Om op een begrijpelijke manier te kunnen spreken van de "hemoglobine (Hb), is het handig om voor de eerste te zorgen myoglobine (Mb) wat erg lijkt op hemoglobine, maar veel eenvoudiger is Tussen hemoglobine en myoglobine zijn er nauwe verwantschapsrelaties: beide zijn geconjugeerde eiwitten en hun prosthetische groep (niet-eiwitdeel) is de groep heem.
Myoglobine is een bolvormig eiwit dat bestaat uit een enkele keten van ongeveer honderdvijftig aminozuren (afhankelijk van het organisme) en het molecuulgewicht is ongeveer 18 Kd.
Zoals vermeld, is het uitgerust met een heemgroep die is ingevoegd in een hydrofoob (of lipofiel) deel van het eiwit, bestaande uit vouwen die kunnen worden toegeschreven aan de a-helixstructuren van de vezelachtige eiwitten.
Myoglobine bestaat voornamelijk uit segmenten van a-helices, aanwezig in aantal van acht en bestaat bijna uitsluitend uit niet-polaire residuen (leucine, valine, methionine en fenylalanine), terwijl polaire residuen praktisch afwezig zijn (asparaginezuur, glutaminezuur, lysine en arginine); de enige polaire resten zijn twee histidinen, die een fundamentele rol spelen bij de aanhechting van zuurstof aan de heemgroep.
De heemgroep is een chromofoorgroep (absorbeert in het zichtbare) en is de functionele groep van myoglobine.
Zie ook: geglyceerd hemoglobine - hemoglobine in de urine
Een beetje scheikunde
De binding tussen protoporfyrine en ijzer is een typische binding van coördinatieverbindingen die chemische verbindingen zijn waarin een centraal atoom (of ion) bindingen vormt met andere chemische soorten in een groter aantal dan het oxidatiegetal (elektrische lading). In het geval van heem zijn deze bindingen omkeerbaar en zwak.
Het coördinatiegetal (aantal coördinatiebindingen) van ijzer is zes: er kunnen zes moleculen rond het ijzer zijn die de bindingselektronen delen.
Om een coördinatieverbinding te vormen, zijn twee orbitalen nodig met de juiste oriëntatie: de ene kan elektronen "opnemen" en de andere kan ze afstaan.
In heem vormt ijzer vier vlakke bindingen met de vier stikstofatomen in het midden van de proto-porfyrinering en een vijfde binding met een proximale histidinestikstof; ijzer heeft de zesde vrije coördinatiebinding en het kan binden aan zuurstof.
Wanneer ijzer de vorm heeft van een vrij ion, zijn het type orbitalen NS ze hebben allemaal dezelfde energie; in myoglobine is het ijzerion gebonden aan protoporfyrine en histidine: deze soorten verstoren de orbitalen magnetisch NS wat ijzer; de mate van verstoring zal verschillend zijn voor de verschillende orbitalen NS afhankelijk van hun ruimtelijke oriëntatie en die van de storende soorten. Omdat de totale energie van de orbitalen constant moet zijn, veroorzaakt de verstoring een energetische scheiding tussen de verschillende orbitalen: de energie die door sommige orbitalen wordt verkregen, is gelijk aan de energie die door de andere verloren gaat.
Als de scheiding die optreedt tussen de orbitalen niet erg groot is, heeft een elektronische opstelling met hoge spin de voorkeur: de bindende elektronen proberen zich in zoveel mogelijk subniveaus in parallelle spins te rangschikken (maximale multipliciteit); als de verstoring daarentegen erg sterk is en er een grote scheiding is tussen de orbitalen, kan het handiger zijn om de bindingselektronen in de orbitalen met lagere energie (lage spin) te paren.
Wanneer ijzer bindt aan zuurstof, neemt het molecuul een lage spin-rangschikking aan, terwijl wanneer ijzer de zesde coördinatiebinding vrij heeft, het molecuul een hoge spin-rangschikking heeft.
Dankzij dit spinverschil kunnen we door een spectrale analyse van myoglobine begrijpen of zuurstof (MbO2) eraan gebonden is of niet (Mb).
Myoglobine is een typisch spiereiwit (maar wordt niet alleen in spieren aangetroffen).
Myoglobine wordt gewonnen uit de potvis waarin het in grote hoeveelheden aanwezig is en wordt vervolgens gezuiverd.
Walvisachtigen hebben een ademhaling zoals die van mensen: met longen moeten ze lucht opnemen via het ademhalingsproces; de potvis moet zoveel mogelijk zuurstof in de spieren brengen die zuurstof kunnen accumuleren door het te binden aan het aanwezige myoglobine; de zuurstof komt dan langzaam vrij wanneer de walvisachtigen wordt ondergedompeld omdat zijn metabolisme zuurstof nodig heeft: hoe groter de hoeveelheid zuurstof die de potvis kan opnemen en hoe meer zuurstof er tijdens de duik beschikbaar is.
