Den hæmoglobin , almindeligvis symboliseret Hb , undertiden Hgb er en respiratorisk pigment (molekylær familie af metalloproteiner , her indeholdende jern ) til stede hovedsagelig i blodet af hvirveldyr , i deres røde blodceller og i vævene nogle af hvirvelløse dyr . Dens funktion er at transportere ilt O 2fra luftvejene ( lunger , gæller ) til resten af kroppen . Mængden af hæmoglobin er en parameter målt under et blodtal .
Hæmoglobin frigiver ilt i væv til aerob cellulær respiration , som gennem metabolisme giver energi til biologiske processer, der er vigtige for livet.
I human Hæmoglobin er et protein hetero - tetramer dannet af peptidkæder er identiske to og to. Hæmoglobin A (HbA) repræsenterer ca. 95% af hæmoglobinmolekyler hos voksne, der består af to α-kæder og to β-kæder; der er også en hæmoglobin A 2 (HbA 2 ) med formlen α 2 δ 2Og et hæmoglobin F (HbF, føtal) med formlen a 2 γ 2. Hver af de fire kanaler er forbundet med en protesegruppe kaldet heme og består af et kation af jern kompleksbundet med et porfyrin . Hæmoglobin er derfor et hæmoprotein .
Hos pattedyr udgør hæmoglobin næsten 96% af den tørre masse af røde blodlegemer og ca. 35% af deres samlede indhold inklusive vand. Hver hæmoglobinmolekylet kan binde op til fire oxygenmolekyler O 2Og hæmoglobin i blodet kan bære 1,34 ml af O 2pr. gram protein, som gør det muligt at transportere 70 gange mere ilt end mængden af O 2opløst i blod. Hæmoglobin er også involveret i transport af andre gasser end ilt. Især sikrer den transport af en del af kuldioxid CO 2produceret af cellulær respiration, og også transporterer nitrogenoxid NO, som spiller en væsentlig rolle i cellulær signalering af visse fysiologiske processer , og som frigives sammen med oxygen efter transporteres på en thiol gruppe af apoprotein .
det meste af hæmoglobinet findes i røde blodlegemer, som selv produceres af knoglemarven. Imidlertid er ikke alt hæmoglobin koncentreret i røde blodlegemer. Det findes således for eksempel i dopaminerge neuroner fra A9-gruppen af substantia nigra , i makrofager , i alveolære celler og i nyrerne i mesangiumceller . I disse væv spiller hæmoglobin en antioxidant rolle og en regulator af jernmetabolisme .
Hæmoglobin og forskellige relaterede molekyler er også til stede i et stort antal hvirvelløse dyr, svampe og planter . I disse organismer, funktionen af hæmoglobin er at transportere ilt O 2, men kan også fungere som en transportør og regulator af andre kemiske arter såsom kuldioxid CO 2, Nitrogenmonoxid NO, hydrogensulfid HS og sulfid anion S 2- . En variant af hæmoglobin, kaldet leghemoglobin , fjerner ilt fra anaerobe systemer , for eksempel Rhizobium- knuder i fabaceae , inden den inaktiverer dem.
Hæmoglobin har en kvaternær struktur, der er karakteristisk for mange proteiner med kugleformede underenheder . De fleste af dets rester af aminosyrer er involveret i a-spiraler forbundet med ikke-spiralformede segmenter. De spiralformede sektioner stabiliseres ved hydrogenbindinger som giver proteinet dens karakteristiske tredimensionale struktur, kaldet globin foldning som det også findes i andre globiner med en hæm prostetisk gruppe, såsom myoglobin . Denne karakteristiske foldning har et hulrum, hvori et hæmmolekyle, der udgør den protesegruppe i proteinet, er tæt indsat . Hæmoglobin indeholder derfor et hæmmolekyle pr. Underenhed.
Generisk repræsentation af et hæmoglobinmolekyle, der viser de fire underenheder, identiske parvis, hver med et hæmmolekyle indsat i hulrum inden i underenhederne.
