Hemoglobin | |
---|---|
] | |
Identifikátory | |
Symbol | Hb |
Mediální soubory na Wikimedia Commons |
Hemoglobin (z jiného řeckého αἷμα "krev" + lat. globus "kulička") ( Hb nebo Hgb ) je komplexní železo obsahující bílkovina živočichů s krevním oběhem , schopná se reverzibilně vázat s kyslíkem a zajistit jeho přenos do tkání. U obratlovců se nachází v erytrocytech , u většiny bezobratlých je rozpuštěn v krevní plazmě ( erytrocruorin ) a může být přítomen i v jiných tkáních [1] . Molekulová hmotnost lidského hemoglobinu je asi 66,8 kDa . Molekula hemoglobinu může nést až čtyři molekuly kyslíku [2] . Jeden gram hemoglobinu může nést až 1,34 ml kyslíku [3] .
Hemoglobin se objevil před více než 400 miliony let u posledního společného předka lidí a žraloků v důsledku 2 mutací, které vedly ke vzniku čtyřsložkového hemoglobinového komplexu, jehož afinita ke kyslíku je dostatečná pro vázání kyslíku v prostředí nasyceném to, ale ne tolik, aby to zadrželo v jiných tkáních těla. [5] [6]
V roce 1825 Johann Friedrich Engelhart objevil, že poměr železa k bílkovině je stejný v hemoglobinech několika druhů [7] [8] . Ze známé atomové hmotnosti železa vypočítal molekulovou hmotnost hemoglobinu na n × 16 000 (n = počet atomů železa v hemoglobinu, nyní známý jako 4). Tento „ukvapený závěr“ tehdy vyvolal mnoho posměchu vědců, kteří nemohli uvěřit, že jakákoli molekula může být tak velká. Gilbert Smithson Adair potvrdil Engelhartovy výsledky v roce 1925 měřením osmotického tlaku roztoků hemoglobinu [9] .
Ačkoli je známo, že krev přenáší kyslík přinejmenším od roku 1794 [10] [11] , vlastnost hemoglobinu přenášet kyslík popsal Hünefeld v roce 1840 [12] . V roce 1851 německý fyziolog Otto Funke publikoval sérii prací, ve kterých popsal růst hemoglobinových krystalů postupným ředěním erytrocytů rozpouštědlem, jako je čistá voda, alkohol nebo éter, s následným pomalým odpařováním rozpouštědla z výsledného proteinu. řešení [13] [14] . Reverzibilní oxygenaci hemoglobinu popsal o několik let později Felix Hoppe-Sailer [15] .
V roce 1959 Max Ferdinand Perutz určil molekulární strukturu hemoglobinu pomocí rentgenové krystalografie [16] [17] . Tato práce vedla k tomu, že v roce 1962 sdílel Nobelovu cenu za chemii s Johnem Kendrewem za jejich výzkum struktur globulárních proteinů [18] .
Roli hemoglobinu v krvi zjistil francouzský fyziolog Claude Bernard . Název hemoglobin pochází ze slov hem a globin , což odráží skutečnost, že každá podjednotka hemoglobinu je globulární protein s vloženou hemovou skupinou. Každá hemová skupina obsahuje jeden atom železa, který může vázat jednu molekulu kyslíku pomocí iontově indukovaných dipólových sil. Nejběžnější typ hemoglobinu u savců obsahuje čtyři takové podjednotky.
Hemoglobin se skládá z proteinových podjednotek (molekul globinu) a tyto proteiny jsou zase složené řetězce velkého počtu různých aminokyselin nazývaných polypeptidy. Aminokyselinová sekvence jakéhokoli polypeptidu vytvořeného buňkou je zase určena úseky DNA nazývanými geny. U všech proteinů je to sekvence aminokyselin, která určuje chemické vlastnosti a funkci proteinu.
