A hemoglobin , általánosan szimbolizált Hb , néha Hgb egy légzőszervi pigment (molekuláris család metalloproteinek , itt tartalmazó vas ) jelenleg elsősorban a vérben a gerinces , a saját vörösvérsejtek és a szövetekben néhány gerinctelen . Feladata az oxigén O 2 szállításaa légzőrendszertől ( tüdő , kopoltyú ) a test többi részéig . A hemoglobin mennyisége a vérkép során mért paraméter .
A hemoglobin oxigént bocsát ki a szövetekbe az aerob sejtlégzéshez , amely az anyagcsere révén energiát biztosít az élet számára nélkülözhetetlen biológiai folyamatokhoz.
A humán , hemoglobin egy fehérje hetero - tetramer kialakítva peptid láncok azonosak kettesével. A hemoglobin A (HbA) a felnőttek hemoglobinmolekuláinak körülbelül 95% -át képviseli, amelyek két a-láncból és két β-láncból állnak; van még egy hemoglobin A 2 (HbA 2 ) általános képletű α 2 δ 2, És a hemoglobin F (HbF, magzati) általános képletű alfa 2 γ 2. A négy csatorna mindegyike összekapcsolódik egy hem nevű protetikus csoporttal , amely egy porfirinnel komplexelt vas kationjából áll . A hemoglobin tehát hemoprotein .
A emlősök , a hemoglobin alkotja közel 96% a szárazanyag tömege a vörös vérsejtek, és körülbelül 35% -át a teljes tartalom, beleértve a vizet. Mindegyik hemoglobin molekula képes kötődni akár négy oxigén molekulák O 2, És a hemoglobin a vérben képes szállítani 1,34 ml O 2grammonként fehérje, ami 70-szer több oxigént képes szállítani, mint az O 2 mennyiségefeloldódott a vérben. A hemoglobin részt vesz az oxigéntől eltérő gázok szállításában is. Különösen biztosítja a szén-dioxid CO 2 egy részének szállításátáltal termelt sejtlégzés, valamint szállítja a nitrogén-oxid NO, amely jelentős szerepet játszik a celluláris jelátviteli bizonyos fiziológiai folyamatok , és amely mentén távozik oxigénnel után szállított egy tiol -csoport a apoprotein .
A hemoglobin nagy része a vörösvértestekben található, amelyeket maguk is a csontvelő termel. Azonban nem minden hemoglobin koncentrálódik a vörösvértestekben. Így található meg például a substantia nigra A9 csoportjának dopaminerg idegsejtjeiben , a makrofágokban , az alveoláris sejtekben és a vesékben a mesangium sejtekben . Ezekben a szövetekben a hemoglobin antioxidáns szerepet játszik és szabályozza a vas anyagcseréjét .
A hemoglobin és a különböző rokon molekulák számos gerinctelen állatban, gombában és növényben is jelen vannak . Ezekben az organizmusokban a hemoglobin feladata az oxigén O 2 szállítása, de más vegyi anyagok , például szén-dioxid- CO 2 transzportereként és szabályozójaként is működhet, nitrogén-monoxid NO, hidrogén-szulfid HS és szulfid anion S 2– . A hemoglobin egy változata, az úgynevezett leghemoglobin eltávolítja az oxigént az anaerob rendszerekből , például a fabaceae-k Rhizobium - csomóiból , mielőtt inaktiválja őket.
Hemoglobin negyedleges szerkezetet ami jellemző sok fehérje a globuláris alegységek . A legtöbb a maradékok a aminosavak részt vesznek α hélix csatlakozott a nem-helikális szegmensek. A csavarvonal alakú szakaszokban vannak stabilizálva hidrogénkötések , amelyek a fehérje jellegzetes háromdimenziós szerkezete, az úgynevezett globin összecsukható , mivel ez is megtalálható más globinok egy hem prosztetikus csoport, mint például a mioglobin . Ennek a jellegzetes hajtásnak van egy ürege, amelybe szorosan beillesztik a fehérje protetikus csoportját alkotó hem molekulát . A hemoglobin ezért alegységenként egy hemmolekulát tartalmaz.
Egy hemoglobin molekula általános ábrázolása, amely a négy alegységet mutatja, párban azonosak, és mindegyikben egy hem molekula van beillesztve az alegységek üregébe.