I de fleste hvirveldyr er hæmoglobinmolekylet en samling af fire kugleformede underenheder i et omtrent tetraedrisk arrangement . Disse underenheder holdes sammen af hydrogenbindinger, af ionbindinger og af hydrofob effekt . Hos voksne mennesker er den mest almindelige type hæmoglobin hæmoglobin A, der består af to α-underenheder og to β-underenheder, der hver består af henholdsvis 141 og 146 aminosyrerester. Denne struktur er symboliseret med α 2 β 2. Disse underenheder er strukturelt meget ens og har omtrent samme størrelse. Hver har en molekylvægt på ca. 16 kDa eller 64 kDa ( 64 458 g · mol -1 ) for proteinet i fuld længde. Hos børn kaldes hovedhæmoglobinet hæmoglobin F (føtal) med formlen α 2 γ 2idet y-kæderne gradvis erstattes af β-kæder under vækst.
Heme er sammensat af en kation af jern ( II ) koordineret med fire atomer af nitrogen i en porphyrin , en tetrapyrrol, som molekylet er plan. Denne Fe2 + -kation er også kovalent bundet til histidin- F8- resten af globinet, i hvilket hæm indsættes; denne rest, kaldet proximal histidin , er placeret under hæmets plan. Fe 2+ kan også binder reversibelt gennem et koordinerende covalent binding til et oxygen -molekyle O 2over hæm plan, modsat den proximale histidin, færdiggøre seks- ligand oktaedrisk koordinationsgeometri af jern ( II ) kationen i oxyhæmoglobin; i fravær af oxygen, i deoxyhæmoglobin, er denne sjette sted besat af en meget svagt bundet vand molekyle .
Den ferrojern i deoxyhæmoglobin er i en højt spin tilstand , det vil sige, at dens fem d orbitaler er optaget, hovedsagelig ved enkelte elektroner, følgelig en ionradius af størrelsesordenen 92 pm , mens, i oxyhæmoglobin, ferroion er i en lav spin- tilstand , dvs. dens d-orbitaler er optaget af seks parrede elektroner, som er begrænset til de tre laveste energi-orbitaler, derfor en ionradius på kun 75 pm . Af denne grund forskydes Fe2 + -ionen ca. 40 µm fra hæmets plan i deoxyhemoglobin, men kun 10 µm i oxyhemoglobin. Denne variation er i bunden af skiftet mellem spændt form og afslappet form af hæmoglobin.
(en) Skematisk diagram af bindingen af et oxygen -molekyle O 2på hæmmen , symboliseret her med en tyk streg. Superoxid ion O 2• - resulterende er bundet på den ene side til kationen af jern ( III ) ved en koordinat kovalent binding og den anden side til histidindistalen . Fe ( II ) -kationen af deoxyhemoglobin er i tilstanden med høj centrifugering og skiftet ud af hæmplanet mod det proximale histidin, men bringes tilbage i dette plan ved at passere til lavt spin- tilstand ved binding til l. Oxygen, som skifter den proximale histidin til hæmmen og fremmer forskydningen af resten af proteinet fra den anstrengte (T) form til den afslappede (R) form.
Jernkationen kan være i oxidationstilstand +2 eller +3: i sidstnævnte tilfælde har vi at gøre med methemoglobin , som binder til ilt mindre reversibelt end hæmoglobin, og med en lavere affinitet. Faktisk, når det binder til jernholdigt hæm, iltmolekylet O 2tendens til at blive reduceret til superoxid ion O 2• - mens Fe 2+ -kationen har tendens til at blive oxideret til Fe 3+ , en mekanisme, der vendes under frigivelsen af ilt; derimod er binding af ilt til jernholdigt hæm i det væsentlige irreversibel og har tendens til at blokere R-form-proteinet, hvilket forhindrer frigivelse af ilt og hæmmer dets ilttransportfunktionalitet. Den cytochrom b 5 reduktase , eller methæmoglobin-reduktase er det enzym, som sikrer en reduktion af methæmoglobin funktionelt hæmoglobin ved reduktion af kationen Fe 3+ til Fe 2+ , hvilket gør det et essentielt enzym i at bevare egenskaberne af blod.
