Hemoglobină | |
---|---|
] | |
Identificatori | |
Simbol | Hb |
Fișiere media la Wikimedia Commons |
Hemoglobina (din altă greacă αἷμα „sânge” + lat. globus „minge”) ( Hb sau Hgb ) este o proteină complexă care conține fier a animalelor cu circulație sanguină , capabilă să se lege reversibil cu oxigenul , asigurând transferul acestuia în țesuturi. La vertebrate, se găsește în eritrocite , la majoritatea nevertebratelor se dizolvă în plasma sanguină ( eritrocruorină ) și poate fi prezentă în alte țesuturi [1] . Greutatea moleculară a hemoglobinei umane este de aproximativ 66,8 kDa . O moleculă de hemoglobină poate transporta până la patru molecule de oxigen [2] . Un gram de hemoglobină poate transporta până la 1,34 ml de oxigen [3] .
Hemoglobina a apărut în urmă cu peste 400 de milioane de ani în ultimul strămoș comun al oamenilor și al rechinilor ca urmare a a 2 mutații care au dus la formarea unui complex de hemoglobină cu patru componente, a cărui afinitate pentru oxigen este suficientă pentru a lega oxigenul într-un mediu saturat cu acesta, dar nu suficient pentru a-l reține în alte țesuturi ale corpului. [5] [6]
În 1825, Johann Friedrich Engelhart a descoperit că raportul dintre fier și proteine este același în hemoglobinele mai multor specii [7] [8] . Din greutatea atomică cunoscută a fierului, el a calculat greutatea moleculară a hemoglobinei la n × 16.000 (n = numărul de atomi de fier din hemoglobină, cunoscut acum ca 4). Această „concluzie pripită” a provocat o mulțime de batjocuri la acea vreme din partea oamenilor de știință cărora nu le venea să creadă că orice moleculă ar putea fi atât de mare. Gilbert Smithson Adair a confirmat rezultatele lui Engelhart în 1925 prin măsurarea presiunii osmotice a soluțiilor de hemoglobină [9] .
Deși se știe că sângele transportă oxigen încă din 1794 [10] [11] , proprietatea de transportare a oxigenului a hemoglobinei a fost descrisă de Hünefeld în 1840 [12] . În 1851, fiziologul german Otto Funke a publicat o serie de lucrări în care a descris creșterea cristalelor de hemoglobină prin diluarea succesivă a eritrocitelor cu un solvent cum ar fi apă pură, alcool sau eter, urmată de evaporarea lentă a solventului din proteina rezultată. soluție [13] [14] . Oxigenarea reversibilă a hemoglobinei a fost descrisă câțiva ani mai târziu de Felix Hoppe-Sailer [15] .
În 1959, Max Ferdinand Perutz a determinat structura moleculară a hemoglobinei prin cristalografie cu raze X [16] [17] . Această muncă l-a determinat să împărtășească Premiul Nobel pentru Chimie în 1962 cu John Kendrew pentru cercetările lor asupra structurilor proteinelor globulare [18] .
Rolul hemoglobinei în sânge a fost descoperit de fiziologul francez Claude Bernard . Denumirea hemoglobină provine de la cuvintele hem și globină , reflectând faptul că fiecare subunitate de hemoglobină este o proteină globulară cu un grup hem inserat. Fiecare grup de hem conține un atom de fier, care poate lega o moleculă de oxigen cu forțe dipol induse de ioni. Cel mai comun tip de hemoglobină la mamifere conține patru astfel de subunități.
Hemoglobina este alcătuită din subunități proteice (molecule de globină), iar aceste proteine, la rândul lor, sunt lanțuri pliate dintr-un număr mare de aminoacizi diferiți numiți polipeptide. Secvența de aminoacizi a oricărei polipeptide create de o celulă este, la rândul său, determinată de secțiuni de ADN numite gene. În toate proteinele, secvența de aminoacizi este cea care determină proprietățile chimice și funcția proteinei.