A legtöbb gerincesnél a hemoglobin molekula négy gömb alakú alegységből áll, nagyjából tetraéderes elrendezésben . Ezeket az alegységeket hidrogénkötések, ionos kötések és hidrofób hatás tartja össze . Felnőtt embereknél a hemoglobin leggyakoribb típusa a hemoglobin A, amely két α alegységből és két β alegységből áll, amelyek mindegyike 141 és 146 aminosav maradékból áll. Ezt a szerkezetet az α 2 β 2 szimbolizálja. Ezek az alegységek szerkezetileg nagyon hasonlóak és megközelítőleg azonos méretűek. Mindegyik molekulatömege körülbelül 16 kDa , vagy 64 kDa ( 64 458 g · mol -1 ) a teljes hosszúságú fehérje esetében. Gyermekeknél a fő hemoglobint hemoglobin F-nek (magzat) nevezik , amelynek képlete α 2 γ 2, a növekedés során a γ láncokat fokozatosan β láncok helyettesítik.
A hem áll egy kation a vas ( II ) koordinált négy atomot a nitrogén- egy porfirin , egy tetrapirrol a molekula sík. Ez a Fe 2+ kation kovalensen kapcsolódik a globin hisztidin F8 maradékához is, amelybe a hem beillesztődik; ez a maradék, az úgynevezett proximális hisztidin , a hem síkja alatt helyezkedik el. Fe 2+ is reverzibilisen kötődnek egy koordináló kovalens kötés egy oxigén molekula O 2a hem sík felett, a proximális hisztidinnel szemben, kiegészítve a vas ( II ) kation hat ligandumú oktaéderes koordinációs geometriáját oxihemoglobinban; az oxigén távollétében, a deoxihemoglobin, ezt a hatodik helyet foglalja el egy nagyon gyengén kötődik a víz molekulát .
A deoxi-hemoglobin vas-vasa magas spin- állapotban van, vagyis öt d pályáját főleg egyetlen elektron foglalja el, ahonnan 92 pm nagyságrendű ionsugár található , míg oxyhemoglobinban a vas-vas alacsony spin- állapotot , azaz d pályáit hat párosított elektron foglalja el, amelyek a három legalacsonyabb energiájú pályára korlátozódnak, ezért az ionsugár csak 75 pm . Emiatt a Fe 2+ ion a hem síkjától körülbelül 40 µm-rel elmozdul a deoxihemoglobinban, de csak 10 µm az oxihemoglobinban. Ez a variáció a feszült forma és a hemoglobin relaxált formája közötti váltás alapja.
(en) Az O 2 oxigénmolekula megkötésének sematikus diagramjaa hemén , amelyet itt egy vastag vonal szimbolizál. A szuperoxid- ion O 2• - az egyik oldalon koordinált kovalens kötéssel kapcsolódik a vas ( III ) kationjához , a másik oldalon a hisztidin disztálishoz. A deoxihemoglobin Fe ( II ) kationja magas spin állapotban van, és eltolódik a hem síkból a proximális hisztidin felé, de ebben a síkban visszahozza azáltal, hogy az alacsony oxigénállapotba megy át az oxigénhez kötődve, amely eltolódik. a proximális hisztidin a hemhez, és elősegíti a fehérje többi részének elmozdulását a feszített (T) formából a relaxált (R) formába.
A vaskation lehet +2 vagy +3 oxidációs állapotban : utóbbi esetben methemoglobinnal van dolgunk , amely kevésbé reverzibilisen kötődik az oxigénhez, mint a hemoglobin, és alacsonyabb affinitással. Valóban, ha kötődik a vas hem, az oxigén molekula O 2hajlamos redukálódni szuperoxid- ionra O 2• - míg a Fe 2+ kation hajlamos Fe 3+ -vá oxidálódni , ez a mechanizmus megfordul az oxigén felszabadulása során; ezzel szemben az oxigén vas-hemhez való kötődése lényegében irreverzibilis, és hajlamos blokkolni az R-alakú fehérjét, ami megakadályozza az oxigén felszabadulását és gátolja annak oxigénszállító funkcióját. A citokróm b 5 reduktáz vagy methemoglobin reduktáz az az enzim, amely biztosítja a methemoglobin funkcionális hemoglobin redukcióját az Fe 3+ kation Fe 2+ szintre történő redukciójával , ami nélkülözhetetlen enzim a vér tulajdonságainak fenntartásában.