Existuje více než jeden gen pro hemoglobin: u lidí je hemoglobin A (hlavní forma hemoglobinu přítomná u dospělých) kódován geny HBA1 , HBA2 a HBB [19] Podjednotky hemoglobinu alfa 1 a alfa 2 jsou kódovány HBA1 a HBA2 geny , v tomto pořadí, které se nacházejí na chromozomu 16 a jsou blízko sebe. Beta podjednotka hemoglobinu je kódována genem HBB , který se nachází na chromozomu 11. Aminokyselinové sekvence globinových proteinů v hemoglobinech se mezi druhy obecně liší. Tyto rozdíly se zvyšují s evoluční vzdáleností mezi druhy. Například nejběžnější sekvence hemoglobinu u lidí, bonobů a šimpanzů jsou zcela totožné, dokonce bez jediného rozdílu aminokyselin v řetězcích alfa nebo beta globinu [20] [21] [22] . Zatímco lidský a gorilí hemoglobin se liší o jednu aminokyselinu v alfa a beta řetězcích, mezi méně příbuznými druhy se tyto rozdíly zvyšují.
I v rámci druhů existuje variabilita hemoglobinu, i když jedna sekvence je obvykle „nejběžnější“ v rámci každého druhu. Mutace v genech pro proteiny hemoglobinu u určitého druhu vedou k variantám hemoglobinu [23] [24] . Mnoho z těchto mutantních forem hemoglobinu nezpůsobuje žádné onemocnění. Některé z těchto mutantních forem hemoglobinu však způsobují skupinu dědičných onemocnění nazývaných hemoglobinopatie . Nejznámější hemoglobinopatií je srpkovitá anémie, což bylo první lidské onemocnění, jehož mechanismus byl pochopen na molekulární úrovni. (Většinou) samostatný soubor onemocnění nazývaný talasémie zahrnuje nedostatečnou produkci normálních a někdy abnormálních hemoglobinů kvůli problémům a mutacím v regulaci genu pro globin. Všechna tato onemocnění způsobují anémii [25] .
Variace v aminokyselinových sekvencích hemoglobinu, jako v případě jiných proteinů, mohou být adaptivní. Zjistilo se například, že hemoglobin se různě přizpůsobuje vysokým nadmořským výškám. Organismy žijící ve vysokých nadmořských výškách zažívají nižší parciální tlak kyslíku ve srovnání s hladinou moře. To představuje problém pro organismy obývající taková prostředí, protože hemoglobin, který normálně váže kyslík při vysokých parciálních tlacích kyslíku, musí být schopen vázat kyslík, když je přítomen při nižších tlacích. Různé organismy se na takový problém adaptovaly. Nedávné studie například ukázaly genetické varianty u jelenovitých myší, které pomáhají vysvětlit, jak jsou jelení myši žijící v horách schopny přežít v řídkém vzduchu, který přichází s vysokými nadmořskými výškami. Výzkumník z University of Nebraska-Lincoln našel mutace ve čtyřech různých genech, které by mohly vysvětlit rozdíly mezi jeleními myšmi žijícími v nížinných prériích a těmi, kteří žijí v horách. Po studiu divokých myší odchycených jak na vysočině, tak v nížině bylo zjištěno, že: geny obou plemen jsou „prakticky identické – s výjimkou těch, které regulují schopnost jejich hemoglobinu přenášet kyslík“. „Genetický rozdíl umožňuje myším ve vysokých nadmořských výškách využívat svůj kyslík efektivněji,“ protože ve vyšších nadmořských výškách, například v horách, je k dispozici méně kyslíku [26] . Mamutí hemoglobin se vyznačoval mutacemi, které umožňovaly dodávání kyslíku při nižších teplotách, což umožnilo mamutům migrovat do vyšších zeměpisných šířek během pleistocénu [27] . Mutace byly nalezeny také u andských kolibříků. Kolibříci již vydávají spoustu energie, a proto mají vysoké nároky na kyslík, přesto bylo zjištěno, že andští kolibříci prospívají ve vysokých nadmořských výškách. Nesynonymní mutace v genu hemoglobinu u několika druhů žijících ve vysokých nadmořských výškách ( Oreotrochilus, A. castelnaudii, C. violifer, P. gigas a A. viridicuada ) způsobily, že protein má menší afinitu k inositol hexafosfátu (IHP), molekule , nalezený u ptáků, který hraje stejnou roli jako 2,3-BPG u lidí; to má za následek schopnost vázat kyslík při nižších parciálních tlacích [28] .