Există mai mult de o genă a hemoglobinei: la om, hemoglobina A (forma principală de hemoglobină prezentă la adulți) este codificată de genele HBA1 , HBA2 și HBB [19] . Subunitățile hemoglobinei alfa 1 și alfa 2 sunt codificate de HBA1. și , respectiv, genele HBA2 , care se găsesc pe cromozomul 16 și sunt apropiate una de cealaltă. Subunitatea beta a hemoglobinei este codificată de gena HBB , care este localizată pe cromozomul 11. Secvențele de aminoacizi ale proteinelor globinei din hemoglobine diferă în general între specii. Aceste diferențe cresc odată cu distanța evolutivă dintre specii. De exemplu, cele mai comune secvențe de hemoglobină la oameni, bonobo și cimpanzei sunt complet identice, chiar și fără o singură diferență de aminoacizi în lanțurile proteice alfa sau beta globinei [20] [21] [22] . În timp ce hemoglobina umană și cea de gorilă diferă cu un aminoacid în lanțurile alfa și beta, aceste diferențe cresc între speciile mai puțin înrudite.
Chiar și în cadrul speciilor, există o variabilitate a hemoglobinei, deși o secvență este de obicei „cea mai comună” în cadrul fiecărei specii. Mutațiile în genele proteinei hemoglobinei la o specie au ca rezultat variante ale hemoglobinei [23] [24] . Multe dintre aceste forme mutante de hemoglobină nu provoacă nicio boală. Cu toate acestea, unele dintre aceste forme mutante de hemoglobină provoacă un grup de boli ereditare numite hemoglobinopatii . Cea mai cunoscută hemoglobinopatie este anemia falciformă, care a fost prima boală umană al cărei mecanism a fost înțeles la nivel molecular. Un set (în mare parte) separat de boli numite talasemie implică o producție insuficientă de hemoglobine normale și uneori anormale din cauza problemelor și mutațiilor în reglarea genei globinei. Toate aceste boli provoacă anemie [25] .
Variațiile secvențelor de aminoacizi ale hemoglobinei, ca și în cazul altor proteine, pot fi adaptative. De exemplu, s-a descoperit că hemoglobina se adaptează diferit la altitudini mari. Organismele care trăiesc la altitudini mari experimentează o presiune parțială mai mică a oxigenului în comparație cu cea de la nivelul mării. Acest lucru prezintă o problemă pentru organismele care locuiesc în astfel de medii deoarece hemoglobina, care leagă în mod normal oxigenul la presiuni parțiale ridicate de oxigen, trebuie să fie capabilă să lege oxigenul atunci când este prezentă la presiuni mai scăzute. Diverse organisme s-au adaptat la o astfel de problemă. De exemplu, studii recente au arătat variante genetice la șoareci de cerb care ajută la explicarea modului în care șoarecii de cerb care trăiesc în munți sunt capabili să supraviețuiască în aerul subțire care vine cu altitudini mari. Un cercetător de la Universitatea Nebraska-Lincoln a găsit mutații în patru gene diferite care ar putea explica diferențele dintre șoarecii de cerb care trăiesc în prerii de câmpie și cei care trăiesc în munți. În urma studierii șoarecilor sălbatici capturați atât în zonele înalte, cât și în zonele joase, s-a constatat că: genele celor două rase sunt „practic identice – cu excepția celor care reglează capacitatea hemoglobinei lor de a transporta oxigen”. „Diferența genetică permite șoarecilor la altitudine mare să-și folosească oxigenul mai eficient”, deoarece este disponibil mai puțin oxigen la altitudini mai mari, cum ar fi în munți [26] . Hemoglobina mamuților s-a distins prin mutații care au permis ca oxigenul să fie livrat la temperaturi mai scăzute, ceea ce a permis mamuților să migreze la latitudini mai mari în timpul Pleistocenului [27] . Mutații au fost găsite și la păsările colibri andine. Păsările colibri consumă deja multă energie și, prin urmare, au cerințe mari de oxigen, totuși s-a descoperit că colibrii andini se dezvoltă la altitudini mari. Mutațiile nesinonime ale genei hemoglobinei a mai multor specii care trăiesc la altitudini mari ( Oreotrochilus, A. castelnaudii, C. violifer, P. gigas și A. viridicuada ) au determinat ca proteina să aibă o afinitate mai mică pentru inozitol hexafosfat (IHP), o moleculă. , găsit la păsări, care joacă același rol ca 2,3-BPG la om; aceasta are ca rezultat capacitatea de a lega oxigenul la presiuni parțiale mai mici [28] .
