Hemoglobin | |
---|---|
] | |
Identifierare | |
Symbol | Hb |
Mediafiler på Wikimedia Commons |
Hemoglobin (från annan grekisk αἷμα "blod" + lat. globus "boll") ( Hb eller Hgb ) är ett komplext järnhaltigt protein från djur med blodcirkulation , som kan reversibelt binda till syre , vilket säkerställer dess överföring till vävnader. Hos ryggradsdjur finns den i erytrocyter , hos de flesta ryggradslösa djur löses den i blodplasma ( erythrocruorin ) och kan finnas i andra vävnader [1] . Molekylvikten för humant hemoglobin är cirka 66,8 kDa . En hemoglobinmolekyl kan bära upp till fyra syremolekyler [2] . Ett gram hemoglobin kan bära upp till 1,34 ml syre [3] .
Hemoglobin dök upp för mer än 400 miljoner år sedan i den sista gemensamma förfadern till människor och hajar som ett resultat av 2 mutationer som ledde till bildandet av ett fyrakomponents hemoglobinkomplex, vars affinitet för syre är tillräcklig för att binda syre i en miljö mättad med det, men inte tillräckligt för att behålla det i andra vävnader i kroppen. [5] [6]
År 1825 upptäckte Johann Friedrich Engelhart att förhållandet mellan järn och protein är detsamma i hemoglobiner av flera arter [7] [8] . Från den kända atomvikten av järn, beräknade han molekylvikten för hemoglobin till n × 16 000 (n = antalet järnatomer i hemoglobin, nu känt som 4). Denna "hastade slutsats" orsakade en hel del åtlöje på den tiden från forskare som inte kunde tro att någon molekyl kunde vara så stor. Gilbert Smithson Adair bekräftade Engelharts resultat 1925 genom att mäta det osmotiska trycket hos hemoglobinlösningar [9] .
Även om blod har varit känt att bära syre sedan åtminstone 1794 [10] [11] , beskrevs hemoglobinets syrebärande egenskap av Hünefeld 1840 [12] . År 1851 publicerade den tyske fysiologen Otto Funke en serie artiklar där han beskrev tillväxten av hemoglobinkristaller genom att successivt späda erytrocyter med ett lösningsmedel som rent vatten, alkohol eller eter, följt av långsam avdunstning av lösningsmedlet från det resulterande proteinet. lösning [13] [14] . Reversibel syresättning av hemoglobin beskrevs flera år senare av Felix Hoppe-Sailer [15] .
1959 bestämde Max Ferdinand Perutz hemoglobinets molekylära struktur genom röntgenkristallografi [16] [17] . Detta arbete ledde till att han delade 1962 års Nobelpris i kemi med John Kendrew för deras forskning om strukturerna av globulära proteiner [18] .
Hemoglobinets roll i blodet upptäcktes av den franske fysiologen Claude Bernard . Namnet hemoglobin kommer från orden hem och globin , vilket återspeglar det faktum att varje hemoglobinsubenhet är ett globulärt protein med en insatt hemgrupp. Varje hemgrupp innehåller en järnatom, som kan binda en syremolekyl med joninducerade dipolkrafter. Den vanligaste typen av hemoglobin hos däggdjur innehåller fyra sådana subenheter.
Hemoglobin består av proteinsubenheter (globinmolekyler), och dessa proteiner är i sin tur veckade kedjor av ett stort antal olika aminosyror som kallas polypeptider. Aminosyrasekvensen för alla polypeptider som skapas av en cell bestäms i sin tur av sektioner av DNA som kallas gener. I alla proteiner är det aminosyrasekvensen som bestämmer proteinets kemiska egenskaper och funktion.
