KARBOXYHEMOGLOBÍN: VLASTNOSTI A ÚČINKY - BIOLÓGIE - 2026

Karboxyhemoglobínu viazaná hemoglobín oxid uhoľnatý (CO). Hemoglobín je proteín, ktorý prenáša kyslík krvou u ľudí a mnohých ďalších stavovcov.

Na transport kyslíka sa musí hemoglobín viazať. Max Perutz, chemik a laureát Nobelovej ceny za narodenie, ktorý sa narodil vo Viedni v roku 1914 a zomrel v Cambridge v roku 2002, označil hemoglobínové väzobné správanie za „nemorálne“.

Štruktúra hemoglobínu (Zdroj: Bielabio prostredníctvom Wikimedia Commons)

Predstavte si dve molekuly hemoglobínu, z ktorých každá je schopná viazať štyri molekuly kyslíka. Jedna už má tri molekuly kyslíka a druhá žiadna. Ak sa objaví ďalšia molekula kyslíka, otázka je nasledujúca: pripája sa k „bohatému“, ktorý už má tri, alebo k „chudobnému“, ktorý nemá? Pravdepodobnosť je 100 až 1, že sa zameria na bohatú molekulu.

Teraz si predstavte ďalšie dve molekuly hemoglobínu. Jedna má 4 molekuly kyslíka (je nasýtená) a druhá má iba jednu. Ktorá molekula pravdepodobne dáva kyslíku tkanivám, bohatým alebo chudobným? Chudobnejšie dodávajú kyslík ľahšie ako bohatí.

Distribúciu kyslíka v molekule hemoglobínu je možné chápať ako biblické podobenstvo: „… tomu, kto má, bude mu dané a tomu, kto nemá, bude odobraté aj to, čo má,“ (Mt, 13:12). Z fyziologického hľadiska je toto „nemorálne“ správanie molekuly hemoglobínu plné, pretože prispieva k zásobovaniu tkanív kyslíkom.

Oxid uhoľnatý však všetky atómy kyslíka viazané na molekulu hemoglobínu „zabíja“. To znamená, že v prítomnosti hojného CO je všetok kyslík viazaný na hemoglobín nahradený CO.

Štrukturálne charakteristiky

Keď už hovoríme o karboxyhemoglobíne, ktorý nie je ničím iným ako stavom hemoglobínu spojeného s oxidom uhoľnatým, je potrebné najskôr uviesť hemoglobín všeobecne.

Hemoglobín je proteín zložený zo štyroch podjednotiek, z ktorých každá je tvorená polypeptidovým reťazcom známym ako globín a skupinou neproteínovej povahy (protetická skupina) nazývanej hemová skupina.

Každá skupina hemu obsahuje atóm železa v železnom stave (Fe ²⁺ ). Sú to atómy schopné viazať sa na kyslík bez oxidácie.

Hemoglobínový tetramér je tvorený dvoma podjednotkami alfa globínu, každá so 141 aminokyselinami a dvoma podjednotkami beta globínu, každá so 146 aminokyselinami.

Formy alebo štruktúry hemoglobínu

Ak sa hemoglobín neviaže na žiadny atóm kyslíka, štruktúra hemoglobínu je tuhá alebo napätá, a to v dôsledku tvorby soľných mostíkov vo vnútri.

Kvartérna štruktúra kyslíka neobsahujúceho (deoxygenovaného) hemoglobínu je známa ako „T“ alebo napnutá štruktúra a okysličený hemoglobín (oxyhemoglobín) je známy ako „R“ alebo uvoľnená štruktúra.

K prechodu zo štruktúry T na štruktúru R dochádza väzbou kyslíka na atóm železitého železa (Fe2 ⁺ ) hemickej skupiny pripojenej ku každému globínovému reťazcu.

Kooperatívne správanie

Podjednotky, ktoré tvoria štruktúru hemoglobínu, vykazujú kooperatívne správanie, ktoré možno vysvetliť nasledujúcim príkladom.

Deoxygenovaná molekula hemoglobínu (v štruktúre T) sa dá predstaviť ako vlna vlny s kyslíkovými väzbovými miestami (hemovými skupinami), ktoré sú v nej veľmi skryté.

Keď sa táto tesná štruktúra viaže na molekulu kyslíka, rýchlosť väzby je veľmi pomalá, ale táto väzba je dostatočná na to, aby sa guľa trochu uvoľnila a priblížila sa ďalšia skupina hemu bližšie k povrchu, čím sa rýchlosť, s akou sa viaže, ďalší kyslík je vyšší, opakuje proces a zvyšuje afinitu s každou väzbou.

