Hemoglobin , obvykle symbolizovaný Hb , někdy Hgb je respirační pigment (molekulární rodiny metaloproteinů , zde s obsahem železa ) přítomný hlavně v krvi z obratlovců , v jejich červených krvinek a v tkáních některých bezobratlých . Jeho funkcí je transport kyslíku O 2z dýchacího systému ( plíce , žábry ) do zbytku těla . Množství hemoglobinu je parametr měřený během krevního obrazu .
Hemoglobin uvolňuje kyslík do tkání pro aerobní buněčné dýchání , které prostřednictvím metabolismu dodává energii pro biologické procesy nezbytné pro život.
U člověka je hemoglobin protein, který je hetero - tetramerický a tvoří se z peptidových řetězců, které jsou identické dva po druhém. Hemoglobin A (HbA) představuje přibližně 95% molekul hemoglobinu u dospělých, sestávající ze dvou α řetězců a dvou β řetězců; je zde také hemoglobin 2 (HbA 2 ) vzorce α 2 δ 2a hemoglobin F (HbF, plod) vzorce a 2 γ 2. Každý ze čtyř kanálů je spojeno s protetickou skupinou s názvem hem a skládající se z kationtu ze železa v komplexu s porfyrinu . Hemoglobin je tedy hemoprotein .
U savců tvoří hemoglobin téměř 96% sušiny červených krvinek a asi 35% jejich celkového obsahu včetně vody. Každá molekula hemoglobinu může vázat až čtyři molekuly kyslíku O 2A hemoglobinu v krvi může nést 1,34 ml z O 2na gram bílkoviny, což mu umožňuje nést 70krát více kyslíku než množství O 2rozpuštěný v krvi. Hemoglobin se také podílí na transportu jiných plynů než kyslíku. Zejména zajišťuje transport části oxidu uhličitého CO 2produkovaný buněčného dýchání, a také transportuje oxid dusnatý NO, který hraje významnou roli v buněčné signalizaci určitých fyziologických procesů , a který je uvolňován spolu s kyslíkem po převozu na thiolové skupině na apoprotein .
většina hemoglobinu se nachází v červených krvinkách, které samy produkuje kostní dřeň. Ne každý hemoglobin je však koncentrován v červených krvinkách. Nachází se tedy například v dopaminergních neuronech skupiny A9 substantia nigra , v makrofágech , v alveolárních buňkách a v ledvinách v mezangiových buňkách . V těchto tkáních hraje hemoglobin antioxidační roli a regulátor metabolismu železa .
Hemoglobin a různé příbuzné molekuly jsou také přítomny ve velkém počtu bezobratlých, hub a rostlin . V těchto organismech je funkcí hemoglobinu transport kyslíku O 2, ale může také působit jako transportér a regulátor jiných chemických látek, jako je oxid uhličitý CO 2, oxid dusnatý NO, sirovodík HS a sulfidový anion S 2– . Varianta hemoglobinu, nazývaná leghemoglobin , odstraňuje kyslík z anaerobních systémů , například uzlíky Rhizobium in fabaceae , než je deaktivuje.
Hemoglobin má kvartérní strukturu charakteristickou pro mnoho proteinů s kulovitými podjednotkami . Většina z jeho zbytků z aminokyselin jsou zapojeny do alfa šroubovic spojených nehelikálních segmentů. Spirálovité úseky jsou stabilizovány vodíkovými vazbami, které dávají proteinu charakteristickou trojrozměrnou strukturu, která se nazývá skládání globinu, protože se vyskytuje také u jiných globinů s hemovou protetickou skupinou, jako je myoglobin . Toto charakteristické skládání má dutinu, do které je pevně vložena hemová molekula tvořící protetickou skupinu proteinu. Hemoglobin proto obsahuje jednu molekulu hemu na podjednotku.
Obecná reprezentace molekuly hemoglobinu, zobrazující čtyři podjednotky, identické v párech, každá s molekulou hemu vloženou do dutin v podjednotkách.