Det finns mer än en hemoglobingen: hos människor kodas hemoglobin A (den huvudsakliga formen av hemoglobin som finns hos vuxna) av generna HBA1 , HBA2 och HBB [19] . Hemoglobinsubenheterna alfa 1 och alfa 2 kodas av HBA1 respektive HBA2- gener , som finns på kromosom 16 och ligger nära varandra. Beta-subenheten av hemoglobin kodas av HBB -genen , som finns på kromosom 11. Aminosyrasekvenserna för globinproteinerna i hemoglobiner skiljer sig i allmänhet mellan arterna. Dessa skillnader ökar med evolutionärt avstånd mellan arter. Till exempel är de vanligaste hemoglobinsekvenserna hos människor, bonobo och schimpanser helt identiska, även utan en enda aminosyraskillnad i alfa- eller betaglobinproteinkedjorna [20] [21] [22] . Medan humant och gorillahemoglobin skiljer sig åt med en aminosyra i alfa- och beta-kedjorna, ökar dessa skillnader mellan mindre närbesläktade arter.
Även inom arter finns det variation i hemoglobin, även om en sekvens vanligtvis är "vanligast" inom varje art. Mutationer i hemoglobinproteingener i en art resulterar i hemoglobinvarianter [23] [24] . Många av dessa muterade former av hemoglobin orsakar inte någon sjukdom. Men några av dessa muterade former av hemoglobin orsakar en grupp ärftliga sjukdomar som kallas hemoglobinopatier . Den mest kända hemoglobinopatin är sicklecellanemi, som var den första mänskliga sjukdomen vars mekanism förstods på molekylär nivå. En (oftast) separat uppsättning sjukdomar som kallas talassemi innebär otillräcklig produktion av normala och ibland onormala hemoglobiner på grund av problem och mutationer i regleringen av globingenen. Alla dessa sjukdomar orsakar anemi [25] .
Variationer i hemoglobinets aminosyrasekvenser, som i fallet med andra proteiner, kan vara adaptiva. Till exempel har hemoglobin visat sig anpassa sig olika till höga höjder. Organismer som lever på hög höjd upplever ett lägre partialtryck av syre jämfört med det vid havsnivån. Detta utgör ett problem för organismer som lever i sådana miljöer eftersom hemoglobin, som normalt binder syre vid höga syrepartialtryck, måste kunna binda syre när det är närvarande vid lägre tryck. Olika organismer har anpassat sig till ett sådant problem. Nya studier har till exempel visat genetiska varianter hos hjortmöss som hjälper till att förklara hur hjortmöss som lever i berg kan överleva i den tunna luften som kommer med höga höjder. En forskare från University of Nebraska-Lincoln har hittat mutationer i fyra olika gener som kan förklara skillnader mellan rådjursmöss som lever på låglandets prärier och de som lever i bergen. Efter att ha studerat vilda möss som fångats både i höglandet och i låglandet, fann man att: generna för de två raserna är "nästan identiska - med undantag för de som reglerar förmågan hos deras hemoglobin att bära syre." "Den genetiska skillnaden gör att möss på hög höjd kan använda sitt syre mer effektivt", eftersom mindre syre är tillgängligt på högre höjder, till exempel i bergen [26] . Mammoth hemoglobin kännetecknades av mutationer som gjorde att syre kunde levereras vid lägre temperaturer, vilket gjorde att mammutar kunde migrera till högre breddgrader under Pleistocen [27] . Mutationer har också hittats i andinska kolibrier. Kolibrier förbrukar redan mycket energi och har därför höga syrebehov, men andinska kolibrier har visat sig trivas på höga höjder. Icke-synonyma mutationer i hemoglobingenen hos flera arter som lever på hög höjd ( Oreotrochilus, A. castelnaudii, C. violifer, P. gigas och A. viridicuada ) har gjort att proteinet har mindre affinitet för inositolhexafosfat (IHP), en molekyl , som finns i fåglar, som spelar samma roll som 2,3-BPG hos människor; detta resulterar i förmågan att binda syre vid lägre partialtryck [28] .
Fåglarnas unika blodlungor främjar också effektiv användning av syre vid låga O 2 - partialtryck . Dessa två anpassningar förstärker varandra och förklarar fåglarnas anmärkningsvärda höjdegenskaper.
