KARBOKSIHEMOGLOBIINI: OMINAISUUDET JA VAIKUTUKSET - BIOLOGIA - 2025

Karboksihemoglobiinitasoja on sidottu hemoglobiini hiilimonoksidi (CO). Hemoglobiini on proteiini, joka kuljettaa happea veren kautta ihmisissä ja monissa muissa selkärankaisissa.

Hapen kuljettamiseksi hemoglobiinin täytyy sitoutua siihen. Wienissä vuonna 1914 syntynyt ja Cambridgessa vuonna 2002 kuollut kemisti ja Nobel-palkinnon saaja Max Perutz kutsui hemoglobiinin happea sitovaa käyttäytymistä "moraalittomaksi".

Hemoglobiinin rakenne (Lähde: Bielabio Wikimedia Commonsin kautta)

Kuvittele kaksi hemoglobiinimolekyyliä, joista kukin kykenee sitoutumaan neljään happimolekyyliin. Yhdessä on jo kolme happimolekyyliä ja toisessa ei yhtään. Jos ilmestyy toinen happimolekyyli, kysymys on seuraava: liittyekö se "rikkaaseen", jolla on jo kolme, vai "köyhälle", jossa ei ole yhtään? Todennäköisyys on 100: 1, että se kohdistuu rikkaaseen molekyyliin.

Kuvittele nyt kaksi muuta hemoglobiinimolekyyliä. Yhdessä on 4 happimolekyyliä (se on tyydyttynyt) ja toisessa vain yksi. Mikä molekyyli antaa todennäköisemmin happea kudoksiin, rikkaat tai köyhät? Köyhemmät toimittavat happea helpommin kuin rikkaat.

Hapen jakautuminen hemoglobiinimolekyylissä voidaan nähdä raamatullisena vertauksena: "… sille, jolla on, hänelle annetaan ja sille, jolla ei ole, jopa se, mikä hänellä on, otetaan pois…" (Mt, 13:12). Fysiologiselta kannalta tämä hemoglobiinimolekyylin "moraaliton" käyttäytyminen on täynnä merkitystä, koska se myötävaikuttaa hapen toimittamiseen kudoksiin.

Hiilimonoksidi, "riippumatta siitä, kuinka monta happiatomia on kiinnittynyt hemoglobiinimolekyyliin", "tappaa" ne kaikki. Toisin sanoen, kun läsnä on runsaasti CO: ta, kaikki hemoglobiiniin sitoutunut happi korvataan CO: lla.

Rakenteelliset ominaisuudet

Jotta puhutaan karboksihemoglobiinista, joka ei ole muuta kuin hiilimonoksidiin liittyvää hemoglobiinin tilaa, on ensin viitattava hemoglobiiniin yleisesti.

Hemoglobiini on proteiini, joka koostuu neljästä alayksiköstä, joista kukin koostuu polypeptidiketjusta, jota kutsutaan globiiniksi, ja ei-proteiiniryhmästä (proteesiryhmä), jota kutsutaan heemaryhmäksi.

Jokainen heemaryhmä sisältää rautaatomin rautapitoisessa tilassa (Fe ²⁺). Nämä ovat atomit, jotka kykenevät sitoutumaan happea hapettamatta.

Hemoglobiinitetrameeri koostuu kahdesta alayksiköstä alfa-globiinista, joista kussakin on 141 aminohappoa ja kahdesta alayksiköstä beeta-globiinista, joista kukin on 146 aminohappoa.

Hemoglobiinin muodot tai rakenteet

Kun hemoglobiini ei ole sitoutunut mihinkään happiatomiin, hemoglobiinin rakenne on jäykkä tai jännittynyt, koska sen sisään muodostuu suolaa siltoja.

Happivapaan (hapettuneen) hemoglobiinin kvaternäärinen rakenne tunnetaan nimellä "T" tai kiristettynä rakenteena, ja hapettunut hemoglobiini (oksihemoglobiini) tunnetaan nimellä "R" tai rentoutuneena rakenteena.

Siirtyminen T-rakenteesta R-rakenteeseen tapahtuu hapen sitoutumisen kautta jokaiseen globiiniketjuun kiinnittyneen heemiryhmän rautapitoiseen rautaatomiin (Fe ²⁺).

Yhteistoiminnallinen käyttäytyminen

Alayksiköt, jotka muodostavat hemoglobiinin rakenteen, osoittavat yhteistyöhön liittyvää käyttäytymistä, joka voidaan selittää seuraavalla esimerkillä.

Hapetettua hemoglobiinimolekyyliä (T-rakenteessa) voidaan kuvitella villapallona, ​​jonka happea sitovat kohdat (heemaryhmät) ovat hyvin piilossa siinä.