U většiny obratlovců je molekula hemoglobinu sestavou čtyř globulárních podjednotek ve zhruba čtyřbokém uspořádání . Tyto podjednotky drží pohromadě vodíkové vazby, iontové vazby a hydrofobní účinek . U dospělých lidí je nejběžnějším typem hemoglobinu hemoglobin A, který se skládá ze dvou α podjednotek a dvou β podjednotek, z nichž každá obsahuje 141, respektive 146 aminokyselinových zbytků. Tato struktura je symbolizována α 2 β 2. Tyto podjednotky jsou strukturně velmi podobné a mají přibližně stejnou velikost. Každý z nich má molekulovou hmotnost přibližně 16 kDa nebo 64 kDa ( 64 458 g · mol -1 ) pro protein plné délky. U dětí se hlavní hemoglobin nazývá hemoglobin F (fetální) vzorce α 2 γ 2, přičemž γ řetězce jsou během růstu postupně nahrazovány β řetězci.
Hem se skládá z kationtu ze železa ( II ), koordinovaný na čtyři atomy z dusíku části porfyrinu , je tetrapyrrolového molekula je rovinná. Tento kation Fe2 + je také kovalentně navázán na zbytek histidinu F8 v globinu, do kterého je vložen hem; tento zbytek, nazývaný proximální histidin , je umístěn pod rovinou hemu. Fe 2+ může také reverzibilně vážou pomocí koordinační kovalentní vazbu na kyslík molekuly O 2nad hemovou rovinou, naproti proximálnímu histidinu, dokončující oktaedrickou koordinační geometrii šesti ligandů kationu železa ( II ) v oxyhemoglobinu; v nepřítomnosti kyslíku je v deoxyhemoglobinu toto šesté místo obsazeno velmi slabě navázanou molekulou vody .
Železné železo deoxyhemoglobinu je ve vysokém rotačním stavu , to znamená, že jeho pět d orbitalů je obsazeno hlavně jednoduchými elektrony, tedy iontovým poloměrem řádově 92 hodin , zatímco v oxyhemoglobinu je železné železo v stav nízké rotace , tj. jeho d orbitaly jsou obsazeny šesti spárovanými elektrony, které jsou omezeny na tři orbitaly s nejnižší energií, tedy iontový poloměr pouze 75 pm . Z tohoto důvodu je iont Fe 2+ posunut o 40 um od roviny hemu v deoxyhemoglobinu, ale pouze 10 um v oxyhemoglobinu. Tato variace je základem přechodu mezi napjatou formou a uvolněnou formou hemoglobinu.
(en) Schéma navázání kyslíku molekuly O 2na lemu , symbolizovaném zde silnou čarou. Superoxidový iont O 2• - což je spojeno na jedné straně na kationtu ze železa ( III ) pomocí koordinační kovalentní vazby a na druhé straně k histidinu distálně. Kation Fe ( II ) deoxyhemoglobinu je ve vysokém spinovém stavu a posunul se z roviny hemu směrem k proximálnímu histidinu, ale v této rovině se přivede zpět přechodem do nízkého spinového stavu vazbou na 1. kyslík, který se posune histidin proximálně k hemu a podporuje posun zbytku proteinu z napjaté (T) formy do uvolněné (R) formy.
Kation železa může být v oxidačním stavu +2 nebo +3: v druhém případě máme co do činění s methemoglobinem , který se váže na kyslík méně reverzibilně než hemoglobin, as nižší afinitou. Ve skutečnosti, když se váže na železnatý hemu, kyslíkové molekuly O 2má sklon k redukci na superoxidový iont O 2• - zatímco kation Fe2 + má tendenci být oxidován na Fe 3+ , mechanismus, který je během uvolňování kyslíku obrácen; na rozdíl od toho je vazba kyslíku na železitý hém v podstatě nevratná a má tendenci blokovat protein ve formě R, který zabraňuje uvolňování kyslíku a inhibuje jeho funkčnost transportéru kyslíku. Cytochrom b 5 reduktázy nebo methemoglobinreduktáza reduktázy je enzym , který zajišťuje snížení methemoglobinu funkční hemoglobin redukcí kationtu Fe 3+ na Fe 2+ , což je základní enzym zachování vlastností krve.
