KARBOKSIHEMOGLOBIN: LASTNOSTI IN UČINKI - BIOLOGIJA - 2026

Carboxyhaemoglobin je vezan hemoglobina ogljikovega monoksida (CO). Hemoglobin je protein, ki prenaša kisik skozi kri pri ljudeh in mnogih drugih vretenčarjih.

Za prevoz kisika se mora nanj vezati hemoglobin. Max Perutz, kemik in nobelov nagrajenec, rojen na Dunaju leta 1914, umrl v Cambridgeu leta 2002, pa je vedenje hemoglobina, ki veže kisik, označil za "nemoralno".

Struktura hemoglobina (Vir: Bielabio via Wikimedia Commons)

Predstavljajte si dve molekuli hemoglobina, ki sta sposobni vezati štiri molekule kisika. Ena že ima tri molekule kisika, druga pa nobene. Če se pojavi še ena molekula kisika, je vprašanje naslednje: ali se pridruži "bogati", ki ima že tri, ali "revni", ki nima nobene? Verjetnost 100 do 1 je, da bo ciljala na bogato molekulo.

Zdaj si predstavljajte še dve molekuli hemoglobina. Ena ima 4 molekule kisika (nasičena je), druga pa ima samo eno. Katera molekula najverjetneje daje kisik v tkiva, bogata ali slaba? Revnejši bodo dostavili kisik lažje kot bogati.

Porazdelitev kisika v molekuli hemoglobina lahko vidimo kot svetopisemsko prispodobo: "… tistemu, ki ga ima, mu bo dano in tistemu, ki ga nima, mu bo odvzeto celo tisto, kar ima …" (Mt, 13,12). S fiziološkega vidika je to "nemoralno" vedenje molekule hemoglobina polnega pomena, saj prispeva k oskrbi tkiv s kisikom.

Ogljikov monoksid pa ne glede na število kisikovih atomov, vezanih na molekulo hemoglobina, "vse" ubije. Se pravi, v prisotnosti obilnega CO se ves kisik, vezan na hemoglobin, nadomesti s CO.

Strukturne značilnosti

Če govorimo o karboksihemoglobinu, ki ni nič drugega kot stanje hemoglobina, povezanega z ogljikovim monoksidom, je treba najprej na splošno omeniti hemoglobin.

Hemoglobin je protein, sestavljen iz štirih podenot, od katerih vsaka tvori polipeptidno verigo, imenovano globin, in skupino neproteinske narave (protetična skupina), imenovano heme skupina.

Vsaka skupina hema vsebuje atom železa v železovem stanju (Fe ²⁺ ). To so atomi, ki se lahko vežejo na kisik brez oksidacije.

Tetramer hemoglobina sestavljata dve podenoti alfa globina, vsaka od 141 aminokislin in dve podenoti beta globina, po 146 aminokislin.

Oblike ali strukture hemoglobina

Kadar hemoglobin ni vezan na noben atom kisika, je struktura hemoglobina toga ali napeta zaradi tvorbe solnih mostov znotraj njega.

Kvatarna struktura hemoglobina brez kisika (deoksigenirani) je poznana kot "T" ali napeta struktura, oksigenirani hemoglobin (oksihemoglobin) pa "R" ali sproščena struktura.

Prehod iz T strukture v R strukturo se zgodi z vezavo kisika na atom železovega železa (Fe ²⁺ ) hemske skupine, pritrjen na vsako globinsko verigo.

Kooperativno vedenje

Podenote, ki sestavljajo strukturo hemoglobina, kažejo skupinsko vedenje, kar je mogoče razložiti z naslednjim primerom.

Deoksigenirano molekulo hemoglobina (v strukturi T) si lahko predstavljamo kot kroglico volne, kjer so mesta, ki vežejo kisik (skupine heme), zelo skrita znotraj nje.

Ko se ta napeta struktura veže na molekulo kisika, je hitrost vezave zelo počasna, vendar je ta vez dovolj, da kroglico nekoliko zrahljamo in naslednjo skupino heme približimo površini, tako da hitrost, s katero se veže naslednji kisik je višji, ponavlja postopek in poveča afiniteto z vsako vezjo.

