Hemoglobin , yaygın olarak sembolize Hb , bazen Hgb a, solunum pigmenti (molekül ailesinin metalloprotein burada içeren, demir esas olarak mevcut olan) , kan ve omurgalı kendi içinde, kırmızı kan hücreleri ve dokularının bazı omurgasızlarda . İşlevi oksijen O 2 taşımaktırgelen solunum sistemi ( akciğer , solungaçlar geri kalanına) gövde . Hemoglobin miktarı, kan sayımı sırasında ölçülen bir parametredir .
Hemoglobin , metabolizma yoluyla yaşam için gerekli olan biyolojik süreçler için enerji sağlayan aerobik hücresel solunum için dokulara oksijen salgılar .
Olarak insan , hemoglobin olan bir protein hetero - tetramerik oluşan peptid zincirlerinin iki iki özdeştir. Hemoglobin A (HbA), iki α zinciri ve iki zincirinden oluşan yetişkinlerde hemoglobin moleküllerinin yaklaşık% 95'ini temsil eder; bir hemoglobin orada da 2 (HbA 2 α formül) 2 δ 2ve a 2 γ 2 formülüne sahip bir hemoglobin F (HbF, fetal). Dört kanalın her biri bir ile ilişkili olan prostetik grup olarak adlandırılan hema ve aşağıdakilerden oluşan bir katyon ve demir kompleks bir ile porfirin . Hemoglobin bu nedenle bir hemoproteindir .
Olarak , memelilerde , hemoglobin, kırmızı kan hücrelerinin kuru kütlesinin yaklaşık% 96, ve su da dahil olmak üzere toplam içeriğinin yaklaşık 35% oluşturmaktadır. Her hemoglobin molekülü, dört oksijen molekülüne kadar O 2 bağlayabilirve kandaki hemoglobin 1.34 mL O 2 taşıyabilirProtein gramı başına, O 2 miktarından 70 kat daha fazla oksijen taşımasına izin verir.kanda çözüldü . Hemoglobin ayrıca oksijen dışındaki gazların taşınmasında rol oynar. Özellikle karbondioksit CO 2'nin bir kısmının taşınmasını sağlar.hücresel solunum yoluyla üretilir ve ayrıca belirli fizyolojik süreçlerin hücresel sinyallemesinde önemli bir rol oynayan ve apoproteinin bir tiyol grubu üzerinde taşındıktan sonra oksijenle birlikte salınan nitrik oksit NO'yu da taşır .
hemoglobinin çoğu, kemik iliği tarafından üretilen kırmızı kan hücrelerinde bulunur. Bununla birlikte, hemoglobinin tamamı kırmızı kan hücrelerinde yoğunlaşmaz. Bu nedenle A9 grubunun dopaminerjik nöronlarda, örneğin, bulunan substantia nigra olarak, makrofajlar içinde, alveoler hücreler içinde ve böbrekler de, ile mesangium hücrelerinin . Bu dokularda hemoglobin bir antioksidan rol oynar ve demir metabolizmasının düzenleyicisidir .
Hemoglobin ve çeşitli ilgili moleküller de çok sayıda omurgasız, mantar ve bitkilerde mevcuttur . Bu organizmalarda, hemoglobinin işlevi oksijen O 2'yi taşımaktır., ancak aynı zamanda karbondioksit CO 2 gibi diğer kimyasal türlerin taşıyıcısı ve düzenleyicisi olarak da hareket edebilir, nitrojen monoksit NO, hidrojen sülfür HS ve sülfür anyonu S 2– . Legemoglobin adı verilen bir hemoglobin çeşidi, oksijeni, onları inaktive etmeden önce , fabaceae'deki Rhizobium nodülleri gibi anaerobik sistemlerden uzaklaştırır .
Hemoglobin bir sahiptir kuaterner yapı birçok karakteristik proteinleri ile küresel alt birimler . Bunu çoğu kalıntılarının arasında amino asitler katılan α sarmalları sarmal olmayan bölümleri ile birleştirilmektedir. Helisel bölümler , proteine, miyoglobin gibi bir hem protez grubuna sahip diğer globinlerde de bulunduğu gibi globin katlanması adı verilen karakteristik üç boyutlu yapısını veren hidrojen bağları ile stabilize edilir . Bu karakteristik katlanma, proteinin protez grubunu oluşturan bir heme molekülünün sıkıca yerleştirildiği bir boşluğa sahiptir . Hemoglobin bu nedenle alt birim başına bir heme molekülü içerir.