Deoxygeneret hæmoglobin (deoxyhemoglobin) har en såkaldt T eller spændt konformation , mens iltet hæmoglobin (oxyhemoglobin) har en såkaldt R eller afslappet konformation . T-formen har en lav affinitet for ilt og har derfor en tendens til at frigive den, mens R-formen har en høj affinitet for ilt og har en tendens til at binde den. Flere faktorer favoriserer den ene eller den anden af disse konformationer. Således er T formular begunstiget af en lav pH-værdi ( sur ), en høj koncentration af CO 2og et højt niveau af 2,3-bisphosphoglycerat (2,3-BPG), som fremmer frigivelsen af ilt, når blodet cirkulerer gennem vævene , mens R-formen foretrækkes af en høj pH, et lavt partialtryk af CO 2og et lavt niveau af 2,3-BPG, som fremmer optagelsen af ilt, når blodet cirkulerer på niveauet af lungealveolerne .
Skematisk gengivelse af skiftet af hæmoglobin mellem T (deoxy) og R (oxy) former. Bevægelserne af hæm og af den proximale histidin er klart synlige i den α 1 og P 2 underenheder .
O 2 mætningshastighedhæmoglobin som en funktion af den partialtrykket af O 2 ; undertiden kaldet Barcroft- kurven , er den sigmoid på grund af den samarbejdseffekt, der ledsager iltbinding til hæmoglobin.
Skiftet mellem T-formen og R-formen af hæmoglobin er en såkaldt samarbejdsmekanisme , det vil sige allosterisk , fordi binding af et iltmolekyle til T-formen inducerer en konformationsændring, der formerer sig delvist til nærliggende underenheder , hvis affinitet for ilt øges gradvist, når andre iltmolekyler binder til hæmoglobin, indtil alt protein antager R-konformationen; omvendt frigiver frigivelsen af et iltmolekyle fra R-formen en konformationsændring, der delvist forplantes til tilstødende underenheder, hvis affinitet for ilt gradvist falder, når hæmoglobinet frigiver ilt, indtil alt proteinet vedtager T-konformationen. Det er derfor kurven for binding af ilt til hæmoglobin som en funktion af iltpartiets tryk har en sigmoid form , hvorimod det ville være hyperbolisk i fravær af allosteria.
Det er sædvanligt at plotte mætning hastigheden af hæmoglobin i oxygen O 2repræsenteret i y-aksen som en funktion af partialtrykket af oxygen O 2, givet på abscissen . I denne gengivelse er kurven sigmoid og har en tendens til at glide til venstre, når hæmoglobins affinitet for ilt øges, og til højre, når den falder. Partialtrykket af oxygen ved hvilken hæmoglobin er 50% mættet med oxygen kaldes p 50 : jo lavere værdien er, jo højere affiniteten af hæmoglobin for oxygen. Som vejledning er p 50 for hæmoglobin hos en sund voksen typisk 3,5 kPa , ofte skrevet 26,6 mmHg , mens myoglobin typisk er 130 Pa .
Flere faktorer øger p 50 og glider derfor denne kurve til højre:
Disse effekter er reversible, og at vende retningen af disse faktorers variation får kurven til at glide til venstre.
Udover ilt O 2, som binder til hæmoglobin i henhold til en såkaldt samarbejdsmekanisme , dette protein transporterer også andre ligander , hvoraf nogle er konkurrencedygtige hæmmere , såsom carbonmonoxid CO, og andre er allosteriske ligander såsom carbondioxid CO 2og nitrogenmonoxid NO. CO 2reversibelt binder til amin grupper i apoprotein til udformningen carbaminohemoglobin , som menes at tilvejebringe ca. 10% af CO 2 transporthos pattedyr , mens resten hovedsageligt transporteres i form af HCO 3- bicarbonationer- . Nitrogenoxid binder reversibelt til thiolgrupper i apoproteinet til dannelse af en S- nitrosothiol . Det er muligt, at nitrogenoxidtransport medierer transporten af ilt med hæmoglobin indirekte ved at fungere som en vasodilator i væv, hvor iltens delvise tryk er lavt.