Plămânii de sânge unici ai păsărilor promovează, de asemenea, utilizarea eficientă a oxigenului la presiuni parțiale scăzute de O2 . Aceste două adaptări se întăresc reciproc și explică caracteristicile remarcabile de mare altitudine ale păsărilor.
Adaptarea hemoglobinei se extinde și la oameni. Femeile tibetane cu genotipuri cu saturație ridicată în oxigen care trăiesc la o altitudine de 4000 de metri au o supraviețuire mai mare a urmașilor [29] . Selecția naturală pare să fie principala forță care acționează asupra acestei gene, deoarece mortalitatea descendenților este semnificativ mai mică la femeile cu afinitate mai mare pentru oxigenul hemoglobinei în comparație cu mortalitatea descendenților femeilor cu afinitate scăzută pentru oxigenul hemoglobinei. Deși genotipul exact și mecanismul prin care se întâmplă acest lucru nu sunt încă clare, selecția afectează capacitatea acestor femei de a lega oxigenul la presiuni parțiale scăzute, ceea ce le permite în general să susțină mai bine procesele metabolice importante.
Hemoglobina (Hb) este sintetizată într-o secvență complexă de pași. O parte din hem este sintetizată în mai multe etape în mitocondriile și citosolul eritrocitelor imature, în timp ce părți din proteina globină sunt sintetizate de ribozomi din citosol [30] . Producția de Hb continuă în celulă pe tot parcursul dezvoltării ei timpurii de la proeritroblast la reticulocitul din măduva osoasă. În această etapă, nucleul se pierde în celulele roșii din sângele mamiferelor, dar nu și la păsări și multe alte specii. Chiar și după pierderea nucleară la mamifere, ARN-ul ribozomal rezidual asigură o sinteză suplimentară a hemoglobinei până când reticulocitul își pierde ARN-ul la scurt timp după ce intră în vasculatură (acest ARN hemoglobină-sintetic dă de fapt reticulocitului aspectul și numele reticulat) [31] .
Hemoglobina este o proteină complexă din clasa hemoproteinelor , adică hemul acționează ca un grup protetic aici - un miez de porfirină care conține fier . Hemoglobina umană este un tetramer, adică este formată din 4 protomeri. La un adult, ele sunt reprezentate de lanțuri polipeptidice a 1 , α 2 , β 1 și β 2 . Subunitățile sunt conectate între ele după principiul tetraedrului izologic . Contribuția principală la interacțiunea subunităților o au interacțiunile hidrofobe . Ambele catenele α și β aparțin clasei structurale elicoidale α , deoarece conțin exclusiv elice α . Fiecare fir conține opt secțiuni elicoidale, marcate de la A la H (de la N-terminal la C-terminal).
Hemul este un complex de protoporfirine IX aparținând clasei de compuși porfirine cu un atom de fier (II) . Acest cofactor este legat necovalent de cavitatea hidrofobă a moleculelor de hemoglobină și mioglobină.
Fierul (II) se caracterizează prin coordonare octaedrică, adică se leagă de șase liganzi. Patru dintre ele sunt reprezentate de atomi de azot ai inelului porfirinei, care se află în același plan. Celelalte două poziții de coordonare se află pe o axă perpendiculară pe planul porfirinei. Una dintre ele este ocupată de azotul reziduului de histidină în poziția 93 a lanțului polipeptidic (situsul F). Molecula de oxigen legată de hemoglobină se coordonează cu fierul din verso și se dovedește a fi închisă între atomul de fier și azotul unui alt reziduu de histidină situat în poziția 64 a lanțului (secțiunea E).
În total, există patru locuri de legare a oxigenului în hemoglobina umană (un hem pentru fiecare subunitate), adică patru molecule se pot lega simultan. Hemoglobina din plămâni la presiune parțială mare a oxigenului se combină cu ea, formând oxihemoglobina. În acest caz, oxigenul se combină cu hemul, unind fierul hem pe a 6-a legătură de coordonare. Monoxidul de carbon se alătură aceleiași legături, intrând într-o „competiție” cu oxigenul pentru o legătură cu hemoglobina, formând carboxihemoglobina.
