KARBOXIHEMOGLOBIN: EGENSKAPER OCH EFFEKTER - BIOLOGI - 2025

Den karboxyhemoglobin är bundet hemoglobin kolmonoxid (CO). Hemoglobin är det protein som transporterar syre genom blodet hos människor och många andra ryggradsdjur.

För att transportera syre måste hemoglobin binda till det. Max Perutz, en kemist och nobelpristagare född i Wien 1914 och dog i Cambridge 2002, kallade syrebindande beteende hos hemoglobin "omoraliskt".

Struktur av hemoglobin (Källa: Bielabio via Wikimedia Commons)

Föreställ dig två hemoglobinmolekyler som var och en kan binda fyra syremolekyler. Den ena har redan tre syremolekyler och den andra ingen. Om en annan syremolekyl dyker upp är frågan följande: går den med den "rika" som redan har tre, eller den "fattiga" som inte har någon? Sannolikheten är 100 till 1 att den riktar sig till den rika molekylen.

Föreställ dig nu två andra hemoglobinmolekyler. Den ena har fyra syremolekyler (den är mättad) och den andra har bara en. Vilken molekyl är mer benägna att ge syre till vävnader, rika eller fattiga? De fattiga kommer att leverera syre lättare än de rika.

Fördelningen av syre i hemoglobinmolekylen kan ses som den bibliska liknelsen: "… till den som har, till honom kommer att ges och till den som inte har, även vad han har kommer att tas bort …" (Matt 13:12). Ur fysiologisk synvinkel är detta "omoraliska" beteende hos hemoglobinmolekylen full av betydelse, eftersom det bidrar till försörjningen av syre till vävnaderna.

Kolmonoxid "dödar" emellertid oavsett antalet syreatomer som är fästa vid en hemoglobinmolekyl. Det vill säga i närvaro av rikligt med CO ersätts allt syre bundet till hemoglobin med CO.

Strukturella egenskaper

För att tala om karboxihemoglobin, som inte är annat än ett tillstånd av hemoglobin förknippat med kolmonoxid, är det först nödvändigt att hänvisa till hemoglobin i allmänna termer.

Hemoglobin är ett protein som består av fyra underenheter som vardera bildas av en polypeptidkedja känd som globin och en grupp av icke-proteinat natur (protesgrupp) som kallas heme-gruppen.

Varje hemgrupp innehåller en järnatom i järnhaltigt tillstånd (Fe ²⁺ ). Dessa är atomerna som kan binda till syre utan att oxidera.

Hemoglobin-tetramer består av två underenheter av alfa-globin, av 141 aminosyror vardera, och två underenheter av beta-globin, av 146 aminosyror vardera.

Former eller strukturer av hemoglobin

När hemoglobin inte är bundet till någon syreatom är strukturen för hemoglobin stel eller spänd på grund av bildandet av saltbroar i den.

Den kvartära strukturen i syrefritt (deoxygenerat) hemoglobin är känt som "T" eller ansträngd struktur, och syresatt hemoglobin (oxyhemoglobin) kallas "R" eller avslappnad struktur.

Övergången från T-strukturen till R-strukturen sker genom bindning av syre till järnatomen (Fe2 ⁺ ) i hemgruppen fäst vid varje globinkedja.

Kooperativt beteende

Underenheterna som utgör strukturen av hemoglobin visar ett samarbetsbeteende som kan förklaras med följande exempel.

Den deoxygenerade hemoglobinmolekylen (i T-strukturen) kan föreställas som en boll av ull med de syrebindande platserna (hemgrupper) mycket dolda i den.

När denna spända struktur binder till en syremolekyl, är bindningens hastighet mycket långsam, men denna bindning räcker för att lossa bollen lite och föra nästa hemgrupp närmare ytan, vilket gör hastigheten med vilken den binder nästa syre är högre, upprepar processen och ökar affiniteten med varje bindning.

Kolmonoxideffekter

För att studera effekterna av kolmonoxid på blodgastransport är det först nödvändigt att beskriva egenskaperna hos oxihemoglobinkurvan, som beskriver dess beroende av syrepartiets tryck för att ”ladda” eller inte med syremolekyler.

Oxyhemoglobinkurvan har en sigmoid- eller "S" -form som varierar som en funktion av det partiella syretrycket. Grafens kurva framgår av analyserna gjorda på blodproverna som användes för att konstruera den.

Det brantaste området på kurvan erhålls med tryck lägre än 60 mmHg och vid högre tryck än detta tenderar kurvan att plattas ut, som om den når en platå.

När det finns vissa substanser kan kurvan visa betydande avvikelser. Dessa avvikelser visar förändringar som inträffar i affiniteten hos hemoglobin för syre vid samma PO ₂ .

För att kvantifiera detta fenomen, var ett mått på affiniteten hos hemoglobin för syre infördes, känd som P ₅₀ -värde , vilket är den partiella tryckvärdet av syre vid vilket hemoglobinet är 50% mättat; det vill säga när hälften av dess hemgrupper är bundna till en syremolekyl.

Under standardbetingelser, som bör förstås som pH 7,4, syrepartialtryck av 40 mmHg och temperatur av 37 ° C, den låga P ₅₀ av en vuxen man är 27 mm Hg eller 3,6 kPa.

Vilka faktorer kan påverka hemoglobins affinitet för syre?

Affiniteten för syre av hemoglobin som finns i erytrocyter kan minska i närvaro av 2,3 difosfoglycerat (2-3DPG), koldioxid (CO ₂ ), höga koncentrationer av protoner eller på grund av ökad temperatur; och detsamma gäller för kolmonoxid (CO).

Funktionella implikationer

Kolmonoxid kan störa syretransportfunktionen i arteriellt blod. Denna molekyl kan binda till hemoglobin och bilda karboxihemoglobin. Detta beror på att den har en affinitet för hemoglobin ca 250 gånger större än O ₂ , så det är i stånd att förskjuta det även när den är bunden till den.

Kroppen producerar kolmonoxid permanent, men i små mängder. Denna färglösa, luktfria gas binder till hemgruppen på samma sätt som O2 _gör, och normalt finns cirka 1% hemoglobin i blodet som karboxihemoglobin.

Eftersom den ofullständiga förbränningen av organiskt material producerar CO är andelen karboxihemoglobin i rökare mycket högre och når värden mellan 5 och 15% av det totala hemoglobinet. Kronisk ökning av karboximhemoglobinkoncentrationen är hälsoskadligt.

En ökning av mängden CO som inhaleras som genererar mer än 40% karboxihemoglobin är livshotande. När järnbindningsstället är upptaget av CO kan O ₂ inte binda .

Bindning av CO orsakar övergången av hemoglobin till R strukturen, så att hemoglobin minskar förmågan att leverera O ytterligare _två i blodkapillärer.

Carboxyhemoglobin har en ljusröd färg. Således blir CO-förgiftade patienter rosa, även i koma och andningsförlamning. Den bästa behandlingen för att försöka rädda liv för dessa patienter är att få dem att andas in rent syre, till och med hyperbar, för att försöka förskjuta bindningen av järn med CO.

referenser

1. Fox, SI (2006). Human Physiology 9th Edition (s. 501-502). McGraw-Hill press, New York, USA.
2. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA, & Rodwell, VW (2014). Harpers illustrerade biokemi. McGraw-Hill.
3. Rawn, JD (1998). Biochemistry (1989). Burlington, North Carolina: Neil Patterson Publishers (c) N. Lalioti, CP Rotopoulou, 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: e upplagan) Ediciones Harcourt, SA
5. West, JB (1991). Fysiologisk grund för medicinsk praxis. Williams & Wilkins