Hemoglobiini , yleisesti symboloi Hb , joskus Hgb on hengitysteiden pigmentti (molekyyli- perheen metalloproteiinien , tässä sisältävät rautaa ) läsnä pääasiassa veressä , että selkärankaisen , niiden punasolujen ja kudoksissa jotkut selkärangattomat . Sen tehtävänä on kuljettaa happea O 2alkaen hengityselimiä ( keuhkot , kidukset ) ja muualle ruumiin . Hemoglobiinin määrä on parametri, joka mitataan verenkuvan aikana .
Hemoglobiini vapauttaa happea kudoksiin aerobista soluhengitystä varten , joka aineenvaihdunnan kautta tarjoaa energiaa elämän kannalta välttämättömille biologisille prosesseille.
On ihmisen hemoglobiini on proteiini hetero - tetrameerinen muodostettu peptidiketjusta ovat identtisiä kaksittain. Hemoglobiini A (HbA) edustaa noin 95% aikuisten hemoglobiinimolekyyleistä, jotka koostuvat kahdesta a-ketjusta ja kahdesta p-ketjusta; on myös hemoglobiini A 2 (HbA 2 ), jolla on kaava α 2 δ 2Ja hemoglobiini F (HbF, sikiön), jolla on kaava a 2 γ 2. Kukin neljästä kanavasta liittyy prosteettinen ryhmä nimeltä hemi ja joka koostuu kationin ja rauta kompleksoidaan kanssa porfyriinin . Hemoglobiini on siten hemoproteiini .
In nisäkkäillä , hemoglobiini muodostaa lähes 96% kuiva massa punasolujen, ja noin 35% niiden koko sisällön, mukaan lukien vettä. Kukin hemoglobiini molekyyli voi sitoutua jopa neljään happimolekyylejä O 2Ja veren hemoglobiiniin voi kuljettaa 1,34 ml O 2grammaa proteiinia kohti, mikä sallii sen kuljettaa 70 kertaa enemmän happea kuin O 2: n määräliuennut vereen. Hemoglobiini on mukana myös muiden kaasujen kuin hapen kuljetuksessa. Erityisesti se varmistaa, että kuljetuksen osan hiilidioksidi CO 2tuotettu soluhengitykseen, ja myös kuljettaa typpioksidia NO, joka on merkittävä rooli solun signalointi tiettyjen fysiologisten prosessien , ja joka vapautuu yhdessä hapen kuljetuksen jälkeen on tioli ryhmä on apoproteiini .
suurin osa hemoglobiinista löytyy punasoluista, jotka itse tuottavat luuytimestä. Kaikki hemoglobiini ei kuitenkaan ole keskittynyt punasoluihin. Siten sitä löytyy esimerkiksi substantia nigran A9-ryhmän dopaminergisistä hermosoluista , makrofageista , alveolaarisoluista ja munuaisista mesangium- soluista . Näissä kudoksissa hemoglobiinilla on antioksidanttinen rooli ja raudan aineenvaihdunnan säätelijä .
Hemoglobiinia ja erilaisia vastaavia molekyylejä on myös läsnä suuressa määrin selkärangattomia, sieniä ja kasveja . Näissä organismeissa hemoglobiinin tehtävä on kuljettaa happea O 2, mutta voi toimia myös muiden kemiallisten lajien , kuten hiilidioksidi- CO 2, kuljettajana ja säätelijänä, Typpimonoksidia NO, rikkivety HS ja sulfidi anioni S 2- . Variantti hemoglobiinin, jota kutsutaan leghemoglobin , poistaa happea anaerobinen järjestelmiä , esimerkiksi Rhizobium kyhmyt on Fabaceae , ennen kuin se inaktivoi niitä.
Hemoglobiinilla on kvaternaarinen rakenne, joka on tyypillinen monille proteiineille, joilla on pallomaiset alayksiköt . Suurin osa sen jäämien ja aminohappoja ovat mukana α helikseissä liittynyt ei-heliksisegmenttejä. Kierreosa stabiloidaan vetysidoksia , jotka antavat proteiini sen ominainen kolmiulotteinen rakenne, jota kutsutaan globiinin kääntyvät , koska se on havaittu myös muissa globiinit kanssa hemi proteesin , kuten myoglobiinin . Tässä ominaisessa taitoksessa ontelo, johon on tiukasti työnnetty hemimolekyyli, joka muodostaa proteiinin proteesiryhmän. Siksi hemoglobiini sisältää yhden hemimolekyylin alayksikköä kohden.
Hemoglobiinimolekyylin yleinen esitys, joka näyttää neljä alayksikköä, identtisiä pareittain, kullakin hemimolekyyli insertoituna alayksiköiden onteloihin.