Hæmmere ved konkurrence med iltBindingen af ilt til hæmoglobin blokeres effektivt af kulilte CO, for eksempel fra cigaretrøg , udstødning eller ufuldstændig forbrænding af en kedel . Kulilte konkurrerer med ilt på sidstnævntes bindingssted på heme. Den affinitet af hæmoglobin til carbonmonoxid er ca. 230 gange den for hæmoglobin til oxygen, så små mængder carbonmonoxid er nok til at reducere iltningen af hæmoglobin under hematosis og dermed blodets evne til at ilte kroppen. Den hypoxi, som således resulterer fra kontinuerlig eksponering for 0,16% CO i luften, forårsager svimmelhed , kvalme , hovedpine og takykardi inden for 20 minutter og fører til døden inden for to timer; 1,28% CO i luften forårsager bevidstløshed efter kun to til tre vejrtrækninger og døden på mindre end tre minutter. Når det kombineres med kulilte, er hæmoglobin et protein kaldet carboxyhemoglobin, hvis meget lyse røde farve sandsynligvis vil farve huden lyserød hos ofre, der døde af kulilteforgiftning , som ellers ville have hudfarven bleg eller blå.
Tilsvarende hæmoglobin udviser ved sin oxygen-bindingssted, en kompetitiv affinitet for cyanid ion CN - , svovlmonoxid SO og sulfid ion S 2- , som med sulfid af hydrogen H 2 S. Disse binder sig til hæmens jernkation uden at ændre dets oxidationstilstand, men de hæmmer ikke desto mindre iltbinding til hæm, derfor deres høje toksicitet.
Allosteriske hæmoglobinliganderDen kuldioxid CO 2binder lettere til deoxyhemoglobin, hvilket letter dets eliminering fra kroppen. Dette kaldes Haldane-effekten .
Derudover CO 2opløst i blodet omdannes til bicarbonat anion HCO 3- ved kulsyreanhydase , afhængigt af reaktionen:
CO 2+ H 2 O→ H 2 CO 3→ HCO 3- + H + .Det følger heraf, at blodet er rig på CO 2er også surere , dvs. dets pH sænkes af virkningen af kulsyre . Binding af H + protoner og CO 2 -molekylerhæmoglobin inducerer en konformationsændring, der favoriserer T-formen og dermed frigivelsen af ilt. Protoner binder til forskellige steder i hæmoglobin, mens kuldioxid binder til a- aminogrupper grupper til formular carbaminohemoglobin . Faldet i hæmoglobins affinitet til ilt i nærværelse af CO 2og sur pH kaldes Bohr-effekten .
Mennesker, der er akklimatiseret til store højder, har et forhøjet blodniveau på 2,3-bisphosphoglycerat (2,3-BPG). Sidstnævnte er en heteroallosterisk effektor, der har den virkning at reducere affiniteten af hæmoglobin for ilt ved at stabilisere T-formen: under et delvis iltryk lavere end ved havoverfladen har et fald i hæmoglobins affinitet til ilt den virkning at øge samlet effektivitet af ilttransport med hæmoglobin. Mere generelt observeres en stigning i niveauet af 2,3-BPG, når det delvise tryk af ilt falder i det perifere væv, for eksempel i tilfælde af hypoxæmi , kronisk luftvejssygdom , anæmi eller endda hjertesvigt . Omvendt falder hastigheden af 2,3-BPG i tilfælde af septisk shock og hypophosphatemia (in) .