Bir hemoglobin molekülünün jenerik temsili, her biri alt birimler içindeki boşluklara yerleştirilmiş bir heme molekülüne sahip, çiftler halinde özdeş dört alt birimi gösterir.
Omurgalıların çoğunda hemoglobin molekülü, kabaca dört yüzlü bir düzende dört küresel alt birimden oluşan bir birleşimdir . Bu alt birimler, hidrojen bağları, iyonik bağlar ve hidrofobik etki ile bir arada tutulur . Yetişkin insanlarda en yaygın hemoglobin türü, her biri sırasıyla 141 ve 146 amino asit kalıntısından oluşan iki a alt birimi ve iki β alt biriminden oluşan hemoglobin A'dır. Bu yapı, α 2 β 2 ile sembolize edilir.. Bu alt birimler yapısal olarak çok benzerdir ve yaklaşık olarak aynı boyuttadır. Her biri, tam uzunluktaki protein için yaklaşık 16 kDa veya 64 kDa ( 64 458 g - mol- 1 ) moleküler ağırlığa sahiptir . Çocuklarda, ana hemoglobine hemoglobin F (fetal) denir ve α 2 γ 2 formülüne sahiptir. γ zincirleri büyüme sırasında yavaş yavaş β zincirleriyle değiştirilir.
Heme bir oluşmaktadır katyon arasında demir ( II ) koordine dört atomlu bir azot a porfirin , bir Tetrapirol molekülü düzlemseldir. Bu Fe2 + katyonu , aynı zamanda , heme'nin eklendiği globinin histidin F8 kalıntısına da kovalent olarak bağlıdır ; proksimal histidin adı verilen bu kalıntı, hem düzleminin altında yer alır. Fe 2+ ayrıca bir oksijen molekülü O 2'ye koordine edici bir kovalent bağ yoluyla tersine çevrilebilir şekilde bağlanabilir.hem düzleminin üzerinde, proksimal histidinin karşısında, oksihemoglobindeki demir ( II ) katyonunun altı ligand oktahedral koordinasyon geometrisini tamamlar ; oksijen yokluğunda, deoksihemoglobinde, bu altıncı bölge çok zayıf bir şekilde bağlanmış bir su molekülü tarafından işgal edilir .
Deoksihemoglobindeki ferröz demir yüksek bir spin durumundadır , yani beş d orbitali esas olarak tek elektronlar tarafından işgal edilmiştir, dolayısıyla 92 pm düzeyinde bir iyonik yarıçap , oksihemoglobinde ise ferröz demir düşük spin durumu , yani d orbitalleri, en düşük üç enerji orbitaliyle sınırlı olan altı çift elektron tarafından işgal edilir, bu nedenle sadece 75 pm'lik bir iyonik yarıçap . Bu nedenle Fe2 + iyonu , deoksihemoglobindeki heme düzleminden yaklaşık 40 um , oksihemoglobinde ise sadece 10 um kaydırılır . Bu varyasyon, hemoglobinin gergin formu ile gevşemiş formu arasındaki geçişin temelindedir.
(tr) Bir oksijen molekülü O 2'nin bağlanmasının şematik diyagramıheme üzerinde, burada kalın bir çizgi ile sembolize edilmiştir. Süperoksit iyonu O 2• - elde edilen bir tarafı bağlı katyon arasında demir ( III bir yan) koordinat kovalent bağ ve diğer tarafı histidin uzak. Deoksihemoglobinin Fe ( II ) katyonu yüksek spin durumundadır ve heme düzleminden proksimal histidine doğru kaymıştır, ancak bu düzlemde oksijene bağlanarak düşük spin durumuna geçerek geri getirilir , heme proksimalindeki histidini kaydırır ve proteinin geri kalanının gergin (T) formdan gevşetilmiş (R) forma geçişini teşvik eder.
Demir katyonu +2 veya +3 oksidasyon durumunda olabilir : ikinci durumda, oksijene hemoglobinden daha az tersine çevrilebilir ve daha düşük afinite ile bağlanan methemoglobin ile uğraşıyoruz . Nitekim, demirli heme bağlandığında oksijen molekülü O 2süperoksit iyonu O 2'ye indirgenme eğilimindedir• - Fe 2+ katyonu , oksijen salımı sırasında tersine çevrilen bir mekanizma olan Fe 3 + ' e oksitlenme eğilimi gösterirken ; tersine, oksijenin ferrik heme'ye bağlanması esasen geri döndürülemezdir ve R-form proteini bloke etme eğilimindedir, bu da oksijenin salınmasını önler ve oksijen taşıyıcı işlevselliğini engeller. Sitokrom b 5 redüktaz ya da methemoglobin redüktaz olan enzim katyon Fe indirgenmesi ile methemoglobin işlevsel hemoglobinde azaltılmasını sağlamaktadır 3+ Fe için 2+ kan özelliklerini muhafaza buna bir esas enzim olan yapım.