Useimmissa selkärankaisissa hemoglobiinimolekyyli on neljän pallomaisen alayksikön kokoonpano karkeasti tetraedraalisessa järjestelyssä . Näitä alayksiköitä pidetään yhdessä vetysidosten, ionisidosten ja hydrofobisen vaikutuksen avulla . Aikuisilla ihmisillä yleisin hemoglobiinityyppi on hemoglobiini A, joka koostuu kahdesta a-alayksiköstä ja kahdesta p-alayksiköstä, joista kukin koostuu vastaavasti 141 ja 146 aminohappotähteestä. Tämä rakenne on symboloi α 2 β 2. Nämä alayksiköt ovat rakenteellisesti hyvin samanlaisia ja suunnilleen saman kokoisia. Jokaisen molekyylipaino on noin 16 kDa tai 64 kDa ( 64 458 g · mol -1 ) täyspitkälle proteiinille. Lapsilla, pääasiassa hemoglobiinin kutsutaan hemoglobiini F (sikiön), jolla on kaava α 2 γ 2, y-ketjut korvataan vähitellen p-ketjuilla kasvun aikana.
Hemi koostuu kationin ja rauta ( II ) koordinoitu neljä atomia ja typpi on porfyriinin , joka on tetrapyrroliyhdisteitä molekyyli on tasomainen. Tämä Fe2 + -kationi on myös kovalenttisesti kytketty globiinin histidiini- F8- tähteeseen , johon hem on insertoitu; tämä tähde, jota kutsutaan proksimaaliseksi histidiiniksi , sijaitsee hemin tason alapuolella. Fe 2+ voi myös sitoa palautuvasti läpi koordinoiva kovalenttinen sidos kohteena on happi molekyyliin O 2hemitason yläpuolella, proksimaalista histidiiniä vastapäätä, täydentämällä rauta ( II ) kationin kuuden ligandin oktaedrisen koordinaation geometria oksihemoglobiinissa; ilman hapen, ja deoksihemoglobiinin, tämä kuudes sivusto on miehitetty hyvin heikosti sitoutuneen veden molekyyli .
Deoksihemoglobiinin sisältämä rautarauta on korkean spin- tilassa , ts. Sen viidellä d- orbitaalilla on pääosin yksittäisiä elektroneja, joten ionisäde on luokkaa 92 pm , kun taas oksyhemoglobiinissa rautarauta on matalan spin- tilan , ts. sen d-orbitaalit ovat kuuden parillisen elektronin käytössä, jotka rajoittuvat kolmeen pienimmän energian orbitaaliin, joten ionisäde on vain 75 pm . Tästä syystä Fe2 + -ioni siirtyy noin 40 pm hemin tasosta deoksihemoglobiinissa, mutta vain 10 pm oksyhemoglobiinissa. Tämä vaihtelu on hemoglobiinin jännittyneen muodon ja rennon muodon välillä tapahtuvan vaihdon pohjalla.
(fi) Kaavakuva sitoutumisen olevan hapen molekyylin O 2on hemin , symboloi täällä paksulla viivalla. Superoksidi- ioni O 2• - tuloksena on nivelletty toiselta puolelta kationi on rauta ( III ), jota koordinoi kovalenttinen sidos ja toinen on histidiini distaaliseen. Deoksihemoglobiinin Fe ( II ) -kationi on korkealla spin- tilassa ja siirtynyt pois hemitasosta kohti proksimaalista histidiiniä, mutta se tuodaan takaisin tälle tasolle siirtymällä matalaan spin- tilaan sitoutumalla l. Happeen, joka siirtyy histidiini hemin läheisyydessä ja edistää muun proteiinin siirtymistä kireästä (T) muodosta rentoon (R) muotoon.
Rautakationi voi olla hapettumistilassa +2 tai +3: jälkimmäisessä tapauksessa on kyse methemoglobiinista , joka sitoutuu happeen vähemmän palautuvasti kuin hemoglobiini, ja matalamman affiniteetin. Todellakin, kun se sitoutuu rautametalliin, happimolekyyli O 2se usein vähentää superoksidi- ioneja O 2• - samalla kun Fe 2+ -kationilla on taipumus hapettua Fe 3+: ksi , mekanismi muuttuu päinvastaiseksi hapen vapautumisen aikana; sitä vastoin hapen sitoutuminen rautaemiin on oleellisesti peruuttamaton ja pyrkii estämään R-muodon proteiinin, mikä estää hapen vapautumisen ja estää sen happikuljettimen toiminnallisuuden. Sytokromi b 5 -reduktaasin , tai methemoglobiinin reduktaasi on entsyymi , joka takaa vähentäminen methemoglobiinin funktionaalisen hemoglobiinin pelkistämällä kationi Fe 3 + Fe 2+ , joten se on olennainen entsyymi ominaisuuksien ylläpitämisestä verta.