Jedinečné krevní plíce ptáků také podporují efektivní využití kyslíku při nízkých parciálních tlacích O 2 . Tyto dvě adaptace se navzájem posilují a vysvětlují pozoruhodné vysokohorské vlastnosti ptáků.
Adaptace hemoglobinu se vztahuje i na lidi. Tibetské ženy s genotypem vysoké saturace kyslíkem žijící v nadmořské výšce 4000 metrů mají vyšší přežití potomků [29] . Zdá se, že hlavní silou působící na tento gen je přirozený výběr, protože úmrtnost potomků je výrazně nižší u žen s vyšší afinitou hemoglobinu ke kyslíku ve srovnání s úmrtností potomků žen s nízkou afinitou hemoglobinu ke kyslíku. Přestože přesný genotyp a mechanismus, jakým k tomu dochází, zatím nejsou jasné, selekce ovlivňuje schopnost těchto žen vázat kyslík při nízkých parciálních tlacích, což jim obecně umožňuje lépe podporovat důležité metabolické procesy.
Hemoglobin (Hb) je syntetizován ve složité sekvenci kroků. Část hemu je syntetizována v několika krocích v mitochondriích a cytosolu nezralých erytrocytů, zatímco části proteinu globinu jsou syntetizovány ribozomy v cytosolu [30] . Produkce Hb pokračuje v buňce po celou dobu jejího raného vývoje od proerytroblastu po retikulocyt v kostní dřeni. V této fázi se jádro ztrácí v červených krvinkách savců, ale ne u ptáků a mnoha dalších druhů. I po ztrátě jádra u savců zajišťuje zbytková ribozomální RNA další syntézu hemoglobinu, dokud retikulocyt neztratí svou RNA krátce po vstupu do vaskulatury (tato hemoglobin-syntetická RNA ve skutečnosti dává retikulocytu jeho síťovaný vzhled a jméno) [31] .
Hemoglobin je komplexní protein třídy hemoproteinů , to znamená, že hem zde působí jako protetická skupina - porfyrinové jádro obsahující železo . Lidský hemoglobin je tetramer, to znamená, že se skládá ze 4 protomerů. U dospělých jsou reprezentovány polypeptidovými řetězci ai , a2 , p1 a p2 . Podjednotky jsou vzájemně propojeny podle principu izoologického čtyřstěnu . Hlavní příspěvek k interakci podjednotek mají hydrofobní interakce. α- i β-řetězce patří do α-helikální strukturální třídy , protože obsahují výhradně α-helixy . Každý řetězec obsahuje osm šroubovicových sekcí, označených A až H (N-terminální až C-terminální).
Hem je komplex protoporfyrinu IX , který patří do třídy porfyrinových sloučenin s atomem železa(II) . Tento kofaktor je nekovalentně vázán na hydrofobní dutinu molekul hemoglobinu a myoglobinu.
Železo(II) se vyznačuje oktaedrickou koordinací, to znamená, že se váže na šest ligandů. Čtyři z nich jsou reprezentovány atomy dusíku porfyrinového kruhu, které leží ve stejné rovině. Další dvě koordinační polohy leží na ose kolmé k rovině porfyrinu. Jeden z nich je obsazen dusíkem histidinového zbytku v 93. pozici polypeptidového řetězce (místo F). Molekula kyslíku vázaná hemoglobinovými souřadnicemi na železo z rubové strany a ukazuje se, že je uzavřena mezi atomem železa a dusíkem dalšího histidinového zbytku umístěného na 64. pozici řetězce (sekce E).
Celkem jsou v lidském hemoglobinu čtyři vazebná místa pro kyslík (jeden hem pro každou podjednotku), to znamená, že se mohou vázat čtyři molekuly současně. Hemoglobin v plicích při vysokém parciálním tlaku kyslíku se s ním spojuje a tvoří oxyhemoglobin. V tomto případě se kyslík spojuje s hemem a spojuje hemové železo na 6. koordinační vazbě. Oxid uhelnatý se spojuje se stejnou vazbou a vstupuje do „soutěže“ s kyslíkem o vazbu s hemoglobinem, čímž vzniká karboxyhemoglobin.
