Da biste mogli razumljivo govoriti o "hemoglobin (Hb), korisno je brinuti se o prvom mioglobin (Mb) koji je vrlo sličan hemoglobinu, ali je mnogo jednostavniji. Između hemoglobina i mioglobina postoje bliski srodnički odnosi: oba su konjugirani proteini i njihova protetska skupina (ne-proteinski dio) je skupina heme.
Mioglobin je globularni protein koji se sastoji od jednog lanca od oko sto pedeset aminokiselina (ovisi o organizmu), a njegova molekularna težina je oko 18 Kd.
Kao što je spomenuto, opremljen je hem skupinom koja je umetnuta u hidrofobni (ili lipofilni) dio proteina, a sastoji se od nabora koji se mogu pripisati strukturama α-spirale vlaknastih proteina.
Mioglobin se uglavnom sastoji od segmenata α-spirala, kojih ima osam i sastoji se, gotovo isključivo, od nepolarnih ostataka (leucin, valin, metionin i fenilalanin), dok polarni ostaci praktički ne postoje (asparaginska kiselina, glutaminska kiselina, lizin i arginin); jedini polarni ostaci su dva histidina, koji igraju temeljnu ulogu u vezivanju kisika za grupu hema.
Grupa hema je kromoforna skupina (apsorbira u vidljivom) i funkcionalna je skupina mioglobina.
Vidi također: glikirani hemoglobin - hemoglobin u urinu
Malo kemije
Veza između protoporfirina i željeza tipična je veza koordinacijskih spojeva koji su kemijski spojevi u kojima središnji atom (ili ion) tvori veze s drugim kemijskim vrstama u broju većem od njegova oksidacijskog broja (električni naboj). U slučaju hema, te su veze reverzibilne i slabe.
Koordinacijski broj (broj koordinacijskih veza) željeza je šest: oko željeza može biti šest molekula koje dijele vezne elektrone.
Za stvaranje koordinacijskog spoja potrebne su dvije orbitale s ispravnom orijentacijom: jedna je sposobna "nabaviti" elektrone, a druga ih može donirati.
U hemu željezo tvori četiri planarne veze s četiri atoma dušika u središtu protoporfirinskog prstena i petu vezu s proksimalnim histidinskim dušikom; željezo ima šestu slobodnu koordinacijsku vezu i može se vezati za kisik.
Kad je željezo u obliku slobodnog iona, njegov tip orbitira d svi imaju istu energiju; u mioglobinu ion željeza vezan je za protoporfirin i histidin: ove vrste magnetski ometaju orbitale d nešto željeza; opseg poremećaja bit će različit za različite orbitale d ovisno o njihovoj prostornoj orijentaciji i onoj uznemirujuće vrste. Budući da ukupna energija orbitala mora biti konstantna, poremećaj uzrokuje energetsko razdvajanje između različitih orbitala: energija koju dobivaju neke orbitale ekvivalentna je energiji koju su ostale izgubile.
Ako razdvajanje koje se dogodi između orbitala nije jako veliko, poželjan je elektronički raspored s visokim spinom: vezni elektroni pokušavaju se rasporediti u paralelne spinove na što je moguće više podrazina (maksimalna množina); ako je pak smetnja vrlo jaka i postoji veliko razdvajanje između orbitala, možda bi bilo prikladnije upariti elektrone veze u orbitalama niže energije (niski spin).
Kad se željezo veže za kisik, molekula pretpostavlja niski spin, dok kada željezo nema šestu koordinacijsku vezu, molekula ima visoki spin.
Zahvaljujući ovoj spinovskoj razlici, spektralnom analizom mioglobina možemo razumjeti je li kisik (MbO2) vezan za njega ili nije (Mb).
Mioglobin je tipičan mišićni protein (ali se ne nalazi samo u mišićima).
Mioglobin se ekstrahira iz kitovca u kojem je prisutan u velikim količinama, a zatim se pročišćava.
Kitovi imaju disanje poput ljudskog bića: imaju pluća moraju apsorbirati zrak kroz respiratorni proces; kitov spermatozoid mora unijeti što je moguće više kisika u mišiće koji su sposobni akumulirati kisik vežući ga za mioglobin prisutan u njima; kisik se tada polako oslobađa kada je kitov uronjen jer njegov metabolizam zahtijeva kisik: veća je količina kisika koji kit može apsorbirati i više je kisika dostupno tijekom ronjenja.