A deoxigenált hemoglobin (deoxyhemoglobin) úgynevezett T, vagy feszült konformációval rendelkezik , míg az oxigénnel telített hemoglobin (oxyhemoglobin) úgynevezett R vagy relaxált konformációval rendelkezik . A T forma alacsony affinitással rendelkezik az oxigén iránt, ezért hajlamos felszabadítani, míg az R forma nagy affinitással rendelkezik az oxigén iránt, és hajlamos megkötni. Számos tényező kedvez ezeknek a konformációknak. Tehát a T-formát alacsony pH ( savas ), magas CO 2 koncentráció kedvezés magas szintű 2,3-biszfoszfoglicerát (2,3-BPG), amely elősegíti az oxigén felszabadulását, amikor a vér kering a szöveteken , míg az R-formát magas pH, alacsony parciális nyomás kedvez CO 2és alacsony 2,3-BPG szint, amely elősegíti az oxigén felvételét, amikor a vér kering a tüdő alveolusainak szintjén .
A hemoglobin T (deoxi) és R (oxi) formák közötti váltásának sematikus ábrázolása. A hem és a proximális hisztidin mozgása jól látható az α 1 és β 2 alegységekben .
O 2 telítettségi arányhemoglobin az O 2 parciális nyomásának függvényében ; néha a Barcroft görbe , ez szigmoid köszönhető, hogy a kooperatív hatás kísérő kötődését oxigén hemoglobin.
A hemoglobin T formája és R formája közötti váltás egy úgynevezett kooperatív mechanizmus , vagyis alloszterikus , mivel egy oxigénmolekula kötése a T formához olyan konformációs változást vált ki, amely részben a szomszédos alegységekhez terjed , amelyek affinitása mert az oxigén fokozatosan növekszik, miközben más oxigénmolekulák kötődnek a hemoglobinhoz, mindaddig, amíg az összes fehérje felveszi az R konformációt; Ezzel szemben az oxigénmolekula felszabadulása az R formából olyan konformációs változást vált ki, amely részben a szomszédos alegységekre terjed, amelyek oxigén iránti affinitása fokozatosan csökken, miközben a hemoglobin felszabadítja az oxigént, mindaddig, amíg az összes fehérje el nem veszi a T konformációt. Ez az oka annak, hogy Az oxigén hemoglobinhoz való kötődésének görbéje az oxigén parciális nyomásának függvényében sigmoid formájú , míg alloszteria hiányában hiperbolikus lenne .
Szokás ábrázolni a hemoglobin oxigén O 2 telítettségi arányátaz y tengelyen az oxigén O 2 parciális nyomásának függvényében ábrázolva, az abszcisszán adott . Ebben az ábrázolásban a görbe szigmoid és hajlamos balra csúszni, amikor a hemoglobin oxigén iránti affinitása növekszik, és jobbra, amikor csökken. Az oxigén parciális nyomását, amelynél a hemoglobin 50% -ban oxigénnel telített, p 50- nek nevezzük : minél alacsonyabb az értéke, annál nagyobb a hemoglobin oxigénhez való affinitása. Mint egy útmutató, a p 50 hemoglobin egy egészséges felnőtt esetén jellemzően 3,5 kPa , gyakran írt 26,6 Hgmm , míg a mioglobin tipikusan 130 Pa .
Számos tényező növeli a p 50 értéket, ezért ezt a görbét jobbra csúsztatja:
Ezek a hatások visszafordíthatók, és ezeknek a tényezőknek a változási irányát megfordítva a görbe balra csúszik.
Az oxigén O 2 mellett, amely úgynevezett kooperatív mechanizmusban kötődik a hemoglobinhoz , ez a fehérje más ligandumokat is szállít , amelyek egy része kompetitív inhibitor , például szén-monoxid- CO, mások pedig alloszterikus ligandumok , például szén-dioxid- CO 2és nitrogén-monoxid NO. CO 2reverzibilisen kötődik amin csoportokat a apoprotein a formában carbaminohemoglobin , amelyről azt gondoljuk, hogy körülbelül 10% CO 2 közlekedésia emlősök , a fennmaradó részt pedig a szállított elsősorban a formájában a HCO 3 -hidrogén-karbonát -ionok- . A nitrogén-oxid reverzibilisen kötődik az apoprotein tiolcsoportjaihoz, és S- nitrozotiolt képez . A nitrogén-oxid transzport közvetett módon közvetítheti az oxigén transzportját a hemoglobin által azáltal, hogy értágítóként hat a szövetekben, ahol az oxigén parciális nyomása alacsony.