Deoxygenovaný hemoglobin (deoxyhemoglobin) má takzvanou T nebo napjatou konformaci , zatímco okysličený hemoglobin (oxyhemoglobin) má takzvanou R nebo uvolněnou konformaci . Forma T má nízkou afinitu ke kyslíku, a proto má sklon ji uvolňovat, zatímco forma R má vysokou afinitu ke kyslíku a má tendenci se k ní vážit. Několik faktorů upřednostňuje jednu nebo druhou z těchto konformací. To znamená, že T forma je zvýhodněný nízkém pH ( kyselé ), vysoké koncentrace CO 2a vysoká hladina 2,3-bisfosfoglycerátu (2,3-BPG), který podporuje uvolňování kyslíku, protože krev cirkuluje v tkáních , zatímco R-forma je zvýhodněna vysokým pH, nízkým parciálním tlakem CO 2a nízká hladina 2,3-BPG, která podporuje příjem kyslíku, když krev cirkuluje v plicních alveolách .
Schematické znázornění přechodu hemoglobinu mezi T (deoxy) a R (oxy) formami. Pohyby hemu a proximálních histidin jsou jasně viditelné v a 1 a p 2 podjednotek .
Míra nasycení O 2hemoglobin jako funkce parciálního tlaku O 2 ; někdy nazývaná Barcroftova křivka , je sigmoidní kvůli kooperativnímu účinku provázejícímu vazbu kyslíku na hemoglobin.
Přepínač mezi T formou a R formou hemoglobinu je takzvaný kooperativní mechanismus , to znamená alosterický , protože navázání molekuly kyslíku na T formu indukuje konformační změnu, která se šíří částečně na sousední podjednotky , jejichž afinita protože kyslík se postupně zvyšuje, jak se jiné molekuly kyslíku váží na hemoglobin, dokud veškerý protein nepřijme konformaci R; naopak, uvolňování molekuly kyslíku z R-formy vyvolává konformační změnu, která se částečně šíří do sousedních podjednotek, jejichž afinita ke kyslíku se postupně snižuje, protože hemoglobin uvolňuje kyslík, dokud veškerý protein nepřijme konformaci T. To je důvod, proč křivka vazby kyslíku na hemoglobin jako funkce parciálního tlaku kyslíku má sigmoidní formu , zatímco při absenci alosterie by byla hyperbolická .
Obvykle se vykresluje rychlost nasycení hemoglobinu v kyslíku O 2reprezentována na ose y jako funkce parciálního tlaku z kyslíku O 2, uvedené na úsečce . V této reprezentaci je křivka sigmoidní a má tendenci klouzat doleva, když se zvyšuje afinita hemoglobinu ke kyslíku, a doprava, když klesá. Parciální tlak kyslíku, při kterém je hemoglobin 50% nasycen kyslíkem, se nazývá p 50 : čím nižší je jeho hodnota, tím vyšší je afinita hemoglobinu ke kyslíku. Jako vodítko je p50 hemoglobinu zdravého dospělého typicky 3,5 kPa , často psáno 26,6 mmHg , zatímco myoglobin je typicky 130 Pa .
Několik faktorů zvyšuje p50, a proto posuňte tuto křivku doprava:
Tyto efekty jsou reverzibilní a obrácení směru variace těchto faktorů způsobí, že se křivka posune doleva.
Kromě kyslíku O 2, který se váže na hemoglobin v takzvaném kooperativním mechanismu , tento protein také transportuje další ligandy , z nichž některé jsou kompetitivní inhibitory , jako je oxid uhelnatý CO, a jiné jsou alosterické ligandy, jako je oxid uhličitý CO 2a oxid dusnatý NO. CO 2se reverzibilně váže na aminových skupin v apoprotein k vytvoření carbaminohemoglobin , který se předpokládá, že poskytuje asi 10% CO 2 dopravyu savců , zbytek je transportován hlavně ve formě hydrogenuhličitanových iontů HCO 3- . Oxid dusnatý se reverzibilně váže na thiolové skupiny apoproteinu za vzniku S- nitrosothiolu . Je možné, že transport oxidu dusnatého zprostředkuje transport kyslíku hemoglobinem nepřímo tím, že působí jako vazodilatátor v tkáních, kde je parciální tlak kyslíku nízký.