Hæmoglobins biosyntese involverer et komplekst sæt trin. Den hæm er fra en serie af reaktioner, der begynder i mitochondrierne og som fortsætter i cytosolen af erythrocytter umodne, mens apoproteinet produceres på ribosomer cytosol. Hæmoglobinproduktion forekommer i de tidlige stadier af erythropoiesis , fra proerythroblast- stadiet til reticulocyt- stadiet i knoglemarven . Det er her, pattedyrs erytrocytter mister deres kerne , mens kernen forbliver i erytrocytter hos fugle og mange andre arter . Den biosyntese af apoproteinet fortsætter dog efter tabet af kernen, fordi der er tilbage af messenger-RNA i cellen, som kan oversættes ved ribosomerne i cytosolen indtil aktiveringen af erythrocyt i apparatet. Kardiovaskulære .
Hos hvirveldyr fjernes erytrocytter, der har nået slutningen af deres levetid på grund af aldring eller forringelse fra blodet ved fagocytose ved makrofager i milten og i leveren . I tilfælde af hæmolyse i blodbanen binder hæmoglobin til haptoglobin , mens frit hæm er bundet af hæmopexin , hvilket begrænser den oxidative virkning. Det ufuldstændigt nedbrudte eller hæmoglobin, der frigøres i store mængder fra beskadigede røde blodlegemer, vil sandsynligvis tilstoppe blodkarrene , såsom kapillærer i nyrerne , hvilket kan forårsage nyresygdom . Det frigivne hæmoglobin elimineres fra blodet af CD163- proteinet , som udelukkende udtrykkes i monocytter og makrofager. Hæmoglobin nedbrydes i disse celler, og hemejern genbruges, mens et molekyle kulilte frigives pr. Nedbrudt hæmmolekyle: nedbrydning af hæm er en af de få naturlige processer. Der producerer kulilte i menneskekroppen og er ansvarlig for tilstedeværelse af CO i blodet fra mennesker, der trækker vejret selv den reneste luft. Denne proces danner biliverdin , derefter bilirubin , som er gul i farven. Uopløselig frigives det af makrofager i blodplasmaet , hvor det binder til serumalbumin , som transporterer det til hepatocytter . Sidstnævnte opløser det ved konjugering med glucuronsyre og udskiller det i tarmene med galden . Tarmene metaboliserer bilirubin til urobilinogen , som udskilles i fæces som stercobilin som samt i urinen . Når bilirubin ikke kan udskilles, stiger dets koncentration i blodet, og det elimineres hovedsageligt gennem urinen, som bliver mørk, mens fæces misfarves.
Jernet, der produceres ved nedbrydning af hæm, opbevares i ferritinerne i vævene og transporteres i blodplasmaet af β-globuliner, såsom transferriner .
Hæmoglobinmolekyler består af underenheder type globin, hvis sekvens varierer afhængigt af arten . Der er også varianter af hæmoglobiner inden for den samme art, selvom en af disse varianter normalt stort set er fremherskende over de andre. Hos mennesker kaldes den dominerende form for hæmoglobin hæmoglobin A; det er kodet af HBA1- , HBA2- og HBB- generne placeret på kromosom 16 for de første to og på kromosomer 11 for de sidste.
Det er almindeligt accepteret, at forskellen mellem hæmoglobin og myoglobin er efter adskillelsen af gnathostomer ( hvirveldyr til kæbe ) af med lamprey . Myoglobin er rettet mod opbevaring af ilt, mens hæmoglobin har været specialiseret i transport af ilt. Underenhederne af proteinet kodes af gener af a- og β- globin- typen . Forgængerne for disse gener opstod under en duplikering, der opstod efter udseendet af gnathostomer for omkring 450 til 500 millioner år siden. Udseendet af α- og β-gener åbnede vejen for polymerisationen af disse globiner og derfor for dannelsen af et større protein, der består af forskellige underenheder . Det faktum, at hæmoglobin er et polymert protein, er grundlaget for den allosteriske mekanisme, som især ligger til grund for den samarbejdsvillige natur af binding af oxygen til hæmoglobin. A-genet har efterfølgende gennemgået en anden duplikering, der fører til dannelsen af HBA1- og HBA2- generne . Disse multiple duplikationer og divergenser har skabt et helt sæt gener relateret til α- og β-globiner, hvis regulering fører til, at de udtrykkes på forskellige udviklingsstadier.