Mioglybin veže kisik na reverzibilan način i prisutan je u perifernim tkivima u većem postotku što je to tkivo naviknuto raditi s opskrbom kisikom koja je vremenski udaljena.
<--- Mioglobin je protein prisutan u mišićima, čija je funkcija upravo funkcija "spremnika" kisika.
Ono što meso čini manje ili više crvenim je sadržaj hemoproteina (hem čini meso crvenim).
Hemoglobin ima mnoge strukturne sličnosti s mioglobinom i sposoban je vezati molekularni kisik na reverzibilan način; ali, dok je mioglobin ograničen na mišiće i periferna tkiva općenito, hemoglobin se nalazi u eritrocitima ili crvenim krvnim zrncima (to su pseudo stanice, to jest nisu prave stanice) koje čine 40% krvi.
Suprotno mioglobinu, rad hemoglobina je da uzme kisik u plućima, otpusti ga u stanice gdje je to potrebno, uzme ugljični dioksid i otpusti ga u pluća gdje ciklus počinje ponovo.
L "hemoglobin to je tetrametar, odnosno sastoji se od četiri polipeptidna lanca svaki sa hem grupom i identična dva po dva (u ljudskom biću postoje dva alfa lanca i dva beta lanca).
Glavna funkcija hemoglobina je transport kisika; druga funkcija krvi u kojoj je hemoglobin uključen je transport tvari u tkiva.
Na putu od pluća (bogatih kisikom) do tkiva, hemoglobin prenosi kisik (u isto vrijeme druge tvari dopiru do tkiva), dok na obrnutom putu sa sobom nosi otpad koji su tkiva prikupila, osobito ugljik dioksid nastao u metabolizmu.
U razvoju ljudskog bića postoje geni koji se izražavaju samo određeno vrijeme; iz tog razloga postoje različiti hemoglobini: fetalni, embrionalni, odraslog muškarca.
Lanci koji čine ove različite hemoglobine imaju različite strukture, ali s nekim sličnostima u stvari funkcija koju obavljaju je više -manje ista.
Objašnjenje prisutnosti nekoliko različitih lanaca je sljedeće: tijekom evolucijskog procesa organizama razvio se čak i hemoglobin specijaliziran za transport kisika iz područja koja su njime bogata u područja s nedostatkom. Na početku evolucijskog lanca "hemoglobin je prenosio kisik u malim organizmima; tijekom evolucije organizmi su dosegli veće dimenzije, pa je hemoglobin modificiran kako bi mogao transportirati kisik u područja dalje od mjesta gdje je bio bogat; do za to su kodirane, tijekom evolucijskog procesa, nove strukture lanaca koje čine hemoglobin.
Mioglobin veže kisik čak i pri skromnim pritiscima; u perifernim tkivima postoji tlak (PO2) od oko 30 mmHg: mioglobin pri ovom tlaku ne oslobađa kisik, pa bi bio neučinkovit kao nosač kisika. Hemoglobin, s druge strane , ima elastičnije ponašanje: veže kisik za visoke tlakove i oslobađa ga kad se tlak smanji.
Kad je protein funkcionalno aktivan, može malo promijeniti svoj oblik; na primjer, oksigenirani mioglobin ima drugačiji oblik od neooksigeniranog mioglobina i ta mutacija ne utječe na njegove susjede.
Situacija je drugačija u slučaju pridruženih proteina kao što je hemoglobin: kada se lanac oksigenira, on se inducira da promijeni svoj oblik, ali je ta izmjena trodimenzionalna pa su i drugi lanci tetrametra pogođeni. Činjenica da su lanci povezani međusobno. sugerira da izmjena jednog utječe na druge susjede čak i u različitoj mjeri; kada lanac oksigenira, drugi lanci tetrametra zauzimaju "manje neprijateljski stav" prema kisiku: poteškoće s kojima lanac dolazi oksigenati se smanjuju kako lanci blizu njega oksigeniraju. Isto vrijedi i za deoksigenaciju.
