæmi [25] .
Variationer i hæmoglobins aminosyresekvenser, som i tilfældet med andre proteiner, kan være adaptive. For eksempel har hæmoglobin vist sig at tilpasse sig forskelligt til store højder. Organismer, der lever i store højder, oplever et lavere partialtryk af ilt sammenlignet med det ved havoverfladen. Dette udgør et problem for organismer, der bor i sådanne miljøer, fordi hæmoglobin, som normalt binder oxygen ved høje oxygenpartialtryk, skal være i stand til at binde oxygen, når det er til stede ved lavere tryk. Forskellige organismer har tilpasset sig et sådant problem. For eksempel har nyere undersøgelser vist genetiske varianter hos hjortemus, der hjælper med at forklare, hvordan hjortemus, der lever i bjerge, er i stand til at overleve i den tynde luft, der kommer med store højder. En forsker fra University of Nebraska-Lincoln har fundet mutationer i fire forskellige gener, der kan forklare forskelle mellem hjortemus, der lever på lavlandsprærierne, og dem, der bor i bjergene. Efter at have studeret vilde mus fanget både i højlandet og i lavlandet, viste det sig, at: generne for de to racer er "stort set identiske - med undtagelse af dem, der regulerer deres hæmoglobins evne til at transportere ilt." "Den genetiske forskel gør det muligt for højtliggende mus at bruge deres ilt mere effektivt," da mindre ilt er tilgængeligt i højere højder, såsom i bjergene [26] . Mammoth hæmoglobin blev kendetegnet ved mutationer, der tillod ilt at blive leveret ved lavere temperaturer, hvilket gjorde det muligt for mammutter at migrere til højere breddegrader under Pleistocæn [27] . Mutationer er også blevet fundet i andinske kolibrier. Kolibrier bruger allerede meget energi og har derfor et højt iltbehov, men man har fundet ud af, at andinske kolibrier trives i store højder. Ikke-synonyme mutationer i hæmoglobingenet hos flere arter, der lever i store højder ( Oreotrochilus, A. castelnaudii, C. violifer, P. gigas og A. viridicuada ) har forårsaget, at proteinet har mindre affinitet til inositolhexaphosphat (IHP), et molekyle , fundet i fugle, som spiller samme rolle som 2,3-BPG hos mennesker; dette resulterer i evnen til at binde ilt ved lavere partialtryk [28] .
Fuglenes unikke blodlunger fremmer også effektiv brug af ilt ved lave O 2 - partialtryk . Disse to tilpasninger forstærker hinanden og forklarer fuglenes bemærkelsesværdige højhøjdeegenskaber.
Hæmoglobintilpasning strækker sig også til mennesker. Tibetanske kvinder med genotyper med høj iltmætning, der lever i en højde af 4000 meter, har højere afkomsoverlevelse [29] . Naturlig selektion synes at være hovedkraften, der virker på dette gen, fordi afkomsdødeligheden er signifikant lavere hos kvinder med højere hæmoglobin-iltaffinitet sammenlignet med afkomsdødeligheden hos kvinder med lav hæmoglobiniltaffinitet. Selvom den nøjagtige genotype og mekanismen, hvorved dette sker, endnu ikke er klarlagt, påvirker selektion disse kvinders evne til at binde ilt ved lave partialtryk, hvilket generelt giver dem mulighed for bedre at understøtte vigtige metaboliske processer.
Hæmoglobin (Hb) syntetiseres i en kompleks sekvens af trin. En del af hæmen syntetiseres i flere trin i mitokondrierne og cytosolen af umodne erytrocytter, mens dele af globinproteinet syntetiseres af ribosomer i cytosolen [30] . Hb-produktionen fortsætter i cellen gennem hele dens tidlige udvikling fra proerythroblasten til retikulocytten i knoglemarven. På dette stadium er kernen tabt i pattedyrs røde blodlegemer, men ikke i fugle og mange andre arter. Selv efter nuklear tab hos pattedyr, giver resterende ribosomalt RNA yderligere hæmoglobinsyntese, indtil retikulocytten mister sit RNA kort efter ind i vaskulaturen (dette hæmoglobinsyntetiske RNA giver faktisk retikulocytten dets retikulerede udseende og navn) [31] .