Inhibitory konkurencí s kyslíkemVazba kyslíku na hemoglobin je účinně blokována oxidem uhelnatým CO, například z cigaretového kouře , výfukových plynů nebo nedokonalým spalováním kotlem . Oxid uhelnatý soutěží s kyslíkem na jeho vazebném místě na hemu. Afinita hemoglobinu pro oxid uhelnatý, je 230 krát vyšší než hemoglobinu pro kyslík, tak, že malé množství oxidu uhelnatého dostatečné k významnému snížení okysličení hemoglobinu v hematosis , a proto schopnost krve okysličení těla. Hypoxie , která tak vyplývá z kontinuální expozice 0,16% CO ve vzduchu způsobí, závratě , nevolnost , bolesti hlavy a tachykardie během 20 minut, a vede ke smrti během dvou hodin; 1,28% CO ve vzduchu způsobí bezvědomí již po dvou až třech dechech a smrt za méně než tři minuty. V kombinaci s oxidem uhelnatým je hemoglobin protein nazývaný karboxyhemoglobin, jehož velmi jasně červená barva pravděpodobně zbarví kůži růžově obětí, které zemřely na otravu oxidem uhelnatým a které by jinak měly bledou nebo modrou barvu .
Podobně hemoglobin vykazuje na svém vazebném místě pro kyslík konkurenční afinitu k kyanidovému iontu CN - , oxidu siřičitému SO a sulfidovému iontu S 2– , jako u sulfidu vodíku H 2 S. Ty se váží na železný kation hemu bez úpravy jeho oxidačního stavu, ale přesto inhibují vazbu kyslíku k hemu, a proto jsou vysoce toxické.
Allosterické hemoglobinové ligandyOxid uhličitý CO 2se snadněji váže na deoxyhemoglobin, což usnadňuje jeho vylučování z těla. Tomu se říká haldanský efekt .
Kromě toho CO 2rozpuštěný v krvi se převede na hydrogenuhličitanový anion HCO 3- podle karboanhydrázy , v závislosti na reakci:
CO 2+ H 2 O→ H 2 CO 3→ HCO 3- + H + .Z toho vyplývá, že krev bohatá na CO 2je také kyselější , tj. jeho pH je sníženo působením kyseliny uhličité . Vazba H + protonů a molekul CO 2hemoglobin vyvolává konformační změnu, která upřednostňuje T formu, a proto uvolňování kyslíku. Protony vážou na různých místech v hemoglobinu, přičemž se váže na oxid uhličitý a- amino skupiny do formy carbaminohemoglobin . Snížení afinity hemoglobinu ke kyslíku v přítomnosti CO 2a kyselé pH se nazývá Bohrův efekt .
Lidé aklimatizovaní ve vysokých nadmořských výškách mají zvýšenou hladinu 2,3-bisfosfoglycerátu (2,3-BPG) v krvi . Posledně jmenovaný je heteroallosterický efektor, který má za následek snížení afinity hemoglobinu ke kyslíku stabilizací T-formy: při parciálním tlaku kyslíku nižším než na úrovni moře má pokles afinity hemoglobinu ke kyslíku účinek na zvýšení celková účinnost přenosu kyslíku hemoglobinem. Obecněji je zvýšení hladiny 2,3-BPG pozorováno, když parciální tlak kyslíku klesá v periferních tkáních, například v případě hypoxémie , chronických respiračních onemocnění, anémie nebo dokonce srdečního selhání . Naopak hladina 2,3-BPG klesá v případě septického šoku a hypofosfatémie (in) .