Legătura hemoglobinei cu monoxidul de carbon este mai puternică decât cu oxigenul. Prin urmare, partea de hemoglobină care formează un complex cu monoxidul de carbon nu participă la transportul oxigenului. În mod normal, o persoană produce 1,2% carboxihemoglobină. O creștere a nivelului său este caracteristică proceselor hemolitice, în legătură cu aceasta, nivelul carboxihemoglobinei este un indicator al hemolizei .
Deși dioxidul de carbon este transportat de hemoglobină, acesta nu concurează cu oxigenul pentru pozițiile de legare a fierului, ci este legat de grupările amino ale lanțurilor proteice atașate de grupările hem.
Ionul de fier poate fi fie în stare divalentă de Fe 2+ , fie în stare trivalentă de Fe 3+ , dar ferihemoglobina (methemoglobina) (Fe 3+ ) nu poate lega oxigenul [32] . Când este legat, oxigenul se oxidează temporar și reversibil (Fe 2+) în ( Fe 3+) , în timp ce oxigenul se transformă temporar într-un ion superoxid, așa că fierul trebuie să fie în starea de oxidare +2 pentru a lega oxigenul. Dacă ionul superoxid legat de Fe 3+ este protonat, fierul din hemoglobină va rămâne oxidat și nu va putea lega oxigenul. În astfel de cazuri, enzima methemoglobin reductaza va fi capabilă să reactiveze în cele din urmă methemoglobina, restabilind centrul de fier.
La oamenii adulți, cel mai comun tip de hemoglobină este un tetramer (care conține patru subunități proteice) numit hemoglobină A , constând din două subunități α și două β legate necovalent, fiecare constând din 141 și, respectiv, 146 de resturi de aminoacizi. . Acesta este notat ca α2 β2. Subunitățile sunt similare structural și aproximativ de aceeași dimensiune. Fiecare subunitate are o greutate moleculară de aproximativ 16.000 daltoni [33] , cu o greutate moleculară totală a tetramerului de aproximativ 64.000 daltoni (64.458 g/mol) [34] .Astfel, 1 g/dL = 0,1551 mmol/l. Hemoglobina A este moleculă de hemoglobină cel mai amplu studiată [35] .
La sugarii umani, molecula de hemoglobină este formată din 2 lanțuri α și 2 lanțuri γ. Pe măsură ce copilul crește, lanțurile γ sunt înlocuite treptat cu lanțuri β.
Cele patru lanțuri polipeptidice sunt legate între ele prin punți de sare, legături de hidrogen și un efect hidrofob.
În general, hemoglobina poate fi saturată cu molecule de oxigen (oxihemoglobină) sau nesaturată cu molecule de oxigen (deoxihemoglobină) [36] .
OxihemoglobinaOxihemoglobina se formează în timpul respirației fiziologice când oxigenul se leagă de componenta hem a proteinei hemoglobinei din globulele roșii. Acest proces are loc în capilarele pulmonare adiacente alveolelor plămânilor. Oxigenul trece apoi prin fluxul sanguin și în celule, unde este folosit ca acceptor final de electroni în producerea de ATP prin procesul de fosforilare oxidativă. Cu toate acestea, acest lucru nu ajută la contracararea scăderii pH-ului sângelui. Ventilația, sau respirația, poate inversa această stare prin eliminarea dioxidului de carbon, provocând astfel o modificare a pH-ului [37] .
Hemoglobina există în două forme: o formă întinsă (tensionată) (T) și o formă relaxată (R). Diferiți factori, cum ar fi pH scăzut, CO2 ridicat și 2,3 BPG ridicat la nivel de țesut, favorizează o formă întinsă care are o afinitate scăzută pentru oxigen și eliberează oxigen în țesuturi. În schimb, pH-ul ridicat, CO 2 scăzut sau 2,3 BPG scăzut favorizează o formă relaxată care poate lega mai bine oxigenul [38] . Presiunea parțială a sistemului afectează, de asemenea, afinitatea pentru O2 , unde presiuni parțiale mari ale oxigenului (cum ar fi cele prezente în alveole) favorizează o stare relaxată (afinitate mare, R). În schimb, presiunile parțiale scăzute (cum ar fi cele prezente în țesuturile respiratorii) favorizează o stare de stres (afinitate scăzută, T) [39] . În plus, legarea oxigenului de hemul de fier (II) trage fierul în planul inelului porfirinic, provocând o ușoară schimbare conformațională. Schimbarea stimulează legarea oxigenului la cele trei unități hem rămase din hemoglobină (astfel legarea oxigenului este cooperantă).