Vazba hemoglobinu na oxid uhelnatý je silnější než na kyslík. Proto se část hemoglobinu, která tvoří komplex s oxidem uhelnatým, nepodílí na transportu kyslíku. Normálně člověk produkuje 1,2 % karboxyhemoglobinu. Zvýšení jeho hladiny je charakteristické pro hemolytické procesy, v souvislosti s tím je hladina karboxyhemoglobinu indikátorem hemolýzy .
Oxid uhličitý je sice přenášen hemoglobinem, ale nesoutěží s kyslíkem o vazebné pozice pro železo, ale je vázán na aminoskupiny proteinových řetězců připojených k hemovým skupinám.
Iont železa může být buď v dvojmocném stavu Fe 2+ nebo v trojmocném stavu Fe 3+ , ale ferihemoglobin (methemoglobin) (Fe 3+ ) nemůže vázat kyslík [32] . Když je kyslík navázán, dočasně a reverzibilně oxiduje (Fe 2+) na ( Fe 3+) , zatímco kyslík se dočasně mění na superoxidový iont, takže železo musí být v oxidačním stavu +2, aby mohlo vázat kyslík. Pokud je superoxidový iont vázaný na Fe 3+ protonován, železo v hemoglobinu zůstane oxidované a nebude schopné vázat kyslík. V takových případech bude enzym methemoglobin reduktáza nakonec schopen reaktivovat methemoglobin a obnovit železné centrum.
U dospělých lidí je nejběžnějším typem hemoglobinu tetramer (který obsahuje čtyři proteinové podjednotky) nazývaný hemoglobin A , skládající se ze dvou nekovalentně spojených α- a dvou β-podjednotek, z nichž každá se skládá ze 141 a 146 aminokyselinových zbytků, v tomto pořadí. . To je označeno jako α2 β2. Podjednotky jsou strukturálně podobné a přibližně stejně velké. Každá podjednotka má molekulovou hmotnost přibližně 16 000 daltonů [33] , s celkovou molekulovou hmotností tetrameru přibližně 64 000 daltonů (64 458 g/mol) [34] , tedy 1 g/dl = 0,1551 mmol/l. Hemoglobin A je nejrozsáhleji studovanou molekulou hemoglobinu [35] .
U lidských kojenců se molekula hemoglobinu skládá ze 2 α-řetězců a 2 γ-řetězců. Jak dítě roste, γ-řetězce jsou postupně nahrazovány β-řetězci.
Čtyři polypeptidové řetězce jsou navzájem spojeny solnými můstky, vodíkovými vazbami a hydrofobním efektem.
Obecně může být hemoglobin nasycený molekulami kyslíku (oxyhemoglobin) nebo nenasycený molekulami kyslíku (deoxyhemoglobin) [36] .
OxyhemoglobinOxyhemoglobin vzniká při fyziologickém dýchání, kdy se kyslík váže na hemovou složku hemoglobinového proteinu v červených krvinkách. Tento proces se vyskytuje v plicních kapilárách přiléhajících k alveolům plic. Kyslík pak putuje krevním řečištěm a do buněk, kde se využívá jako konečný akceptor elektronů při produkci ATP prostřednictvím procesu oxidační fosforylace. To však nepomáhá čelit poklesu pH krve. Ventilace neboli dýchání může tento stav zvrátit odstraněním oxidu uhličitého, a tím způsobit změnu pH [37] .
Hemoglobin existuje ve dvou formách: natažená (napnutá) forma (T) a uvolněná forma (R). Různé faktory, jako je nízké pH, vysoké CO 2 a vysoké 2,3 BPG na úrovni tkáně, podporují napjatý tvar, který má nízkou afinitu ke kyslíku a uvolňuje kyslík do tkání. Naopak vysoké pH, nízké CO 2 nebo nízké 2,3 BPG podporují uvolněnou formu, která může lépe vázat kyslík [38] . Parciální tlak systému také ovlivňuje afinitu k O2 , kde vysoké parciální tlaky kyslíku (jako jsou ty přítomné v alveolech) podporují uvolněný (vysoká afinita, R) stav . Naopak nízké parciální tlaky (jako jsou ty přítomné v respiračních tkáních) podporují stresový stav (nízká afinita, T) [39] . Navíc vazba kyslíku na hem železa(II) vtahuje železo do roviny porfyrinového kruhu, což způsobuje mírný konformační posun. Posun stimuluje vazbu kyslíku na tři zbývající jednotky hemu v hemoglobinu (takže vazba kyslíku je kooperativní).