Hæmoglobin er et komplekst protein af hæmoproteinklassen , det vil sige, hæm fungerer som en protesegruppe her - en porfyrinkerne , der indeholder jern . Human hæmoglobin er en tetramer, det vil sige, den består af 4 protomerer. Hos en voksen er de repræsenteret af α 1 , α 2 , β 1 og β 2 polypeptidkæder . Underenhederne er forbundet med hinanden efter princippet om det isologiske tetraeder . Hovedbidraget til interaktionen af underenheder er lavet af hydrofobe interaktioner. Både α- og β-strenge tilhører den α-spiralformede strukturklasse , da de udelukkende indeholder α-helixer . Hver streng indeholder otte spiralformede sektioner, mærket A til H (N-terminal til C-terminal).
Hæm er et kompleks af protoporphyrin IX , der tilhører klassen af porphyrinforbindelser med et jern(II) -atom . Denne cofaktor er ikke-kovalent bundet til det hydrofobe hulrum i hæmoglobin- og myoglobinmolekylerne.
Jern(II) er karakteriseret ved oktaedrisk koordination, det vil sige, at det binder til seks ligander. Fire af dem er repræsenteret af nitrogenatomer i porphyrinringen, som ligger i samme plan. De to andre koordinationspositioner ligger på en akse vinkelret på porfyrinets plan. En af dem er optaget af nitrogenet i histidinresten i den 93. position af polypeptidkæden (afsnit F). Oxygenmolekylet bundet af hæmoglobin koordinerer til jern fra bagsiden og viser sig at være indesluttet mellem jernatomet og nitrogenet fra en anden histidinrest placeret i den 64. position af kæden (afsnit E).
I alt er der fire iltbindingssteder i humant hæmoglobin (en hæm for hver underenhed), det vil sige, at fire molekyler kan binde samtidigt. Hæmoglobin i lungerne ved højt partialtryk af ilt kombineres med det og danner oxyhæmoglobin. I dette tilfælde kombineres oxygen med hæm og forbinder hæmjernet på den 6. koordinationsbinding. Kulilte forbinder den samme binding og indgår i en "konkurrence" med ilt om en binding med hæmoglobin og danner carboxyhæmoglobin.
Hæmoglobins binding til kulilte er stærkere end til ilt. Derfor deltager den del af hæmoglobinet, der danner et kompleks med kulilte, ikke i ilttransporten. Normalt producerer en person 1,2% carboxyhæmoglobin. En stigning i dets niveau er karakteristisk for hæmolytiske processer, i forbindelse med dette er niveauet af carboxyhæmoglobin en indikator for hæmolyse .
Selvom kuldioxid bæres af hæmoglobin, konkurrerer det ikke med ilt om jernbindende positioner, men er bundet til aminogrupperne i proteinkæder knyttet til hæmgrupper.
Jernionen kan enten være i den divalente tilstand Fe 2+ eller i den trivalente tilstand Fe 3+ , men ferrihæmoglobin (methæmoglobin) (Fe 3+ ) kan ikke binde ilt [32] . Når det er bundet, oxiderer oxygen midlertidigt og reversibelt (Fe 2+) til ( Fe 3+) , mens oxygen midlertidigt bliver til en superoxidion, så jern skal være i +2 oxidationstilstand for at binde oxygen. Hvis superoxidionen bundet til Fe 3+ protoneres, vil jernet i hæmoglobin forblive oxideret og ude af stand til at binde ilt. I sådanne tilfælde vil enzymet methæmoglobinreduktase til sidst være i stand til at reaktivere methæmoglobin og genoprette jerncentret.
Hos voksne mennesker er den mest almindelige type hæmoglobin en tetramer (som indeholder fire proteinunderenheder) kaldet hæmoglobin A , bestående af to ikke-kovalent bundne α- og to β-underenheder, der hver består af henholdsvis 141 og 146 aminosyrerester. . Dette er betegnet som α2 β2. Underenhederne er strukturelt ens og har omtrent samme størrelse. Hver underenhed har en molekylvægt på ca. Hæmoglobin A er det mest omfattende undersøgte hæmoglobinmolekyle [35] .
Hos menneskelige spædbørn består hæmoglobinmolekylet af 2 α-kæder og 2 γ-kæder. Efterhånden som barnet vokser, erstattes γ-kæderne gradvist af β-kæder.
De fire polypeptidkæder er bundet til hinanden af saltbroer, hydrogenbindinger og en hydrofob effekt.
Generelt kan hæmoglobin være mættet med oxygenmolekyler (oxyhæmoglobin) eller umættet med oxygenmolekyler (deoxyhæmoglobin) [36] .