Oksijenli hemoglobin (deoksihemoglobin), sözde T veya gergin konformasyona sahipken, oksijenli hemoglobin (oksihemoglobin) R adı verilen veya gevşemiş konformasyona sahiptir . T formu, oksijene karşı düşük bir afiniteye sahiptir ve bu nedenle onu serbest bırakma eğilimindeyken, R formu oksijen için yüksek bir afiniteye sahiptir ve onu bağlama eğilimindedir. Birkaç faktör bu konformasyonlardan birini veya diğerini desteklemektedir. Bu nedenle, T formu tarafından tercih edilmektedir , düşük pH ( asidik ), yüksek bir konsantrasyonda CO 2ve yüksek düzeyde 2,3-bifosfogliserat (2,3-BPG), kan dokularda dolaşırken oksijen salınımını desteklerken , R-formu yüksek bir pH, düşük bir kısmi basınç tarafından tercih edilir. CO 2 sayısıve kan pulmoner alveoller seviyesinde dolaşırken oksijen alımını teşvik eden düşük bir 2,3-BPG seviyesi .
T (deoksi) ve R (oksi) formları arasındaki hemoglobin değişiminin şematik gösterimi. Hem ve proksimal histidinin hareketleri, a 1 ve β 2 alt birimlerinde açıkça görülebilir .
O 2 doygunluk oranıO 2'nin kısmi basıncının bir fonksiyonu olarak hemoglobin ; da adlandırılan Barcroft eğrisi , bunun sigmoid dolayı hemoglobine oksijen bağlanmasını birlikte ortak etkisi.
Hemoglobinin T-formu ve R-formu arasındaki geçiş , kooperatif olarak adlandırılan bir mekanizmadır , yani allosteriktir , çünkü bir oksijen molekülünün T-formuna bağlanması, kısmen bitişik alt birimlere yayılan bir konformasyonel değişikliğe neden olur. , diğer oksijen molekülleri hemoglobine bağlandıkça oksijene olan afinitesi kademeli olarak artar, ta ki proteinin tamamı R konformasyonuna sahip olana kadar; tersine, bir oksijen molekülünün R-formundan salınması, tüm protein T konformasyonunu benimseyinceye kadar, hemoglobin oksijeni serbest bıraktıkça oksijene olan afinitesi kademeli olarak azalan bitişik alt birimlere kısmen yayılan bir konformasyonel değişikliğe neden olur. Oksijenin kısmi basıncının bir fonksiyonu olarak oksijenin hemoglobine bağlanma eğrisi sigmoid bir forma sahipken , allosteri yokluğunda hiperbolik olacaktır .
Oksijen O 2'de hemoglobinin doygunluk oranını çizmek gelenekseldir.temsil y ekseninde bir fonksiyonu olarak kısmi basıncı bir oksijen O 2apsis üzerinde verilmiştir . Bu temsilde, eğri sigmoiddir ve hemoglobinin oksijen için afinitesi arttığında sola ve azaldığında sağa kayma eğilimindedir. Hemoglobinin oksijenle% 50 doymuş olduğu kısmi oksijen basıncına p 50 denir : değeri ne kadar düşükse, hemoglobinin oksijen için afinitesi o kadar yüksek olur. Bir rehber olarak, s sağlıklı yetişkin hemoglobin 50, tipik olarak 3.5 kPa , genellikle yazılı 26.6 mmHg bu ise, miyoglobin , tipik olarak 130 Pa .
Birkaç faktör p 50'yi artırır ve bu nedenle bu eğriyi sağa kaydırır:
Bu etkiler tersine çevrilebilir ve bu faktörlerin değişim yönünün tersine çevrilmesi eğrinin sola kaymasına neden olur.