Hapettamattomalla hemoglobiinilla (deoksihemoglobiinilla) on ns. T eli jännittynyt konformaatio , kun taas hapetetulla hemoglobiinilla (oksyhemoglobiinilla) on ns. R eli rento konformaatio . T-muodolla on alhainen affiniteetti happea kohtaan ja sen vuoksi se pyrkii vapauttamaan sitä, kun taas R-muodolla on suuri affiniteetti happea kohtaan ja taipumus sitoa sitä. Useat tekijät suosivat yhtä tai toista näistä konformaatioista. Näin ollen, T-muoto on suosiman alhainen pH ( hapan ), korkea pitoisuus CO 2ja korkealla tasolla 2,3-bisfosfoglyseraaattia (2,3-BPG), joka edistää hapen vapautumista, kun veri kiertää kudosten läpi , kun taas R-muotoa suosivat korkea pH, matala osapaine CO 2ja alhainen 2,3-BPG-taso, joka edistää hapenottoa, kun veri kiertää keuhkojen alveolien tasolla .
Kaaviokuva hemoglobiinin vaihtumisesta T (deoksi) ja R (oksi) muotojen välillä. Liikkeitä hemin ja proksimaalisen histidiini ovat selvästi näkyvissä α 1 ja β 2 -alayksiköitä .
O 2 saturaatio hinnanhemoglobiinin funktiona osapaineen O 2 ; joskus kutsutaan Barcroft- käyräksi , se on sigmoidi johtuen yhteistyöhön liittyvästä vaikutuksesta, joka liittyy hapen sitoutumiseen hemoglobiiniin.
Hemoglobiinin T-muodon ja R-muodon vaihtaminen on ns. Yhteistyömekanismi , toisin sanoen allosterinen , koska happimolekyylin sitoutuminen T-muotoon aiheuttaa konformaatiomuutoksen, joka etenee osittain vierekkäisiin alayksiköihin , joiden affiniteetti sillä happi kasvaa vähitellen muiden happimolekyylien sitoutuessa hemoglobiiniin, kunnes kaikki proteiini ottaa R-konformaation; päinvastoin, happimolekyylin vapautuminen R-muodosta aiheuttaa konformaatiomuutoksen, joka etenee osittain vierekkäisiin alayksiköihin, joiden affiniteetti happea kohtaan vähenee vähitellen, kun hemoglobiini vapauttaa happea, kunnes kaikki proteiini omaksuu T-konformaation. käyrä hapen sitoutumisesta hemoglobiiniin hapen osapaineen funktiona osoittaa sigmoidin muodon , kun taas se olisi hyperbolinen ilman allosteriaa.
Hemoglobiinin kyllästymisnopeus hapessa O 2 on tapana piirtääedustettuina y-akselin funktiona ja osapaine on happi O 2, annettu abskissa . Tässä esityksessä käyrä on sigmoidi ja pyrkii liukumaan vasemmalle, kun hemoglobiinin affiniteetti happeen kasvaa, ja oikealle, kun se pienenee. Osapaine hapen, jossa hemoglobiini on 50% kyllästetty hapella kutsutaan p 50 : sitä alhaisempi sen arvo on, sitä suurempi on hemoglobiinin affiniteettia hapen. Koska opas, p 50 hemoglobiinin Terveellä aikuisella on tyypillisesti 3,5 kPa , kirjoitetaan usein 26,6 mmHg , kun taas myoglobiinin on tyypillisesti 130 Pa .
Useat tekijät lisäävät p 50: tä ja siirtävät tämän vuoksi käyrän oikealle:
Nämä vaikutukset ovat palautuvia, ja näiden tekijöiden vaihtelusuunnan kääntäminen saa käyrän liukumaan vasemmalle.
Hapen lisäksi O 2, joka sitoutuu hemoglobiiniin ns. yhteistyömekanismissa , tämä proteiini kuljettaa myös muita ligandeja , joista osa on kilpailevia estäjiä , kuten hiilimonoksidi CO, ja toiset ovat allosterisia ligandeja , kuten hiilidioksidi CO 2ja typpimonoksidi NO. CO 2reversiibelisti sitoutuu amiini- ryhmiä on apoproteiini , jolloin muodostuu carbaminohemoglobin , jonka uskotaan tarjota noin 10% CO 2 liikenteenin nisäkkäillä , loput kuljetetaan pääasiassa muodossa, HCO 3 bikarbonaatti -ioneja- . Typpioksidi sitoutuu palautuvasti apoproteiinin tioliryhmiin muodostaen S- nitrosotiolin . On mahdollista, että typpioksidin kuljetus välittää hapen kulkeutumista hemoglobiinilla epäsuorasti toimimalla verisuonia laajentavina kudoksissa, joissa hapen osapaine on alhainen.
