Hemoglobina

Model wstęgowy cząsteczki hemoglobiny. Cztery zasocjowane podjednostki, z których każda zawiera cząsteczkę hemu (zaznaczoną na zielono)

Ten artykuł od 2010-01 wymaga zweryfikowania podanych informacji.

Należy podać wiarygodne źródła w formie przypisów bibliograficznych.
Część lub nawet wszystkie informacje w artykule mogą być nieprawdziwe. Jako pozbawione źródeł mogą zostać zakwestionowane i usunięte.
Sprawdź w źródłach: Encyklopedia PWN • Google Books • Google Scholar • Federacja Bibliotek Cyfrowych • BazHum • BazTech • RCIN • Internet Archive (texts / inlibrary)
Dokładniejsze informacje o tym, co należy poprawić, być może znajdują się w dyskusji tego artykułu.
Po wyeliminowaniu niedoskonałości należy usunąć szablon {{Dopracować}} z tego artykułu.

Hemoglobina (gr. αあるふぁἷμみゅーαあるふぁ haîma „krew”^[1], łac. globus „kula”), oznaczana też skrótami Hb lub HGB – czerwony barwnik krwi, białko zawarte w erytrocytach, którego zasadniczą funkcją jest transportowanie tlenu – przyłączanie go w płucach i uwalnianie w tkankach. Mutacje genu hemoglobiny prowadzą do chorób dziedzicznych: anemii sierpowatej, talasemii lub rzadkich chorób zwanych hemoglobinopatiami.

Budowa hemoglobiny

Cząsteczka hemoglobiny jest tetramerem złożonym z dwóch par białkowych podjednostek. Podjednostki oznaczone są najczęściej literami greckiego alfabetu (np. αあるふぁ, βべーた, γがんま, δでるた).

Nazwa hemoglobiny	Pary podjednostek
HbA	αあるふぁ₂βべーた₂
HbF	αあるふぁ₂γがんま₂
HbA₂	αあるふぁ₂δでるた₂
HbS	αあるふぁ₂S₂

Podjednostki nie są związane kowalencyjnie. Każda podjednostka zawiera jako grupę prostetyczną (niebiałkową) cząsteczkę hemu. Cząsteczka hemu zawiera położony centralnie kation żelaza (Fe²⁺) umożliwiający jej wiązanie cząsteczek tlenu (O₂). Jedna cząsteczka hemoglobiny może przyłączyć od jednej do czterech cząsteczek tlenu, co powoduje, że hemoglobina może występować albo w stanie „odtlenowanym” (deoxyHb) lub w różnym stopniu „utlenowania” (oxyHb). Hem nadaje białku (i krwi) czerwony kolor.

Przykładowa hemoglobina zbudowana z 574 reszt aminokwasowych ma masę cząsteczkową ok. 66,5 kDa, a jej wzór sumaryczny to C₃₀₃₂H₄₈₁₆O₈₇₂N₇₈₀S₈Fe₄^[2].

Konformacja łańcuchów αあるふぁ i βべーた ludzkiej hemoglobiny wykazuje podobieństwa do cząsteczki mioglobiny.

Podział hemoglobin

Hemoglobiny „prawidłowe”