Učinki ogljikovega monoksida

Da bi preučili vplive ogljikovega monoksida na transport plina v krvi, je treba najprej opisati značilnosti krivulje oksihemoglobina, ki opisuje njeno odvisnost od parcialnega tlaka kisika, da se "napolni" z molekuli kisika ali ne.

Krivulja oksihemoglobina ima sigmoidno ali "S" obliko, ki se spreminja glede na delni tlak kisika. Graf krivulje izhaja iz analiz, opravljenih na vzorcih krvi, uporabljenih za njegovo izdelavo.

Najbolj strmo območje krivulje dobimo s tlaki pod 60 mmHg, pri višjih tlakih od tega pa se krivulja nagiba, kot da doseže planoto.

Ko lahko v prisotnosti določenih snovi krivulja pokaže znatna odstopanja. Ta odstopanja kažejo spremembe, ki se pojavljajo v afiniteti hemoglobina za kisik na isti PO ₂ .

Za količinsko določitev tega pojava je bilo uvedeno merjenje afinitete hemoglobina za kisik, znano kot vrednost P ₅₀ , ki je vrednost delnega tlaka kisika, pri katerem je hemoglobin 50% nasičen; torej ko je polovica njegovih heme skupin vezana na molekulo kisika.

V standardnih pogojih, ki jih je treba razumeti kot pH 7,4, parcialni tlak kisika 40 mmHg in temperatura 37 ° C, je nizek P ₅₀ odraslega moškega 27 mm Hg ali 3,6 kPa.

Kateri dejavniki lahko vplivajo na pripadnost hemoglobina kisiku?

Pripadnost hemoglobinu kisiku, ki ga vsebuje eritrociti, se lahko zmanjša v prisotnosti 2,3 difosfoglicerata (2-3DPG), ogljikovega dioksida (CO ₂ ), visokih koncentracij protonov ali zaradi povišane temperature; enako pa velja za ogljikov monoksid (CO).

Funkcionalne posledice

Ogljikov monoksid lahko moti delovanje kisika v arterijski krvi. Ta molekula se lahko veže na hemoglobin in tvori karboksihemoglobin. To je zato, ker ima afiniteto hemoglobina približno 250-krat večja kot O ₂ , tako da je sposobna, da jo izpodriva četudi je vezan nanj.

Telo proizvaja ogljikov monoksid trajno, čeprav v majhnih količinah. Ta brezbarven plin brez vonja se veže na skupino hema na enak način, kot to _počne O _2, in običajno približno 1% hemoglobina v krvi obstaja kot karboksihemoglobin.

Ker nepopolno zgorevanje organske snovi proizvaja CO, je delež karboksihemoglobina pri kadilcih precej višji in dosega vrednosti med 5 in 15% celotnega hemoglobina. Kronično povečanje koncentracije karboksihemoglobina škoduje zdravju.

Povečanje količine CO, ki ga vdihnemo, ki ustvari več kot 40% karboksihemoglobina, je smrtno nevarno. Ko je železne vezave železa mesto zaseda CO, O ₂ ne more vezati .

Vezava CO povzroči prehod hemoglobina s strukturo R, tako da hemoglobina nadalje zmanjšuje sposobnost dostaviti O ₂ v krvnih kapilar.

Karboksihemoglobin ima svetlo rdečo barvo. Tako pacienti, zastrupljeni s CO, postanejo rožnati, tudi v komi in respiratorni paralizi. Najboljše zdravljenje, s katerim bi rešili življenje teh bolnikov, je, da bi jim vdihavali čisti kisik, celo hiperbarični, da bi poskušali izriniti vezanje železa s CO.

Reference

1. Fox, SI (2006). Human Physiology 9. izdaja (str. 501-502). McGraw-Hill press, New York, ZDA.
2. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA in Rodwell, VW (2014). Harperjeva ilustrirana biokemija. McGraw-Hill.
3. Rawn, JD (1998). Biokemija (1989). Burlington, Severna Karolina: Neil Patterson Publishers (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) Fiziologija. (3. izd.) Ediciones Harcourt, SA
5. West, JB (1991). Fiziološka osnova medicinske prakse. Williams in Wilkins