Justering af α-, β- og δ-kædesekvenser af humant hæmoglobin (kilde UniProt ).
De mutationer i generne for hæmoglobin kan føre til hæmoglobinvarianter. De fleste af disse varianter er funktionelle og har ingen indflydelse på helbredet. Nogle mutationer i hæmoglobin kan på den anden side forårsage genetiske sygdomme kaldet hæmoglobinopatier . Den bedst kendte af disse tilstande er seglcelleanæmi , som var den første menneskelige sygdom, hvis mekanisme blev belyst på molekylært niveau. De thalassemias er en anden gruppe af hæmoglobinopatier involverer en ændring af genregulering af globin bestanddel af hæmoglobin. Alle disse sygdomme resulterer i anæmi .
Ændring af hæmoglobins aminosyresekvens kan være adaptiv. Det var således muligt at vise, at hæmoglobin tilpasser sig faldet i partialtryk af oxygen observeret i stor højde. Hæmoglobinet skal derefter være i stand til at binde til ilt ved et lavere tryk, hvilket kan manifestere sig ved en ændring i sekvensen af de aminosyrer, der er involveret i hæmoglobins affinitet for ilt. Som det f.eks. Er blevet observeret hos kolibrier i Andesbjergene. Cordillera : således, i arter af slægten Oreotrochilus , i Castelneau kolibri , inca violifera eller endda den kæmpe kolibri , reducerer disse mutationer hæmoglobins affinitet for fytinsyre , som i disse fugle spiller den samme rolle som 2,3- bisphospoglycerat hos mennesker; dette fald i affinitet har den virkning at øge effektiviteten af oxygentransport, når sidstnævntets delvise tryk reduceres.
Tilpasningen af hæmoglobin til store højder påvirker også mennesker. Vi identificerede således en gruppe tibetanske kvinder, hvis genotype koder for et hæmoglobin, hvis affinitet for ilt øges ved lavt partialtryk. Dette har den virkning at reducere spædbarnsdødelighed under disse ekstreme forhold, hvilket giver en selektiv fordel, der begunstiger individer, der bærer disse hæmoglobinmutationer.
Hos voksne er den vigtigste variant af hæmoglobin hæmoglobin A eller HbA med formlen α 2 β 2, som tegner sig for over 97% af det totale hæmoglobin hos en sund voksen. Den anden variant af voksent hæmoglobin er hæmoglobin A 2 , eller HbA 2 , med formlen α 2 δ 2, som repræsenterer mellem 1,5% og 3,1% af det totale hæmoglobin hos en sund voksen, men hvis andel stiger hos seglcellepatienter . Ud over disse sunde voksne varianter er der et dusin andre varianter af humant hæmoglobin, som findes i fosteret , fosteret eller patienter med en eller flere former for hæmoglobinopati .
Fire typer embryonalt hæmoglobin er kendt hos mennesker :
Embryonalt hæmoglobin er undertiden symboliseret ved Hbε, som ikke bør forveksles med hæmoglobin E, betegnet HbE, som er en patologisk variant af HbA, der præsenterer en skadelig mutation på β-underenhederne, betegnet β E ("E" i dette tilfælde refererer til rest af glutamat modificeret ved mutation ).
Den føtalt hæmoglobin HbF med formlen α 2 γ 2, erstatter embryonalt hæmoglobin efter 10 til 12 ugers udvikling. Det udgør op til 95% af det nyfødte blod og erstattes gradvist af voksen hæmoglobin HbA fra den sjette måned efter fødslen; det forbliver dog til stede i spor hos voksne, hvor det ikke overstiger 1% af alle detekterbare hæmoglobinvarianter. Hun forbliver hos børn produceret under bestemt thalassæmi, især op til femårsalderen, og en sjælden tilstand kaldet arvelig vedholdenhed af føtal hæmoglobinlidelse (en) ( HPFH ) resulterer i produktion af HbF i stedet for HbA ud over den normale periode. Derudover kan produktionen af HbF genaktiveres hos voksne i en terapeutisk indstilling til behandling af seglcelleanæmi .