Myoglybine bindt zuurstof op een omkeerbare manier en is in een groter percentage aanwezig in perifere weefsels naarmate dat weefsel meer gewend is om te werken met zuurstofvoorraden die ver in de tijd liggen.
<--- Myoglobine is een eiwit dat aanwezig is in de spieren en waarvan de functie precies die van een zuurstof "reservoir" is.
Wat het vlees min of meer rood maakt, is het gehalte aan hemoproteïnen (het is de heem die het vlees rood maakt).
Hemoglobine heeft veel structurele overeenkomsten met myoglobine en is in staat om moleculaire zuurstof op een omkeerbare manier te binden; maar terwijl myoglobine beperkt is tot spieren en perifere weefsels in het algemeen, wordt hemoglobine aangetroffen in erytrocyten of rode bloedcellen (het zijn pseudocellen, dat wil zeggen dat het geen echte cellen zijn) die 40% van het bloed uitmaken.
In tegenstelling tot myoglobine, is het werk van hemoglobine om zuurstof in de longen op te nemen, het af te geven in de cellen waar het nodig is, koolstofdioxide op te nemen en het in de longen af te geven waar de cyclus opnieuw begint.
L"hemoglobine het is een tetrameter, dat wil zeggen, het is opgebouwd uit vier polypeptideketens, elk met een heemgroep en twee aan twee identiek (bij een mens zijn er twee alfaketens en twee bètaketens).
De belangrijkste functie van hemoglobine is het transport van zuurstof; een andere functie van het bloed waarbij hemoglobine betrokken is, is het transport van stoffen naar de weefsels.
Op het pad van de longen (rijk aan zuurstof) naar de weefsels, vervoert hemoglobine zuurstof (tegelijkertijd bereiken de andere stoffen de weefsels), terwijl het in het omgekeerde pad het afval met zich meedraagt dat door de weefsels is verzameld, vooral de koolstof dioxide geproduceerd in het metabolisme.
In de ontwikkeling van een mens zijn er genen die slechts voor een bepaalde tijd tot expressie komen; om deze reden zijn er verschillende hemoglobines: foetaal, embryonaal, van de volwassen man.
De ketens waaruit deze verschillende hemoglobines bestaan, hebben verschillende structuren, maar met enkele overeenkomsten is de functie die ze vervullen min of meer hetzelfde.
Een verklaring voor de aanwezigheid van verschillende ketens is de volgende: in de loop van het evolutieproces van organismen is zelfs hemoglobine geëvolueerd, gespecialiseerd in het transport van zuurstof van gebieden die er rijk aan zijn naar gebieden met een tekort. van de evolutionaire keten l" hemoglobine transporteerde zuurstof in kleine organismen; in de loop van de evolutie bereikten de organismen grotere afmetingen, daarom werd het hemoglobine gemodificeerd om zuurstof te kunnen transporteren naar gebieden verder weg van het punt waar het rijk was; naar om dit te doen, zijn ze in de loop van het evolutieproces gecodeerd in nieuwe structuren van de ketens waaruit hemoglobine bestaat.
Myoglobine bindt zuurstof zelfs bij matige druk, in de perifere weefsels is er een druk (PO2) van ongeveer 30 mmHg: myoglobine geeft bij deze druk geen zuurstof af, dus het zou niet effectief zijn als zuurstofdrager. , het heeft een meer elastisch gedrag: het bindt zuurstof aan hoge drukken en geeft het af wanneer de druk afneemt.
Wanneer een eiwit functioneel actief is, kan het zijn vorm een beetje veranderen; zuurstofrijk myoglobine heeft bijvoorbeeld een andere vorm dan niet-geoxygeneerd myoglobine en deze mutatie heeft geen invloed op zijn buren.
De situatie is anders in het geval van geassocieerde eiwitten zoals hemoglobine: wanneer een keten oxygeneert, wordt deze ertoe aangezet om van vorm te veranderen, maar deze wijziging is driedimensionaal, zodat ook de andere ketens van de tetrameter worden beïnvloed. , suggereert dat de wijziging van de ene invloed heeft op de andere buren, zelfs in een andere mate; wanneer een keten oxygeneert, nemen de andere ketens van de tetrameter een "minder vijandige houding" aan ten opzichte van zuurstof: de moeilijkheid waarmee een keten het oxygenaten neemt af naarmate de ketens ernaast op hun beurt oxygeneren. Hetzelfde geldt voor deoxygenatie.