Hemoglobinanpassning sträcker sig även till människor. Tibetanska kvinnor med genotyper med hög syremättnad som lever på en höjd av 4000 meter har högre överlevnad av avkommor [29] . Det naturliga urvalet verkar vara den huvudsakliga kraften som verkar på denna gen, eftersom avkommans dödlighet är betydligt lägre hos kvinnor med högre hemoglobinsyreaffinitet jämfört med avkomodödligheten hos kvinnor med låg hemoglobinsyreaffinitet. Även om den exakta genotypen och mekanismen genom vilken detta inträffar inte är klarlagda, påverkar urvalet dessa kvinnors förmåga att binda syre vid låga partialtryck, vilket i allmänhet tillåter dem att bättre stödja viktiga metaboliska processer.
Hemoglobin (Hb) syntetiseras i en komplex sekvens av steg. En del av hemen syntetiseras i flera steg i mitokondrierna och cytosolen hos omogna erytrocyter, medan delar av globinproteinet syntetiseras av ribosomer i cytosolen [30] . Hb-produktionen fortsätter i cellen under hela dess tidiga utveckling från proerytroblasten till retikulocyten i benmärgen. I detta skede försvinner kärnan i röda blodkroppar från däggdjur, men inte i fåglar och många andra arter. Även efter kärnförlust hos däggdjur ger kvarvarande ribosomalt RNA ytterligare hemoglobinsyntes tills retikulocyten förlorar sitt RNA kort efter att den kommit in i kärlsystemet (detta hemoglobinsyntetiska RNA ger faktiskt retikulocyten dess retikulerade utseende och namn) [31] .
Hemoglobin är ett komplext protein av hemoproteinklassen , det vill säga hem fungerar som en protesgrupp här - en porfyrinkärna som innehåller järn . Humant hemoglobin är en tetramer, det vill säga det består av 4 protomerer. Hos en vuxen representeras de av α 1 , α 2 , β 1 och β 2 polypeptidkedjor . Underenheterna är kopplade till varandra enligt principen om den isologiska tetraedern . Det huvudsakliga bidraget till interaktionen av subenheter görs av hydrofoba interaktioner. Både α- och β-strängar tillhör den α-helixstrukturella klassen , eftersom de uteslutande innehåller α-helixar . Varje sträng innehåller åtta spiralformade sektioner, märkta A till H (N-terminal till C-terminal).
Hem är ett komplex av protoporfyrin IX som tillhör klassen av porfyrinföreningar med en järn(II) -atom . Denna kofaktor är icke-kovalent bunden till den hydrofoba kaviteten i hemoglobin- och myoglobinmolekylerna.
Järn(II) kännetecknas av oktaedrisk koordination, det vill säga det binder till sex ligander. Fyra av dem representeras av kväveatomer i porfyrinringen, som ligger i samma plan. De andra två koordinationspositionerna ligger på en axel vinkelrät mot porfyrinets plan. En av dem är upptagen av kvävet i histidinresten i den 93:e positionen av polypeptidkedjan (plats F). Syremolekylen bunden av hemoglobin koordinerar till järn från baksidan och visar sig vara innesluten mellan järnatomen och kvävet i en annan histidinrest som ligger i kedjans 64:e position (sektion E).
Totalt finns det fyra syrebindningsställen i humant hemoglobin (en hem för varje subenhet), det vill säga fyra molekyler kan binda samtidigt. Hemoglobin i lungorna vid högt partialtryck av syre kombineras med det och bildar oxyhemoglobin. I det här fallet kombineras syre med hem och förenar hemjärnet på den 6:e koordinationsbindningen. Kolmonoxid förenar samma bindning och går in i en "konkurrens" med syre om en bindning med hemoglobin och bildar karboxihemoglobin.
Bindningen av hemoglobin till kolmonoxid är starkare än till syre. Därför deltar inte den del av hemoglobin som bildar ett komplex med kolmonoxid i syretransporten. Normalt producerar en person 1,2 % karboxihemoglobin. En ökning av dess nivå är karakteristisk för hemolytiska processer, i samband med detta är nivån av karboxihemoglobin en indikator på hemolys .