Biosyntéza hemoglobinu zahrnuje komplexní soubor kroků. Hem je z řady reakcí, které začínají v mitochondriích a pokračují v cytosolu z erytrocytů nezralé, zatímco apoprotein se vyrábí na ribozomy cytosolu. Produkce hemoglobinu se vyskytuje v časných stádiích erytropoézy , od stádia proerytroblastů po stádium retikulocytů v kostní dřeni . To je místo, kde savčí erytrocyty ztrácejí jádro , zatímco jádro zůstává v erytrocytech u ptáků a mnoha dalších druhů . Biosyntéza z apoproteinu však pokračuje po ztrátě jádra, protože zůstává messenger RNA v buňce, který může být přeložen ribozomy z cytosolu až do aktivace erytrocytu v aparátu. Kardiovaskulární .
V obratlovců , erytrocyty, které dosáhli konce své životnosti v důsledku stárnutí nebo zhoršení stavu, jsou odstraněny z krve pomocí fagocytózy pomocí makrofágů ve slezině a v játrech . V případě hemolýzy v krvi se hemoglobin váže na haptoglobin , zatímco volný hem je vázán hemopexinem , což omezuje oxidační účinek. Neúplně degradovány nebo hemoglobin uvolní ve velkém množství z poškozených červených krvinek, je pravděpodobné, že ucpat cévy , jako jsou kapiláry těchto ledvin , které mohou způsobit onemocnění ledvin . Uvolněný hemoglobin je vylučován z krve proteinem CD163 , který je exprimován výhradně v monocytech a makrofágech. Hemoglobin se v těchto buňkách rozkládá a hemové železo se recykluje, zatímco na jednu degradovanou molekulu hemu se uvolňuje jedna molekula oxidu uhelnatého : rozklad hemu je jedním z mála přirozených procesů. Produkuje oxid uhelnatý v lidském těle a je zodpovědný za přítomnost CO v krvi lidí, kteří dýchají i ten nejčistší vzduch. Tento proces tvoří biliverdin , poté bilirubin , který má žlutou barvu. Nerozpustný, je uvolňován makrofágy do krevní plazmy , kde se váže na sérový albumin , který jej transportuje do hepatocytů . Ten solubilizuje ji konjugací s kyselinou glukuronovou a vylučují se do střeva s žluči . Střeva metabolizují bilirubin na urobilinogen , který se vylučuje stolicí ve formě stercobilinu i v moči . Pokud bilirubin nelze vyloučit, jeho koncentrace v krvi stoupá a je vylučována hlavně močí, která ztmavne, zatímco výkaly zbarví.
Železo produkovaný degradací hemu je uložena v feritinů jednotlivých tkání a přepravovat v krevní plazmě u beta-globulinů , jako je transferin .
Molekuly hemoglobinu se skládají z podjednotek typu globinu, jejichž sekvence se liší v závislosti na druhu . U stejného druhu existují také varianty hemoglobinů, ačkoli jedna z těchto variant obvykle převažuje nad ostatními. U lidí se převládající forma hemoglobinu nazývá hemoglobin A; je kódován geny HBA1 , HBA2 a HBB umístěnými na chromozomu 16 pro první dva a na chromozomu 11 pro poslední.
Obecně se uznává, že rozdíl mezi hemoglobinem a myoglobinem následuje po oddělení gnathostomů ( obratlovců po čelist ) mihule obecné . Myoglobin byl zaměřen na skladování kyslíku, zatímco hemoglobin se specializoval na transport kyslíku. Tyto podjednotky proteinu jsou kódovány podle geny z alfa a beta globin typu . Předchůdci těchto genů vznikli během duplikace, ke které došlo po objevení gnathostomů, asi před 450 až 500 miliony let. Vzhled genů α a β otevřel cestu k polymeraci těchto globinů, a tedy k tvorbě většího proteinu tvořeného odlišnými podjednotkami . Skutečnost, že hemoglobin je polymerní protein, je základem alosterického mechanismu, který je základem kooperativní povahy vazby kyslíku na hemoglobin. Gen α následně prošel druhou duplikací, která vede k tvorbě genů HBA1 a HBA2 . Tyto mnohonásobné duplikace a divergence vytvořily celou sadu genů souvisejících s α a β globiny, jejichž regulace vede k jejich expresi v různých fázích vývoje.