Oksijen dışında O 2Bir çok uygun hemoglobine olan bağlandığı - adı ortak bir mekanizma , bu protein, diğer nakil ligandları bunlardan bazıları, rekabet edici inhibitörleri gibi, karbon monoksit CO ve diğerleri allosterik ligandlar gibi karbondioksit CO 2ve nitrojen monoksit NO. CO 2karbonaminohemoglobin oluşturmak için apoprotein içindeki amin gruplarına geri dönüşümlü olarak bağlanır , bu da CO 2 taşınmasının yaklaşık% 10'unu sağladığı düşünülmektedir.olarak , memelilerde , geri kalan biçiminde esas olarak taşınmaları HCO 3 bikarbonat iyonlarının- . Nitrik oksit , bir S- nitrosotiyol oluşturmak için apoproteinin tiyol gruplarına tersine çevrilebilir şekilde bağlanır . Nitrik oksit taşınması , kısmi oksijen basıncının düşük olduğu dokularda bir vazodilatör görevi görerek dolaylı olarak hemoglobin tarafından oksijen taşınmasına aracılık edebilir .
Oksijenle rekabet ederek inhibitörlerOksijenin hemoglobine bağlanması, örneğin sigara dumanı , egzozlar veya bir kazan tarafından eksik yanma gibi karbon monoksit CO tarafından etkin bir şekilde bloke edilir . Karbon monoksit, ikincisinin heme üzerindeki bağlanma bölgesinde oksijen ile rekabet eder. Afinite karbon monoksit için hemoglobin oksijen hemoglobin, karbon monoksit çok küçük miktarları önemli ölçüde sırasında hemoglobin oksijenasyonu azaltmak için yeterli olduğunu 230 kez yaklaşık hematosis nedenle vücut oksijen kan kabiliyeti ve. Hipoksi , böylece hava içinde% 0.16 CO sürekli maruz kalma sonucu neden baş dönmesi , mide bulantısı , baş ağrısı ve taşikardi 20 dakika içinde, ve iki saat içinde ölüme yol açar; Havadaki% 1,28 CO, sadece iki ila üç nefesten sonra bilinç kaybına ve üç dakikadan kısa sürede ölüme neden olur . Hemoglobin, karbon monoksit ile birleştiğinde karboksihemoglobin adı verilen bir proteindir ve çok parlak kırmızı rengi, karbon monoksit zehirlenmesinden ölen kurbanların cildini pembeye boyar, aksi takdirde cildi soluk veya mavileşir.
Benzer şekilde, hemoglobin, oksijen bağlanma bölgesinde, hidrojen H 2 S sülfidinde olduğu gibi siyanür iyonu CN - , sülfür monoksit SO ve sülfür iyonu S 2– için rekabetçi bir afinite sergiler.. Bunlar, oksidasyon durumunu değiştirmeden heme'nin demir katyonuna bağlanır, ancak yine de oksijenin heme bağlanmasını, dolayısıyla yüksek toksisitelerini engellerler.
Allosterik hemoglobin ligandlarıKarbon dioksit CO 2vücuttan atılmasını kolaylaştıran deoksihemoglobine daha kolay bağlanır. Buna Haldane etkisi denir .
Ek olarak, CO 2içerisinde çözündürüldü kan dönüştürülür bikarbonat anyon HCO 3- ile karbonik anhidraz , reaksiyona bağlı olarak:
CO 2+ H 2 O→ H 2 CO 3→ HCO 3- + H + .Bunu takiben CO 2 bakımından zengin kanayrıca daha asidiktir , yani karbonik asidin etkisiyle pH'ı düşürülür . Bağlanması , H + , proton ve CO 2 moleküllerihemoglobin , T formunu ve dolayısıyla oksijen salınımını destekleyen konformasyonel bir değişikliğe neden olur . Protonlar, hemoglobindeki farklı bölgelere bağlanırken, karbondioksit, karbaminohemoglobin oluşturmak için a- amino gruplarına bağlanır . CO varlığında oksijen hemoglobin için afinite azalma 2ve asidik pH, Bohr etkisi olarak adlandırılır .
Yüksek rakımlara alışmış kişilerde kanda 2,3-bifosfogliserat (2,3-BPG) artmıştır . İkincisi, T-formunu stabilize ederek hemoglobinin oksijene afinitesini azaltma etkisine sahip heteroallosterik bir efektördür : deniz seviyesinden daha düşük bir kısmi oksijen basıncı altında, Hemoglobinin oksijen afinitesinde bir düşüş, hemoglobin ile oksijen taşınmasının genel etkinliği. Daha genel olarak, örneğin hipoksemi , kronik solunum hastalığı, anemi ve hatta kalp yetmezliği durumunda periferal dokularda kısmi oksijen basıncı düştüğünde 2,3-BPG seviyesinde bir artış gözlenir . Tersine , septik şok ve hipofosfatemi (in) durumunda 2,3-BPG oranı azalır .
