هموگلوبین: ساختار، تایید، اتصال و انتقال اکسیژن

هموگلوبین و میوگلوبین اولین پروتئین هایی بودند که توسط JC Kendrew و Max Perutz (جایزه نوبل شیمی 1962) مورد تجزیه و تحلیل کامل اشعه ایکس قرار گرفتند. هموگلوبین همچنین به عنوان شکل تترامری میوگلوبین شناخته می شود که از نظر ساختاری و عملکردی پیچیده تر از میوگلوبین است.

هموگلوبین عضوی از پروتئین کونژوگه (پروتئین های اتصال دهنده اکسیژن به گلوبولین)، یک پروتئین آلوستریک تترامریک حاوی گلوبین با گروه پروتزی هم است. در گلبول های قرمز یافت می شود که اکسیژن را از ریه ها به بافت ها منتقل می کند.

ساختار سجافجریمه

هر زیر واحد شامل یک

I. قسمت غیر پروتئینی

به نام a مصنوعی group که a نامیده می شود سجافتولید شده از ترکیب آهن با حلقه پورفیرین و

II. گلوبین

قسمت آپوپروتئین

ساختار هم (گروه پروتز)

• هِم مشتق از پورفیرین.

• پورفیرین: پورفیرین ها ترکیبات حلقویی هستند که از همجوشی 4 حلقه پیرول که توسط پل های متنیل (=CH-) به هم وصل شده اند، تشکیل می شوند. از آنجایی که یک اتم آهن وجود دارد، هِم یک فروپروتوپورفیرین است. این حلقه ها I,II,III,IV و پل ها آلفا، بتا، گاما و دلتا نام دارند. پورفیرین ها حاوی زنجیره های جانبی هستند که به هر یک از چهار حلقه پیرول باقی مانده متصل هستند. پورفیرین های مختلف در ماهیت زنجیره های جانبی که به هر یک از حلقه های پیرول متصل می شوند، متفاوت هستند.

• هم از یک اتم آهن منفرد (Fe++) تشکیل شده است که با مرکز حلقه تترا پیرول پروتوپورفیرین IX هماهنگ شده است. این اتم آهن دارای شش پیوند هماهنگی است، چهار اتم به نیتروژن که بخشی از سیستم حلقه مسطح پورفیرین و دو اتم عمود بر پورفیرین هستند. اتم های هماهنگ نیتروژن (که دارای ویژگی اهدای الکترون هستند) به جلوگیری از تبدیل آهن هِم به آهن (Fe) کمک می کند.³⁺) وضعیت. یکی از این دو پیوند هماهنگی توسط نیتروژن در زنجیره جانبی باقیمانده هیس اشغال شده است. دیگری محل اتصال مولکولی اکسیژن (O2) است. بنابراین، با حضور آهن از اکسیداسیون آهن هِم جلوگیری می شود هیستیدین دیستال زنجیره جانبی مانع از آزاد شدن آسان اکسیژن می شود. این یک مکانیسم مهم برای درک تنظیم میل ترکیبی اکسیژن هموگلوبین است.

• آهن موجود در Fe²⁺ حالت به طور برگشت پذیر اکسیژن را متصل می کند. در حالت Fe3 به اکسیژن متصل نمی شود. هم در تعدادی از پروتئین های حامل اکسیژن و همچنین در برخی پروتئین ها مانند سیتوکروم ها که در واکنش های اکسیداسیون-کاهش (انتقال الکترون) نقش دارند، یافت می شود. مولکول هایی مانند مونوکسید کربن (CO) و اکسید نیتریک (NO) با آهن هِم با میل ترکیبی بیشتر از O هماهنگ می شوند.₂. هنگامی که یک مولکول CO به هم متصل می شود، O₂ مستثنی شده است، که سمیت O را توضیح می دهد₂.

[Source: Lehninger, Albert L., Cox, Michael M. Nelson, David L. Lehninger Principles of Biochemistry. New York : W.H. Freeman,]

گلوبین و ساختار چهارتایی هموگلوبین:

• هموگلوبین از زنجیره های پلی پپتیدی گلوبین از دو دایمر تشکیل شده است. بنابراین، تترامر هتروتترامری از دو دایمر یکسان، (αβ)1 و (αβ)2 تشکیل شده است. دو زنجیره پلی پپتیدی در هر دایمر، عمدتاً توسط فعل و انفعالات آبگریز، و همچنین توسط پیوندهای یونی و هیدروژنی، محکم به هم متصل می شوند. اگرچه این دو دیمر توسط پیوندهای قطبی در کنار هم قرار می گیرند، می توانند نسبت به یکدیگر حرکت کنند.