Zarovnání sekvencí řetězce α, β a δ lidského hemoglobinu (zdroj UniProt ).
Tyto mutace genů pro hemoglobin může vést k variant hemoglobinu. Většina z těchto variant je funkční a nemá žádný vliv na zdraví. Některé mutace v hemoglobinu mohou naopak způsobit genetická onemocnění zvaná hemoglobinopatie . Nejznámější z těchto stavů je srpkovitá anémie , což bylo první onemocnění člověka, jehož mechanismus byl objasněn na molekulární úrovni. Tyto thalassemias jsou další skupinou hemoglobinopatie zahrnujících změnu regulace genu z globinu složku hemoglobinu. Všechna tato onemocnění vedou k anémii .
Změna aminokyselinové sekvence hemoglobinu může být adaptivní. Proto bylo možné ukázat, že hemoglobinu se přizpůsobuje poklesu parciálního tlaku z kyslíku, pozorované ve vysoké nadmořské výšce. Hemoglobin pak musí být schopen se vázat na kyslík při nižším tlaku, který se může projevit změnou sekvence na úrovni aminokyselin se podílejí na afinitu hemoglobinu pro kyslík., Jak bylo pozorováno například v hummingbirds z Andes Cordillera : takto, v druhů rodu Oreotrochilus v Castelneau kolibřík se Inca violifera nebo dokonce obří kolibřík , tyto mutace snížit afinitu hemoglobinu pro kyseliny fytové , která se v těchto ptáků hraje stejnou roli jako 2, 3-bisfosoglycerát u lidí; toto snížení afinity má za následek zvýšení účinnosti přenosu kyslíku, když je snížen parciální tlak druhého.
Přizpůsobení hemoglobinu vysokým nadmořským výškám také ovlivňuje člověka. Identifikovali jsme tedy skupinu tibetských žen, jejichž genotyp kóduje hemoglobin, jehož afinita ke kyslíku se zvyšuje při nízkém parciálním tlaku. To má za následek snížení kojenecké úmrtnosti za těchto extrémních podmínek, což nabízí selektivní výhodu ve prospěch jedinců nesoucích tyto hemoglobinové mutace.
U dospělých je hlavní variantou hemoglobinu hemoglobin A nebo HbA vzorce α 2 β 2, což představuje více než 97% celkového hemoglobinu zdravého dospělého. Druhá varianta dospělého hemoglobin je hemoglobin 2 , nebo HbA 2 , se vzorcem α 2 δ 2, což představuje mezi 1,5% a 3,1% celkového hemoglobinu zdravého dospělého, ale jeho podíl se zvyšuje u pacientů se srpkovitými buňkami . Kromě těchto zdravých dospělých variant existuje ještě tucet dalších variant lidského hemoglobinu, které se vyskytují u embrya , plodu nebo pacientů s jednou nebo více formami hemoglobinopatie .
U lidí jsou známy čtyři typy embryonálního hemoglobinu :
Embryonální hemoglobin je někdy symbolizován Hbε, což by nemělo být zaměňováno s hemoglobinem E, označovaným HbE, což je patologická varianta HbA představující škodlivou mutaci na podjednotkách β, označenou β E (v tomto případě „E“ označuje zbytek z glutamátu modifikován mutací ).
Fetální hemoglobin HbF vzorce α 2 γ 2, nahrazuje embryonální hemoglobin po 10 až 12 týdnech vývoje. Tvoří až 95% krve novorozence a od šestého měsíce po narození je postupně nahrazován hemoglobinem HbA pro dospělé; zůstává však přítomný ve stopách u dospělých, kde nepřesahuje 1% všech detekovatelných variant hemoglobinu. Zůstává u dětí produkovaných zejména během určité talasemie , někdy až do pěti let, a vzácný stav nazývaný dědičné přetrvávání poruchy hemoglobinu plodu (en) ( HPFH ) má za následek produkci HbF místo HbA nad rámec běžného období. Kromě toho může být produkce HbF znovu aktivována u dospělých v terapeutickém prostředí k léčbě srpkovité anémie .