Hemoglobinin biyosentezi, karmaşık bir dizi adım içerir. Heme başlayacak reaksiyonların bir dizi olduğu mitokondri ve sürdürülüyor sitozolün ait eritrositler ise, olgunlaşmamış apoproteinini üretildiği ribozomlar sitozol. Hemoglobin üretimi , kemik iliğinde proeritroblast aşamasından retikülosit aşamasına kadar eritropoezin erken aşamalarında gerçekleşir . Burası, memeli eritrositlerinin çekirdeğini kaybettiği, çekirdek ise kuşlarda ve diğer birçok türde eritrositlerde kaldığı yerdir . Biyosentez orada kaldığı için apoprotein ancak çekirdek kaybı sonra devam haberci RNA olabilir hücrede, tercüme eritrosit aktivasyonu kadar sitoplazmada ribozomlar tarafından aparatın. Kardiyovasküler .
Gelen omurgalılar , dolayı hayatlarının sonuna gelmiş eritrositler yaşlanma veya bozulma çıkarılır kan ile fagositozu ile makrofajlar içinde dalak ve karaciğer . Durumunda hemoliz olarak kan dolaşımına , hemoglobin bağlar haptoglobin ise, serbest heme ile bağlı olan hemopeksin oksidatif etkisini sınırlar. Bozuk kırmızı kan hücrelerinden büyük miktarlarda serbest eksik bozulmuş veya hemoglobin yapışmasına muhtemeldir kan damarları gibi, kılcal ve böbrekler neden olabilir, böbrek hastalığı . Serbest hemoglobin ile kandan elimine edilir CD163 protein özel olan, ifade içinde monositler ve makrofajlar üzerinde. Hemoglobin bu hücrelerde parçalanır ve hem demir geri dönüştürülürken, bozulmuş heme molekülü başına bir karbon monoksit molekülü salınır: heme'nin parçalanması birkaç doğal süreçten biridir.İnsan vücudunda karbon monoksit üreten ve bundan sorumludur. En saf havayı bile soluyan insanların kanında CO varlığı. Bu işlem biliverdin'i , ardından sarı renkte olan bilirubini oluşturur . Çözünmez, makrofajlar tarafından kan plazmasına salınır ve burada serum albüminine bağlanarak onu hepatositlere taşır . İkincisi, glukuronik asit ile konjugasyon yoluyla çözündürür ve safra ile bağırsaklarda salgılar . Bağırsak metabolize için bilirübin urobilinogen atılır, dışkı olarak stercobilin olarak sıra idrar . Bilirubin atılamadığında kandaki konsantrasyonu yükselir ve esas olarak idrar yoluyla atılır, bu da dışkı rengini değiştirirken koyulaşır.
Heme'nin bozunmasıyla üretilen demir , dokuların ferritinlerinde depolanır ve transferrinler gibi β-globulinler tarafından kan plazmasında taşınır .
Hemoglobin molekülleri , sekansı türe bağlı olarak değişen alt birimler tipi globinden oluşur . Aynı tür içinde hemoglobin varyantları da vardır, ancak bu varyantlardan biri genellikle diğerlerine göre daha baskındır. Olarak , insanlarda , hemoglobin baskın şekilde hemoglobin A olarak adlandırılır; Bu tarafından kodlanan HbA1C , HbA2 ve hbb genleri bulunan kromozom 16 için ilk iki ve ilgili kromozom 11 son için.
Genellikle hemoglobin arasındaki fark olduğu kabul edilmektedir miyoglobin ayrılmasından sonraki olan gnathostomes ( omurgalı için çene ile arasında) lamprey . Miyoglobin, oksijenin depolanmasına doğru yönlendirilirken, hemoglobin oksijen taşınmasında uzmanlaşmıştır. Proteinin alt birimleri , α ve β globin tipi genler tarafından kodlanır . Bu genlerin öncülleri, yaklaşık 450 ila 500 milyon yıl önce, gnathostomların ortaya çıkmasından sonra meydana gelen bir çoğaltma sırasında ortaya çıktı . Α ve β genlerinin ortaya çıkışı, bu globinlerin polimerizasyonuna ve dolayısıyla farklı alt birimlerden oluşan daha büyük bir proteinin oluşumuna yol açtı . Hemoglobinin polimerik bir protein olduğu gerçeği, özellikle oksijenin hemoglobine bağlanmasının işbirlikçi doğasının altında yatan allosterik mekanizmanın temelidir . Α geni daha sonra açar, oluşumu için ikinci bir tekrarını uğramıştır HbA1C ve HbA2 genleri . Bu çoklu tekrarlar ve ıraksamalar, α ve b globinlerle ilgili bir dizi gen yarattı ve bunların düzenlenmesi , gelişimin farklı aşamalarında ifade edilmesine yol açtı .