De quaternaire structuur van deoxyhemoglobine wordt de T-vorm (gespannen) genoemd, terwijl die van oxyhemoglobine de R-vorm (vrijgegeven) wordt genoemd; in de gespannen toestand zijn er een reeks vrij sterke elektrostatische interacties tussen zure aminozuren en basische aminozuren die leiden tot een rigide structuur van deoxyhemoglobine (daarom de "gespannen vorm"), terwijl wanneer zuurstof is gekoppeld, de entiteit van deze interacties afnemen (vandaar de "vrijgegeven vorm"). Verder wordt bij afwezigheid van zuurstof de lading van het histidine (zie structuur) gestabiliseerd door de tegengestelde lading van het asparaginezuur, terwijl bij aanwezigheid van zuurstof het eiwit de neiging heeft een proton te verliezen; dit alles houdt in dat zuurstofrijk hemoglobine een sterker zuur is dan zuurstofarm hemoglobine: bohr-effect.
Afhankelijk van de pH bindt de heemgroep zich meer of minder gemakkelijk aan zuurstof: in een zure omgeving geeft hemoglobine gemakkelijker zuurstof af (de gespannen vorm is stabiel), terwijl in een basische omgeving de binding met zuurstof moeilijker is.
Elke hemoglobine geeft 0,7 protonen af per mol zuurstof (O2) die binnenkomt.
Het Bohr-effect zorgt ervoor dat hemoglobine zijn vermogen om zuurstof te transporteren verbetert.
De hemoglobine die van de longen naar de weefsels gaat, moet zichzelf in evenwicht houden als een functie van druk, pH en temperatuur.
Laten we eens kijken naar het effect van temperatuur.
De temperatuur in de longblaasjes is ongeveer 1-1,5 ° C lager dan de buitentemperatuur terwijl in de spieren de temperatuur ongeveer 36,5-37 ° C is; naarmate de temperatuur stijgt, daalt de verzadigingsfactor (bij dezelfde druk): dit gebeurt omdat de kinetische energie toeneemt en dissociatie wordt bevorderd.
Er zijn andere factoren die het vermogen van hemoglobine om aan zuurstof te binden kunnen beïnvloeden, waaronder de concentratie van 2,3-bisfosfoglyceraat.
2,3-bisfosfoglyceraat is een metabole stof die aanwezig is in erytrocyten in een concentratie van 4-5 mM (in geen enkel ander deel van het organisme is het aanwezig in zo'n hoge concentratie).
Bij fysiologische pH is 2,3-bisfosfoglyceraat gedeprotoneerd en heeft het vijf negatieve ladingen; het zit ingeklemd tussen de twee bètaketens van hemoglobine omdat deze ketens een hoge concentratie positieve ladingen hebben. De elektrostatische interacties tussen de bètaketens en het 2,3-bisfosfoglyceraat verlenen het systeem een zekere stijfheid: er ontstaat een gespannen structuur die weinig affiniteit heeft voor zuurstof; tijdens de oxygenatie wordt dan het 2,3-bisfosfoglyceraat uitgestoten.
In erytrocyten c "is een speciaal apparaat dat 1,3-bisfosfoglyceraat (geproduceerd door metabolisme) omzet in 2,3-bisfosfoglyceraat zodat het een concentratie van 4-5 mM bereikt en daarom de hemoglobine in staat is om de "zuurstof in de weefsels uit te wisselen.
Het hemoglobine dat bij een weefsel aankomt, is in de vrijgekomen toestand (gebonden aan zuurstof), maar in de buurt van het weefsel wordt het gecarboxyleerd en gaat het over in de gespannen toestand: het eiwit in deze toestand heeft minder de neiging om zich aan zuurstof te binden naar de vrijgegeven toestand, daarom geeft hemoglobine zuurstof af aan het weefsel; bovendien is er door reactie tussen water en kooldioxide de productie van H + -ionen, dus meer zuurstof vanwege het bohr-effect.
Kooldioxide diffundeert in de erytrocyt door het plasmamembraan; aangezien erytrocyten ongeveer 40% van het bloed uitmaken, mogen we verwachten dat slechts 40% van de koolstofdioxide die uit de weefsels diffundeert ze binnenkomt, in feite komt 90% van de koolstofdioxide de erytrocyten binnen omdat ze een enzym bevatten dat koolstofdioxide omzet in koolzuur resulteert dit in een lage stationaire concentratie van kooldioxide in de erytrocyten, waardoor de opnamesnelheid hoog is.
Een ander fenomeen dat optreedt wanneer een erytrocyt een weefsel bereikt, is het volgende: door gradiënt verlaat de "HCO3- (afgeleide van koolstofdioxide) de" erytrocyt en, om de output van een negatieve lading in evenwicht te brengen, hebben we de "invoer van chloriden die bepaalt een toename van de osmotische druk: om deze variatie in evenwicht te brengen is er ook het binnendringen van water dat zwelling van de erytrocyt veroorzaakt (HAMBURGER-effect) Het tegenovergestelde fenomeen doet zich voor wanneer een erytrocyt de longblaasjes bereikt: een deflatie van de erytrocyten (HALDANE-effect) Daarom zijn de veneuze erytrocyten (gericht op de longen) ronder dan de arteriële.
.jpg)