Även om koldioxid bärs av hemoglobin, konkurrerar den inte med syre om järnbindande positioner, utan är bunden till aminogrupperna i proteinkedjorna fästa vid hemgrupper.
Järnjonen kan vara antingen i det tvåvärda tillståndet Fe 2+ eller i det trevärda tillståndet Fe 3+ , men ferrihemoglobin (methemoglobin) (Fe 3+ ) kan inte binda syre [32] . När det är bundet oxiderar syre tillfälligt och reversibelt (Fe 2+) till ( Fe 3+) , medan syre tillfälligt förvandlas till en superoxidjon, så järn måste vara i +2 oxidationstillstånd för att binda syre. Om superoxidjonen bunden till Fe 3+ protoneras kommer järnet i hemoglobinet att förbli oxiderat och oförmöget att binda syre. I sådana fall kommer enzymet methemoglobinreduktas så småningom att kunna återaktivera methemoglobin, vilket återställer järncentret.
Hos vuxna människor är den vanligaste typen av hemoglobin en tetramer (som innehåller fyra proteinsubenheter) som kallas hemoglobin A , bestående av två icke-kovalent kopplade α- och två β-subenheter, vardera bestående av 141 respektive 146 aminosyrarester. . Detta betecknas som α2 β2. Underenheterna är strukturellt lika och ungefär lika stora. Varje subenhet har en molekylvikt på cirka 16 000 dalton [33] , med en total tetramermolekylvikt på cirka 64 000 dalton (64 458 g/mol) [34] Alltså 1 g/dL = 0,1551 mmol/l. Hemoglobin A är den mest omfattande studerade hemoglobinmolekylen [35] .
Hos mänskliga spädbarn består hemoglobinmolekylen av 2 α-kedjor och 2 y-kedjor. När barnet växer ersätts γ-kedjorna gradvis av β-kedjor.
De fyra polypeptidkedjorna är kopplade till varandra genom saltbryggor, vätebindningar och en hydrofob effekt.
I allmänhet kan hemoglobin vara mättat med syremolekyler (oxihemoglobin) eller omättat med syremolekyler (deoxihemoglobin) [36] .
OxyhemoglobinOxyhemoglobin bildas under fysiologisk andning när syre binder till hemkomponenten i hemoglobinproteinet i röda blodkroppar. Denna process sker i lungkapillärerna intill lungornas alveoler. Syre färdas sedan genom blodomloppet och in i cellerna, där det används som den slutliga elektronacceptorn i produktionen av ATP genom processen med oxidativ fosforylering. Detta hjälper dock inte att motverka sänkningen av blodets pH. Ventilation, eller andning, kan vända detta tillstånd genom att ta bort koldioxid, vilket orsakar en förändring i pH [37] .
Hemoglobin finns i två former: en sträckt (spänd) form (T) och en avslappnad form (R). Olika faktorer som lågt pH, högt CO 2 och högt 2,3 BPG på vävnadsnivå gynnar en stram form som har låg syreaffinitet och frigör syre i vävnaderna. Omvänt gynnar högt pH, lågt CO 2 eller lågt 2,3 BPG en avslappnad form som bättre kan binda syre [38] . Systemets partialtryck påverkar också affiniteten för O 2 , där höga partialtryck av syre (såsom de som finns i alveolerna) gynnar ett avslappnat (hög affinitet, R) tillstånd. Omvänt gynnar låga partialtryck (som de som finns i andningsvävnader) ett stressat tillstånd (låg affinitet, T) [39] . Dessutom drar bindningen av syre till järn(II)-hemet järnet in i porfyrinringens plan, vilket orsakar en liten konformationsförskjutning. Skiftet stimulerar syrebindning till de tre återstående hemenheterna i hemoglobin (således samverkar syrebindningen).