Hemoglobina deoxigenatăHemoglobina deoxigenată (deoxihemoglobina) este o formă de hemoglobină fără oxigen legat. Spectrele de absorbție ale oxihemoglobinei și ale deoxihemoglobinei sunt diferite. Oxihemoglobina are o absorbție semnificativ mai mică la 660 nm decât deoxihemoglobina, în timp ce la 940 nm absorbția sa este puțin mai mare. Această diferență este utilizată pentru a măsura cantitatea de oxigen din sângele pacientului folosind un dispozitiv numit pulsoximetru. Această diferență explică și manifestarea cianozei, o culoare albăstruie-violet care se dezvoltă în țesuturi în timpul hipoxiei [40] .
Hemoglobina deoxigenată este paramagnetică; este slab atras de câmpurile magnetice [41] [42] . Dimpotrivă, hemoglobina saturată cu oxigen prezintă diamagnetism, o slabă repulsie a câmpului magnetic [42] .
Conținutul normal de hemoglobină din sângele uman este considerat: la bărbați - 130 - 160 g / l (limită inferioară - 120 , limita superioară - 180 g / l ), la femei - 120 - 160 g / l ; la copii, nivelul normal al hemoglobinei depinde de vârstă și este supus unor fluctuații semnificative. Deci , la copii la 1-3 zile de la naștere, nivelul normal al hemoglobinei este maxim și este de 145-225 g /l , iar la 3-6 luni scade la un nivel minim de 95-135 g /l , apoi de la 1 an. până la 18 ani o creștere treptată a nivelului normal al hemoglobinei din sânge [43] .
În timpul sarcinii, în corpul unei femei apare retenția și acumularea de lichide, ceea ce este cauza hemodiluției - diluția fiziologică a sângelui. Ca urmare, se observă o scădere relativă a concentrației de hemoglobină (în timpul sarcinii, nivelul hemoglobinei este în mod normal de 110 - 155 g / l ). În plus, în legătură cu creșterea intrauterină a copilului, există un consum rapid de rezerve de fier și acid folic. Dacă o femeie a avut un deficit al acestor substanțe înainte de sarcină, problemele asociate cu scăderea hemoglobinei pot apărea deja la începutul sarcinii [44] .
Principalele funcții ale hemoglobinei sunt transportul oxigenului și funcția tampon. La om, în capilarele plămânilor , în condiții de exces de oxigen, acesta din urmă se combină cu hemoglobina formând oxihemoglobina . Prin fluxul sanguin, eritrocitele care conțin molecule de hemoglobină cu oxigen legat sunt livrate către organe și țesuturi unde există puțin oxigen; aici, oxigenul necesar pentru apariția proceselor oxidative este eliberat din legătura cu hemoglobina. În plus, hemoglobina este capabilă să lege o cantitate mică (aproximativ 1/3) de dioxid de carbon (CO 2 ) în țesuturi, formând carbhemoglobină și să o elibereze în plămâni (2/3 din dioxidul de carbon este transportat sub formă dizolvată sau în formă de săruri prin plasma sanguină și citoplasma eritrocitară) [ 45] .
Monoxidul de carbon (CO) se leagă de hemoglobina din sânge mult mai puternic ( de 250 de ori [46] ) decât oxigenul, formând carboxihemoglobina (HbCO). Cu toate acestea, monoxidul de carbon poate fi parțial deplasat din hem prin creșterea presiunii parțiale a oxigenului în plămâni. Unele procese (de exemplu, otrăvirea cu nitrați , nitriți , anilină , piridină ) duc la oxidarea ionului de fier din hemoglobină la o stare de oxidare de +3. Rezultatul este o formă de hemoglobină cunoscută sub numele de methemoglobin (HbOH) ( metHb , de la „ meta- ” și „hemoglobină” alias hem și globină sau ferihemoglobină , vezi methemoglobinemie ). În ambele cazuri, procesele de transport de oxigen sunt blocate.
Spre deosebire de mioglobina , hemoglobina are o structură cuaternară, ceea ce îi conferă capacitatea de a regla adăugarea și eliminarea oxigenului și cooperativitatea caracteristică : după atașarea primei molecule de oxigen, legarea celor ulterioare este facilitată. Structura poate fi în două stări stabile (conformații): oxihemoglobină (conține 4 molecule de oxigen; conformație tensionată) și deoxihemoglobină (nu conține oxigen; conformație relaxată).