OxyhæmoglobinOxyhæmoglobin dannes under fysiologisk respiration, når ilt binder sig til hæmoglobinproteinets hæmkomponent i røde blodlegemer. Denne proces sker i lungekapillærerne, der støder op til lungernes alveoler. Ilt bevæger sig derefter gennem blodbanen og ind i cellerne, hvor det bruges som den endelige elektronacceptor i produktionen af ATP gennem processen med oxidativ phosphorylering. Dette hjælper dog ikke med at modvirke faldet i blodets pH. Ventilation eller respiration kan vende denne tilstand ved at fjerne kuldioxid og dermed forårsage en ændring i pH [37] .
Hæmoglobin findes i to former: en strakt (spændt) form (T) og en afslappet form (R). Forskellige faktorer såsom lav pH, høj CO 2 og høj 2,3 BPG på vævsniveau favoriserer en stram form, der har en lav iltaffinitet og frigiver ilt til vævene. Omvendt favoriserer høj pH, lav CO 2 eller lav 2,3 BPG en afslappet form, der bedre kan binde ilt [38] . Systemets partialtryk påvirker også affiniteten for O 2 , hvor høje partialtryk af oxygen (såsom dem, der er til stede i alveolerne) favoriserer en afslappet (høj affinitet, R) tilstand. Omvendt favoriserer lave partialtryk (såsom dem, der er til stede i luftvejsvæv) en stresset tilstand (lav affinitet, T) [39] . Derudover trækker bindingen af ilt til jern(II)hæmen jernet ind i porphyrinringens plan, hvilket forårsager en lille konformationsændring. Skiftet stimulerer iltbinding til de tre resterende hæmenheder i hæmoglobin (altså er iltbinding samvirkende).
Deoxygeneret hæmoglobinDeoxygeneret hæmoglobin (deoxyhæmoglobin) er en form for hæmoglobin uden bundet ilt. Absorptionsspektrene for oxyhæmoglobin og deoxyhæmoglobin er forskellige. Oxyhæmoglobin har en signifikant lavere absorption ved 660 nm end deoxyhæmoglobin, mens dens absorption ved 940 nm er lidt højere. Denne forskel bruges til at måle mængden af ilt i patientens blod ved hjælp af en enhed kaldet et pulsoximeter. Denne forskel forklarer også manifestationen af cyanose, en blålilla farve, der udvikler sig i væv under hypoxi [40] .
Deoxygeneret hæmoglobin er paramagnetisk; det er svagt tiltrukket af magnetiske felter [41] [42] . Tværtimod udviser hæmoglobin mættet med ilt diamagnetisme, en svag frastødning fra magnetfeltet [42] .
Det normale indhold af hæmoglobin i humant blod betragtes: hos mænd - 130 - 160 g / l (nedre grænse - 120 , øvre grænse - 180 g / l ), hos kvinder - 120 - 160 g / l ; hos børn afhænger det normale niveau af hæmoglobin af alder og er underlagt betydelige udsving. Så hos børn 1-3 dage efter fødslen er det normale hæmoglobinniveau maksimalt og er 145-225 g /l , og efter 3-6 måneder falder det til et minimumsniveau på 95-135 g /l , derefter fra 1 år til 18 år en gradvis stigning i det normale niveau af hæmoglobin i blodet [43] .
Under graviditeten opstår væskeretention og ophobning i en kvindes krop, hvilket er årsagen til hæmodillusion - den fysiologiske fortynding af blod. Som følge heraf observeres et relativt fald i koncentrationen af hæmoglobin (under graviditeten er hæmoglobinniveauet normalt 110 - 155 g / l ). Derudover er der i forbindelse med barnets intrauterine vækst et hurtigt forbrug af jern- og folinsyrereserver. Hvis en kvinde havde en mangel på disse stoffer før graviditeten, kan problemer forbundet med et fald i hæmoglobin forekomme allerede i den tidlige graviditet [44] .
Hæmoglobins hovedfunktioner er ilttransport og bufferfunktion. Hos mennesker, i kapillærerne i lungerne , under forhold med overskydende ilt, kombineres sidstnævnte med hæmoglobin, der danner oxyhæmoglobin . Ved blodgennemstrømningen afgives erytrocytter indeholdende hæmoglobinmolekyler med bundet ilt til organer og væv, hvor der er lidt ilt; her frigives den oxygen, der er nødvendig for forekomsten af oxidative processer, fra bindingen med hæmoglobin. Desuden er hæmoglobin i stand til at binde en lille mængde (ca. 1/3) af kuldioxid (CO 2 ) i væv, danner carbhæmoglobin og frigiver det i lungerne (2/3 af kuldioxid transporteres i opløst form eller i form af salte af blodplasma og erytrocytcytoplasma) [45] .