Føtalt hæmoglobin er kendetegnet ved en større affinitet for oxygen end voksent hæmoglobin, som tillader fosteret at oxygenere sig fra moderens blod: ja, p 50 af HbF er ca. 19 mmHg ( 2,6 kPa ), sammenlignet med 26,8 mmHg ( 3,6 kPa ) for HbA. Denne forskel i affinitet for oxygen skyldes en forskel i affinitet for en af de allosteriske effektorer af hæmoglobin: 2,3-bisphosphoglycerat (2,3-BPG), hvis binding til hæmoglobin har den virkning at stabilisere T-formen af dette protein, hvilket svarer til deoxyhemoglobin, hvilket reducerer hæmoglobins affinitet for ilt. I tilfælde af føtal hæmoglobin har γ-underenheden en rest af serin i position 143, hvor en underenhed β HbA har en rest af histidin : denne position er placeret på bindingsstedet 2,3-BPG, og erstatningen af en histidin, hvis sidekæde bærer en positiv elektrisk ladning ved en elektrisk neutral serin, svækker interaktionen mellem 2,3-BPG og hæmoglobin, fordi 2, 3-BPG er et lille molekyle, der bærer fem negative elektriske ladninger.
De thalassemias er kendetegnet ved utilstrækkelig produktion af en af to typer underenheder af hæmoglobin voksen. Der skelnes således mellem α thalassæmi , som er ret sjælden, hvor α-underenhederne ikke er tilstrækkeligt produceret, og β-thalassæmi , den mest almindelige, hvor det er β-underenhederne, der er utilstrækkeligt produceret. De første fører til dannelsen af p-globin tetramerer kaldet hæmoglobin H , med formlen P 4, som er ret ustabile. De a 0 homozygoter overlever generelt ikke længe efter fødslen på grund af en dyb ændring af føtalt hæmoglobin HbF, giver under disse betingelser Barts hæmoglobin med formlen γ 4.
De vigtigste mutationer i hæmoglobin er:
Der er en lang række proteiner i planter og dyr, der binder til ilt til opbevaring eller transport. De bakterier , den protozoer og svampe har alle også til hæmoglobin beslægtede proteiner, som efter deres kendt eller forventet funktion, binder til ligander gasformige reversibelt. Ud over at transportere og påvise ilt kan disse proteiner være involveret i fjernelse af ilt fra medier, der menes at forblive anaerobe , som det også er tilfældet med leghemoglobin .
Da mange sådanne proteiner består af globiner og hæm , omtales de ofte som "hæmoglobin", selvom deres generelle struktur er meget forskellig fra hvirveldyrshæmoglobin . Især er sondringen mellem myoglobin og hæmoglobin ofte umulig hos de enkleste dyr i fravær af muskler i sidstnævnte, mens kredsløbssystemet for de fleste insekter ikke er involveret i diffusionen af ilt til gennem kroppen. En række leddyr ( edderkopper , skorpioner , nogle krebsdyr ) bruger nøglehullet , som er en kobberholdig fri hæm men ved anvendelse af kationer af kobber direkte koordineret med rester af histidin , men dette protein er ikke ikke homolog til hæmoglobin.