Deoxygenerat hemoglobinDeoxygenerat hemoglobin (deoxihemoglobin) är en form av hemoglobin utan bundet syre. Absorptionsspektra för oxihemoglobin och deoxihemoglobin är olika. Oxyhemoglobin har en betydligt lägre absorption vid 660 nm än deoxihemoglobin, medan dess absorption vid 940 nm är något högre. Denna skillnad används för att mäta mängden syre i patientens blod med hjälp av en enhet som kallas en pulsoximeter. Denna skillnad förklarar också manifestationen av cyanos, en blålila färg som utvecklas i vävnader under hypoxi [40] .
Deoxygenerat hemoglobin är paramagnetiskt; det attraheras svagt av magnetfält [41] [42] . Tvärtom, hemoglobin mättat med syre uppvisar diamagnetism, en svag repulsion från magnetfältet [42] .
Det normala innehållet av hemoglobin i humant blod övervägs: hos män - 130 - 160 g / l (nedre gräns - 120 , övre gräns - 180 g / l ), hos kvinnor - 120 - 160 g / l ; hos barn beror den normala nivån av hemoglobin på ålder och är föremål för betydande fluktuationer. Så hos barn 1-3 dagar efter födseln är den normala hemoglobinnivån maximal och är 145-225 g / l , och efter 3-6 månader minskar den till en miniminivå på 95-135 g / l , sedan från 1 år till 18 år en gradvis ökning av den normala nivån av hemoglobin i blodet [43] .
Under graviditeten sker vätskeretention och ackumulering i en kvinnas kropp, vilket är orsaken till hemodilution - den fysiologiska utspädningen av blod. Som ett resultat observeras en relativ minskning av koncentrationen av hemoglobin (under graviditeten är hemoglobinnivån normalt 110 - 155 g / l ). Dessutom, i samband med barnets intrauterina tillväxt, finns en snabb konsumtion av järn- och folsyrareserver. Om en kvinna hade brist på dessa substanser före graviditeten kan problem i samband med en minskning av hemoglobinet uppstå redan i början av graviditeten [44] .
Hemoglobinets huvudfunktioner är syretransport och buffertfunktion. Hos människor, i lungornas kapillärer , under förhållanden med överskott av syre, kombineras det senare med hemoglobin som bildar oxyhemoglobin . Genom blodflödet levereras erytrocyter som innehåller hemoglobinmolekyler med bundet syre till organ och vävnader där det finns lite syre; här frigörs syret som är nödvändigt för uppkomsten av oxidativa processer från bindningen med hemoglobin. Dessutom kan hemoglobin binda en liten mängd (cirka 1/3) koldioxid (CO 2 ) i vävnader, bilda karbohemoglobin och frigöra det i lungorna (2/3 av koldioxiden transporteras i löst form eller i form av salter av blodplasma och erytrocytcytoplasma) [45] .
Kolmonoxid (CO) binder till blodhemoglobinet mycket starkare ( 250 gånger [46] ) än syre och bildar karboxihemoglobin (HbCO). Kolmonoxid kan dock delvis förskjutas från hem genom att öka partialtrycket av syre i lungorna. Vissa processer (till exempel förgiftning med nitrater , nitriter , anilin , pyridin ) leder till oxidation av järnjonen i hemoglobin till ett oxidationstillstånd på +3. Resultatet är en form av hemoglobin känd som methemoglobin (HbOH) ( metHb , från " meta- " och "hemoglobin" aka heme och globin eller ferrihemoglobin , se methemoglobinemia ). I båda fallen är syretransportprocesser blockerade.
Till skillnad från myoglobin , har hemoglobin en kvartär struktur, vilket ger det förmågan att reglera tillsats och avlägsnande av syre och karakteristisk kooperativitet : efter fästningen av den första syremolekylen underlättas bindningen av efterföljande. Strukturen kan vara i två stabila tillstånd (konformationer): oxyhemoglobin (innehåller 4 syremolekyler; ansträngd konformation) och deoxyhemoglobin (innehåller inte syre; avslappnad konformation).