Kulilte (CO) binder sig til blodhæmoglobin meget stærkere ( 250 gange [46] ) end oxygen, og danner carboxyhæmoglobin (HbCO). Kulilte kan dog delvist fortrænges fra hæm ved at øge partialtrykket af ilt i lungerne. Nogle processer (for eksempel forgiftning med nitrater , nitritter , anilin , pyridin ) fører til oxidation af jernionen i hæmoglobin til en oxidationstilstand på +3. Resultatet er en form for hæmoglobin kendt som methæmoglobin (HbOH) ( metHb , fra " meta- " og "hæmoglobin" aka hæm og globin eller ferrihæmoglobin , se methæmoglobinæmi ). I begge tilfælde er ilttransportprocesser blokeret.
I modsætning til myoglobin har hæmoglobin en kvaternær struktur, som giver det evnen til at regulere tilsætning og fjernelse af ilt og karakteristisk kooperativitet : efter fastgørelsen af det første iltmolekyle lettes bindingen af de efterfølgende. Strukturen kan være i to stabile tilstande (konformationer): oxyhæmoglobin (indeholder 4 oxygenmolekyler; anstrengt konformation) og deoxyhæmoglobin (indeholder ikke oxygen; afslappet konformation).
Den stabile tilstand af strukturen af deoxyhæmoglobin komplicerer tilsætningen af ilt til den. For at starte reaktionen er det derfor nødvendigt med et tilstrækkeligt partialtryk af ilt, hvilket er muligt i lungernes alveoler. Ændringer i en af de 4 underenheder påvirker de resterende, og efter at det første iltmolekyle er vedhæftet, lettes bindingen af efterfølgende iltmolekyler. Som en konsekvens er hæmoglobin-oxygen-bindingskurven sigmoid eller S - formet i modsætning til den normale hyperbolske kurve forbundet med ikke-samarbejdsvillig binding.
Efter at have givet ilt til vævene, binder hæmoglobin til sig selv hydrogenioner og kuldioxid og overfører dem til lungerne [47] .
Hæmoglobin er et af de vigtigste proteiner, som malariaplasmodier lever af - de forårsagende stoffer til malaria , og i malaria- endemiske områder på kloden er arvelige anomalier i hæmoglobinstrukturen meget almindelige, hvilket gør det vanskeligt for malariaplasmodier at leve af dette. protein og trænge ind i erytrocytten. Især omfatter sådanne mutationer af evolutionær og adaptiv betydning en abnormitet i hæmoglobin, hvilket fører til seglcelleanæmi . Men desværre er disse anomalier (såvel som anomalier i hæmoglobinstrukturen, der ikke har en klart adaptiv værdi) ledsaget af en krænkelse af hæmoglobins ilttransporterende funktion, et fald i erytrocytternes modstand mod ødelæggelse, anæmi og andre negative konsekvenser. Anomalier i hæmoglobins struktur kaldes hæmoglobinopatier .
Hæmoglobin er meget giftigt, når en betydelig mængde af det fra røde blodlegemer kommer ind i blodplasmaet (som opstår med massiv intravaskulær hæmolyse , hæmoragisk shock , hæmolytisk anæmi , uforenelig blodtransfusion og andre patologiske tilstande). Toksiciteten af hæmoglobin, som er uden for erytrocytterne, i en fri tilstand i blodplasmaet, manifesteres af vævshypoksi - en forringelse af iltforsyningen til væv, en overbelastning af kroppen med hæmoglobindestruktionsprodukter - jern, bilirubin , porphyriner med udvikling af gulsot eller akut porfyri, blokering af nyretubuli af store hæmoglobinmolekyler med udvikling af nekrose nyretubuli og akut nyresvigt .
På grund af den høje toksicitet af frit hæmoglobin i kroppen er der specielle systemer til dets binding og neutralisering. Især er en af komponenterne i hæmoglobinneutraliseringssystemet et specielt plasmaprotein haptoglobin , som specifikt binder frit globin og globin i hæmoglobin. Komplekset af haptoglobin og globin (eller hæmoglobin) fanges derefter af milten og makrofagerne i vævets retikuloendotelsystem og uskadeliggøres.
En anden del af det hæmoglobin-neutraliserende system er hemopexin -proteinet , som specifikt binder fri hæm og hæm i hæmoglobin. Komplekset af hæm (eller hæmoglobin) og hæmopexin optages derefter af leveren , hæmen spaltes fra og bruges til syntese af bilirubin og andre galdepigmenter eller frigives i kredsløbet i kombination med transferriner til genbrug af knoglemarven i færd med erytropoiese .