Hæmoglobins struktur er meget variabel afhængigt af den art, der overvejes. Det er ofte monoglobin i bakterier, protozoer, alger og planter , mens mange nematoder , bløddyr og krebsdyr har meget store proteiner, der indeholder et meget højere antal underenheder end hos hvirveldyr. Specielt svampe og annelider har kimære hæmoglobiner indeholdende både globiner og andre typer proteiner. Således giant tubeworm af de hydrotermiske væld indeholder en række af hæmoglobin omfatter ikke mindre end 144 globin-underenheder, hver er knyttet til et hæm-gruppe, hvis rolle er at fange oxygen O 2og hydrogensulfid H 2 Snødvendigt for bakterier, der lever i symbiose med det, såvel som kuldioxid CO 2nødvendigt for ormens anabolisme . Disse strukturer er bemærkelsesværdige ved, at de kan transportere oxygen i nærværelse af sulfid -ioner og transportere disse ioner selv uden at blive forgiftet af dem som er hæmoglobiner af andre arter.
Blandt andre proteiner end hæmoglobin, der er i stand til at binde til ilt, kan følgende molekyler bibeholdes:
I medicin refererer flere udtryk til hæmoglobin:
Som mange proteiner præsenterer hæmoglobinkæder forskellige mutationer, som oftest ikke har nogen klinisk indvirkning. Mere end 500 unormale hæmoglobiner er blevet identificeret. Visse mutationer (Hb Köln, Indianapolis osv.) Forårsager ustabilitet af den udfældende tetramer i Heinz-kroppen eller methemoglobinæmi (hæmoglobin M).
Undertiden forårsager denne mutation en unormal affinitet for ilt, det vil sige som Hb Hope, et fald i affinitet med en høj P50, hvilket giver en veltolereret anæmi og cyanose i hvile, hvor indsatsen og højden understøttes dårligt., Eller, såsom Hb Chesapeake, Malmö eller Olympia, en stigning i affinitet med reduceret P50 og en kompenserende polycytæmi, der fører til kliniske manifestationer fra en bestemt alder.
Andre kan være ansvarlige for kronisk hæmolyse, HbS (ved mutation af glutamin til valin, som vil forårsage polymerisering af Hb), HbC eller forværres i den heterozygote tilstand en anden hæmoglobinopati, HbO Arab, HbD Punjab eller Hb Lepore eller β-thalassæmi, HbE.
Endelig kan den genetiske skade ikke relateres til den primære struktur af proteinet, men til en kvantitativ defekt i dets syntese eller en unormalt høj vedholdenhed af føtal hæmoglobin HbF.
Syntese defekter eller molekylær anomali er beskrevet under navnene:
De første undersøgelser af hæmoglobin blev taget til XIX th århundrede i Tyskland . Hæmoglobin blev opdaget i 1840 af Hünefeld i 1851 af Otto Funke (en) , og det var Felix Hoppe-Seyler, der demonstrerede den reversible fiksering af ilt på dette protein i 1866. Den tetrameriske natur og hæmoglobins molekylvægt blev etableret ved Gilbert Smithson Adair (en) i 1925 ved at måle det osmotiske tryk af hæmoglobinopløsninger, som også identificerede baserne for den samarbejdsvillige virkning af binding af ilt til dette protein ved allosteria .
Den tredimensionelle struktur af hæmoglobin blev etableret af Max Perutz i 1959 ved røntgenkrystallografi , hvilket førte til, at han delte 1962 Nobelprisen i kemi med John Kendrew , som havde udført lignende arbejde med myoglobin .
I 2005 skabte kunstneren Julian Voss-Andreae skulpturen Heart of Steel (hemoglobin) , modelleret på proteinets rygrad. Skulpturen er lavet af glas og Corten-stål . Arbejdets rustne udseende er forsætligt og fremkalder den grundlæggende kemiske reaktion af iltbinding til jernet indeholdt i hæmoglobin.
Montreal kunstner Nicolas Baier skabte Luster (Hemoglobin) skulpturen, en poleret rustfri stålskulptur, der viser strukturen af hæmoglobinmolekylet. Skulpturen er placeret i atriumet til forskningscentret ved McGill University Health Center i Montreal. Skulpturens størrelse er ca. 10 meter x 10 meter.
" Nobelprisen i kemi 1962 blev tildelt i fællesskab til Max Ferdinand Perutz og John Cowdery Kendrew" for deres studier af strukturer af globulære proteiner . "