- Strukturální charakteristiky
- Formy nebo struktury hemoglobinu
- Kooperativní chování
- Účinky oxidu uhelnatého
- Jaké faktory mohou ovlivnit afinitu hemoglobinu k kyslíku?
- Funkční důsledky
- Reference
Karboxyhemoglobinu vázána hemoglobin oxid uhelnatý (CO). Hemoglobin je protein, který přenáší kyslík krví u lidí a mnoha dalších obratlovců.
K transportu kyslíku se na něj musí hemoglobin vázat. Max Perutz, chemik a laureát Nobelovy ceny, narozený ve Vídni v roce 1914 a zemřel v Cambridge v roce 2002, nazval kyslíkové chování hemoglobinu „nemorální“.
Struktura hemoglobinu (Zdroj: Bielabio přes Wikimedia Commons)
Představte si dvě molekuly hemoglobinu, z nichž každá je schopná vázat čtyři molekuly kyslíku. Jeden již obsahuje tři molekuly kyslíku a druhý žádný. Pokud se objeví jiná molekula kyslíku, je následující: spojí se s „bohatou“ molekulou, která již má tři, nebo „chudou“, která žádnou nemá? Pravděpodobnost je 100 až 1, že se zaměří na bohatou molekulu.
Nyní si představte další dvě molekuly hemoglobinu. Jeden má 4 molekuly kyslíku (je nasycený) a druhý má pouze jednu. Která molekula s větší pravděpodobností dává kyslíku tkání, bohatým nebo chudým? Chudší dodají kyslík snadněji než bohatí.
Distribuci kyslíku v molekule hemoglobinu lze chápat jako biblické podobenství: „… tomu, kdo má, mu bude dáno, a tomu, kdo nemá, i to, co má, bude odebráno…“ (Mt, 13:12). Z fyziologického hlediska je toto „nemorální“ chování molekuly hemoglobinu plné významu, protože přispívá k zásobování tkání kyslíkem.
Oxid uhelnatý však všechny atomy kyslíku vázané na molekulu hemoglobinu „zabíjí“ všechny. To znamená, že v přítomnosti hojného CO je veškerý kyslík vázaný na hemoglobin nahrazen CO.
Strukturální charakteristiky
Když už mluvíme o karboxyhemoglobinu, který není ničím jiným než stavem hemoglobinu spojeného s oxidem uhelnatým, je třeba nejprve hovořit o hemoglobinu obecně.
Hemoglobin je protein složený ze čtyř podjednotek, z nichž každá je tvořena polypeptidovým řetězcem známým jako globin a skupinou neproteinové povahy (protetická skupina) zvanou skupina hem.
Každá skupina hemu obsahuje atom železa ve železném stavu (Fe 2+). Jedná se o atomy schopné vazby na kyslík bez oxidace.
Hemoglobinový tetramer se skládá ze dvou podjednotek alfa globinu, každá o 141 aminokyselinách a dvou podjednotek beta globinu, každá o 146 aminokyselinách.
Formy nebo struktury hemoglobinu
Když se hemoglobin neváže na žádný atom kyslíku, je struktura hemoglobinu tuhá nebo napjatá z důvodu tvorby solí v něm.
Kvartérní struktura kyslíku neobsahujícího (deoxygenovaného) hemoglobinu je známá jako „T“ nebo napjatá struktura a okysličený hemoglobin (oxyhemoglobin) je znám jako „R“ nebo uvolněná struktura.
Přechod ze struktury T na strukturu R nastává navázáním kyslíku na atom železitého železa (Fe 2+) hemové skupiny připojené ke každému globinovému řetězci.
Kooperativní chování
Podjednotky, které tvoří strukturu hemoglobinu, vykazují kooperativní chování, které lze vysvětlit pomocí následujícího příkladu.
Deoxygenovaná molekula hemoglobinu (ve struktuře T) si lze představit jako kouli vlny s kyslíkovými vazebnými místy (hemovými skupinami), které jsou v ní velmi skryty.
Když se tato napjatá struktura váže na molekulu kyslíku, rychlost vazby je velmi pomalá, ale tato vazba je dostačující k uvolnění míče a přivedení další skupiny hemů blíže k povrchu, čímž se rychlost, s jakou se váže, váže další kyslík je vyšší, opakuje proces a zvyšuje afinitu s každou vazbou.