Når røde blodlegemer når slutningen af deres brugstid på grund af aldring eller defekter, fjernes de fra blodbanen ved den fagocytiske aktivitet af makrofager i milten eller leveren, eller hæmolyseres i blodbanen. Frit hæmoglobin fjernes derefter fra kredsløbet af hæmoglobintransportøren CD163, som udelukkende udtrykkes på monocytter eller makrofager. I disse celler nedbrydes hæmoglobinmolekylet, og jern bearbejdes. Denne proces producerer også et molekyle kulilte for hvert hæm-molekyle, der ødelægges [48] . Nedbrydning af hæm er den eneste naturlige kilde til kulilte i den menneskelige krop og er ansvarlig for de normale niveauer af kulilte i blodet hos mennesker, der indånder normal luft [49] .
Det andet store slutprodukt af hæm-nedbrydning er bilirubin. Forhøjede niveauer af dette kemikalie findes i blodet, hvis røde blodlegemer ødelægges hurtigere end normalt. Et ukorrekt nedbrudt hæmoglobinprotein eller hæmoglobin, der frigives for hurtigt fra blodceller, kan tilstoppe små blodkar, især de tynde filtrerende blodkar i nyrerne, og forårsage skade på nyrerne. Jern fjernes fra hæmen og opbevares til senere brug, opbevares i væv som hæmosiderin eller ferritin og transporteres i plasma af beta-globuliner som transferriner. Når porphyrinringen nedbrydes, udskilles dens fragmenter normalt som et gult pigment kaldet bilirubin, som udskilles i tarmene som galde. Tarmen metaboliserer bilirubin til urobilinogen. Urobilinogen udskilles fra kroppen i afføringen som et pigment kaldet stercobilin. Globulin metaboliseres til aminosyrer, som derefter frigives til blodbanen.
Hæmoglobinmangel kan for det første skyldes et fald i antallet af molekyler af hæmoglobin selv (se anæmi ), og for det andet på grund af hvert molekyles reducerede evne til at binde ilt ved det samme partialtryk af ilt.
Hypoxæmi er et fald i partialtrykket af ilt i blodet og skal skelnes fra en mangel på hæmoglobin. Selvom både hypoxæmi og hæmoglobinmangel er årsager til hypoxi . Hvis iltmangel i kroppen generelt kaldes hypoxi, så kaldes lokale iltforsyningsforstyrrelser iskæmi .
Andre årsager til lavt hæmoglobin er forskellige: blodtab, ernæringsmangel, knoglemarvssygdom, kemoterapi , nyresvigt, atypisk hæmoglobin.
Et øget indhold af hæmoglobin i blodet er forbundet med en stigning i antallet eller størrelsen af røde blodlegemer, hvilket også observeres ved polycytæmi vera . Denne stigning kan være forårsaget af: medfødt hjertesygdom, lungefibrose, for meget erythropoietin .
Forskere er enige om, at begivenheden, der adskilte myoglobin fra hæmoglobin, fandt sted efter at lampretter delte sig fra hvirveldyr med kæbe [51] . Denne adskillelse af myoglobin og hæmoglobin tillod forskellige funktioner af de to molekyler at dukke op og udvikle sig: myoglobin er mere optaget af at lagre ilt, mens hæmoglobin har til opgave at transportere ilt [52] . α- og β-lignende globin-gener koder for individuelle proteinunderenheder [53] . Forstadierne til disse gener opstod som et resultat af duplikering, også efter at den fælles forfader til gnathosoma nedstammede fra en kæbeløs fisk, for cirka 450-500 millioner år siden [51] . Forfædres rekonstruktionsundersøgelser viser, at α- og β-generne før duplikation var forfædre til en dimer bestående af identiske globin-underenheder, som derefter udviklede sig til at samles til en tetramerisk arkitektur efter duplikation [54] . Udviklingen af α- og β-gener har skabt potentialet for, at hæmoglobin kan være sammensat af mange forskellige underenheder, hvis fysiske sammensætning spiller en central rolle i hæmoglobins evne til at bære ilt. Tilstedeværelsen af flere underenheder bidrager til hæmoglobins evne til at binde ilt sammen samt til at blive allosterisk reguleret [52] [54] . Efterfølgende gennemgik α-genet også duplikering med dannelsen af HBA1- og HBA2-generne [55] . Disse yderligere duplikationer og divergenser skabte en bred vifte af α- og β-lignende globin-gener, som er reguleret på en sådan måde, at visse former opstår på forskellige udviklingsstadier [52] .