Det stabila tillståndet för strukturen av deoxihemoglobin komplicerar tillsatsen av syre till det. För att starta reaktionen är därför ett tillräckligt partialtryck av syre nödvändigt, vilket är möjligt i lungornas alveoler. Förändringar i en av de 4 underenheterna påverkar de återstående, och efter att den första syremolekylen fästs underlättas bindningen av efterföljande syremolekyler. Som en konsekvens är hemoglobin-syrebindningskurvan sigmoid eller S - formad, i motsats till den normala hyperboliska kurvan som är förknippad med icke-samverkande bindning.
Efter att ha gett syre till vävnaderna, fäster hemoglobin till sig vätejoner och koldioxid och överför dem till lungorna [47] .
Hemoglobin är ett av de huvudsakliga proteinerna som malariaplasmodi livnär sig på - orsaksämnena till malaria , och i malariaendemiska områden i världen är ärftliga anomalier i hemoglobinstrukturen mycket vanliga, vilket gör det svårt för malariaplasmodi att livnära sig på detta protein och tränga in i erytrocyten. I synnerhet inkluderar sådana mutationer av evolutionär och adaptiv betydelse en abnormitet i hemoglobin, vilket leder till sicklecellanemi . Men tyvärr åtföljs dessa anomalier (liksom anomalier i hemoglobinstrukturen som inte har ett tydligt adaptivt värde) av en kränkning av hemoglobins syretransporterande funktion, en minskning av erytrocyternas motstånd mot förstörelse, anemi och andra negativa konsekvenser. Anomalier i hemoglobinets struktur kallas hemoglobinopatier .
Hemoglobin är mycket giftigt när en betydande mängd av det från röda blodkroppar kommer in i blodplasman (vilket inträffar med massiv intravaskulär hemolys , hemorragisk chock , hemolytisk anemi , inkompatibel blodtransfusion och andra patologiska tillstånd). Toxiciteten hos hemoglobin, som är utanför erytrocyterna, i ett fritt tillstånd i blodplasman, manifesteras av vävnadshypoxi - en försämring av syretillförseln till vävnader, en överbelastning av kroppen med hemoglobinförstöringsprodukter - järn, bilirubin , porfyriner med utveckling av gulsot eller akut porfyri, blockering av njurtubuli av stora hemoglobinmolekyler med utveckling av nekros njurtubuli och akut njursvikt .
På grund av den höga toxiciteten av fritt hemoglobin i kroppen finns det speciella system för dess bindning och neutralisering. I synnerhet är en av komponenterna i hemoglobinneutraliseringssystemet ett speciellt plasmaprotein haptoglobin , som specifikt binder fritt globin och globin i hemoglobin. Komplexet av haptoglobin och globin (eller hemoglobin) fångas sedan upp av mjälten och makrofagerna i vävnadens retikuloendotelialsystem och oskadliggöras.
En annan del av det hemoglobinneutraliserande systemet är hemopexin proteinet , som specifikt binder fritt hem och hem i hemoglobin. Komplexet av hem (eller hemoglobin) och hemopexin tas sedan upp av levern , hemet klyvs av och används för syntes av bilirubin och andra gallpigment, eller släpps ut i cirkulationen i kombination med transferriner för återanvändning av benmärgen i processen för erytropoes .
När röda blodkroppar når slutet av sin livslängd på grund av åldrande eller defekter, avlägsnas de från blodomloppet genom den fagocytiska aktiviteten hos makrofager i mjälten eller levern, eller hemolyseras i blodomloppet. Fritt hemoglobin rensas sedan från cirkulationen av hemoglobintransportören CD163, som uteslutande uttrycks på monocyter eller makrofager. I dessa celler bryts hemoglobinmolekylen ner och järn bearbetas. Denna process producerar också en molekyl kolmonoxid för varje hem-molekyl som förstörs [48] . Hemnedbrytning är den enda naturliga källan till kolmonoxid i människokroppen och är ansvarig för de normala nivåerna av kolmonoxid i blodet hos människor som andas normal luft [49] .