Účinky oxidu uhelnatého
Aby bylo možné studovat účinky oxidu uhelnatého na transport krevního plynu, je nejprve nutné popsat vlastnosti křivky oxyhemoglobinu, která popisuje jeho závislost na parciálním tlaku kyslíku, který se „nabije“ nebo ne molekulami kyslíku.
Křivka oxyhemoglobinu má sigmoidní nebo "S" tvar, který se mění v závislosti na parciálním tlaku kyslíku. Graf křivky vychází z analýz provedených u vzorků krve použitých k jejímu sestavení.
Nejstrmější oblast křivky se získá při tlacích pod 60 mmHg a při vyšších tlacích, než je tato, má křivka tendenci se zplošťovat, jako by dosáhla plató.
Pokud je křivka v přítomnosti určitých látek, může vykazovat významné odchylky. Tyto odchylky ukazují změny, ke kterým dochází v afinitě hemoglobinu k kyslíku ve stejném PO 2.
Ke kvantifikaci tohoto jevu byla zavedena měření afinity hemoglobinu ke kyslíku, známý jako P 50 hodnotu, což je parciální tlak kyslíku hodnota, při které je 50% hemoglobinu nasycený; to znamená, když polovina jejích hemových skupin je připojena k molekule kyslíku.
Za standardních podmínek, které by měly být chápány jako pH 7,4, parciálním tlaku kyslíku 40 mm Hg a teplotě 37 ° C, s nízkým P 50 dospělého muže je 27 mm Hg nebo 3,6 kPa.
Jaké faktory mohou ovlivnit afinitu hemoglobinu k kyslíku?
Afinita kyslíku hemoglobinu obsažený v erytrocytech se může snížit v přítomnosti 2,3 diphosphoglycerate (2-3DPG), oxidu uhličitého (CO 2), vysoké koncentrace protonů, nebo v důsledku zvýšené teploty; a totéž platí pro oxid uhelnatý (CO).
Funkční důsledky
Oxid uhelnatý je schopen narušit transportní funkci kyslíku v arteriální krvi. Tato molekula je schopna vázat se na hemoglobin a tvořit karboxyhemoglobin. Je tomu tak proto, že má afinitu k hemoglobinu asi 250krát větší než O 2, takže je schopen ji přemístit, i když je na ni vázán.
Tělo produkuje oxid uhelnatý trvale, i když v malém množství. Tento bezbarvý a bez zápachu se váže na skupinu hem stejně jako O 2, a v krvi je obvykle asi 1% hemoglobinu jako karboxyhemoglobin.
Protože nedokonalým spalováním organické hmoty vzniká CO, je podíl karboxyhemoglobinu v kuřácích mnohem vyšší a dosahuje hodnot mezi 5 a 15% celkového hemoglobinu. Chronické zvýšení koncentrace karboxyhemoglobinu je zdraví škodlivé.
Zvýšení množství CO, které je vdechováno a které vytváří více než 40% karboxyhemoglobinu, je život ohrožující. Když je vazebné místo železného železa obsazeno CO, O 2 se nemůže vázat.
Vazba CO způsobí přechod hemoglobinu do struktury R, tak, že hemoglobin dále snižuje schopnost dodávat O 2 v krevních kapilár.
Karboxyhemoglobin má světle červenou barvu. Pacienti s otravou CO tedy zbarví růžově, a to i při bezvědomí a ochrnutí dýchacích cest. Nejlepší léčbou, jak se pokusit zachránit životy těchto pacientů, je nechat je vdechnout čistý kyslík, dokonce i hyperbarický, pokusit se vytlačit vazbu železa s CO.
Reference
- Fox, SI (2006). Human Physiology 9th Edition (pp. 501-502). Tisk McGraw-Hill, New York, USA.
- Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA a Rodwell, VW (2014). Harperova ilustrovaná biochemie. McGraw-Hill.
- Rawn, JD (1998). Biochemistry (1989). Burlington, Severní Karolína: Nakladatelé Neil Patterson (c) N. Lalioti, CP Raptopoulou, A. Terzis, A. Panagiotopoulos, SP Perlepes, E. Manessi-Zoupa, J. Chem. Soc. Dalton Trans, 1327.
- Robert M. Berne, Matthew N. Levy. (2001) Physiology. (3. vyd.) Ediciones Harcourt, SA
- West, JB (1991). Fyziologický základ lékařské praxe. Williams a Wilkins