Deoxygenovaný hemoglobinDeoxygenovaný hemoglobin (deoxyhemoglobin) je forma hemoglobinu bez vázaného kyslíku. Absorpční spektra oxyhemoglobinu a deoxyhemoglobinu jsou různá. Oxyhemoglobin má výrazně nižší absorpci při 660 nm než deoxyhemoglobin, zatímco při 940 nm je jeho absorpce o něco vyšší. Tento rozdíl se používá k měření množství kyslíku v krvi pacienta pomocí zařízení zvaného pulzní oxymetr. Tento rozdíl také vysvětluje projev cyanózy, modrofialové barvy, která se vyvíjí ve tkáních během hypoxie [40] .
Deoxygenovaný hemoglobin je paramagnetický; je slabě přitahován magnetickými poli [41] [42] . Naopak hemoglobin nasycený kyslíkem vykazuje diamagnetismus, slabé odpuzování od magnetického pole [42] .
Za normální obsah hemoglobinu v lidské krvi se považuje: u mužů - 130 - 160 g / l (spodní hranice - 120 , horní hranice - 180 g / l ), u žen - 120 - 160 g / l ; u dětí závisí normální hladina hemoglobinu na věku a podléhá výrazným výkyvům. Takže u dětí 1-3 dny po narození je normální hladina hemoglobinu maximální a je 145-225 g / l a do 3-6 měsíců klesá na minimální úroveň 95-135 g / l , poté od 1 roku do 18 let postupné zvyšování normální hladiny hemoglobinu v krvi [43] .
Během těhotenství dochází v těle ženy k zadržování a hromadění tekutin, což je příčinou hemodiluce – fyziologického ředění krve. V důsledku toho je pozorován relativní pokles koncentrace hemoglobinu (během těhotenství je hladina hemoglobinu normálně 110 - 155 g / l ). Navíc v souvislosti s nitroděložním růstem dítěte dochází k rychlé spotřebě zásob železa a kyseliny listové. Pokud měla žena před otěhotněním nedostatek těchto látek, mohou se problémy spojené s poklesem hemoglobinu objevit již v časném těhotenství [44] .
Hlavní funkce hemoglobinu jsou transport kyslíku a funkce pufru. U lidí, v kapilárách plic , v podmínkách přebytku kyslíku, se tento spojuje s hemoglobinem za vzniku oxyhemoglobinu . Krevním průtokem jsou erytrocyty obsahující molekuly hemoglobinu s vázaným kyslíkem dodávány do orgánů a tkání, kde je kyslíku málo; zde se z vazby s hemoglobinem uvolňuje kyslík nezbytný pro vznik oxidačních procesů. Kromě toho je hemoglobin schopen vázat malé množství (asi 1/3) oxidu uhličitého (CO 2 ) ve tkáních, vytvářet karbhemoglobin a uvolňovat jej v plicích (2/3 oxidu uhličitého jsou transportovány v rozpuštěné formě nebo v forma solí krevní plazmou a cytoplazmou erytrocytů) [45] .
Oxid uhelnatý (CO) se váže na krevní hemoglobin mnohem silněji ( 250krát [46] ) než kyslík a tvoří karboxyhemoglobin (HbCO). Oxid uhelnatý však může být částečně vytěsněn z hemu zvýšením parciálního tlaku kyslíku v plicích. Některé procesy (například otravy dusičnany , dusitany , anilinem , pyridinem ) vedou k oxidaci železitého iontu v hemoglobinu na oxidační stav +3. Výsledkem je forma hemoglobinu známá jako methemoglobin (HbOH) ( metHb , z " meta- " a "hemoglobin" aka heme a globin nebo ferrihemoglobin , viz methemoglobinémie ). V obou případech jsou procesy transportu kyslíku blokovány.