Estäjät kilpailemalla hapen kanssaHiilimonoksidi CO estää tehokkaasti hapen sitoutumisen hemoglobiiniin esimerkiksi savukkeiden savusta , pakokaasuista tai kattilan epätäydellisestä palamisesta . Hiilimonoksidi kilpailee hapen kanssa hapen sitoutumispaikassa hemissä. Affiniteetti hemoglobiinin hiilimonoksidin on noin 230 kertaa, että hemoglobiinin hapen, niin pieniä määriä hiilimonoksidia riittää vähentämään merkittävästi hapetus hemoglobiini aikana hematosis , ja näin ollen kyky veren hapettamiseksi elimistöön. Hypoksia joka siis johtuu jatkuva altistuminen 0,16% CO ilmassa aiheuttaa huimausta , pahoinvointia , päänsärkyä ja takykardia 20 minuutin kuluessa, ja johtaa kuolemaan kahden tunnin kuluessa; Ilmassa oleva 1,28% hiilidioksidista aiheuttaa tajuttomuuden vain kahden tai kolmen hengityksen jälkeen ja kuoleman alle kolmessa minuutissa. Yhdistettynä hiilimonoksidiin hemoglobiini on karboksihemoglobiini- niminen proteiini, jonka erittäin kirkkaan punainen väri todennäköisesti värjää ihon vaaleanpunaiseksi uhreille, jotka kuolivat hiilimonoksidimyrkytykseen , ja joiden iho muuten olisi vaalea tai sinertynyt.
Vastaavasti hemoglobiinilla on hapen sitoutumiskohdassaan kilpaileva affiniteetti syanidi- ionille CN - , rikkimonoksidille SO ja sulfidi- ionille S 2– , kuten vedyn sulfidille H 2 S. Nämä sitoutuvat hemin rautakationiin muuttamatta sen hapettumistilaa, mutta silti estävät hapen sitoutumisen hemiin, mikä on niiden suuri myrkyllisyys.
Allosteriset hemoglobiiniliganditHiilidioksidi CO 2sitoutuu helpommin deoksihemoglobiiniin, mikä helpottaa sen poistumista elimistöstä. Tätä kutsutaan Haldane-vaikutukseksi .
Lisäksi CO 2liuennut veren muutetaan bikarbonaatin anioni HCO 3- mukaan hiilihappoanhydraasi , riippuen reaktio:
CO 2+ H 2 O→ H 2 CO 3→ HCO 3- + H + .Tästä seuraa, että veressä on runsaasti CO 2: taon myös happamampi , ts. sen pH laskee hiilihapon vaikutuksesta . H + -protonien ja CO 2 -molekyylien sitoutuminenhemoglobiini aiheuttaa konformaatiomuutoksen, joka suosii T-muotoa ja siten hapen vapautumista. Protonit sitoutuvat eri sivustoja hemoglobiinin, kun taas hiilidioksidi sitoutuu a- amino- ryhmiä , jolloin muodostuu carbaminohemoglobin . Hemoglobiinin affiniteetin väheneminen happea kohtaan CO 2 : n läsnä ollessaja happamaa pH: ta kutsutaan Bohrin vaikutukseksi .
Suurilla korkeuksilla sopeutuneilla ihmisillä on lisääntynyt 2,3-bisfosfoglyseraa- tin (2,3-BPG) pitoisuus veressä . Jälkimmäinen on heteroallosterinen efektori, joka vähentää hemoglobiinin affiniteettia happeen stabiloimalla T-muodon: alemmassa kuin merenpinnassa olevan hapen osapaineessa hemoglobiinin hapen affiniteetin lasku lisää hemoglobiinin tuottaman hapensiirron yleinen hyötysuhde. Yleisemmin, 2,3-BPG: n tason nousu havaitaan, kun hapen osapaine laskee ääreiskudoksissa, esimerkiksi hypoksemian , kroonisen hengitystiesairauden , anemian tai jopa sydämen vajaatoiminnan sattuessa . Päinvastoin , 2,3-BPG: n taso laskee septisen sokin ja hypofosfatemian (in) yhteydessä .