Starea stabilă a structurii deoxihemoglobinei complică adăugarea de oxigen la aceasta. Prin urmare, pentru a începe reacția, este necesară o presiune parțială suficientă a oxigenului, ceea ce este posibil în alveolele plămânilor. Modificările uneia dintre cele 4 subunități le afectează pe cele rămase, iar după ce prima moleculă de oxigen este atașată, legarea moleculelor de oxigen ulterioare este facilitată. Ca o consecință, curba de legare a hemoglobinei-oxigen are formă sigmoidă sau S , spre deosebire de curba hiperbolică normală asociată cu legarea necooperativă.
După ce a dat oxigen țesuturilor, hemoglobina se leagă de ea însăși ioni de hidrogen și dioxid de carbon , transferându-le în plămâni [47] .
Hemoglobina este una dintre principalele proteine cu care se hrănesc plasmodiile malariale - agenții cauzali ai malariei , iar în zonele cu malarie endemică ale globului, anomaliile ereditare în structura hemoglobinei sunt foarte frecvente, ceea ce face dificilă hrănirea plasmodiei malarie cu aceasta. proteine și pătrund în eritrocit. În special, astfel de mutații cu semnificație evolutivă și adaptativă includ o anomalie a hemoglobinei, care duce la anemie falciforme . Cu toate acestea, din păcate, aceste anomalii (precum și anomaliile structurii hemoglobinei care nu au o valoare clar adaptativă) sunt însoțite de o încălcare a funcției de transport de oxigen a hemoglobinei, o scădere a rezistenței eritrocitelor la distrugere, anemie . și alte consecințe negative. Anomaliile din structura hemoglobinei se numesc hemoglobinopatii .
Hemoglobina este foarte toxică atunci când o cantitate semnificativă din eritrocite intră în plasma sanguină (care apare cu hemoliză intravasculară masivă , șoc hemoragic , anemie hemolitică , transfuzie de sânge incompatibilă și alte afecțiuni patologice). Toxicitatea hemoglobinei, care se află în afara eritrocitelor, în stare liberă în plasma sanguină, se manifestă prin hipoxie tisulară - o deteriorare a alimentării cu oxigen a țesuturilor, o supraîncărcare a organismului cu produse de distrugere a hemoglobinei - fier, bilirubină , porfirine . cu dezvoltarea icterului sau a porfiriei acute, blocarea tubilor renali de către molecule mari de hemoglobină cu dezvoltarea necrozei tubilor renali și insuficiența renală acută .
Datorită toxicității ridicate a hemoglobinei libere din organism, există sisteme speciale pentru legarea și neutralizarea acesteia. În special, una dintre componentele sistemului de neutralizare a hemoglobinei este haptoglobina specială a proteinei plasmatice , care leagă în mod specific globina liberă și globina din hemoglobină. Complexul de haptoglobină și globină (sau hemoglobină) este apoi captat de splina și macrofagele sistemului reticuloendotelial tisular și devine inofensiv.
O altă parte a sistemului de neutralizare a hemoglobinei este proteina hemopexină , care leagă în mod specific hemul liber și hemul din hemoglobină. Complexul de hem (sau hemoglobină) și hemopexină este apoi preluat de ficat , hemul este desprins și utilizat pentru sinteza bilirubinei și a altor pigmenți biliari sau eliberat în circulație în combinație cu transferinele pentru reutilizare de către măduva osoasă. în procesul de eritropoieză .
Când celulele roșii din sânge ajung la sfârșitul duratei de viață utilă din cauza îmbătrânirii sau a defectelor, acestea sunt îndepărtate din fluxul sanguin prin activitatea fagocitară a macrofagelor din splină sau ficat sau hemolitizate în fluxul sanguin. Hemoglobina liberă este apoi eliminată din circulație de către transportorul de hemoglobină CD163, care este exprimat exclusiv pe monocite sau macrofage. În aceste celule, molecula de hemoglobină este descompusă și fierul este procesat. Acest proces produce, de asemenea, o moleculă de monoxid de carbon pentru fiecare moleculă de hem distrusă [48] . Degradarea hemului este singura sursă naturală de monoxid de carbon din corpul uman și este responsabilă pentru nivelurile normale de monoxid de carbon din sângele persoanelor care respiră aer normal [49] .