Na rozdíl od myoglobinu má hemoglobin kvartérní strukturu, která mu dává schopnost regulovat přidávání a odebírání kyslíku a charakteristickou kooperativitu : po připojení první molekuly kyslíku je usnadněna vazba dalších molekul. Struktura může být ve dvou stabilních stavech (konformacích): oxyhemoglobin (obsahuje 4 molekuly kyslíku; napnutá konformace) a deoxyhemoglobin (neobsahuje kyslík; uvolněná konformace).
Stabilní stav struktury deoxyhemoglobinu komplikuje přidávání kyslíku k němu. Pro zahájení reakce je tedy nutný dostatečný parciální tlak kyslíku, který je možný v plicních sklípcích. Změny v jedné ze 4 podjednotek ovlivňují ty zbývající a po připojení první molekuly kyslíku je usnadněna vazba dalších molekul kyslíku. V důsledku toho má křivka vazby hemoglobin-kyslík sigmoidní nebo S - tvar, na rozdíl od normální hyperbolické křivky spojené s nespolupracující vazbou.
Po podání kyslíku tkáním na sebe hemoglobin připojí vodíkové ionty a oxid uhličitý a přenese je do plic [47] .
Hemoglobin je jedním z hlavních proteinů, kterými se živí malarická plazmodia – původci malárie , a v oblastech planety s výskytem malárie jsou velmi časté dědičné anomálie ve struktuře hemoglobinu, což ztěžuje malarickým plazmodiím se tímto živit. bílkoviny a pronikají do erytrocytu. Konkrétně takové mutace evolučního a adaptivního významu zahrnují abnormalitu hemoglobinu, která vede ke srpkovité anémii . Bohužel jsou však tyto anomálie (stejně jako anomálie ve struktuře hemoglobinu, které nemají jasně adaptivní hodnotu) doprovázeny porušením funkce hemoglobinu transportující kyslík, snížením odolnosti erytrocytů vůči destrukci, anémií . a další negativní důsledky. Anomálie ve struktuře hemoglobinu se nazývají hemoglobinopatie .
Hemoglobin je vysoce toxický, když se jeho významné množství z červených krvinek dostane do krevní plazmy (k čemuž dochází při masivní intravaskulární hemolýze , hemoragickém šoku , hemolytické anémii , nekompatibilní krevní transfuzi a dalších patologických stavech). Toxicita hemoglobinu, který je mimo erytrocyty, ve volném stavu v krevní plazmě, se projevuje tkáňovou hypoxií - zhoršením zásobení tkání kyslíkem, přetížením organismu produkty destrukce hemoglobinu - železo, bilirubin , porfyriny s rozvojem žloutenky nebo akutní porfyrie, ucpání ledvinových tubulů velkými molekulami hemoglobinu s rozvojem nekrózy ledvinových tubulů a akutním selháním ledvin .
Vzhledem k vysoké toxicitě volného hemoglobinu v těle existují speciální systémy pro jeho vazbu a neutralizaci. Konkrétně jednou ze složek systému neutralizace hemoglobinu je speciální plazmatický protein haptoglobin , který specificky váže volný globin a globin v hemoglobinu. Komplex haptoglobinu a globinu (nebo hemoglobinu) je poté zachycen slezinou a makrofágy tkáňového retikuloendoteliálního systému a zneškodněn.
Další součástí systému neutralizujícího hemoglobin je protein hemopexin , který specificky váže volný hem a hem v hemoglobinu. Komplex hemu (neboli hemoglobinu) a hemopexinu je pak vychytáván játry , hem je odštěpen a použit k syntéze bilirubinu a dalších žlučových pigmentů, nebo je uvolňován do oběhu v kombinaci s transferiny pro opětovné využití kostní dření. v procesu erytropoézy .
Když červené krvinky dosáhnou konce své životnosti v důsledku stárnutí nebo defektů, jsou odstraněny z krevního řečiště fagocytární aktivitou makrofágů ve slezině nebo játrech nebo hemolytizovány v krevním řečišti. Volný hemoglobin je pak odstraněn z oběhu hemoglobinovým transportérem CD163, který je exprimován výhradně na monocytech nebo makrofázích. V těchto buňkách dochází k rozkladu molekuly hemoglobinu a zpracování železa. Tento proces také produkuje jednu molekulu oxidu uhelnatého na každou zničenou molekulu hemu [48] . Degradace hemu je jediným přirozeným zdrojem oxidu uhelnatého v lidském těle a je odpovědná za normální hladiny oxidu uhelnatého v krvi lidí dýchající normální vzduch [49] .