HbA (HbA₁) (2α2βべーた) – prawidłowa hemoglobina dorosłych
HbA₂ (2α2δでるた) – prawidłowa hemoglobina dorosłych; stanowi około 1,5–3% hemoglobiny
HbF (2α2γがんま) – hemoglobina płodowa; ma większe powinowactwo do tlenu niż HbA, dzięki czemu jest w stanie pobrać tlen z krwi matki przez łożysko i uwolnić go w tkankach płodu. W życiu pozamacicznym jest zastępowana, gdyż słabiej uwalnia tlen w tkankach przy wyższym ciśnieniu parcjalnym tlenu. U dorosłych do 2%
hemoglobiny embrionalne – mają podobne właściwości jak HbF:
- Hemoglobina Gower 1 (ξくしー2ε2)
- Hemoglobina Gower 2 (αあるふぁ2ε2)
- Hemoglobina Portland (ξくしー2γ2)
HbA_1c – HbA z przyłączoną nieenzymatycznie, trwale cząsteczką glukozy do N-końcowych aminokwasów łańcuchów globiny. Duże stężenie świadczy o proporcjonalnie podwyższonej glikemii, co może pozwolić na określenie średniego poziomu glukozy w surowicy przez okres 2-3 miesięcy, a to ma znaczenie np. w ocenie skuteczności leczenia cukrzycy. Norma stanowi 4–6% ogólnej ilości hemoglobiny. Produkty przejściowe pomiędzy HbA₁ a HbA_1c stanowią formy HbA_1a oraz HbA_1b będące zasadami Schiffa, w których glukoza jest przyłączona odwracalnie. Ogólna liczba wszystkich form glikowanej hemoglobiny powinna mieścić się w zakresie 6–8% ogólnej ilości hemoglobiny.

Hemoglobiny nieprawidłowe

HbS – jest efektem mutacji punktowej, w efekcie której następuje podmiana hydrofilowej reszty kwasu glutaminowego w pozycji A2 (6βべーた) na hydrofobową resztę waliny, co powoduje powstanie lepkich miejsc i tworzenia agregatów nieutlenowanej HbS, które zniekształcają erytrocyty prowadząc do niedokrwistości sierpowatokrwinkowej.
HbM – mutacja powodująca zamianę reszty histydyny w pozycji F8 na resztę tyrozyny, która stabilizuje żelazo w hemie w formie Fe³⁺ zamiast Fe²⁺. Hemoglobina zawierająca Fe³⁺ (methemoglobina, metHb) nie wiąże się z tlenem.
Hemoglobina typu Chesapeake – zamiana Arg na Leu w pozycji FG4 (92 w łańcuchu αあるふぁ).
Hemoglobina typu Bristol – zmiana Val na Asp w pozycji 67 łańcucha βべーた. Zmiana nie powoduje zaburzenia funkcji.
Hemoglobina typu Sydney – zmiana Val na Ala w pozycji 67 łańcucha βべーた. Zmiana nie powoduje zaburzenia funkcji.
Hemoglobina typu Hikari – zmiana Lys na Asn w pozycji 61 łańcucha βべーた. Zmiana nie powoduje zaburzenia funkcji.
Hemoglobina typu Milwaukee – zmiana Val na Glu w pozycji 67 łańcucha βべーた. Zmiana nie powoduje zaburzenia funkcji.
Hemoglobina typu Lepore – (2α2Lepore) – hemoglobina w jednym z typów βべーた-talasemii, wynik delecji genów kodujących łańcuchy βべーた i δでるた. Ich resztki tworzą gen kodujący łańcuch Lepore.

Uwaga: litery greckie w nawiasach oznaczają jakie łańcuchy globiny wchodzą w skład cząsteczki.

Wiązanie tlenu

Hemoglobina zawiera 4 grupy hemowe, dzięki czemu może związać i transportować 4 cząsteczki tlenu. O ile w wolnym hemie w obecności tlenu następuje szybkie utlenienie atomu żelaza(II) do żelaza(III), to w hemie związanym z globiną utlenienie takie nie następuje. Wynika to z otoczenia atomu żelaza przez niepolarne łańcuchy boczne reszt aminokwasowych globiny (podobny efekt występuje w mioglobinie). Ma to kluczowe znaczenie dla funkcjonowania hemoglobiny, gdyż jedynie forma zawierająca żelazo(II) jest zdolna do wiązania tlenu. Wiązanie to ma charakter koordynacyjny, a przyłączenie tlenu jest odwracalne. W hemoglobinie atom żelaza skoordynowany jest z czterema atomami azotu pierścienia porfirynowego oraz jednym białkowym atomem azotu reszty histydyny. Cząsteczka tlenu zajmuje szóstą pozycję koordynacyjną. Hemoglobina związana z tlenem nosi nazwę hemoglobiny utlenowanej lub oksyhemoglobiny, natomiast pozbawiona tlenu – deoksyhemoglobiny^[3]^[4].