Den andra stora slutprodukten av hemnedbrytning är bilirubin. Förhöjda nivåer av denna kemikalie finns i blodet om röda blodkroppar förstörs snabbare än normalt. Ett felaktigt nedbrutet hemoglobinprotein, eller hemoglobin som frigörs för snabbt från blodkroppar, kan täppa till små blodkärl, särskilt de tunna filtrerande blodkärlen i njurarna, vilket orsakar skador på njurarna. Järn avlägsnas från hemen och lagras för senare användning, lagras i vävnader som hemosiderin eller ferritin och transporteras i plasma av betaglobuliner som transferriner. När porfyrinringen bryts ned utsöndras dess fragment vanligtvis som ett gult pigment som kallas bilirubin, som utsöndras i tarmarna som galla. Tarmen metaboliserar bilirubin till urobilinogen. Urobilinogen utsöndras från kroppen i avföringen som ett pigment som kallas stercobilin. Globulin metaboliseras till aminosyror, som sedan släpps ut i blodomloppet.
Hemoglobinbrist kan för det första orsakas av en minskning av antalet molekyler av hemoglobin i sig (se anemi ), och för det andra på grund av den minskade förmågan hos varje molekyl att binda syre vid samma partialtryck av syre.
Hypoxemi är en minskning av partialtrycket av syre i blodet och bör särskiljas från en brist på hemoglobin. Även om både hypoxemi och hemoglobinbrist är orsaker till hypoxi . Om syrebrist i kroppen i allmänhet kallas hypoxi, kallas lokala syreförsörjningsstörningar ischemi .
Andra orsaker till lågt hemoglobin är olika: blodförlust, näringsbrist, benmärgssjukdom, kemoterapi , njursvikt, atypiskt hemoglobin.
Ett ökat innehåll av hemoglobin i blodet är förknippat med en ökning av antalet eller storleken på röda blodkroppar, vilket också observeras i polycytemia vera . Denna ökning kan orsakas av: medfödd hjärtsjukdom, lungfibros, för mycket erytropoietin .
Forskare är överens om att händelsen som separerade myoglobin från hemoglobin inträffade efter att lampröjor splittrades från käkade ryggradsdjur [51] . Denna separation av myoglobin och hemoglobin gjorde att olika funktioner hos de två molekylerna kunde växa fram och utvecklas: myoglobin är mer angelägen om att lagra syre, medan hemoglobin har till uppgift att transportera syre [52] . α- och β-liknande globingener kodar för individuella proteinsubenheter [53] . Föregångarna till dessa gener uppstod som ett resultat av duplicering, även efter att den gemensamma förfadern till gnatosomet härstammade från en käklös fisk, för cirka 450-500 miljoner år sedan [51] . Ancestral rekonstruktionsstudier visar att pre-duplicering α- och β-gener var förfäder till en dimer bestående av identiska globinsubenheter, som sedan utvecklades för att monteras till en tetramerisk arkitektur efter duplicering [54] . Utvecklingen av α- och β-gener har skapat potentialen för hemoglobin att bestå av många distinkta subenheter vars fysiska sammansättning spelar en central roll i hemoglobins förmåga att bära syre. Närvaron av flera subenheter bidrar till hemoglobinets förmåga att binda syre samtidigt och att regleras allosteriskt [52] [54] . Därefter genomgick α-genen också duplicering med bildandet av HBA1- och HBA2-gener [55] . Dessa ytterligare duplikationer och divergenser skapade ett brett spektrum av α- och β-liknande globingener, som regleras på ett sådant sätt att vissa former uppstår i olika utvecklingsstadier [52] .
De flesta isfiskar i familjen Channichthyidae har förlorat sina hemoglobingener som ett resultat av anpassning till kallt vatten [56] .