Dalším hlavním konečným produktem rozpadu hemu je bilirubin. Zvýšené hladiny této chemické látky se nacházejí v krvi, pokud jsou červené krvinky zničeny rychleji než normálně. Nesprávně rozložený hemoglobinový protein nebo hemoglobin, který se uvolňuje příliš rychle z krevních buněk, může ucpat malé krevní cévy, zejména tenké filtrující krevní cévy ledvin, což způsobuje poškození ledvin. Železo je z hemu odstraněno a skladováno pro pozdější použití, skladováno ve tkáních jako hemosiderin nebo feritin a transportováno v plazmě beta-globuliny jako transferiny. Když se porfyrinový prstenec rozpadne, jeho fragmenty jsou obvykle vylučovány jako žluté barvivo zvané bilirubin, které je vylučováno do střev jako žluč. Střevo metabolizuje bilirubin na urobilinogen. Urobilinogen je vylučován z těla stolicí jako pigment nazývaný stercobilin. Globulin se metabolizuje na aminokyseliny, které se pak uvolňují do krevního oběhu.
Deficit hemoglobinu může být způsoben jednak poklesem počtu molekul samotného hemoglobinu (viz anémie ), jednak sníženou schopností každé molekuly vázat kyslík při stejném parciálním tlaku kyslíku.
Hypoxémie je snížení parciálního tlaku kyslíku v krvi a je třeba ji odlišit od nedostatku hemoglobinu. Ačkoli jak hypoxémie, tak nedostatek hemoglobinu jsou příčinami hypoxie . Pokud se nedostatek kyslíku v těle obecně nazývá hypoxie, pak se místní poruchy dodávky kyslíku nazývají ischemie .
Další příčiny nízkého hemoglobinu jsou různé: ztráta krve, nedostatek výživy, onemocnění kostní dřeně, chemoterapie , selhání ledvin, atypický hemoglobin.
Zvýšený obsah hemoglobinu v krvi je spojen se zvýšením počtu nebo velikosti červených krvinek, což je také pozorováno u polycythemia vera . Toto zvýšení může být způsobeno: vrozenou srdeční vadou, plicní fibrózou, příliš velkým množstvím erytropoetinu .
Vědci se shodují, že k události, která oddělila myoglobin od hemoglobinu, došlo poté, co se mihule oddělily od čelistnatých obratlovců [51] . Toto oddělení myoglobinu a hemoglobinu umožnilo vznik a vývoj různých funkcí těchto dvou molekul: myoglobin se více zabývá ukládáním kyslíku, zatímco hemoglobin má za úkol kyslík transportovat [52] . α- a β-podobné globinové geny kódují jednotlivé proteinové podjednotky [53] . Prekurzory těchto genů vznikly v důsledku duplikace, rovněž poté, co společný předek gnathosoma pocházel z ryby bez čelistí, přibližně před 450–500 miliony let [51] . Studie rekonstrukce předků ukazují, že předduplikační geny α a β byly předkem dimeru skládajícího se z identických globinových podjednotek, které se pak po duplikaci sestavily do tetramerní architektury [54] . Vývoj α a β genů vytvořil potenciál, aby se hemoglobin skládal z mnoha odlišných podjednotek, jejichž fyzikální složení hraje ústřední roli ve schopnosti hemoglobinu přenášet kyslík. Přítomnost více podjednotek přispívá ke schopnosti hemoglobinu vázat společně kyslík a také být alostericky regulován [52] [54] . Následně prošel α-gen také duplikací s tvorbou genů HBA1 a HBA2 [55] . Tyto další duplikace a divergence vytvořily širokou škálu α- a β-like globinových genů, které jsou regulovány tak, že určité formy vznikají v různých vývojových stádiích [52] .
Většina ledových ryb z čeledi Channichthyidae ztratila své geny pro hemoglobin v důsledku adaptace na studenou vodu [56] .