Gátlók oxigénnel versenyezveAz oxigén hemoglobinhoz való kötődését hatékonyan blokkolja a szén-monoxid , például a cigarettafüst , a kipufogógáz vagy a kazán hiányos égése révén . A szén-monoxid az oxigénnel versenyez az utóbbi hemin való kötődési helyén. A hemoglobin szénmonoxid iránti affinitása 230-szor nagyobb, mint a hemoglobin oxigénhez való kötődése , így kis mennyiségű szén-monoxid elegendő ahhoz, hogy jelentősen csökkentse a hemoglobin oxigénellátását a hematózisban , és ezért a vér képessége a test oxigénellátására. Az oxigénhiány, amely így a levegőben 0,16% CO-nak való folyamatos kitettség következtében 20 percen belül szédülést , émelygést , fejfájást és tachycardiát okoz , két órán belül halálhoz vezet; A levegőben lévő 1,28% CO mindössze két-három légzés után eszméletvesztést okoz , és kevesebb, mint három perc alatt halált okoz. Szén-monoxiddal kombinálva a hemoglobin a karboxihemoglobin nevű fehérje, amelynek nagyon élénkpiros színe valószínűleg rózsaszínűre színezi a szén-monoxid-mérgezésben elhunyt áldozatok bőrét , akiknek egyébként az arca halvány vagy kékes lenne.
Hasonlóképpen, a hemoglobin mutat, annak oxigén kötőhely, egy versenyképes affinitása a cianid- ion CN - , kén-monoxid SO, és szulfid ion S 2- , as -szulfid hidrogén H 2 S. Ezek kötődnek a hem vas-kationjához anélkül, hogy módosítanák annak oxidációs állapotát, de ennek ellenére gátolják az oxigén hemihez való kötődését, ezért magas toxicitásuk.
Alloszterikus hemoglobin ligandumokA szén-dioxid CO 2könnyebben kötődik a deoxihemoglobinhoz, amely megkönnyíti annak eliminálódását a szervezetből. Ezt hívják Haldane-effektusnak .
Ezenkívül a CO 2feloldjuk a vérben alakítjuk hidrogén-karbonát- anion HCO 3- a szénsav-anhidráz , attól függően, hogy a reakció:
CO 2+ H 2 O→ H 2 CO 3→ HCO 3- + H + .Ebből következik, hogy a CO 2 -ben gazdag véris több savas , azaz annak pH csökkentjük a hatását szénsav . H + protonok és CO 2 molekulák megkötésea hemoglobin olyan konformációs változást vált ki, amely kedvez a T formának, és ezáltal az oxigén felszabadulásának. Protonok kötődnek különböző helyeken a hemoglobin, miközben a szén-dioxid kötődik a- amino- csoportok a formában carbaminohemoglobin . A hemoglobin oxigénhez való affinitásának csökkenése CO 2 jelenlétébena savas pH-t pedig Bohr-effektusnak nevezzük .
A nagy magasságokhoz akklimatizálódott emberekben megemelkedik a 2,3-biszfoszfoglicerát (2,3-BPG) vérszintje . Ez utóbbi egy heteroalloszterikus effektor, amelynek hatása csökkenti a hemoglobin oxigénhez való affinitását a T-forma stabilizálásával: a tengerszintnél alacsonyabb oxigén parciális nyomása alatt a hemoglobin oxigén-affinitásának csökkenése növeli a teljes az oxigénszállítás hatékonysága a hemoglobin által. Általánosságban elmondható, hogy a 2,3-BPG szintjének növekedése figyelhető meg, amikor az oxigén parciális nyomása csökken a perifériás szövetekben, például hipoxémia , krónikus légzőszervi megbetegedések, vérszegénység vagy akár szívelégtelenség esetén . Ezzel szemben a 2,3-BPG aránya szeptikus sokk és hipofoszfatémia (in) esetén csökken .