Hemoglobiinin biosynteesiin liittyy monimutkainen vaihejoukko. Hemi on peräisin sarja reaktioita, jotka alkavat mitokondrioita ja jatkuen sytosolissa ja punasolujen epäkypsä, kun apoproteiini tuotetaan ribosomien sytosoliin. Hemoglobiinin tuotanto tapahtuu alkuvaiheessa erytropoieesin , alkaen proerythroblast vaiheesta retikulosyyttien vaihe on luuytimessä . Täällä nisäkkään erytrosyytit menettävät ytimensä , kun taas ydin pysyy lintujen ja monien muiden lajien punasoluissa . Biosynteesin apoproteiinin kuitenkin jatkuu menettämisen jälkeen ytimen, koska jää lähetti-RNA solussa, joka voidaan käännetty mukaan ribosomeihin sytosolissa kunnes aktivointi punasolujen että laitteessa. Sydän .
Vuonna selkärankaisia , punasolujen, jotka ovat saavuttaneet elinkaarensa päähän, koska niiden vanhenemista ja huonontuminen poistetaan verestä mukaan fagosytoosin mennessä makrofagien on pernassa ja maksassa . Mikäli hemolyysin vuonna verenkiertoon , hemoglobiini sitoutuu haptoglobiini , kun vapaa Hemi sitoo hemopeksiinidomeeni , mikä rajoittaa oksidatiivisen vaikutuksen. Epätäydellisesti huonontunut tai hemoglobiini vapautuu suuria määriä vaurioitunut punasolujen todennäköisesti tukkia verisuonia , kuten kapillaarit ja munuaiset , joka voi aiheuttaa munuaissairaus . Vapautunut hemoglobiini eliminoituu verestä CD163 -proteiinia , joka on yksinomaan ilmaistaan sisään monosyytit ja makrofagit. Hemoglobiini hajoaa näissä soluissa ja hemirauta kierrätetään, kun taas yksi hiilimonoksidimolekyyli vapautuu hajotettua hemimolekyyliä kohti: hemin hajoaminen on yksi harvoista luonnollisista prosesseista. Tuottaa hiilimonoksidia ihmiskehossa ja on vastuussa CO: n esiintyminen puhtaamman ilman hengittävien ihmisten veressä. Tämä prosessi muodostaa biliverdiinin , sitten bilirubiinin , joka on väriltään keltainen. Liukenematon, makrofagit vapauttavat sen veriplasmaan , jossa se sitoutuu seerumin albumiiniin , joka kuljettaa sen maksasoluihin . Jälkimmäisessä Liuota se konjugaatio glukuronihapon ja erittävät sitä suolet kanssa sappeen . Suoliston aineenvaihdunta bilirubiini ja urobilinogeenin , joka erittyy ulosteeseen kuin stercobilin kuin hyvin kuin virtsassa . Kun bilirubiinia ei voida erittää, sen pitoisuus veressä nousee ja eliminoituu pääasiassa virtsan kautta, joka muuttuu tummaksi ulosteiden värin muuttuessa.
Rauta on tuotettu hajottamalla hemin on tallennettu ferritins ja kudosten ja kuljetetaan veriplasmassa , jonka β-globuliinit , kuten transferriinit .
Hemoglobiinimolekyylit koostuvat alayksiköiden tyyppiä globiinin joiden sekvenssi eroaa riippuen lajista . Saman lajin sisällä on myös hemoglobiinimuunnelmia, vaikka yksi näistä muunnoksista on yleensä suurimmaksi osaksi hallitseva muihin. Vuonna ihmisillä , vallitseva muoto hemoglobiini kutsutaan hemoglobiini A; sitä koodaavat HBA1- , HBA2- ja HBB- geenit, jotka sijaitsevat kromosomissa 16 kahdessa ensimmäisessä ja kromosomissa 11 viimeisessä.
On yleisesti hyväksyttyä, että ero hemoglobiinin ja myoglobiinin on jälkeen erottaminen gnathostomes ( selkärankaisten ja leuka ) ja jossa on nahkiainen . Myoglobiini on suunnattu hapen varastointiin, kun taas hemoglobiini on erikoistunut hapen kuljetukseen. Alayksiköiden proteiinia koodaa mukaan geenit on α ja β globiini tyyppi . Näiden geenien edeltäjät syntyivät päällekkäisyydessä, joka tapahtui gnathostomien ilmestymisen jälkeen, noin 450-500 miljoonaa vuotta sitten. A- ja p-geenien ulkonäkö avasi tien näiden globiinien polymerointiin ja siten suuremman, erillisistä alayksiköistä koostuvan proteiinin muodostumiseen . Se tosiasia, että hemoglobiini on polymeeriproteiini, on perusta allosteeriselle mekanismille, joka erityisesti tukee hapen sitoutumisen hemoglobiiniin yhteistyöhön. A-geenille on sittemmin tehty toinen kaksoiskappale, joka johtaa HBA1- ja HBA2- geenien muodostumiseen . Nämä moninkertaiset päällekkäisyydet ja erot ovat luoneet kokonaisen joukon a- ja β-globiineihin liittyviä geenejä, joiden säätely johtaa siihen, että ne ilmentyvät eri kehitysvaiheissa.