Hemoglobin lze monitorovat neinvazivně a vytvořit tak přizpůsobenou datovou sadu, která monitoruje účinky hemokoncentrace a hemodiluce při každodenních aktivitách, aby bylo možné lépe porozumět sportovnímu výkonu a tréninku. Sportovci se často obávají vytrvalosti a intenzity cvičení. Senzor využívá LED diody, které vyzařují červené a infračervené světlo přes tkáň do světelného detektoru, který pak odešle signál do procesoru pro výpočet absorpce světla proteinem hemoglobinu [57] . Tento senzor je podobný pulznímu oxymetru, který se skládá z malého citlivého zařízení, které je připevněno k vašemu prstu.
V organismech živočišné a rostlinné říše existuje mnoho bílkovin, které přenášejí a váží kyslík. Organismy, včetně bakterií, prvoků a hub, mají proteiny podobné hemoglobinu, jejichž známé a předpokládané role zahrnují reverzibilní vazbu plynných ligandů. Protože mnoho z těchto proteinů obsahuje globiny a hemovou skupinu (železo v šupinaté porfyrinové skořápce), jsou často označovány jako hemoglobiny, i když jejich celková terciární struktura je velmi odlišná od hemoglobinu obratlovců. Zejména rozlišení mezi „myoglobinem“ a hemoglobinem u nižších zvířat je často nemožné, protože některé z těchto organismů neobsahují svalovinu. Nebo mohou mít rozeznatelný samostatný oběhový systém, ale ne ten, který přenáší kyslík (například mnoho hmyzu a dalších členovců). Ve všech těchto skupinách se molekuly obsahující hem/globin (dokonce i monomerní globiny), které jsou spojeny s vazbou plynu, nazývají oxyhemoglobiny. Kromě transportu a získávání kyslíku si dokážou poradit i s NO, CO 2 , sulfidovými sloučeninami a dokonce absorpcí O 2 v prostředí, které by mělo být anaerobní [58] . Mohou dokonce detoxikovat chlorované materiály podobným způsobem jako enzymy P450 a peroxidázy obsahující hem.
Struktura hemoglobinů se u různých druhů liší. Hemoglobin se nachází ve všech říších organismů, ale ne ve všech organismech. Primitivní druhy, jako jsou bakterie, prvoci, řasy a rostliny, často obsahují jednoglobinové hemoglobiny. Mnoho hlístových červů, měkkýšů a korýšů obsahuje velmi velké víceprvkové molekuly, mnohem větší než ty, které se nacházejí u obratlovců. Zejména chimérické hemoglobiny nalezené v houbách a obřích kroužkovcích mohou obsahovat jak globin, tak i jiné typy proteinů [59] .
Jedním z nejpozoruhodnějších případů a použití hemoglobinu v organismech je obří trubkovec ( Riftia pachyptila , nazývaný také Vestimentifera), který může dosáhnout délky 2,4 metru a obývá oceánské sopečné otvory. Místo trávicího traktu tito červi obsahují populaci bakterií, která tvoří polovinu tělesné hmotnosti. Bakterie oxidují H 2 S z průduchů pomocí O 2 z vody za vzniku energie na vaření z H 2 O a CO 2 . Horní konec červů je tmavě červená vějířovitá struktura ("chochol"), která jde do vody a absorbuje H 2 S a O 2 pro bakterie a CO 2 pro použití jako syntetická surovina, podobně jako fotosyntetické rostliny. Struktury jsou jasně červené barvy kvůli jejich obsahu několika extrémně složitých hemoglobinů, které obsahují až 144 globinových řetězců, z nichž každý obsahuje přidružené hemové struktury. Tyto hemoglobiny jsou pozoruhodné tím, že jsou schopny přenášet kyslík v přítomnosti sulfidu, a dokonce přenášet sulfid, aniž by jím byly zcela „otráveny“ nebo potlačeny, jako hemoglobiny u většiny ostatních druhů [60] [61] .
Tematické stránky | |
---|---|
Slovníky a encyklopedie |
|
V bibliografických katalozích |
|
Krev | |
---|---|
krvetvorba | |
Komponenty | |
Biochemie | |
Nemoci | |
Viz také: Hematologie , Onkohematologie |
perfuzní roztoky - ATC kód: B05 | Plazmatické substituční a||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ||||||||
| ||||||||
| ||||||||
| ||||||||
| ||||||||
|