КАРБОКСИГЕМОГЛОБИН: ХАРАКТЕРИСТИКИ И ЭФФЕКТЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

Карбоксигемоглобин является оценка монооксида гемоглобина углерода (СО). Гемоглобин - это белок, переносящий кислород через кровь у людей и многих других позвоночных.

Чтобы транспортировать кислород, гемоглобин должен с ним связываться. Макс Перуц, химик и лауреат Нобелевской премии, родившийся в Вене в 1914 году и умерший в Кембридже в 2002 году, назвал поведение гемоглобина по связыванию кислорода "аморальным".

Структура гемоглобина (Источник: Bielabio через Wikimedia Commons)

Представьте себе две молекулы гемоглобина, каждая из которых способна связывать четыре молекулы кислорода. У одного уже есть три молекулы кислорода, а у другого нет. Если появляется другая молекула кислорода, возникает вопрос: присоединяется ли она к «богатой», у которой уже есть три, или «бедной», у которой их нет? Вероятность 100 к 1, что он нацелится на богатую молекулу.

А теперь представьте две другие молекулы гемоглобина. В одном из них 4 молекулы кислорода (он насыщенный), а в другом - только одна. Какая молекула с большей вероятностью доставляет кислород тканям, богатым или бедным? Более бедные доставляют кислород легче, чем богатые.

Распределение кислорода в молекуле гемоглобина можно рассматривать как библейскую притчу: «… тому, кто имеет, ему будет дано, а тому, кто не имеет, даже то, что у него есть, будет отнято …» (Мф, 13:12). С физиологической точки зрения такое «аморальное» поведение молекулы гемоглобина имеет большое значение, поскольку способствует снабжению тканей кислородом.

Однако окись углерода, независимо от количества атомов кислорода, присоединенных к молекуле гемоглобина, «убивает» их всех. То есть в присутствии большого количества CO весь кислород, связанный с гемоглобином, заменяется CO.

Структурные характеристики

Чтобы говорить о карбоксигемоглобине, который представляет собой не что иное, как состояние гемоглобина, связанное с оксидом углерода, сначала необходимо обратиться к гемоглобину в общих чертах.

Гемоглобин - это белок, состоящий из четырех субъединиц, каждая из которых образована полипептидной цепью, известной как глобин, и группой небелковой природы (простетическая группа), называемой гемовой группой.

Каждая гемовая группа содержит атом железа в двухвалентном состоянии (Fe ²⁺ ). Это атомы, способные связываться с кислородом без окисления.

Тетрамер гемоглобина состоит из двух субъединиц альфа-глобина, каждая из 141 аминокислоты, и двух субъединиц бета-глобина, каждая из 146 аминокислот.

Формы или структуры гемоглобина

Когда гемоглобин не связан ни с одним атомом кислорода, структура гемоглобина жесткая или напряженная из-за образования солевых мостиков внутри него.

Четвертичная структура бескислородного (дезоксигенированного) гемоглобина известна как «Т» или напряженная структура, а оксигенированный гемоглобин (оксигемоглобин) известен как «R» или расслабленная структура.

Переход от Т-структуры к R-структуре происходит за счет присоединения кислорода к атому двухвалентного железа (Fe ²⁺ ) гемовой группы, присоединенной к каждой цепочке глобина.

Кооперативное поведение

Субъединицы, составляющие структуру гемоглобина, демонстрируют кооперативное поведение, которое можно объяснить с помощью следующего примера.

Молекулу деоксигенированного гемоглобина (в Т-структуре) можно представить как клубок шерсти, внутри которого очень скрыты участки связывания кислорода (гемовые группы).

Когда эта напряженная структура связывается с молекулой кислорода, скорость связывания очень низкая, но этого связывания достаточно, чтобы немного ослабить шар и приблизить следующую группу гема к поверхности, делая скорость, с которой она связывается следующий кислород выше, повторяя процесс и увеличивая сродство с каждой связью.

Эффекты окиси углерода

Чтобы изучить влияние окиси углерода на транспорт газов крови, сначала необходимо описать характеристики кривой оксигемоглобина, которая описывает ее зависимость от парциального давления кислорода, чтобы «заряжать» молекулы кислорода или нет.