Rinnastus α, β ja δ ketjun sekvenssit ihmisen hemoglobiini (lähde UniProt ).
Mutaatiot geenien hemoglobiini voi aiheuttaa hemoglobiinivariantit. Suurin osa näistä muunnelmista on toiminnallisia eikä niillä ole vaikutusta terveyteen. Jotkut hemoglobiinimutaatiot puolestaan voivat aiheuttaa geneettisiä sairauksia, joita kutsutaan hemoglobinopatioiksi . Tunnetuin näistä olosuhteista on sirppisoluanemia , joka oli ensimmäinen ihmisen sairaus, jonka mekanismi selvitettiin molekyylitasolla. Talassemiat ovat toinen ryhmä hemoglobinopatia, joihin liittyy muutos geenin säätely globiini osa hemoglobiini. Kaikki nämä sairaudet johtavat anemiaan .
Hemoglobiinin aminohapposekvenssin muuttaminen voi olla mukautuva. Näin ollen oli mahdollista osoittaa, että hemoglobiini sopeutuu pudotusta osapaine on hapen havaittu korkealla. Hemoglobiini on tällöin voitava sitoutua hapen alemmassa paineessa, joka voi ilmetä muutoksena sekvenssin tasolla aminohappojen mukana hemoglobiinin affiniteettia hapen., Kuten on havaittu esimerkiksi hummingbirds ja Andeilla Cordillera : siten, lajien suvun Oreotrochilus , että Castelneau kolibri , inkat violifera tai jopa jättikolibri , nämä mutaatiot vähentävät affiniteetti hemoglobiinin fytiinihapon , joka on lintujen on sama rooli kuin 2, 3-bisfospoglyseraatti ihmisissä; tällä affiniteetin vähenemisellä on vaikutusta hapensiirron tehokkuuden kasvuun, kun jälkimmäisen osapainetta alennetaan.
Hemoglobiinin sopeutuminen suuriin korkeuksiin vaikuttaa myös ihmisiin. Tunnistimme siten ryhmän tiibetiläisiä naisia, joiden genotyyppi koodaa hemoglobiinia, jonka affiniteetti happea kohtaan lisääntyy matalassa osapaineessa. Tämä vähentää imeväisten kuolleisuutta näissä äärimmäisissä olosuhteissa, mikä tarjoaa valikoivan edun, joka suosii yksilöitä, joilla on näitä hemoglobiinimutaatioita.
Aikuisilla hemoglobiinin päämuunnos on hemoglobiini A tai HbA , jolla on kaava α 2 β 2, jonka osuus terveellisen aikuisen kokonaishemoglobiinista on yli 97%. Toinen variantti aikuisen hemoglobiini on hemoglobiini A 2 , tai HbA 2 , jolla on kaava α 2 δ 2, joka on 1,5-3,1% terveellisen aikuisen kokonaishemoglobiinista, mutta jonka osuus kasvaa sirppisolupotilailla . Näiden terveiden aikuisten varianttien lisäksi on olemassa kymmenkunta muuta ihmisen hemoglobiinimuunnosta, joita löytyy alkioista , sikiöistä tai potilaista, joilla on yksi tai useampi hemoglobinopatian muoto .
Ihmisillä tunnetaan neljä alkion hemoglobiinityyppiä :
Alkiohemoglobiinia symboloi joskus Hbε, jota ei pidä sekoittaa hemoglobiini E: hen, jota kutsutaan HbE: ksi, joka on HbA: n patologinen muunnos, joka esittää vahingollisen mutaation β-alayksiköissä, merkitään β E: llä ("E" tässä tapauksessa viittaa tähteen ja glutamaatin modifioitu mutaatio ).
Sikiön hemoglobiinin HbF kaavan α 2 γ 2, korvaa alkion hemoglobiinin 10-12 viikon kehityksen jälkeen. Se muodostaa jopa 95% vastasyntyneen verestä , ja se korvataan vähitellen aikuisen hemoglobiini HbA: lla syntymästä seuraavasta kuudennesta kuukaudesta alkaen. sitä kuitenkin esiintyy jälkiä aikuisilla, joissa se ei ylitä 1% kaikista havaittavista hemoglobiinimuunnoksista. Hän pysyy lapsissa, jotka on tuotettu tietyn talassemian aikana , joskus jopa viiden vuoden ikään saakka, ja harvinainen tila, jota kutsutaan sikiön hemoglobiinihäiriön (en) ( HPFH ) perinnölliseksi pysyvyydeksi, johtaa HbF: n tuotantoon HbA: n sijaan normaalin ajanjakson jälkeen. Lisäksi HbF: n tuotanto voidaan aktivoida uudelleen aikuisilla terapeuttisessa ympäristössä sirppisoluanemian hoitamiseksi .