Fetální hemoglobin je charakterizován větší afinitu ke kyslíku než dospělý hemoglobin, který umožňuje plod okysličení se od matčina krve: opravdu, p 50 HbF je přibližně 19 mm Hg ( 2,6 kPa ), ve srovnání s 26,8 mm Hg ( 3,6 kPa ) pro HbA. Tento rozdíl v afinitě ke kyslíku vyplývá z rozdílu v afinitě k jednomu z alosterických efektorů hemoglobinu: 2,3-bisfosfoglycerát (2,3-BPG), jehož vazba na hemoglobin má za následek stabilizaci T formy tohoto proteinu, což odpovídá deoxyhemoglobinu, který snižuje afinitu hemoglobinu ke kyslíku. V případě fetálního hemoglobinu je γ-podjednotka má zbytek na serinu v poloze 143, kde podjednotky β HbA má zbytek histidinu : tato poloha se nachází v místě vazby 2,3-BPG, a nahrazení histidin, jehož boční řetězec nese pozitivní elektrický náboj , elektricky neutrálním serinem, oslabuje interakci 2,3-BPG s hemoglobinem, protože 2, 3-BPG je malá molekula nesoucí pět negativních elektrických nábojů.
Tyto thalassemias se vyznačují nedostatečnou výrobu jednoho z těchto dvou typů podjednotek hemoglobinu dospělého. Rozlišuje se tedy mezi a thalassemií , která je poměrně vzácná, ve které jsou podjednotky α nedostatečně produkované, a β thalassemií , nejběžnější, ve které jsou nedostatečně produkovány podjednotky β. První vede k tvorbě β-globinových tetramerů nazývaných hemoglobin H vzorce β 4, které jsou docela nestabilní. Tyto alfa 0 homozygoti obvykle nepřežijí dlouho po porodu v důsledku hluboké změně v fetálního hemoglobinu HbF, přičemž za těchto podmínek Barts hemoglobinu , obecného vzorce γ 4.
Hlavní mutace v hemoglobinu jsou:
V rostlinách a zvířatech existuje široká škála proteinů, které se vážou na kyslík pro skladování nebo přepravu. Tyto bakterie , tím prvoci a houby mají všechny také na proteiny související hemoglobinu, které svou známé nebo předpokládané funkce, se vážou na ligandy plynných reverzibilně. Kromě transportu a detekce kyslíku mohou být tyto proteiny zapojeny do odstraňování kyslíku z média, o kterém se předpokládá, že zůstává anaerobní , jako je tomu také v případě leghemoglobinu .
Protože mnoho takových proteinů je tvořeno globiny a hemem , jsou často označovány jako „hemoglobin“, i když se jejich obecná struktura od hemoglobinu obratlovců velmi liší . Zejména je rozdíl mezi myoglobinem a hemoglobinem u nejjednodušších zvířat často nemožný při absenci svalů u těchto zvířat , zatímco oběhový systém většiny hmyzu není zapojen do difúze kyslíku do těla. Řada členovců ( pavouci , štíři , některé korýšů ) používají klíčové dírky , což je měď obsahující volný hem, ale za použití kationtů z mědi přímo koordinovány s zbytky z histidinu , ale tento protein není není homologní na hemoglobin.