A hemoglobin bioszintézise összetett lépésekből áll. A hem származik reakciók sorozata, hogy kezdődik a mitokondriumok és folytatódnak a citoszolban a vörösvértesteket éretlen, míg az apoprotein keletkezik riboszómák citoszolban. A hemoglobin termelés az eritropoézis korai szakaszában , a proeritroblaszt stádiumtól a retikulocita stádiumig a csontvelőben történik . Itt veszítik el az emlős vörösvértestek magját , míg a sejtek a madarak és sok más faj vörösvértestjeiben maradnak . Az apoprotein bioszintézise azonban a mag elvesztése után is folytatódik, mert a sejtben messenger RNS marad , amelyet a citoszol riboszómái képesek lefordítani , amíg a készülékben az eritrocita aktiválódik .
A gerinceseknél azok az eritrociták, amelyek öregedésük vagy romlásuk miatt életük végére értek , a lépben és a májban található makrofágok által fagocitózis révén fagocitózis útján kerülnek ki a vérből . Abban az esetben, hemolízis a véráramba , hemoglobin megköti a haptoglobin , míg szabad hem köti hemopexin , ami korlátozza oxidatív hatást. A sérült vörösvérsejtekből hiányosan lebomlott vagy nagy mennyiségben felszabaduló hemoglobin valószínűleg eltömíti az ereket , például a vesék kapillárisait , amelyek vesebetegséget okozhatnak . A felszabadult hemoglobint eliminálódik a vérből a CD163 fehérje , amely kizárólag expresszálódik a monociták és a makrofágok. A hemoglobin lebomlik ezekben a sejtekben, és a hem-vas újrahasznosul, míg lebomlott hem-molekulánként egy szén-monoxid- molekula szabadul fel: a hem lebomlása a kevés természetes folyamat egyike. Szén-monoxidot termel az emberi testben, és felelős a CO jelenléte a legtisztább levegőt is lélegző emberek vérében. Ez a folyamat biliverdint , majd bilirubint képez , amely sárga színű. Oldhatatlan, a makrofágok felszabadítják a vérplazmába , ahol kötődnek a szérumalbuminhoz , amely a májsejtekbe szállítja . Ez utóbbiak glükuronsavval konjugálva oldják fel, és az epével választják ki a belekben . A belek metabolizálják a bilirubint urobilinogénné , amely a székletben , sztercobilinként, valamint a vizelettel ürül . Amikor a bilirubin nem ürülhet ki, koncentrációja a vérben emelkedik, és főleg a vizelettel ürül, amely sötétedik, miközben a széklet elszíneződik.
A vas által termelt lebomlását hem tárolja a ferritins a szövetek és szállítják a vérplazmában a β-globulinok , például transzferrinek .
Hemoglobin molekulák áll alegységek típusú globin amelynek szekvenciája különbözik attól függően, hogy a fajokra . A hemoglobinoknak ugyanazon fajon belül is vannak változatai, bár ezeknek a változatoknak az egyike általában túlnyomórészt a többiekkel szemben érvényesül. Az embereknél a hemoglobin túlnyomó formáját hemoglobin A-nak hívják; ez által kódolt HBA1 , HBA2 és HBB gének találhatók a 16. kromoszómán az első két és a 11. kromoszómán az utolsó.
Általánosan elfogadott, hogy a különbség a hemoglobin és a mioglobin későbbi a szétválasztása gnathostomes ( gerincesek , hogy állkapocs ) az a orsóhal . A mioglobin az oxigén tárolására irányult, míg a hemoglobin az oxigén szállítására szakosodott. A alegységek a fehérje kódolt által gének a α és β globin típusú . Ezeknek a géneknek az elődei egy olyan duplikáció során keletkeztek, amely a gnathostomák megjelenése után következett be, körülbelül 450-500 millió évvel ezelőtt. Az α és β gének megjelenése utat nyitott ezen globinok polimerizációjához , és ennélfogva egy nagyobb, különálló alegységekből álló fehérje képződéséhez . Az a tény, hogy a hemoglobin polimer fehérje, az alapja annak az alloszterikus mechanizmusnak, amely főleg megalapozza az oxigén és a hemoglobin közötti kötődés kooperatív jellegét. Az α gén ezt követően egy második duplikáción ment keresztül, amely a HBA1 és HBA2 gének kialakulásához vezet . Ezek több másolat és eltérések létrehoztunk egy egész sor hasonló gének α és β globinok, a szabályozás, amely okoz nekik, hogy kifejezett eltérő fejlettségű.