Sikiön hemoglobiini on tunnusomaista suurempi affiniteetti happea kuin aikuisten hemoglobiini, joka mahdollistaa sikiön hapetettujen itsensä sen äidin verestä: todellakin, p 50 HbF on noin 19 mmHg ( 2,6 kPa ), verrattuna 26,8 mmHg ( 3,6 kPa ) HbA: lle. Tämä ero hapen affiniteetissa johtuu erosta affiniteetissa yhtä hemoglobiinin allosterisista vaikutuksista : 2,3-bisfosfoglysereraatista (2,3-BPG), jonka sitoutuminen hemoglobiiniin stabiloi tämän proteiinin T-muodon, mikä vastaa deoksihemoglobiinia, joka vähentää hemoglobiinin affiniteettia happeen. Tapauksessa sikiön hemoglobiinin γ-alayksikön on jäännös ja seriini asemassa 143, jossa alayksikkö β HbA on jäännös histidiinin : tämä asento sijaitsee sitoutumiskohta 2,3-BPG, ja korvaaminen histidiini, jonka sivuketjulla on positiivinen sähkövaraus , sähköisesti neutraalilla seriinillä, heikentää 2,3-BPG: n vuorovaikutusta hemoglobiinin kanssa, koska 2,3-BPG on pieni molekyyli, jolla on viisi negatiivista sähkövarausta.
Talassemiat on ominaista riittämätön tuotanto yksi kahden alayksiköiden hemoglobiinin aikuinen. Tällöin tehdään ero a-talassemian kanssa , joka on melko harvinaista, jossa a-alayksiköitä tuotetaan riittämättömästi, ja β-talassemian , yleisimmän, välillä, jossa juuri β-alayksiköitä ei tuoteta riittävästi. Ensimmäinen johtaa muodostumista β-globiini- tetrameerien kutsutaan hemoglobiini H , jolla on kaava p 4, jotka ovat melko epävakaita. Α 0 homotsygootteja yleensä eivät selviä pitkään syntymän jälkeen, koska syvällinen muutos sikiön hemoglobiinin HbF, jolloin näissä olosuhteissa Barts hemoglobiini , jolla on kaava γ 4.
Tärkeimmät mutaatiot hemoglobiinissa ovat:
Kasveissa ja eläimissä on laaja valikoima proteiineja , jotka sitoutuvat happeen varastointia tai kuljetusta varten. Bakteerit , alkueläimet ja sienet ovat kaikki myös hemoglobiini liittyviä proteiineja, jotka, niiden tunnetuista tai ennakoiduista toiminto, sitoutuvat ligandit kaasumaisten palautuvasti. Hapen kuljettamisen ja havaitsemisen lisäksi nämä proteiinit voivat osallistua hapen poistamiseen väliaineista, joiden uskotaan pysyvän anaerobisina , kuten käy myös leghemoglobiinin kohdalla .
Koska monet tällaiset proteiinit koostuvat globiinit ja hemin , ne ovat usein nimitystä "hemoglobiini", vaikka niiden yleinen rakenne on hyvin erilainen kuin selkärankaisen hemoglobiinin . Erityisesti myoglobiinin ja hemoglobiinin välinen ero on usein mahdotonta yksinkertaisimmissa eläimissä ilman lihasten jälkimmäistä, kun taas useimpien hyönteisten verenkiertoelimistö ei osallistu hapen diffuusioon kehon läpi. Useita niveljalkaisten ( robotit , skorpioneja , jotkut äyriäiset ) käyttää avaimenreikä , joka on kuparia sisältävä vapaa hemin mutta käyttämällä kationeja ja kuparia suoraan koordinoi kanssa jäämiä ja histidiinin , mutta tämä proteiini ei ole ole homologinen hemoglobiiniin.
Hemoglobiinien rakenne on hyvin vaihteleva kyseessä olevasta lajista riippuen. Se on usein monoblobiinia bakteereissa, alkueläimissä, levissä ja kasveissa , kun taas monissa sukkulamatoissa , nilviäisissä ja äyriäisissä on erittäin suuria proteiineja, jotka sisältävät paljon enemmän alayksiköitä kuin selkärankaisilla. Sienet ja annelids erityisesti niillä kimeerinen hemoglobiinit sisältävät sekä globiinit ja muita proteiineja. Siten riftia pachyptila ja hydrotermisen tuuletusaukkojen sisältää erilaisia hemoglobiinin, joka käsittää vähintään 144 globiini alayksiköitä, joista kukin liittyy hemiryhmään, jonka tehtävänä on kaapata happi O 2ja rikkivetyä H 2 Starvitaan sen kanssa symbioosissa eläville bakteereille sekä hiilidioksidille CO 2tarvitaan maton anaboliaan . Nämä rakenteet ovat merkittäviä siinä mielessä, että ne voivat kuljettaa happea sulfidi- ionien läsnä ollessa ja kuljettaa nämä ionit itse ilman niiden myrkytystä, samoin kuin muiden lajien hemoglobiinit.