Účinky oxidu uhoľnatého

Aby bolo možné študovať účinky oxidu uhoľnatého na prenos plynov v krvi, je najprv potrebné opísať charakteristiky krivky oxyhemoglobínu, ktorá opisuje jej závislosť od parciálneho tlaku kyslíka, ktorý sa má „nabiť“ alebo nie, s molekulami kyslíka.

Oxyhemoglobínová krivka má sigmoidný alebo "S" tvar, ktorý sa mení v závislosti od parciálneho tlaku kyslíka. Graf krivky vyplýva z analýz uskutočnených na vzorkách krvi použitých na jej zostavenie.

Najstrmšia oblasť krivky sa získa pri tlakoch nižších ako 60 mmHg a pri vyšších tlakoch, ako je táto, má krivka tendenciu splošťovať sa, akoby dosahovala plató.

Ak je v prítomnosti určitých látok krivka, môže sa vyznačovať významnými odchýlkami. Tieto odchýlky ukazujú zmeny, ktoré sa vyskytujú v afinitu hemoglobínu pre kyslík pri rovnakej PO ₂ .

Ku kvantifikácii tohto javu sa zaviedli opatrenia afinity hemoglobínu ku kyslíku, známy ako P ₅₀ hodnotu , čo je parciálny tlak kyslíka hodnota, pri ktorej je 50% hemoglobínu nasýtený; to znamená, keď polovica jeho hemových skupín je pripojená k molekule kyslíka.

Za štandardných podmienok, ktoré by mali byť chápané ako pH 7,4, parciálnym tlaku kyslíka 40 mm Hg a teplote 37 ° C, s nízkym P ₅₀ dospelého muža je 27 mm Hg alebo 3,6 kPa.

Aké faktory môžu ovplyvniť afinitu hemoglobínu k kyslíku?

Afinita kyslíka hemoglobínu obsiahnutý v erytrocytoch sa môže znížiť v prítomnosti 2,3 diphosphoglycerate (2-3DPG), oxidu uhličitého (CO ₂ ), vysoké koncentrácie protónov, alebo v dôsledku zvýšenej teploty; to isté platí pre oxid uhoľnatý (CO).

Funkčné dôsledky

Oxid uhoľnatý je schopný narušiť funkciu transportu kyslíka v arteriálnej krvi. Táto molekula je schopná viazať sa na hemoglobín a tvoriť karboxyhemoglobín. Je to preto, že má afinitu k hemoglobínu asi 250-krát väčšiu ako O ₂ , takže ju dokáže vytesniť, aj keď je na ňu naviazaná.

Telo produkuje oxid uhoľnatý permanentne, aj keď v malom množstve. Tento bezfarebný, bez zápachu plynu sa viaže na skupinu hemu rovnakým spôsobom, že O _{2 robí,} a zvyčajne asi 1% hemoglobínu v krvi je v dôsledku karboxyhemoglobínu.

Pretože pri neúplnom spaľovaní organických látok vzniká CO, je podiel karboxyhemoglobínu v fajčiaroch omnoho vyšší a dosahuje hodnoty medzi 5 a 15% celkového hemoglobínu. Chronické zvýšenie koncentrácie karboxyhemoglobínu je škodlivé pre zdravie.

Zvýšenie množstva CO, ktoré je vdýchnuté a ktoré vytvára viac ako 40% karboxyhemoglobínu, ohrozuje život. Keď je väzobné miesto železnatý železo obsadené CO, O ₂ nemôže viazať .

Väzba CO spôsobí prechod hemoglobínu do štruktúry R, tak, že hemoglobín ďalej znižuje schopnosť dodávať O ₂ v krvných kapilár.

Karboxyhemoglobín má svetlo červenú farbu. Pacienti s otravou CO teda sfarbujú ružovú farbu, a to dokonca aj v kóme a dýchacej paralýze. Najlepším spôsobom, ako sa pokúsiť zachrániť životy týchto pacientov, je nechať ich vdychovať čistý kyslík, dokonca aj hyperbarický, pokúsiť sa vytesniť väzbu železa s CO.

Referencie

1. Fox, SI (2006). Human Physiology 9. vydanie (pp. 501-502). McGraw-Hill press, New York, USA.
2. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA a Rodwell, VW (2014). Harperova ilustrovaná biochémia. McGraw-Hill.
3. Rawn, JD (1998). Biochemistry (1989). Burlington, Severná Karolína: vydavatelia Neil Patterson (c) N. Lalioti, CP Raptopoulou, A. Terzis, A. Panagiotopoulos, SP Perlepes, E. Manessi-Zoupa, J. Chem. Soc. Dalton Trans, 1327.
4. Robert M. Berne, Matthew N. Levy. (2001) Physiology. (3. vydanie) Ediciones Harcourt, SA
5. West, JB (1991). Fyziologický základ lekárskej praxe. Williams a Wilkins