Kun tämä jännittynyt rakenne sitoutuu happimolekyyliin, sitoutumisen nopeus on hyvin hidasta, mutta tämä sitoutuminen riittää lieventämään palloa hiukan ja toistamaan seuraavan heemaryhmän lähemmäksi pintaa tekemällä nopeuden, jolla se sitoutuu seuraava happi on korkeampi, toistamalla prosessi ja lisäämällä affiniteettia jokaisella sidoksella.

Hiilimonoksidin vaikutukset

Hiilimonoksidin vaikutuksia kaasujen verenkuljetukseen on ensin tarpeen kuvata oksihemoglobiinikäyrän ominaispiirteet, jotka kuvaavat sen riippuvuutta hapen osapaineesta "ladata" tai ei happimolekyyleillä.

Oksihemoglobiinikäyrällä on sigmoidinen tai "S" -muoto, joka vaihtelee hapen osapaineen funktiona. Käyrän kuvaaja käy ilmi analyyseistä, jotka tehtiin sen rakentamiseksi käytetyille verinäytteille.

Käyrän jyrkein alue saadaan alle 60 mmHg: n paineilla ja tätä korkeammilla paineilla käyrällä on taipumus litistyä, ikään kuin se saavuttaisi tasangon.

Tiettyjen aineiden läsnä ollessa käyrä voi osoittaa merkittäviä poikkeamia. Nämä poikkeamat osoittavat muutoksia, jotka tapahtuvat affiniteetti hemoglobiinin hapen samalla PO ₂.

Määrällisesti Tämän ilmiön mittaus hemoglobiinin affiniteettia hapen käyttöön, joka tunnetaan nimellä P- ₅₀ -arvo, joka on osittainen paine arvo hapen jossa hemoglobiini on 50% tyydyttynyt; eli kun puolet sen heemaryhmistä on kiinnittynyt happimolekyyliin.

Vakio-olosuhteissa, jotka tulisi ymmärtää, pH 7,4, hapen osapaine on 40 mmHg, ja lämpötila 37 ° C: ssa, alhainen P ₅₀ Aikuisen miehen on 27 mm Hg tai 3,6 kPa.

Mitkä tekijät voivat vaikuttaa hemoglobiinin affiniteettiin happea kohtaan?

Punasolujen sisältämän hemoglobiinin affiniteetti happea kohtaan saattaa vähentyä, kun läsnä on 2,3-difosfoglyseraattia (2-3DPG), hiilidioksidia (CO ₂), korkeita protonipitoisuuksia tai korkeamman lämpötilan vuoksi; ja sama pätee hiilimonoksidiin (CO).

Toiminnalliset vaikutukset

Hiilimonoksidi voi häiritä hapen kuljetustoimintoa valtimoveressä. Tämä molekyyli kykenee sitoutumaan hemoglobiiniin ja muodostamaan karboksihemoglobiinin. Tämä johtuu siitä, että on affiniteetti hemoglobiinin noin 250 kertaa suurempi kuin O ₂, niin se pystyy siirtämään sitä silloinkin, kun se on sidottu siihen.

Keho tuottaa hiilimonoksidia pysyvästi, vaikkakin pieninä määrinä. Tämä väritön, hajuton kaasu sitoutuu hemiryhmään samalla tavalla kuin O2 , ja normaalisti noin 1% veren hemoglobiinista esiintyy karboksihemoglobiinina.

Koska orgaanisen aineen epätäydellinen palaminen tuottaa CO: ta, karboksihemoglobiinin osuus tupakoitsijoissa on paljon suurempi ja saavuttaa arvot välillä 5-15% kokonaishemoglobiinista. Karboksihemoglobiinipitoisuuden krooninen nousu on haitallista terveydelle.

Hengitettävän CO-määrän lisääntyminen, joka tuottaa yli 40% karboksihemoglobiinia, on hengenvaarallinen. Kun rautapitoisen sidoskohdan varaa CO, O ₂ ei voi sitoutua.

Sitoutuminen CO aiheuttaa siirtymisen hemoglobiinin R rakenne, siten, että hemoglobiini edelleen vähentää kykyä toimittaa O ₂ verihiussuonissa.

Karboksihemoglobiinilla on vaaleanpunainen väri. Siten CO-myrkytetyt potilaat muuttuvat vaaleanpunaisiksi jopa koomassa ja hengityshalvauksessa. Paras hoito näiden potilaiden hengen pelastamiseksi on saada heidät hengittämään puhdasta happea, jopa hyperbaarista happea, yrittämään syrjäyttää raudan sitoutuminen CO: han.

Viitteet

1. Fox, SI (2006). Ihmisen fysiologia 9. painos (sivut 501-502). McGraw-Hill-lehdistö, New York, USA.
2. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA, ja Rodwell, VW (2014). Harperin havainnollistettu biokemia. McGraw-Hill.
3. Rawn, JD (1998). Biokemia (1989). Burlington, Pohjois-Carolina: 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) fysiologia. (3. painos) Ediciones Harcourt, SA
5. West, JB (1991). Lääketieteellisen käytännön fysiologinen perusta. Williams & Wilkins