Kvartarna struktura deoksihemoglobina naziva se T (napet) oblik, dok se struktura oksihemoglobina naziva R (oslobođeni) oblik; u napetom stanju postoji niz prilično jakih elektrostatičkih interakcija između kiselih aminokiselina i bazičnih aminokiselina koje dovode do krute strukture deoksihemoglobina (to je razlog zašto "napeti oblik"), dok je kada je kisik povezan, entitet ovih interakcije se smanjuju (otuda "oslobođeni oblik"). Nadalje, u nedostatku kisika, naboj histidina (vidi strukturu) stabilizira se suprotnim nabojem asparaginske kiseline, dok, u prisutnosti kisika, postoji tendencija da dio proteina izgubi proton; sve to uključuje da je oksigenirani hemoglobin jača kiselina od deoksigeniranog hemoglobina: borov efekt.
Ovisno o pH, grupa hema se manje -više lako veže za kisik: u kiselom okruženju hemoglobin lakše oslobađa kisik (napeti oblik je stabilan), dok je u osnovnom okruženju veza s kisikom tvrđa.
Svaki hemoglobin oslobađa 0,7 protona po molu kisika (O2) koji ulazi.
Bohrov učinak omogućuje hemoglobinu da poboljša svoju sposobnost prenošenja kisika.
Hemoglobin koji putuje od pluća do tkiva mora se uravnotežiti u funkciji pritiska, pH i temperature.
Pogledajmo utjecaj temperature.
Temperatura u plućnim alveolama je za oko 1-1,5 ° C niža od vanjske temperature, dok je u mišićima temperatura oko 36,5-37 ° C; s povećanjem temperature faktor zasićenja pada (pri istom tlaku): to se događa jer se povećava kinetička energija i daje prednost disocijaciji.
Postoje i drugi čimbenici koji mogu utjecati na sposobnost hemoglobina da se veže za kisik, a jedan od njih je koncentracija 2,3 bisfosfoglicerata.
2,3 bisfosfoglicerat je metabolizam prisutan u eritrocitima u koncentraciji od 4-5 mM (ni u jednom drugom dijelu organizma nije prisutan u tako visokoj koncentraciji).
Pri fiziološkom pH 2,3 bisfosfoglicerata se deprotonira i ima pet negativnih naboja; ukliješten je između dva beta lanca hemoglobina jer ti lanci imaju visoku koncentraciju pozitivnih naboja. Elektrostatičke interakcije između beta lanaca i 2,3 bisfosfoglicerata daju sustavu određenu krutost: dobiva se napeta struktura koja ima mali afinitet prema kisiku; tijekom oksigenacije 2,3 bisfosfoglicerat se tada izbacuje.
U eritrocitima c "je poseban aparat koji pretvara 1,3 bisfosfoglicerat (proizveden metabolizmom) u 2,3 bisfosfoglicerat tako da dosegne koncentraciju od 4-5 mM i stoga hemoglobin može izmjenjivati" kisik u tkivima.
Hemoglobin koji stiže u tkivo nalazi se u oslobođenom stanju (vezan za kisik), ali u blizini tkiva je karboksiliran i prelazi u napeto stanje: protein u ovom stanju ima manju sklonost vezanja s kisikom u oslobođeno stanje, stoga hemoglobin oslobađa kisik u tkivo; štoviše, reakcijom između vode i ugljičnog dioksida dolazi do proizvodnje H + iona, dakle daljnjeg kisika zbog Bohrovog učinka.
Ugljični dioksid difundira u eritrocit koji prolazi kroz plazma membranu; budući da eritrociti čine oko 40% krvi, trebali bismo očekivati da samo 40% ugljičnog dioksida koji se difundira iz tkiva ulazi u njih, zapravo 90% ugljičnog dioksida ulazi u eritrocite jer sadrže enzim koji pretvara ugljični dioksid u ugljičnoj kiselini rezultira niskom stacionarnom koncentracijom ugljičnog dioksida u eritrocitima i stoga je brzina ulaska velika.
Još jedna pojava koja se događa kada eritrocit dospije u tkivo je sljedeća: gradijentom "HCO3- (derivat ugljičnog dioksida) napušta" eritrocit i, kako bismo uravnotežili izlaz negativnog naboja, imamo "ulazak klorida koji određuje povećanje osmotskog tlaka: kako bi se uravnotežila ta varijacija, postoji i ulazak vode koji uzrokuje oticanje eritrocita (učinak HAMBURGERA). Suprotna pojava događa se kada eritrocit dospije u plućne alveole: deflacija eritrocita (učinak HALDANA) Stoga su venski eritrociti (usmjereni prema plućima) okrugliji od arterijskih.