Кривая оксигемоглобина имеет сигмовидную форму или S-образную форму, которая изменяется в зависимости от парциального давления кислорода. График кривой построен на основе анализа образцов крови, использованных для его построения.

Самый крутой участок кривой получается при давлениях ниже 60 мм рт. Ст., А при более высоких давлениях кривая имеет тенденцию к сглаживанию, как если бы она выходила на плато.

При наличии определенных веществ кривая может показывать значительные отклонения. Эти отклонения показывают изменения, которые происходят в сродстве гемоглобина к кислороду при том же PO ₂ .

Чтобы количественно оценить это явление, была введена мера сродства гемоглобина к кислороду, известная как значение P ₅₀ , которое представляет собой значение парциального давления кислорода, при котором гемоглобин насыщен на 50%; то есть, когда половина его гемовых групп присоединена к молекуле кислорода.

В стандартных условиях, которые следует понимать как pH 7,4, парциальное давление кислорода 40 мм рт. Ст. И температура 37 ° C, низкий P ₅₀ взрослого мужчины составляет 27 мм рт. Ст. Или 3,6 кПа.

Какие факторы могут повлиять на сродство гемоглобина к кислороду?

Сродство к кислороду гемоглобина, содержащегося в эритроцитах, может снижаться в присутствии 2,3-дифосфоглицерата (2-3DPG), диоксида углерода (CO ₂ ), высоких концентраций протонов или из-за повышенной температуры; и то же самое верно для окиси углерода (CO).

Функциональные последствия

Окись углерода может нарушить функцию транспорта кислорода в артериальной крови. Эта молекула способна связываться с гемоглобином и образовывать карбоксигемоглобин. Это потому, что он имеет сродство к гемоглобину примерно в 250 раз больше, чем O ₂ , поэтому он способен вытеснять его, даже когда он связан с ним.

Окись углерода вырабатывается организмом постоянно, хотя и в небольших количествах. Этот бесцветный газ без запаха связывается с гемовой группой так же, как и O _2, и обычно в крови содержится около 1% гемоглобина в виде карбоксигемоглобина.

Поскольку при неполном сгорании органических веществ образуется CO, доля карбоксигемоглобина у курильщиков намного выше, достигая значений от 5 до 15% от общего гемоглобина. Хроническое повышение концентрации карбоксигемоглобина вредит здоровью.

Увеличение количества вдыхаемого CO, генерирующего более 40% карбоксигемоглобина, опасно для жизни. Когда сайт связывания двухвалентного железа занят CO, O ₂ не может связываться .

Связывание CO вызывает переход гемоглобина в структуру R, так что гемоглобин дополнительно снижает способность доставлять O ₂ в капилляры крови.

Карбоксигемоглобин имеет светло-красный цвет. Затем пациенты, отравленные угарным газом, розовеют даже в коме и параличе дыхания. Лучшее лечение, чтобы попытаться спасти жизни этих пациентов, - это дать им вдохнуть чистый кислород, даже гипербарический, чтобы попытаться заменить связывание железа с CO.

Ссылки

1. Фокс, SI (2006). 9-е издание «Физиология человека» (стр. 501-502). McGraw-Hill press, Нью-Йорк, США.
2. Мюррей, Р.К., Граннер, Д.К., Мэйс, Пенсильвания, и Родвелл, VW (2014). Иллюстрированная биохимия Харпера. McGraw-Hill.
3. Rawn, JD (1998). Биохимия (1989). Берлингтон, Северная Каролина: Нил Паттерсон Паблишерс (c) Н. Лалиоти, С. П. Раптопулу, А. Терзис, А. Панагиотопулос, С. П. Перлепес, Э. Манесси-Зупа, J. ​​Chem. Soc. Dalton Trans, 1327.
4. Роберт М. Берн, Мэтью Н. Леви. (2001) Физиология. (3-е изд.) Ediciones Harcourt, SA
5. Запад, JB (1991). Физиологические основы врачебной практики. Уильямс и Уилкинс