Przyłączenie cząsteczki tlenu do jednej z czterech cząstek hemu hemoglobiny powoduje zmianę struktury drugo-, trzecio- i czwartorzędowej całego tetrameru. Przyczyną jest wsunięcie atomu żelaza (położonego w przypadku nieutlenowanej hemoglobiny w odległości około 0,06 nm od płaszczyzny hemu) w płaszczyznę pierścienia hemu po połączeniu z tlenem.

Wsunięcie atomu żelaza pociąga związaną z nim tzw. histydynę proksymalną leżącą w pozycji F8, co powoduje przemieszczenie sąsiednich aminokwasów globiny. Doprowadza to w rezultacie do pęknięcia wiązań poprzecznych pomiędzy końcami karboksylowymi wszystkich czterech cząstek globiny. W efekcie dochodzi do rotacji pary αあるふぁ₁/βべーた₁ względem pary αあるふぁ₂/βべーた₂ o 15°.

Przyłączenie cząsteczki tlenu do hemoglobiny ułatwia przyłączanie następnych cząsteczek (tzw. wiązanie kooperacyjne), zaś odczepienie każdej cząsteczki tlenu ułatwia uwalnianie kolejnych cząsteczek O₂. Wiązanie kooperacyjne sprzyja maksymalizacji wysycania tlenem hemoglobiny w płucach (przy danym ciśnieniu parcjalnym tlenu – P_O₂) oraz oddawania przez nią tlenu w tkankach.

Wiązanie dwutlenku węgla

Hemoglobina transportuje około 15% z ogólnej ilości CO₂ przenoszonego przez krew. W momencie gdy z cząsteczki hemoglobiny zostaje uwolniony tlen, dwutlenek węgla wchodzi w reakcję z grupą αあるふぁ-aminową globiny, tworząc karbaminian, jednocześnie w wyniku tej reakcji powstają wolne protony równoważące protony zużywane w płucach przez efekt Bohra (dwa mole protonów na każdy mol CO₂). W wyniku powstania karbaminianu zmienia się ładunek grup na końcach łańcuchów globiny, co umożliwia tworzenie wiązań poprzecznych i przejście do stanu T.

W płucach natomiast, w momencie gdy dochodzi do przejścia ze stanu T do stanu R, w wyniku rozerwania wiązań poprzecznych uwolnione zostają protony z atomów azotu pierścieni imidazolowych histydyny znajdującej się w pozycji HC3 (His 146) na łańcuchach βべーた. Łączą się one z wodorowęglanami, co prowadzi do powstania kwasu węglowego, rozkładanego następnie przez anhydrazę węglanową zawartą w erytrocytach na wodę i dwutlenek węgla usuwany z krążenia.

W tkankach występuje niższe pH niż w płucach, w związku z czym protony wiążą się z histydyną HC3, sprzyjając przejściu hemoglobiny ze stanu R do stanu T.

Rola bisfosfoglicerynianu

W warunkach niedotlenienia w organizmie zwiększa się synteza 2,3-bisfosfoglicerynianu (BPG). Substancja ta, powstająca z 1,3-bisfosfoglicerynianu będącego produktem pośrednim glikolizy, ma właściwość wiązania się z tetramerem hemoglobiny znajdującym się w stanie T i stabilizowania go.

W stanie T konformacja łańcuchów hemoglobiny umożliwia wniknięcie między nie jednej cząsteczki BPG, która następnie wytwarza po trzy (w sumie sześć) wiązania poprzeczne z każdym z łańcuchów βべーた, a dokładniej z posiadającymi dodatni ładunek resztami waliny w pozycji NA1, lizyny EF6 oraz histydyny H21. Te dodatkowe wiązania utrudniają przejście ze stanu T o niższym powinowactwie do tlenu do stanu R, w którym hemoglobina jest mniej skłonna do uwalniania tlenu.

