Hemoglobin a Bohrův efekt

Struktura a funkce

Hemoglobin je metaloprotein obsažený v červených krvinkách, zodpovědný za transport kyslíku do krevního oběhu. Ve skutečnosti je kyslík ve vodě rozpustný jen mírně; proto množství rozpuštěná v krvi (méně než 2% z celkového množství) nepostačují k uspokojení metabolických požadavků tkání. Potřeba konkrétního nosiče je tedy evidentní.

V krevním řečišti se kyslík nemůže vázat přímo a reverzibilně na bílkoviny, jak se to místo toho děje u kovů, jako je měď a železo. Není překvapením, že ve středu každé podjednotky bílkovin hemoglobinu, obalené v proteinové skořápce, najdeme takzvanou protetiku skupina EME, s kovovým srdcem reprezentovaným atomem železa v oxidačním stavu Fe2 + (redukovaný stav), který váže kyslík reverzibilním způsobem.

Rozbor krve

• Normální hodnoty hemoglobinu v krvi: 13-17 g / 100 ml

U žen jsou hodnoty v průměru o 5-10% nižší než u mužů.

Možné příčiny vysokého hemoglobinu

• Polycythemie
• Prodloužený pobyt na vyvýšeném místě
• Chronická plicní onemocnění
• Srdeční choroba
• Krevní doping (použití erytropoetinu a derivátů nebo látek napodobujících jejich působení)

Možné příčiny nízkého hemoglobinu

• Anémie
• Nedostatek železa (nedostatek železa)
• Velké krvácení
• Karcinomy
• Těhotenství
• Thalassemias
• Popáleniny

Obsah kyslíku v krvi je tedy dán součtem malého množství rozpuštěného v plazmě s frakcí vázanou na hemoglobinové železo.

Více než 98% kyslíku přítomného v krvi je vázáno na hemoglobin, který zase cirkuluje v krevním řečišti přiděleném v červených krvinkách.Bez hemoglobinu by tedy erytrocyty nemohly plnit svůj úkol jako transportéry kyslíku v krvi.

Vzhledem k ústřední roli tohoto kovu vyžaduje syntéza hemoglobinu dostatečný příjem železa ve stravě. Asi 70% železa přítomného v těle je ve skutečnosti obsaženo v hemových skupinách hemoglobinu.

Hemoglobin se skládá ze 4 podjednotek, které jsou strukturálně velmi podobné myoglobinu *.

* Zatímco hemoglobin transportuje kyslík z plic do tkání, myoglobin přenáší kyslík uvolněný hemoglobinem do různých buněčných organel, které jej používají (např. Mitochondrie).

Hemoglobin je velký a komplexní metaloprotein, charakterizovaný čtyřmi globulárními proteinovými řetězci obalenými kolem hemové skupiny, která obsahuje Fe2 +.

Pro každou molekulu hemoglobinu tedy najdeme čtyři skupiny hemu zabalené do relativního globulárního proteinového řetězce. Protože v každé molekule hemoglobinu jsou čtyři atomy železa, může každá molekula hemoglobinu na sebe vázat čtyři atomy kyslíku podle reverzibilní reakce:

Hb + 4O2 ← → Hb (O2) 4

Jak je většině známo, úkolem hemoglobinu je odebrat kyslík do plic, uvolnit jej do buněk, které to potřebují, vzít z nich oxid uhličitý a uvolnit jej do plic, kde znovu začíná chilo.

Při průchodu krve v kapilárách plicních sklípků na sebe hemoglobin váže kyslík, který se následně uvolňuje do tkání v periferním oběhu. K této výměně dochází, protože vazby kyslíku se železem skupiny EME jsou labilní a citlivé na mnoho faktorů, z nichž nejdůležitější je napětí nebo parciální tlak kyslíku.

Vazba kyslíku na hemoglobin a Bohrův efekt

V plicích se zvyšuje napětí kyslíku v plazmě v důsledku difúze plynu z alveol do krve (↑ PO2); toto zvýšení způsobí, že se hemoglobin vášnivě váže na kyslík; opak nastává v periferních tkáních, kde klesá koncentrace rozpuštěného kyslíku v krvi (↓ PO2) a zvyšuje se parciální tlak oxidu uhličitého (↑ CO2); to způsobuje, že hemoglobin uvolňuje kyslík a nabije se CO2. Co nejvíce zjednodušuje koncept, čím více oxidu uhličitého je v krvi přítomno, tím méně kyslíku zůstává navázáno na hemoglobin.

