CARBOXYHEMOGLOBIN: EGENSKABER OG EFFEKTER - BIOLOGI - 2025

Den carboxyhæmoglobin er bundet hæmoglobin carbonmonoxid (CO). Hemoglobin er det protein, der bærer ilt gennem blodet i mennesker og mange andre hvirveldyr.

For at transportere ilt skal hæmoglobin binde sig til det. Max Perutz, en kemiker og nobelprisvinder født i Wien i 1914 og døde i Cambridge i 2002, kaldte den iltbindende opførsel af hæmoglobin "umoralsk".

Struktur af hæmoglobin (Kilde: Bielabio via Wikimedia Commons)

Forestil dig to hæmoglobinmolekyler, der hver er i stand til at binde fire iltmolekyler. Den ene har allerede tre iltmolekyler og den anden ingen. Hvis der vises et andet iltmolekyle, er spørgsmålet følgende: går det sammen med den "rige", der allerede har tre, eller den "fattige", der ikke har nogen? Sandsynligheden er 100 til 1 for at den vil målrette mod det rige molekyle.

Forestil dig nu to andre hæmoglobinmolekyler. Den ene har 4 iltmolekyler (den er mættet) og den anden har kun den ene. Hvilket molekyle er mere tilbøjeligt til at give ilt til væv, rige eller fattige? De fattige leverer lettere ilt end de rige.

Fordelingen af ​​ilt i hæmoglobinmolekylet kan ses som den bibelske lignelse: "… til den, der har, til ham vil blive givet, og til den, der ikke har, selv det, han har, vil blive fjernet…" (Mt, 13:12). Fra det fysiologiske synspunkt er denne "umoralsk" opførsel af hæmoglobinmolekylet fuld af betydning, da den bidrager til forsyningen af ​​ilt til vævene.

Kulmonoxid "dræber" dem uanset antallet af iltatomer, der er knyttet til et hæmoglobinmolekyle. Det vil sige i nærværelse af rigeligt CO erstattes alt ilt, der er bundet til hæmoglobin, med CO.

Strukturelle egenskaber

For at tale om carboxyhemoglobin, som ikke er andet end en tilstand af hæmoglobin forbundet med kulilte, er det først nødvendigt at henvise til hæmoglobin generelt.

Hemoglobin er et protein, der består af fire underenheder, der hver er dannet af en polypeptidkæde, kendt som globin, og en gruppe af ikke-proteinart (protetisk gruppe) kaldet heme-gruppen.

Hver hæmgruppe indeholder et jernatom i jernholdigt tilstand (Fe ²⁺). Dette er atomerne, der er i stand til at binde til ilt uden at oxidere.

Hæmoglobintetramer består af to underenheder af alfa-globin, på 141 aminosyrer hver og to underenheder af beta-globin, på 146 aminosyrer hver.

Former eller strukturer af hæmoglobin

Når hæmoglobin ikke er bundet til noget iltatom, er hæmoglobins struktur stiv eller anspændt på grund af dannelsen af ​​saltbroer inde i det.

Den kvartære struktur af iltfrit (deoxygeneret) hæmoglobin er kendt som "T" eller anstrengt struktur, og oxygeneret hæmoglobin (oxyhemoglobin) er kendt som "R" eller afslappet struktur.

Overgangen fra T-strukturen til R-strukturen sker gennem fastgørelse af ilt til ferrojernatom (Fe2 ⁺) i hemmegruppen bundet til hver globinkæde.

Samarbejdsadfærd

Underenhederne, der udgør strukturen af ​​hæmoglobin, viser en kooperativ opførsel, der kan forklares med følgende eksempel.

Det deoxygenerede hæmoglobinmolekyle (i T-strukturen) kan forestilles som en uldkugle med de iltbindende steder (hemmegrupper) meget skjult inde i det.

Når denne anspændte struktur binder til et iltmolekyle, er bindingshastigheden meget langsom, men denne binding er nok til at løsne kuglen lidt og bringe den næste heme-gruppe nærmere overfladen, hvilket gør den hastighed, hvormed den binder sig. det næste ilt er højere, gentager processen og øger affiniteten med hver binding.