Celălalt produs final major al defalcării hemului este bilirubina. Niveluri crescute ale acestei substanțe chimice se găsesc în sânge dacă celulele roșii din sânge sunt distruse mai repede decât în mod normal. O proteină a hemoglobinei descompusă necorespunzător sau hemoglobina care este eliberată prea repede din celulele sanguine poate înfunda vasele de sânge mici, în special vasele de sânge subțiri de filtrare ale rinichilor, provocând leziuni ale rinichilor. Fierul este îndepărtat din hem și depozitat pentru utilizare ulterioară, stocat în țesuturi sub formă de hemosiderin sau feritină și transportat în plasmă de beta-globuline sub formă de transferine. Când inelul de porfirină se descompune, fragmentele sale sunt de obicei excretate ca un pigment galben numit bilirubină, care este excretat în intestine sub formă de bilă. Intestinul metabolizează bilirubina în urobilinogen. Urobilinogenul este excretat din organism prin fecale sub formă de pigment numit stercobilină. Globulina este metabolizată în aminoacizi, care sunt apoi eliberați în sânge.
Deficitul de hemoglobină poate fi cauzat, în primul rând, de o scădere a numărului de molecule de hemoglobină în sine (vezi anemie ) și, în al doilea rând, din cauza capacității reduse a fiecărei molecule de a lega oxigenul la aceeași presiune parțială a oxigenului.
Hipoxemia este o scădere a presiunii parțiale a oxigenului din sânge și ar trebui să fie distinsă de o deficiență a hemoglobinei. Deși atât hipoxemia, cât și deficitul de hemoglobină sunt cauze ale hipoxiei . Dacă deficiența de oxigen în organism se numește în general hipoxie, atunci tulburările locale de aprovizionare cu oxigen se numesc ischemie .
Alte cauze ale hemoglobinei scăzute sunt variate: pierderi de sânge, deficiență nutrițională, boli ale măduvei osoase, chimioterapie , insuficiență renală, hemoglobină atipică.
Un conținut crescut de hemoglobină în sânge este asociat cu o creștere a numărului sau mărimii globulelor roșii, care se observă și în policitemia vera . Aceasta crestere poate fi cauzata de: boli cardiace congenitale, fibroza pulmonara, prea multa eritropoietina .
Oamenii de știință sunt de acord că evenimentul care a separat mioglobina de hemoglobină a avut loc după ce lampreele s-au despărțit de vertebratele cu falci [51] . Această separare a mioglobinei și hemoglobinei a permis să apară și să evolueze diferite funcții ale celor două molecule: mioglobina este mai preocupată de stocarea oxigenului, în timp ce hemoglobina are sarcina de a transporta oxigenul [52] . Genele globinei asemănătoare α și β codifică subunități proteice individuale [53] . Precursorii acestor gene au apărut ca urmare a duplicării, tot după ce strămoșul comun al gnatosomului a descins dintr-un pește fără fălci, cu aproximativ 450-500 de milioane de ani în urmă [51] . Studiile de reconstrucție ancestrală arată că genele α și β de pre-duplicare au fost ancestrale unui dimer constând din subunități globinei identice, care apoi au evoluat pentru a se asambla într-o arhitectură tetramerică după duplicare [54] . Dezvoltarea genelor α și β a creat potențialul ca hemoglobina să fie compusă din multe subunități distincte a căror compoziție fizică joacă un rol central în capacitatea hemoglobinei de a transporta oxigen. Prezența mai multor subunități contribuie la capacitatea hemoglobinei de a co-lega oxigenul, precum și de a fi reglată alosteric [52] [54] . Ulterior, gena α a suferit, de asemenea, duplicare cu formarea genelor HBA1 și HBA2 [55] . Aceste duplicări și divergențe ulterioare au creat o gamă largă de gene globine asemănătoare α și β, care sunt reglate în așa fel încât anumite forme să apară în diferite stadii de dezvoltare [52] .
Majoritatea peștilor de gheață din familia Channichthyidae și-au pierdut genele de hemoglobină ca urmare a adaptării la apa rece [56] .