Struktura hemoglobinů je velmi variabilní v závislosti na uvažovaném druhu. U bakterií, prvoků, řas a rostlin je často monoglobinový , zatímco mnoho hlístic , měkkýšů a korýšů má velmi velké proteiny obsahující mnohem vyšší počet podjednotek než u obratlovců. Houby a kroužkovci zejména mají chimérické hemoglobiny, které obsahují jak globiny a jiné typy proteinů. To znamená, že obr trubice červ z o hydrotermální průduchy obsahuje řadu hemoglobinu, obsahující ne méně než 144 globinové podjednotky, každý spojený s hemovou skupinou, jehož úkolem je zachytit kyslík O 2a sirovodík H 2 Snezbytné pro bakterie, které s ní žijí v symbióze , stejně jako oxid uhličitý CO 2nezbytné pro anabolismus červa. Tyto struktury jsou pozoruhodné v tom, že mohou transportovat kyslík v přítomnosti sulfidových iontů a transportovat tyto ionty samotné, aniž by jimi byly otráveny, stejně jako hemoglobiny jiných druhů.
Z jiných proteinů než hemoglobinu schopných vázat se na kyslík lze zachovat následující molekuly:
V medicíně se několik termínů týká hemoglobinu:
Stejně jako mnoho proteinů mají hemoglobinové řetězce různé mutace, které nejčastěji nemají klinický dopad. Bylo identifikováno více než 500 abnormálních hemoglobinů. Některé mutace (Hb Köln, Indianapolis atd.) Způsobují nestabilitu srážecího tetrameru v Heinzově těle nebo methemoglobinemii (hemoglobin M).
Někdy tato mutace způsobuje abnormální afinitu ke kyslíku, to znamená, jako Hb Hope, pokles afinity s vysokou P50, což dává dobře tolerovanou anémii a cyanózu v klidu, úsilí a nadmořská výška jsou špatně podporovány., Nebo, jako je Hb Chesapeake, Malmö nebo Olympia, zvýšení afinity se sníženou hodnotou P50 a kompenzační polycytémie vedoucí k klinickým projevům od určitého věku.
Jiné mohou být odpovědné za chronickou hemolýzu, HbS (mutací glutaminu na valin, která způsobí polymeraci Hb), HbC nebo zhoršit v heterozygotním stavu další hemoglobinopatii, HbO Arab, HbD Punjab nebo Hb Lepore nebo β-thalassemii, HbE.
A konečně, genetické poškození se nemusí týkat primární struktury proteinu, ale kvantitativního defektu v jeho syntéze nebo abnormálně vysoké perzistence fetálního hemoglobinu HbF.
Syntetické defekty nebo molekulární anomálie jsou popsány pod názvy:
První studie hemoglobinu byli převezeni do XIX th století v Německu . Objevený v roce 1840 Hünefeldem, hemoglobin krystalizoval v roce 1851 Otto Funke (en) a byl to Felix Hoppe-Seyler, který v roce 1866 demonstroval reverzibilní fixaci kyslíku na tento protein. Tetramerní charakter a molekulová hmotnost hemoglobinu byly stanoveny Gilbert Smithson Adair (en) v roce 1925 měřením osmotického tlaku roztoků hemoglobinu, který také identifikoval základy kooperativního účinku vazby kyslíku na tento protein alosterií .
Trojrozměrná struktura hemoglobinu byla založena Maxem Perutz v roce 1959 rentgenové krystalografie , který vedl k němu sdílení 1962 Nobelovu cenu za chemii s Johnem Kendrew , který provedla podobnou práci na myoglobinu .
V roce 2005 vytvořil umělec Julian Voss-Andreae sochu Srdce z oceli (Hemoglobin) po vzoru bílkoviny. Socha je vyrobena ze skla a Cortenovy oceli . Rezavý vzhled díla je záměrný a evokuje základní chemickou reakci vazby kyslíku na železo obsažené v hemoglobinu.
Montrealský umělec Nicolas Baier vytvořil sochu Luster (Hemoglobin) , leštěnou sochu z nerezové oceli, která ukazuje strukturu molekuly hemoglobinu. Socha se nachází v atriu výzkumného střediska McGill University Health Center v Montrealu. Velikost sochy je přibližně 10 metrů krát 10 metrů krát 10 metrů.
„ Nobelovu cenu za chemii 1962 obdrželi společně Max Ferdinand Perutz a John Cowdery Kendrew„ za studium struktur globulárních proteinů “ . "