De fleste isfisk i familien Channichthyidae har mistet deres hæmoglobingener som følge af tilpasning til koldt vand [56] .
Hæmoglobin kan overvåges non-invasivt for at skabe et tilpasset datasæt, der overvåger virkningerne af hæmokoncentration og hæmodillusion af daglige aktiviteter for bedre at forstå atletisk præstation og træning. Atleter er ofte bekymrede over udholdenhed og træningsintensitet. Sensoren bruger LED'er, der udsender rødt og infrarødt lys gennem vævet til en lysdetektor, som derefter sender et signal til en processor for at beregne absorptionen af lys af hæmoglobinproteinet [57] . Denne sensor ligner et pulsoximeter, som består af en lille følsom enhed, der er fastgjort til din finger.
I dyre- og planterigets organismer er der mange proteiner, som bærer og binder ilt. Organismer, herunder bakterier, protozoer og svampe, har hæmoglobinlignende proteiner, hvis kendte og forudsagte roller omfatter den reversible binding af gasformige ligander. Fordi mange af disse proteiner indeholder globiner og en hæmdel (jern i en pladeformet porphyrinskal), omtales de ofte som hæmoglobiner, selvom deres overordnede tertiære struktur er meget forskellig fra hvirveldyrhæmoglobin. Især er skelnen mellem "myoglobin" og hæmoglobin hos lavere dyr ofte umulig, fordi nogle af disse organismer ikke indeholder muskler. Eller de kan have et genkendeligt separat kredsløbssystem, men ikke et, der bærer ilt (for eksempel mange insekter og andre leddyr). I alle disse grupper kaldes molekyler, der indeholder hæm/globin (selv monomere globiner), der er forbundet med gasbinding, oxyhæmoglobiner. Udover at transportere og tilegne sig ilt kan de også håndtere NO, CO 2 , sulfidforbindelser og endda O 2 -optagelse i miljøer, der burde være anaerobe [58] . De kan endda afgifte chlorerede materialer på en måde, der ligner hæmholdige P450-enzymer og peroxidaser.
Strukturen af hæmoglobiner varierer i forskellige arter. Hæmoglobin findes i alle riger af organismer, men ikke i alle organismer. Primitive arter som bakterier, protozoer, alger og planter indeholder ofte enkelt-globin hæmoglobiner. Mange nematodeorme, bløddyr og krebsdyr indeholder meget store multi-element molekyler, meget større end dem, der findes hos hvirveldyr. Især kan kimære hæmoglobiner fundet i svampe og kæmpeannelider indeholde både globin og andre typer proteiner [59] .
Et af de mest slående tilfælde og anvendelser af hæmoglobin i organismer er den gigantiske rørorm ( Riftia pachyptila , også kaldet Vestimentifera), som kan blive 2,4 meter i længden og bebor oceaniske vulkanske åbninger. I stedet for en fordøjelseskanal indeholder disse orme en population af bakterier, der udgør halvdelen af kroppens vægt. Bakterier oxiderer H 2 S fra udluftningen med O 2 fra vand for at producere madlavningsenergi fra H 2 O og CO 2 . Den øverste ende af ormene er en mørkerød vifteformet struktur ("plume"), der går ned i vandet og absorberer H 2 S og O 2 for bakterier og CO 2 til brug som syntetisk råmateriale, svarende til fotosyntetiske planter. Strukturerne er lyse røde i farven på grund af deres indhold af flere ekstremt komplekse hæmoglobiner, som indeholder op til 144 globinkæder, hver inklusive tilhørende hæmstrukturer. Disse hæmoglobiner er bemærkelsesværdige for at være i stand til at transportere ilt i nærværelse af sulfid og endda at bære sulfid uden at blive fuldstændig "forgiftet" eller undertrykt af det, ligesom hæmoglobiner i de fleste andre arter [60] [61] .
Tematiske steder | |
---|---|
Ordbøger og encyklopædier |
|
I bibliografiske kataloger |
|
Blod | |
---|---|
hæmatopoiesis | |
Komponenter | |
Biokemi | |
Sygdomme | |
Se også: Hæmatologi , Onkohæmatologi |
perfusionsopløsninger - ATC-kode: B05 | Plasmaerstatnings- og||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ||||||||
| ||||||||
| ||||||||
| ||||||||
| ||||||||
|