İnsan hemoglobinin α, β ve δ zincir dizilerinin hizalanması (kaynak UniProt ).
Mutasyonlar hemoglobin için genlerin hemoglobin varyantları yol açabilir. Bu varyantların çoğu işlevseldir ve sağlık üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Hemoglobin bazı mutasyonlar, diğer taraftan, neden olabilir genetik hastalıklar olarak adlandırılan hemoglobinopatilerden . Bu durumlardan en iyi bilineni , mekanizması moleküler düzeyde aydınlatılan ilk insan hastalığı olan orak hücre anemisidir . Talasemi hemoglobin bileşeni globin gen regülasyonu bir değişikliğini kapsayan hemoglobinopati başka gruptur. Tüm bu hastalıklar kansızlığa neden olur .
Hemoglobinin amino asit dizisini değiştirmek uyarlanabilir olabilir. Düşüşüne hemoglobinin Adaptasyonu göstermektedir azaltılabildi kısmi basıncı ve oksijen yüksek irtifada görülmektedir. Ardından hemoglobin olarak örneğin gözlenmiştir için oksijen. Hemoglobin afinite içinde dahil bulunan amino asitleri dizisi bir değişiklik ile ortaya çıkartılabilmektedir daha düşük bir basınçta, oksijen bağlamak mümkün olmalıdır hummingbirds arasında Andes cordillera : bu şekilde, cins ve türlerinde Oreotrochilus bölgesi Castelneau sinek , inca violifera hatta dev sinek , bu mutasyonlar için hemoglobin eğilimi azaltabileceğini fitik asit , bu kuşlarda aynı rol oynar, 2,3- bisphospoglycerate insanlarda; afinitedeki bu azalma, ikincisinin kısmi basıncı azaldığında oksijen taşınmasının etkinliğini artırma etkisine sahiptir.
Hemoglobinin yüksek rakımlara adaptasyonu da insanları etkiler. Böylece , genotipi , düşük kısmi basınçta oksijen için afinitesi artan bir hemoglobini kodlayan bir grup Tibetli kadın belirledik . Bu, bu aşırı koşullar altında bebek ölümlerini azaltma etkisine sahiptir ve bu hemoglobin mutasyonlarını taşıyan bireyler lehine seçici bir avantaj sunar.
Yetişkinlerde, hemoglobinin ana varyantı, a 2 β 2 formülüne sahip hemoglobin A veya HbA'dır .sağlıklı bir yetişkinin toplam hemoglobininin% 97'sinden fazlasını oluşturur. Yetişkin hemoglobin diğer varyantı olan hemoglobin 2 veya HbA 2 formülü ile, α 2 δ 2Bu, sağlıklı bir yetişkinin toplam hemoglobininin% 1.5 ila% 3.1'ini temsil eder, ancak orak hücreli hastalarda oranı artar . Bu sağlıklı yetişkin varyantlarına ek olarak, embriyolarda , fetüslerde veya bir veya daha fazla hemoglobinopati formuna sahip hastalarda bulunan bir düzine başka insan hemoglobini varyantı vardır .
İnsanlarda dört tür embriyonik hemoglobin bilinmektedir :
Embriyonik hemoglobin bazen Hbε ile sembolize edilir ve bu, hemoglobin E ile karıştırılmaması gereken, HbA'nın patolojik bir varyantı olan ve β alt birimleri üzerinde β E olarak adlandırılan zararlı bir mutasyon sunan HbE ile gösterilir (bu durumda "E", tortu, bir glutamat ile modifiye mutasyon ).
Fetal hemoglobin HbF formül α 2 γ 2, 10 ila 12 haftalık gelişimden sonra embriyonik hemoglobinin yerini alır. Yenidoğanın kanının% 95'ini oluşturur ve doğumdan sonraki altıncı aydan itibaren yavaş yavaş yetişkin hemoglobin HbA ile değiştirilir; bununla birlikte, tüm saptanabilir hemoglobin varyantlarının% 1'ini geçmediği yetişkinlerde izlerde mevcuttur. Bazı talasemi sırasında , bazen beş yaşına kadar üretilen çocuklarda kalır ve fetal hemoglobin bozukluğunun (en) ( HPFH ) kalıtsal kalıcılığı olarak adlandırılan nadir bir durum , normal sürenin ötesinde HbA yerine HbF üretimiyle sonuçlanır. Ek olarak, HbF üretimi, orak hücre anemisini tedavi etmek için terapötik bir ortamda yetişkinlerde yeniden etkinleştirilebilir .