Přestože je množství kyslíku fyzicky rozpuštěného v krvi velmi nízké, hraje proto zásadní roli. Ve skutečnosti toto množství silně ovlivňuje sílu vazby mezi kyslíkem a hemoglobinem (a také představuje „důležitou referenční hodnotu při regulaci plicní ventilace“).

Když vše shrneme do grafu, množství kyslíku navázaného na hemoglobin roste ve srovnání s pO2 podle sigmoidní křivky:

Skutečnost, že oblast plateu je tak velká, představuje důležitou bezpečnostní rezervu při maximální saturaci hemoglobinu během průchodu do plic. Ačkoli pO2 na alveolární úrovni je normálně roven 100 mm Hg, pozorujeme -li obrázek, ve skutečnosti zaznamenáváme, jak i při parciálním tlaku kyslíku rovném 70 mmHg (typický výskyt některých nemocí nebo pobytu ve vysokých nadmořských výškách) zůstávají procenta nasyceného hemoglobinu téměř 100%.

V oblasti maximálního sklonu, když parciální napětí kyslíku klesne pod 40 mmHg, schopnost hemoglobinu vázat kyslík náhle klesá.

V klidových podmínkách je PO2 v intracelulárních tekutinách přibližně 40 mmHg; v tomto místě vlivem zákonů plynů kyslík rozpuštěný v plazmě difunduje směrem k chudším tkáním O2 a prochází kapilární membránou.V důsledku toho napětí plazmy v O2 dále klesá a to podporuje uvolňování kyslíku z hemoglobinu. . Při intenzivní fyzické námaze naopak napětí kyslíku v tkáních klesá na 15 mmHg nebo méně, v důsledku čehož je krev velmi vyčerpána kyslíkem.

Co bylo řečeno, v klidových podmínkách opouští tkáně důležité množství okysličeného hemoglobinu, který zůstává k dispozici pro případ potřeby (například pro řešení náhlého zvýšení metabolismu v některých buňkách).

Plná čára zobrazená na obrázku výše se nazývá disociační křivka hemoglobinu; typicky se stanoví in vitro při pH 7,4 a při teplotě 37 ° C.

Bohrův efekt má důsledky jak pro příjem O2 na úrovni plic, tak pro jeho uvolňování na úrovni tkáně.

Tam, kde je více rozpuštěného oxidu uhličitého ve formě bikarbonátu, hemoglobin snadněji uvolňuje kyslík a nabíjí se oxidem uhličitým (ve formě bikarbonátu).

Stejného účinku je dosaženo okyselením krve: čím více klesá pH krve a tím méně kyslíku zůstává navázáno na hemoglobin; není překvapením, že se oxid uhličitý v krvi rozpouští hlavně ve formě kyseliny uhličité, která disociuje.

Na počest svého objevitele je účinek pH nebo oxidu uhličitého na disociaci kyslíku známý jako Bohrův efekt.

Jak se očekávalo, v kyselém prostředí hemoglobin uvolňuje kyslík snadněji, zatímco v základním prostředí je vazba s kyslíkem silnější.

Mezi další faktory schopné modifikovat afinitu hemoglobinu ke kyslíku patří teplota. Zejména afinita hemoglobinu ke kyslíku klesá s rostoucí tělesnou teplotou. To je zvláště výhodné v zimních a jarních měsících, protože teplota plicní krve (v kontaktu s vzduch vnějšího prostředí) je nižší než vzduch dosažený v tkáních, kde je tedy usnadněno uvolňování kyslíku.

2,3 difosfoglycerát je meziprodukt v glykolýze, který ovlivňuje afinitu hemoglobinu ke kyslíku. Pokud se jeho koncentrace v červených krvinkách zvýší, afinita hemoglobinu ke kyslíku klesá, a tím usnadňuje uvolňování kyslíku do tkání. Není překvapením, že koncentrace erytrocytů 2,3 difosfoglycerátu se zvyšuje například u anémie, kardiopulmonální insuficience a během pobytu ve vysokých nadmořských výškách.

Účinek 2,3 bisfosfoglycerátu je obecně relativně pomalý, zvláště ve srovnání s rychlou reakcí na změny pH, teploty a parciálního tlaku oxidu uhličitého.

Bohrův efekt je velmi důležitý při intenzivní svalové práci; za takových podmínek ve skutečnosti v tkáních nejvíce vystavených stresu dochází k lokálnímu zvýšení teploty a tlaku oxidu uhličitého, tedy kyselosti krve. Jak bylo vysvětleno výše, toto vše podporuje uvolňování kyslíku do tkání a posouvá disociační křivku hemoglobinu doprava.