Az emberi hemoglobin α, β és δ láncszekvenciájának összehangolása (forrás UniProt )
A hemoglobin gének mutációi hemoglobin variánsokhoz vezethetnek. E változatok többsége funkcionális és nincs hatással az egészségre. A hemoglobin egyes mutációi viszont genetikai betegségeket okozhatnak, az úgynevezett hemoglobinopátiákat . Ezen állapotok közül a legismertebb a sarlósejtes vérszegénység , amely az első emberi betegség, amelynek mechanizmusát molekuláris szinten tisztázták. A thalassemia egy másik csoportja a hemoglobinopátiáknak, amely magában foglalja a hemoglobin globin komponensének génszabályozásának megváltoztatását. Mindezek a betegségek vérszegénységet eredményeznek .
A hemoglobin aminosav-szekvenciájának megváltoztatása adaptív lehet. Ez volt tehát lehetséges, hogy azt mutatják, hogy a hemoglobin alkalmazkodik a csepp a parciális nyomása az oxigén megfigyelt nagy magasságban. A hemoglobin kell így képes kötődni az oxigén alacsonyabb nyomáson, ami megnyilvánulhat egy változás a szekvencia szintjén aminosav vesz részt a hemoglobin affinitását oxigént., Amint arra például hummingbirds a az Andes Cordillera : így az Oreotrochilus nemzetség fajai , a Castelneau kolibri , az inca violifera vagy akár az óriás kolibri esetében ezek a mutációk csökkentik a hemoglobin fitinsav iránti affinitását , amely ezekben a madarakban ugyanazt a szerepet tölti be, mint 2, 3-biszfoszfoglicerát emberben; az affinitás ezen csökkenése növeli az oxigénszállítás hatékonyságát, amikor az utóbbi résznyomása csökken.
A hemoglobin nagy magasságokhoz való alkalmazkodása az embereket is érinti. Így azonosítottunk egy tibeti nőcsoportot, akiknek genotípusa olyan hemoglobint kódol, amelynek oxigén iránti affinitása alacsony parciális nyomáson megnő. Ez csökkenti a csecsemőhalandóságot ilyen extrém körülmények között, ami szelektív előnyt kínál, előnyben részesítve az ilyen hemoglobin mutációkat hordozó egyéneket.
Felnőtteknél a hemoglobin fő változata az α 2 β 2 képletű hemoglobin A vagy HbA, amely az egészséges felnőtt teljes hemoglobinjának több mint 97% -át teszi ki. A felnőtt hemoglobin másik változata a hemoglobin A 2 vagy HbA 2 , képlet α 2 δ 2, amely egy egészséges felnőtt teljes hemoglobinjának 1,5–3,1% -át teszi ki, de ennek aránya nő a sarlósejtes betegeknél . Ezen egészséges felnőtt változatokon kívül még egy tucat másik variáns létezik az emberi hemoglobinnak, amelyek megtalálhatók az embrióban , a magzatban vagy a hemoglobinopátia egy vagy több formájában szenvedő betegeknél .
Négyféle embrionális hemoglobin ismert emberben :
Az embrionális hemoglobint néha a Hb szimbolizálja, amelyet nem szabad összetéveszteni a HbE jelzésű E hemoglobinnal, amely a HbA patológiás változata, amely káros mutációt mutat be a β alegységeken, β E jelöléssel (az "E" ebben az esetben a aminosavig a glutamát által módosított mutáció ).
Az α 2 γ 2 képletű magzati hemoglobin HbF, 10-12 hét fejlődés után az embrionális hemoglobint helyettesíti. Ez az újszülött vérének 95% -át teszi ki , és a születést követő hatodik hónaptól fokozatosan felváltja a felnőtt hemoglobin HbA; azonban marad nyomokban felnőtteknél, ahol nem haladja meg az összes kimutatható hemoglobin variáns 1% -át. Bizonyos thalassemia során termelt gyermekeknél marad , néha ötéves korig, és egy ritka állapot, amelyet magzati hemoglobin-rendellenesség (en) ( HPFH ) örökletes fennmaradásának neveznek, a HbA helyett HbF termelődését eredményezi a normál időszakon túl. Ezenkívül a HbF termelése felnőtteknél terápiás körülmények között újra aktiválható a sarlósejtes vérszegénység kezelésében .