Hemoglobin kan övervakas icke-invasivt för att skapa en anpassad datauppsättning som övervakar effekterna av hemokoncentration och hemodilution av dagliga aktiviteter för att bättre förstå atletisk prestation och träning. Idrottare är ofta oroade över uthållighet och träningsintensitet. Sensorn använder lysdioder som avger rött och infrarött ljus genom vävnaden till en ljusdetektor, som sedan skickar en signal till en processor för att beräkna absorptionen av ljus av hemoglobinproteinet [57] . Denna sensor liknar en pulsoximeter, som består av en liten känslig enhet som är fäst vid ditt finger.
I djur- och växtrikens organismer finns det många proteiner som bär och binder syre. Organismer, inklusive bakterier, protozoer och svampar, har hemoglobinliknande proteiner vars kända och förutspådda roller inkluderar den reversibla bindningen av gasformiga ligander. Eftersom många av dessa proteiner innehåller globiner och en hem-del (järn i ett skivepitelporfyrinskal) kallas de ofta för hemoglobiner, även om deras övergripande tertiära struktur skiljer sig mycket från hemoglobin från ryggradsdjur. I synnerhet är skillnaden mellan "myoglobin" och hemoglobin hos lägre djur ofta omöjlig eftersom vissa av dessa organismer inte innehåller muskler. Eller så kan de ha ett igenkännbart separat cirkulationssystem, men inte ett som bär syre (till exempel många insekter och andra leddjur). I alla dessa grupper kallas molekyler som innehåller hem/globin (även monomera globiner) som är associerade med gasbindning oxihemoglobiner. Förutom att transportera och skaffa syre kan de även hantera NO, CO 2 , sulfidföreningar och till och med O 2 -upptag i miljöer som borde vara anaeroba [58] . De kan till och med avgifta klorerade material på ett sätt som liknar hem-innehållande P450-enzymer och peroxidaser.
Hemoglobinernas struktur varierar i olika arter. Hemoglobin finns i alla organismers riken, men inte i alla organismer. Primitiva arter som bakterier, protozoer, alger och växter innehåller ofta enkelglobinhemoglobiner. Många nematodmaskar, blötdjur och kräftdjur innehåller mycket stora multielementmolekyler, mycket större än de som finns hos ryggradsdjur. I synnerhet kan chimära hemoglobiner som finns i svampar och jätteannelider innehålla både globin och andra typer av proteiner [59] .
Ett av de mest slående fallen och användningarna av hemoglobin i organismer är den gigantiska rörmasken ( Riftia pachyptila , även kallad Vestimentifera), som kan bli 2,4 meter lång och befolka oceaniska vulkaniska öppningar. Istället för en matsmältningskanal innehåller dessa maskar en population av bakterier som utgör hälften av kroppens vikt. Bakterier oxiderar H 2 S från ventilen med O 2 från vatten för att producera matlagningsenergi från H 2 O och CO 2 . Den övre änden av maskarna är en mörkröd solfjäderformad struktur ("plym") som går ner i vattnet och absorberar H 2 S och O 2 för bakterier och CO 2 för användning som ett syntetiskt råmaterial, liknande fotosyntetiska växter. Strukturerna är klarröda till färgen på grund av deras innehåll av flera extremt komplexa hemoglobiner, som innehåller upp till 144 globinkedjor, var och en inklusive tillhörande hemstrukturer. Dessa hemoglobiner är kända för att kunna bära syre i närvaro av sulfid, och till och med att bära sulfid utan att bli helt "förgiftade" eller undertryckta av det, som hemoglobiner i de flesta andra arter [60] [61] .
Tematiska platser | |
---|---|
Ordböcker och uppslagsverk |
|
I bibliografiska kataloger |
|
Blod | |
---|---|
hematopoiesis | |
Komponenter | |
Biokemi | |
Sjukdomar | |
Se även: Hematologi , Onkohematologi |
perfusionslösningar - ATC-kod: B05 | Plasmaersättnings- och||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ||||||||
| ||||||||
| ||||||||
| ||||||||
| ||||||||
|