Fetal hemoglobin fetusun annenin kanından kendisine oksijen sağlar adult hemoglobin, daha oksijen için daha yüksek bir afinite ile karakterize edilir: gerçekten, s 50 HbF yaklaşık 19 mm Hg ( 2.6 kPa ile karşılaştırıldığında), 26.8 mmHg ( 3.6 kPa ) HbA için. Oksijen için afinitedeki bu fark , hemoglobinin allosterik efektörlerinden biri için afinitedeki bir farktan kaynaklanır : 2,3-bifosfogliserat (2,3-BPG), hemoglobin ile bağlanması, bu proteinin T formunu stabilize etme etkisine sahiptir, bu, hemoglobinin oksijen için afinitesini azaltan deoksihemoglobine karşılık gelir. Fetal hemoglobin durumunda, γ-alt-birimi, bir sahiptir kalıntı bir serin HbA β a alt biriminin bir kalıntısı konumunda 143 üzere histidin Bu pozisyon bağlanma bölgesi 2,3-BPG ve a değiştirilmesi bulunmaktadır Yan zinciri, elektriksel olarak nötr bir serin tarafından pozitif elektrik yükü taşıyan histidin, 2,3-BPG'nin hemoglobin ile etkileşimini zayıflatır, çünkü 2,3-BPG, beş negatif elektrik yükü taşıyan küçük bir moleküldür .
Talasemi hemoglobin yetişkin alt-birimlerinin iki tipten birine yetersiz üretimi ile karakterize edilmektedir. Bir ayrım böylece arasında yapılır α talasemi α alt birimi yetersiz üretildiği oldukça nadirdir, ve β talasemi yetersizdir ve üretilen β alt birimleri olan en yaygın olarak kullanılan,. Birincisi , hemoglobin H adı verilen -globin tetramerlerinin oluşumuna yol açar , formül β 4, oldukça dengesiz. Α 0 homozigot genel olarak bu koşullar altında vererek fetal hemoglobin HbF derin bir alterasyona doğumdan sonra uzun süre hayatta yok Barts hemoglobin formül, γ 4.
Hemoglobindeki ana mutasyonlar şunlardır:
Bitkilerde ve hayvanlarda depolama veya taşıma için oksijene bağlanan çok çeşitli proteinler vardır . Bakteriler , protozoalar ve mantarlar olan, kendi bilinen veya tahmin edilen fonksiyonu ile, bağlama hemoglobin ilgili proteinlerin her da sahip ligandlar geri dönüşümlü gaz halinde bulunur. Oksijeni taşımaya ve tespit etmeye ek olarak, bu proteinler, leghemoglobinde olduğu gibi, anaerobik kaldığına inanılan ortamdan oksijenin çıkarılmasına da dahil olabilir .
Gibi bir çok protein oluşur yana globinlerine ve heme , genellikle genel yapısından çok farklı olsa dahi "hemoglobin" olarak adlandırılır omurgalı hemoglobin . Özellikle, miyoglobin ve hemoglobin arasındaki ayrım , en basit hayvanlarda kasların yokluğunda genellikle imkansızdır , oysa çoğu böceğin dolaşım sistemi oksijenin vücuda yayılmasına dahil değildir. Bir dizi eklembacaklılar ( örümcekler , akrep bazı kabuklular ) kullanmak anahtar deliği olan, bir bakır içeren serbest heme fakat katyonlar arasında bakır , doğrudan koordine olan artıkların arasında histidin , ancak bu protein olmadığı değil homolog hemoglobine.