Magzati hemoglobint jellemzi nagyobb az affinitása az oxigén, mint a felnőtt hemoglobin, amely lehetővé teszi a magzat oxigénnel magát a anyai vérből: Valóban, a p 50 HbF körülbelül 19 Hgmm ( 2,6 kPa ), összehasonlítva a 26,8 Hgmm ( 3,6 kPa ) a HbA számára. Ez az oxigén iránti affinitásbeli különbség a hemoglobin egyik alloszterikus effektora : 2,3-biszfoszfoglicerát (2,3-BPG) iránti affinitás különbségéből adódik , amelynek hemoglobinnal való kötődése stabilizálja ennek a fehérjének a T formáját, amely megfelel a deoxihemoglobinnak, amely csökkenti a hemoglobin oxigénhez való affinitását. Abban az esetben, magzati hemoglobin, a γ-alegység egy maradékot a szerin a 143. pozícióban, ahol a alegység β HbA van egy maradéka hisztidin : ebben a helyzetben található, a kötőhely 2,3-BPG, és a csere egy a hisztidin, amelynek oldallánca pozitív elektromos töltést hordoz , elektromosan semleges szerinnel gyengíti a 2,3-BPG és a hemoglobin kölcsönhatását, mert a 2, 3-BPG egy kis molekula, amely öt negatív elektromos töltést hordoz.
A thalassemiákat a felnőtt hemoglobin kétféle alegységének egyikének elégtelen termelése jellemzi. Megkülönböztetünk tehát a meglehetősen ritka α-thalassemiát , amelyben az α alegységek nem termelődnek elégtelenül, és a β-thalassemia-t , amely a leggyakoribb, és amelyekben a β alegységek nem termelődnek elégtelenül. Az első a β 4 általános képletű hemoglobin H nevű β-globin tetramerek kialakulásához vezet, amelyek meglehetősen instabilak. Az α 0 homozigóták általában nem élnek túl sokáig a születés után a magzati hemoglobin HbF mélységes megváltozása miatt, amely ilyen körülmények között Barts hemoglobint eredményez , amelynek képlete γ 4.
A hemoglobin fő mutációi a következők:
A növényekben és állatokban sokféle fehérje található , amelyek tárolás vagy szállítás céljából oxigénhez kötődnek . A baktériumok , a protozoonák és gombák mind a hemoglobinnal rokon fehérjékhez is kapcsolódnak, amelyek ismert vagy előre jelzett funkciójuk révén reverzibilisen kötődnek a ligázokhoz . Az oxigén szállítása és detektálása mellett ezek a fehérjék részt vehetnek az oxigén eltávolításában a közegből, amelyről úgy gondolják, hogy anaerob marad , ahogy ez a leghemoglobin esetében is előfordul .
Mivel sok ilyen fehérjék alkotják globinok és hem , gyakran nevezik „hemoglobin” annak ellenére, hogy az általános szerkezete nagyon eltér a hemoglobin gerincesek . Különösen a mioglobin és a hemoglobin közötti különbségtétel a legegyszerűbb állatokban gyakran lehetetlen, az utóbbiaknál nincsenek izmok , míg a legtöbb rovar keringési rendszere nem vesz részt az oxigén diffúziójában a testen keresztül. Számos ízeltlábúak ( pókok , skorpiók , néhány rákfélék ) használja a kulcslyuk , amely egy réz-tartalmú szabad hem de kationok a réz közvetlenül összehangolt a maradékok a hisztidin , de ez a protein nem nem homológ a hemoglobinhoz.
A hemoglobinok szerkezete a vizsgált fajtól függően nagyon változó. A baktériumok, protozoonok, algák és növények esetében gyakran mono-globin , míg sok fonálféregben , puhatestűben és rákfélében nagyon nagy fehérjék vannak, amelyek sokkal nagyobb számú alegységet tartalmaznak, mint a gerinceseknél. Gombák és Annelids különösen rendelkeznek kiméra hemoglobinok egyaránt tartalmazó globinok és más típusú fehérjéket. Így a óriás tubeworm az a hidrotermikus tartalmaz a különböző hemoglobin tartalmazó nem kevesebb, mint 144 globin alegységek, amelyek mindegyike kapcsolatban van egy hem-csoport, amelynek a szerepe az, hogy rögzítse az O oxigén 2és a hidrogén-szulfid H 2 Sszükséges a vele szimbiózisban élő baktériumok, valamint a szén-dioxid CO 2szükséges a féreg anabolizmusához . Ezek a szerkezetek figyelemre méltó az, hogy tudnak szállítani az oxigén jelenlétében a szulfid ionok és szállítani ezeket a ionok magukat anélkül, hogy mérgezett őket a hemoglobinok más fajok.