Kulmonoxideffekter

For at undersøge virkningen af ​​kulilte på blodtransporten af ​​gasser er det først nødvendigt at beskrive egenskaberne for oxyhemoglobinkurven, som beskriver dets afhængighed af iltens partielle tryk for at "lades" eller ikke med iltmolekyler.

Oxyhemoglobinkurven har en sigmoid eller "S" -form, der varierer som en funktion af det partielle ilttryk. Grafen af ​​kurven fremgår af analyserne foretaget til de blodprøver, der blev brugt til at konstruere den.

Det stejleste område af kurven opnås med tryk under 60 mmHg, og ved højere tryk end dette, har kurven en tendens til at udflade, som om den når et plateau.

Når der er tilstedeværelse af visse stoffer, kan kurven vise betydelige afvigelser. Disse afvigelser viser ændringer, der forekommer i hæmoglobins affinitet for ilt ved den samme PO ₂.

For at kvantificere dette fænomen, blev målingen af affiniteten af hæmoglobin til oxygen introduceret, kendt som P ₅₀ værdi, som er den delvise værdi trykket af oxygen ved hvilken hæmoglobin er 50% mættet; det vil sige, når halvdelen af ​​dets hemmegrupper er bundet til et iltmolekyle.

Under standardbetingelser, som skal forstås som pH 7,4, oxygenpartialtryk på 40 mmHg og temperatur på 37 ° C, den lave P ₅₀ af en voksen mand på 27 mm Hg eller 3,6 kPa.

Hvilke faktorer kan påvirke hæmoglobins affinitet for ilt?

Affiniteten for ilt af hæmoglobin indeholdt i erythrocytter kan falde i nærvær af 2,3 diphosphoglycerat (2-3DPG), carbondioxid (CO ₂), høje koncentrationer af protoner eller på grund af forøget temperatur; og det samme er tilfældet for kulilte (CO).

Funktionelle implikationer

Kulmonoxid er i stand til at forstyrre ilttransportfunktionen i arterielt blod. Dette molekyle er i stand til at binde til hæmoglobin og danne carboxyhemoglobin. Dette er fordi det har en affinitet for hæmoglobin omkring 250 gange større end O ₂, så det er i stand til at fortrænge det, selv når det er bundet til den.

Kroppen producerer kulilte permanent, dog i små mængder. Denne farveløse, lugtfri gas binder til hemmegruppen på samme måde som O2 _gør, og normalt findes ca. 1% af hæmoglobin i blodet som carboxyhemoglobin.

Da den ufuldstændige forbrænding af organisk materiale producerer CO, er andelen af ​​carboxyhemoglobin i rygere meget højere og når værdier mellem 5 og 15% af det totale hæmoglobin. Kronisk stigning i carboxyhemoglobinkoncentration er sundhedsskadelig.

En stigning i mængden af ​​CO, der indåndes, der genererer mere end 40% carboxyhemoglobin, er livstruende. Når ferrojern bindingssite er besat af CO, O ₂ kan ikke binde.

Binding af CO bevirker overgang af hæmoglobin til R-struktur, således at hæmoglobin reducerer yderligere evnen til at levere O ₂ i blodkapillærerne.

Carboxyhemoglobin har en lys rød farve. CO-forgiftede patienter bliver således lyserøde, selv i koma og åndedrætslammelse. Den bedste behandling til at forsøge at redde disse patients liv er at få dem til at indånde rent ilt, endda hyperbarisk, for at forsøge at fortrænge bindingen af ​​jern med CO.

Referencer

1. Fox, SI (2006). Human Physiology 9. udgave (s. 501-502). McGraw-Hill presse, New York, USA.
2. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA, & Rodwell, VW (2014). Harpers illustrerede biokemi. McGraw-Hill.
3. Rawn, JD (1998). Biochemistry (1989). Burlington, North Carolina: Neil Patterson Publishers (c) N. Lalioti, CP R laptopoulou, A. Terzis, A. Panagiotopoulos, SP Perlepes, E. Manessi-Zoupa, J. Chem. Soc. Dalton Trans, 1327.
4. Robert M. Berne, Matthew N. Levy. (2001) Fysiologi. (3. udg.) Ediciones Harcourt, SA
5. West, JB (1991). Fysiologisk grundlag for medicinsk praksis. Williams & Wilkins