Ciekawym przystosowaniem ewolucyjnym jest zamiana histydyny H21 na serynę w łańcuchu γがんま, który zastępuje łańcuch βべーた w hemoglobinie płodowej HbF. Dzięki temu BPG ma mniejszy wpływ na hemoglobinę płodową, a co za tym idzie przy niższym stężeniu tlenu HbF ma do niego większe powinowactwo niż HbA. Efekt ten umożliwia wymianę gazową między krwią płodu a krwią matki zachodzącą w łożysku.

Normy

Normy ilości hemoglobiny we krwi dorosłego człowieka wynoszą około 11,0–17,5 g/dl, jednak ze względu na różne metody pomiarowe każde laboratorium analityczne ustala własne normy (zwykle podyktowane przez producenta analizatora). Ponadto fizjologicznie stężenie hemoglobiny u mężczyzn jest wyższe niż kobiet.

Stężenie hemoglobiny we krwi jest podstawowym kryterium przy diagnozowaniu niedokrwistości. Zmniejszone stężenie występuje również w stanach przewodnienia i w ciąży, a zwiększone świadczy o czerwienicy^[5].

Pochodne hemoglobiny

Zobacz też

Przypisy

↑ hem, [w:] Encyklopedia PWN [online], Wydawnictwo Naukowe PWN [dostęp 2019-10-20] .
↑ Eldra Pearl Solomon, Linda R. Berg, Diana W. Martin, Claude A. Villee: Biologia. Wyd. 1. Warszawa: Multico Oficyna Wydawnicza, 1996, s. 68. ISBN 83-7073-090-6. OCLC 37964610.
↑ Białka: mioglobina i hemoglobína, [w:] Robert KincaidR.K. Murray Robert KincaidR.K., Daryl K.D.K. Granner Daryl K.D.K., Victor W.V.W. Rodwell Victor W.V.W., Biochemia Harpera ilustrowana, wyd. 6, Warszawa: Wydawnictwo Lekarskie PZWL, 2008, s. 53–58, ISBN 978-83-200-3573-5 .
↑ LubertL. Stryer LubertL., Biochemia, wyd. 2, Warszawa: PWN, 2003, s. 66–69, ISBN 83-01-13978-1 .
↑ J.J. Kabata J.J., B.B. Ochrem B.B., A.A. Hellmann A.A., Badania laboratoryjne i morfologiczne, [w:] PiotrP. Gajewski (red.), Interna Szczeklika, Kraków: Medycyna Praktyczna, Polski Instytut Evidence Based Medicine, 2020, ISBN 978-83-7430-627-0 .

Przeczytaj ostrzeżenie dotyczące informacji medycznych i pokrewnych zamieszczonych w Wikipedii.

[1] hem, [w:] Encyklopedia PWN [online], Wydawnictwo Naukowe PWN [dostęp 2019-10-20] .

[2] Eldra Pearl Solomon, Linda R. Berg, Diana W. Martin, Claude A. Villee: Biologia. Wyd. 1. Warszawa: Multico Oficyna Wydawnicza, 1996, s. 68. ISBN 83-7073-090-6. OCLC 37964610.

[Harper-3] Białka: mioglobina i hemoglobína, [w:] Robert KincaidR.K. Murray Robert KincaidR.K., Daryl K.D.K. Granner Daryl K.D.K., Victor W.V.W. Rodwell Victor W.V.W., Biochemia Harpera ilustrowana, wyd. 6, Warszawa: Wydawnictwo Lekarskie PZWL, 2008, s. 53–58, ISBN 978-83-200-3573-5 .

[Stryer-4] LubertL. Stryer LubertL., Biochemia, wyd. 2, Warszawa: PWN, 2003, s. 66–69, ISBN 83-01-13978-1 .

[Interna_Szczeklika-5] J.J. Kabata J.J., B.B. Ochrem B.B., A.A. Hellmann A.A., Badania laboratoryjne i morfologiczne, [w:] PiotrP. Gajewski (red.), Interna Szczeklika, Kraków: Medycyna Praktyczna, Polski Instytut Evidence Based Medicine, 2020, ISBN 978-83-7430-627-0 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]