Az oxigénhez kötődni képes hemoglobintól eltérő fehérjék közül a következő molekulák tarthatók meg:
Az orvostudományban számos kifejezés utal a hemoglobinra:
Sok fehérjéhez hasonlóan a hemoglobin láncok is különféle mutációkat mutatnak be, amelyeknek legtöbbször nincs klinikai hatása. Több mint 500 rendellenes hemoglobint azonosítottak. Bizonyos mutációk (Hb Köln, Indianapolis stb.) Heinz testében a kicsapódó tetramer instabilitását vagy methemoglobinémiát (hemoglobin M) okoznak .
Néha ez a mutáció kóros oxigén iránti affinitást okoz, vagyis a Hb Hope-hoz hasonlóan csökken az affinitás egy magas P50 mellett, ami jól tolerálható vérszegénységet és nyugalmi állapotban lévő cianózist eredményez, az erőfeszítést és a magasságot pedig rosszul támogatja. Chesapeake, Malmö vagy Olympia, az affinitás növekedése a csökkent P50-vel és a kompenzációs policitémia, amely egy bizonyos kortól klinikai megnyilvánulásokhoz vezet.
Mások felelősek lehetnek a krónikus hemolízisért, a HbS-ért (a glutamin valinná mutálódásával, amely a Hb polimerizációját okozza), a HbC-t, vagy heterozigóta állapotban súlyosbodhat egy másik hemoglobinopathia, HbO Arab, HbD Punjab vagy Hb Lepore vagy β-thalassemia, HbE.
Végül, a genetikai károsodás nem a fehérje elsődleges szerkezetére, hanem a szintézisének mennyiségi hibájára vagy a magzati hemoglobin HbF rendellenesen magas perzisztenciájára vonatkozhat.
A szintézishibákat vagy a molekuláris rendellenességeket a következők nevén írják le:
Az első vizsgálatok hemoglobin vittek a XIX th században a német . Hünefeld 1840-ben fedezte fel, a hemoglobint 1851-ben kristályosította Otto Funke (en) , és Felix Hoppe-Seyler volt az, aki 1866-ban bemutatta az oxigén visszafordítható rögzülését ezen a fehérjén. A hemoglobin tetramer jellegét és molekulatömegét Gilbert Smithson Adair (en) 1925-ben a hemoglobin-oldatok ozmotikus nyomásának mérésével , amely azonosította az oxigénnek ehhez a fehérjéhez való alloszteria- kötődésének kooperatív hatásának alapjait is .
A hemoglobin háromdimenziós szerkezetét Max Perutz hozta létre 1959 -ben röntgenkristályos módszerrel , amelynek eredményeként 1962 -ben kémiai Nobel-díjat osztott meg John Kendrew-val , aki hasonló munkát végzett a mioglobinnal kapcsolatban .
2005-ben Julian Voss-Andreae művész megalkotta az Acélszív (Hemoglobin) szobrot , amely a fehérje gerincére épült. A szobor üvegből és Corten acélból készül . A mű rozsdás megjelenése szándékos, és az oxigén alapvető kémiai reakcióját idézi elő a hemoglobinban lévő vashoz.
A montreali művész, Nicolas Baier, létrehozta a Luster (Hemoglobin) szobrot, egy csiszolt rozsdamentes acél szobrot, amely megmutatja a hemoglobin molekula szerkezetét. A szobor a montreali McGill Egyetem Egészségügyi Központ kutatóközpontjának pitvarában található . A szobor mérete megközelítőleg 10, 10, 10, 10 méter.
" A kémiai Nobel-díjat 1962-ben Max Ferdinand Perutz és John Cowdery Kendrew" közösen ítélték oda "a globuláris fehérjék szerkezetének tanulmányozásáért" . "