تائیدیه

• T شکل: شکل دئوکسی هموگلوبین را شکل “T” یا کشیده (کشیده) می نامند. در فرم T، دو دیمر αβ وجود دارد که از طریق شبکه ای از پیوندهای یونی و پیوندهای هیدروژنی برهم کنش می کنند. این پیوندها حرکت زنجیره های پلی پپتیدی را محدود می کنند. فرم T شکل هموگلوبین با میل ترکیبی کم اکسیژن است.
• فرم R: اتصال اکسیژن به هموگلوبین باعث شکستن برخی از پیوندهای یونی و پیوندهای هیدروژنی بین دیمرهای αβ می شود. این منجر به ساختاری به نام “R” یا ترکیب آرام می شود که در آن زنجیره های پلی پپتیدی آزادی حرکت بیشتری دارند. فرم R شکل هموگلوبین با میل ترکیبی اکسیژن بالا است

علاوه بر هموگلوبین بالغ (HBA1) همانطور که در بالا توضیح داده شد، سایر هموگلوبین های جزئی مانند HbA2 که کمتر از 5٪ یافت می شوند، هموگلوبین جنینی (HbF) در طول رشد جنین یافت می شوند که کمتر از 2٪ هستند و هموگلوبین گلیکوزیله (HbA1c) کمتر از 5 درصد را اشغال می کند. در بدن طبیعی انسان

• منحنی تفکیک اکسیژن برای هموگلوبین به شکل سیگموئیدی است که نشان می دهد زیر واحدها در اتصال اکسیژن با یکدیگر همکاری می کنند.
• اتصال مشارکتی اکسیژن توسط چهار زیرواحد هموگلوبین به این معنی است که اتصال یک مولکول اکسیژن به یک گروه هم، میل ترکیبی اکسیژن سایر گروه های هم را در همان مولکول هموگلوبین افزایش می دهد. این اثر نامیده می شود تعامل هر دو سجاف
• اثر خالص این است که میل هموگلوبین برای آخرین اکسیژن محدود تقریباً 300 برابر بیشتر از میل ترکیبی آن برای اولین اکسیژن محدود است. دلیل این امر زمانی است که O₂ به Fe متصل می شود²⁺ شکل هموگلوبین تغییر می‌کند و به هموگلوبین اجازه می‌دهد تا اکسیژن را تا زمانی که به بافت‌ها منتقل شود، حفظ کند. این تغییر شکل به عنوان a شناخته می شود تغییر کنفورماسیونی.
• هنگامی که اکسیژن به بافت ها می رسد، شکل هموگلوبین به شکل قبل از اکسیژن خود تغییر می کند. در نتیجه تعهد تعاونی، اکسیژن به هموگلوبین اجازه می دهد تا در پاسخ به تغییرات نسبتاً کوچک در فشار جزئی اکسیژن، اکسیژن بیشتری را به بافت ها برساند.

انتقال اکسیژن

تقریباً تمام اکسیژن منتقل می شود خون در حیوانات به هموگلوبین در گلبول های قرمز (گلبول های قرمز) متصل شده و توسط آن منتقل می شود. گلبول های قرمز طبیعی انسان دیسک های کوچک (با قطر 6 تا 9 متر) دوقعر هستند. آنها از سلول های بنیادی پیش ساز به نام هموسیتوبلاست تشکیل می شوند. عملکرد اصلی از RBC حمل هموگلوبین در غلظت بسیار بالا (34% وزنی) است که در سیتوزول حل می شود. در خون شریانی، از ریه ها از طریق قلب تا بافت های محیطی، هموگلوبین حدود 96 درصد از اکسیژن اشباع شده است، در حالی که در خون وریدی که به قلب باز می گردد، هموگلوبین تنها حدود 64 درصد اشباع است.

بیشتر بدانید اجزاء و عملکردهای خون – یادداشت های علمی

منابع

1. Mozzarelli A., Bruno S., Ronda L. (2013) بیوشیمی هموگلوبین. در: Kim H.، Greenburg A. (eds) حامل های اکسیژن مبتنی بر هموگلوبین به عنوان جایگزین های گلبول های قرمز و اکسیژن درمانی. اسپرینگر، برلین، هایدلبرگ. https://doi.org/10.1007/978-3-642-40717-8_3
2. فرید Y، بومن NS، Lecat P. بیوشیمی، سنتز هموگلوبین. [Updated 2020 Jul 10]. در: StatPearls [Internet]. جزیره گنج (FL): StatPearls Publishing; ژانویه 2020. موجود از: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK536912/
3. هاروی، ریچارد A.، دکترا (2011). بررسی های مصور لیپینکات: بیوشیمی. فیلادلفیا: Wolters Kluwer Health،
4. Turdy- McKee, T., & McKee, JR (2012). بیوشیمی: اساس مولکولی حیات. Oxford: Oxford University Press.pp.171-175
5. Lehninger, Albert L., Cox, Michael M. Nelson, David L. Lehninger Principles of Biochemistry. نیویورک: WH Freeman، 2008 pp158-161
6. آلبرتز، بروس، الکساندر جانسون، جولیان لوئیس، مارتین راف، کیت رابرتز و پیتر والتر. زیست شناسی مولکولی سلول. نیویورک: گارلند ساینس، 2002. صفحات 147-148، 760
7. لودیش، هاروی اف. زیست شناسی سلولی مولکولی. نیویورک: WH Freeman and Co، 5^هفتم چاپ.ص-82-83
8. https://www.barnardhealth.us/glucose-phosphate/oxygen-can-be-bound-to-a-heme-prosthetic-group.html
9. https://accesspharmacy.mhmedical.com/content.aspx?bookid=1696§ionid=111398218
10. https://www.cliffsnotes.com/study-guides/biology/biochemistry-i/oxygen-binding-by-myoglobin-and-hemoglobin/hemoglobin-and-myoglobin
11. https://www.ucsfhealth.org/education/hemoglobin-and-functions-of-iron
12. https://www.drawittoknowit.com/course/biochemistry/glossary/biochemical-pathway/hemoglobin-myoglobin-3-hemoglobin
13. https://www.medicalnewstoday.com/articles/318050