Hemoglobinlerin yapısı, dikkate alınan türlere bağlı olarak çok değişkendir. Bakterilerde, protozoalarda, alglerde ve bitkilerde genellikle mono-globin iken, birçok nematod , yumuşakçalar ve kabuklular, omurgalılara göre çok daha fazla sayıda alt birim içeren çok büyük proteinlere sahiptir. Mantarlar ve annelid özellikle globinler ve diğer protein tipleri arasında her ikisini ihtiva eden kimerik hemoglobinler sahiptirler. Bu nedenle, dev tüp solucan arasında hidrotermal deliklerin en az 144 daha globin alt birimlerini içeren hemoglobin çeşitli içerir, her bir rolü, yakalama oksijen O olan bir hema grubu ile ilişkili 2ve hidrojen sülfit H 2 Sonunla simbiyoz içinde yaşayan bakteriler ve ayrıca karbondioksit CO 2 için gereklisolucanın anabolizması için gerekli . Bu yapılar, diğer türlerin hemoglobinleri gibi sülfit iyonları varlığında oksijeni taşıyabilmeleri ve bu iyonları kendileri tarafından zehirlenmeden taşıyabilmeleri bakımından dikkat çekicidir .
Oksijene bağlanabilen hemoglobin dışındaki proteinler arasında aşağıdaki moleküller tutulabilir:
Tıpta birkaç terim hemoglobine atıfta bulunur:
Pek çok protein gibi, hemoglobin zincirleri de çoğu kez klinik etkisi olmayan çeşitli mutasyonlar sunar. 500'den fazla anormal hemoglobin tanımlanmıştır. Bazı mutasyonlar (Hb Köln, Indianapolis, vb.) Heinz gövdesindeki çökeltici tetramerin kararsızlığına veya methemoglobinemiye (hemoglobin M) neden olur.
Bazen bu mutasyon, oksijene anormal bir afiniteye, yani Hb Hope gibi, yüksek P50'ye afinitede bir azalmaya neden olur ve istirahatte iyi tolere edilen anemi ve siyanoz verir, efor ve irtifa kötü bir şekilde desteklenir. Veya, Hb gibi. Chesapeake, Malmö veya Olympia, azalmış bir P50 ile afinitede bir artış ve belirli bir yaştan itibaren klinik belirtilere yol açan telafi edici bir polisitemi.
Diğerleri kronik hemolizden, HbS'den (glutaminin valine mutasyonundan Hb'nin polimerizasyonuna neden olacak şekilde), HbC'den sorumlu olabilir veya heterozigot durumda başka bir hemoglobinopati, HbO Arab, HbD Punjab veya Hb Lepore veya β-talasemi, HbE.
Son olarak, genetik hasar, proteinin birincil yapısıyla değil, sentezindeki niceliksel bir kusurla veya fetal hemoglobin HbF'nin anormal derecede yüksek kalıcılığıyla ilgili olabilir.
Sentez hataları veya moleküler anormallik şu isimler altında tanımlanmıştır:
Hemoglobin ilk çalışmalar götürüldü XIX inci yüzyılda içinde Almanya . 1840'da Hünefeld tarafından keşfedilen hemoglobin, 1851'de Otto Funke (en) tarafından kristalize edildi ve 1866'da bu protein üzerinde oksijenin tersine çevrilebilir fiksasyonunu gösteren Felix Hoppe- Seyler'di. Hemoglobinin tetramerik yapısı ve moleküler ağırlığı , Gilbert Smithson Adair (en) 1925'te hemoglobin çözeltilerinin ozmotik basıncını ölçerek bu proteine oksijenin allosteri ile bağlanmasının ortak etkisinin temellerini de belirledi .
Üç boyutlu yapı hemoglobin tarafından kurulmuştur Max Perutz tarafından 1959 yılında X-ışını kristalografisi onu paylaşarak yol açtı, 1962 kimyada Nobel Ödülü ile John Kendrew benzer çalışmaları yaptık, miyoglobin .
2005 yılında sanatçı Julian Voss-Andreae , proteinin omurgası üzerine modellenen Heart of Steel (Hemoglobin) heykelini yarattı . Heykel cam ve Corten çeliğinden yapılmıştır . Çalışmanın paslı görünümü kasıtlıdır ve hemoglobinde bulunan demire oksijenin bağlanmasının temel kimyasal reaksiyonunu çağrıştırır.
Montrealli sanatçı Nicolas Baier , hemoglobin molekülünün yapısını gösteren cilalı paslanmaz çelik bir heykel olan Luster (Hemoglobin) heykelini yarattı . Heykel, Montreal'deki McGill Üniversitesi Sağlık Merkezi araştırma merkezinin avlusunda bulunuyor . Heykelin boyutları yaklaşık olarak 10 metreye 10 metreye 10 metredir.
" 1962 Nobel Kimya Ödülü," küresel proteinlerin yapıları üzerindeki çalışmaları nedeniyle "Max Ferdinand Perutz ve John Cowdery Kendrew'e ortaklaşa verildi . "