Hemoglobina poate fi monitorizată neinvaziv pentru a crea un set de date personalizat care monitorizează efectele hemoconcentrației și hemodiluției activităților zilnice pentru a înțelege mai bine performanța atletică și antrenamentul. Sportivii sunt adesea preocupați de rezistență și de intensitatea exercițiilor fizice. Senzorul folosește LED-uri care emit lumină roșie și infraroșie prin țesut către un detector de lumină, care trimite apoi un semnal către un procesor pentru a calcula absorbția luminii de către proteina hemoglobinei [57] . Acest senzor este similar cu un pulsoximetru, care constă dintr-un mic dispozitiv sensibil care este atașat de deget.
În organismele din regnul animal și vegetal, există multe proteine care transportă și leagă oxigenul. Organismele, inclusiv bacteriile, protozoarele și ciupercile, au proteine asemănătoare hemoglobinei ale căror roluri cunoscute și prezise includ legarea reversibilă a liganzilor gazoși. Deoarece multe dintre aceste proteine conțin globine și o porțiune hem (fier într-o înveliș de porfirină scuamoasă), ele sunt adesea denumite hemoglobine, chiar dacă structura lor terțiară generală este foarte diferită de cea a hemoglobinei vertebratelor. În special, distincția dintre „mioglobină” și hemoglobină la animalele inferioare este adesea imposibilă, deoarece unele dintre aceste organisme nu conțin mușchi. Sau pot avea un sistem circulator distinct recunoscut, dar nu unul care transportă oxigen (de exemplu, multe insecte și alte artropode). În toate aceste grupe, moleculele care conțin hem/globină (chiar și globine monomerice) care sunt asociate cu legarea gazelor sunt numite oxihemoglobine. Pe lângă transportul și achiziționarea de oxigen, aceștia se pot ocupa și de NO, CO 2 , compuși sulfuri și chiar absorbția de O 2 în medii care ar trebui să fie anaerobe [58] . Ele pot chiar detoxifica materialele clorurate într-un mod similar cu enzimele P450 și peroxidazele care conțin hem.
Structura hemoglobinelor variază în funcție de specii. Hemoglobina se găsește în toate regnurile organismelor, dar nu în toate organismele. Speciile primitive precum bacteriile, protozoarele, algele și plantele conțin adesea hemoglobine cu o singură globină. Mulți viermi nematozi, moluște și crustacee conțin molecule foarte mari cu mai multe elemente, mult mai mari decât cele găsite la vertebrate. În special, hemoglobinele himerice găsite în ciuperci și anelide gigantice pot conține atât globină, cât și alte tipuri de proteine [59] .
Unul dintre cele mai izbitoare cazuri și utilizări ale hemoglobinei în organisme este viermele tubular gigant ( Riftia pachyptila , numit și Vestimentifera), care poate atinge 2,4 metri lungime și poate locui în gurile vulcanice oceanice. În loc de tractul digestiv, acești viermi conțin o populație de bacterii care reprezintă jumătate din greutatea corpului. Bacteriile oxidează H 2 S din aerisire cu O 2 din apă pentru a produce energie de gătit din H 2 O și CO 2 . Capătul superior al viermilor este o structură roșu închis în formă de evantai ("penă") care intră în apă și absoarbe H 2 S și O 2 pentru bacterii și CO 2 pentru utilizare ca materie primă sintetică, similar plantelor fotosintetice. Structurile sunt de culoare roșie aprinsă datorită conținutului de mai multe hemoglobine extrem de complexe, care conțin până la 144 de lanțuri de globine, fiecare incluzând structuri hem asociate. Aceste hemoglobine sunt remarcabile pentru că sunt capabile să transporte oxigen în prezența sulfurei și chiar să transporte sulfură fără a fi complet „otrăvite” sau suprimate de aceasta, la fel ca hemoglobinele la majoritatea celorlalte specii [60] [61] .
Site-uri tematice | |
---|---|
Dicționare și enciclopedii |
|
În cataloagele bibliografice |
|
Sânge | |
---|---|
hematopoieza | |
Componente | |
Biochimie | |
Boli | |
Vezi și: Hematologie , Oncohematologie |
perfuzie cu plasmă - cod ATC: B05 | Soluții de substituție și||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ||||||||
| ||||||||
| ||||||||
| ||||||||
| ||||||||
|