Happeen sitoutumiskykyisten muiden proteiinien kuin hemoglobiinin joukossa voidaan säilyttää seuraavat molekyylit:
Lääketieteessä monet termit viittaavat hemoglobiiniin:
Kuten monet proteiinit, hemoglobiiniketjuissa on erilaisia mutaatioita, joilla ei useimmiten ole kliinistä vaikutusta. Yli 500 epänormaalia hemoglobiinia on tunnistettu. Tietyt mutaatiot (Hb Köln, Indianapolis jne.) Aiheuttavat saostuvan tetrameerin epävakautta Heinzin kehossa tai methemoglobinemiaa (hemoglobiini M).
Joskus tämä mutaatio aiheuttaa epänormaalin affiniteetin happea kohtaan, toisin sanoen kuten Hb Hope, affiniteetin väheneminen korkean P50: n kanssa antaa hyvin siedetyn anemian ja syanoosin levossa, kun vaivaa ja korkeutta tuetaan huonosti. Tai, kuten Hb Chesapeake, Malmö tai Olympia, affiniteetin lisääntyminen vähentyneen P50: n kanssa ja kompensoiva polysytemia, joka johtaa kliinisiin oireisiin tietystä iästä lähtien.
Toiset voivat olla vastuussa kroonisesta hemolyysistä, HbS: stä (mutaatiolla glutamiini valiiniksi, joka aiheuttaa Hb: n polymeroinnin), HbC: stä tai pahenee heterotsygoottisessa tilassa toinen hemoglobinopatia, HbO Arab, HbD Punjab tai Hb Lepore tai β-talassemia, HbE.
Lopuksi geneettinen vaurio ei voi liittyä proteiinin primaarirakenteeseen, vaan sen synteesin määrälliseen virheeseen tai sikiön hemoglobiini HbF: n epänormaalisti korkeaan pysyvyyteen.
Synteesivirheet tai molekyylipoikkeavuudet kuvataan seuraavilla nimillä:
Ensimmäisessä tutkimuksessa hemoglobiinin vietiin XIX : nnen vuosisadan vuonna Saksassa . Hünefeld löysi vuonna 1840 hemoglobiinin kiteytettiin vuonna 1851 Otto Funke (en) , ja Felix Hoppe-Seyler osoitti hapen palautuvan kiinnittymisen tähän proteiiniin vuonna 1866. Hemoglobiinin tetrameerinen luonne ja molekyylipaino määritettiin Gilbert Smithson Adair (en) vuonna 1925 mittaamalla hemoglobiiniliuosten osmoottinen paine , joka tunnisti myös hapen sitoutumisen tähän proteiiniin allosterian yhteistoiminnallisen vaikutuksen .
Kolmiulotteinen rakenne hemoglobiinin perustettiin Max Perutz vuonna 1959 röntgenkristallografialla , joka johti hänet jakamiseen 1962 Nobelin kemian kanssa John Kendrew , joka oli tehnyt samantapaista työtä myoglobiinin .
Vuonna 2005 taiteilija Julian Voss-Andreae loi veistoksen Sydän teräksestä (hemoglobiini) , joka on mallinnettu proteiinin rungosta. Veistos on valmistettu lasista ja Corten-teräksestä . Teoksen ruosteinen ulkonäkö on tarkoituksellinen ja herättää hapen sitoutumisen hemoglobiinissa olevaan rautaan perustavanlaatuisen kemiallisen reaktion.
Montrealin taiteilija Nicolas Baier loi Luster (Hemoglobin) -veistoksen, kiillotetun ruostumattomasta teräksestä valmistetun veistoksen, joka näyttää hemoglobiinimolekyylin rakenteen. Veistos sijaitsee Montrealissa sijaitsevan McGill University Health Center -tutkimuskeskuksen atriumissa . Veistoksen koko on noin 10 metriä x 10 metriä 10 metriä.
" Nobelin kemianpalkinto vuonna 1962 myönnettiin yhdessä Max Ferdinand Perutzille ja John Cowdery Kendrewille" pallomaisten proteiinien rakenteiden tutkimuksista " . "