Hemoglobín: Rozdiel medzi revíziami
Smazaný obsah Přidaný obsah
formulácia, rozšírenie, šablóna Pracuje sa |
rozšírenie |
||
Riadok 3:
[[Súbor:1GZX Haemoglobin.png|right|thumb|Štruktúra hemoglobínu]]
'''Hemoglobín''' (skratka Hb) je červené [[krvné farbivo]] a je najdôležitejšou zložkou [[erytrocyt]]ov (červených krviniek), v ktorých zaujíma približne 35 % objemu. Ide o [[hemoproteín]], ktorý je schopný reverzibilne viazať molekulárny [[kyslík]] za vzniku [[oxyhemoglobín]] a [[oxid uhličitý|oxidu uhličitého]] za vzniku [[karbaminohemoglobín]]u. Jeho hlavnou funkciou v organizme je transport týchto molekúl [[krv]]ou z pľúc do orgánov a opačne.
== Štruktúra ==
Štruktúra hemoglobínu bola zistená metódou röntgenovej kryštalografie v roku 1959 Maxom Perutzom (Nobelova cena v roku 1962), čím sa hemoglobín stal
Každá podjednotka hemoglobínu má prevážne α-helikálnu štruktúru, ktorú dopĺňajú krátke ohyby a smyčky. Jednotlivé hélixy sa označujú abecedne od N-konca (A - H), smyčky a ohyby medzi nimi sú označované dvoma písmenami, ktoré odpovedajú susedným hélixom (AB-GH). Najdôležitejšou aminokyselinou je tzv. proximálny [[histidín]] na pozícii F8, ktorého dusík tvorí [[koordinačná väzba|koordinačnú väzbu]] s atómom [[železo|železa]] na heme v axiálnej pozícii. Proximálny histidín tiež spôsobuje, že železo sa nenachádza presne v rovine zvyšných atómov hemu, ale je z tejto roviny vychýlené o 0,4 Å. Väzbové miesto pre kyslík sa nachádza na axiálnej pozícii hemového železa z druhej strany hemu. Schopnosť viazať kyslík alebo iné [[ligand]]y je významne modulovaná ďalším tzv. distálnym histidínom v pozícii E7.
V rámci evolúcie došlo na molekule hemoglobínu k mnohým mutáciám, no aminokyseliny na niektorých pozíciách sú identické na hemoglobínoch všetkých živých organizmov. Ide o tzv. invariantné aminokyseliny - proximálny histidín, dôležitý pre koordináciu hemu s bielkovinovou časťou, distálny histidín, modulujúci afinitu hemoglobínu k substrátom a ďalšie aminokyseliny, ktorých význam nie je natoľko zjavný zo štruktúry hemoglobínu.
Riadok 15:
Vývinové formy
:: Hemoglobín Gower 1: ζ2ε2
:: Hemoglobín Gower 2: α2ε2
Riadok 24:
Hemoglobín A (skratka HbA) je odvodený od latinského ''adultus'', čiže dospelý, Hemoglobín Portland 2 sa tiež označuje ako hemoglobín F (HbF), odvodené z latinského ''fetus'', čiže plod. Prenatálne formy hemoglobínu sa vyznačujú vyššou afinitou ku kyslíku, čím je umožnený jeho ľahší prechod cez placentárnu bariéru z matky na plod. Hemoglobín A2 je syntetizovaný v dospelosti a v krvi človeka tvorí 1-2%.
==
[[Gén]]y pre podjednotky hemoglobínu sú u človeka komplexne usporiadané. Gény pre α a ζ podjednotky sú na [[chromozóm]]e 16, ostatné podjednotky na chromozóme 11. Ako je typické pre eukaryotickú DNA, sú usporiadané za sebou, v tzv. klastroch. V DNA eukaryotických organizmov sa nachádzajú tiež [[pseudogén]]y pre hemoglobíny, čo sú sekvencie DNA podobné funkčným génom pre podjednotky hemoglobínu, ktoré však nie sú prepisované na m[[RNA]]. Z génovej štruktúry hemoglobínu je zjavné, že jednotlivé kópie vznikli duplikáciou. Všetky gény pre podjednotky hemoglobínu a podobných bielkovín majú rovnaké usporiadanie exónov a intrónov.
== Formy hemoglobínu v rámci evolúcie
Všetky stavovce majú hemoglobín alebo minimálne proteín podobný hemoglobínu. Z hľadiska kvartérnej štruktúry sú najjednoduchšie hemoglobíny tvorené jedným polypeptidovým reťazcom s relatívnou molekulovou hmotnosťou okolo 16 kDa. Takýto polypeptidový reťazec tvorí jednu jednodoménovú podjednotku s jedným hemom a je súčasťou napríklad lariev [[pakomár]]a pernatého, ktoré preto majú červenú farbu. Takéto hemoglobíny v agregovanej podobe sa vyskytujú u [[červy|červov]]. Zložitejšie hemoglobíny (typické pre drobné [[kôrovce]] majú 5 - 8 polypeptidových reťazcov a relatívnu molekulovú hmotnosť až do 800 kDa a obsahujú dva hemy. Pre dážďovky a mäkkýše sú typické mnohodoménové a mnohopodjednotkové hemoglobíny s vysokým počtom hemov (8 - 20).
== Väzba kyslíka ==
Jedna molekula hemoglobínu je schopná viazať štyri biatomárne molekuly kyslíku. Kyslík tvorí koordinačnú väzbu na axiálnej pozícii hemového železa, z druhej strany proximálneho histidínu. Sila väzby kyslíku spôsobuje, že hemové železo sa vráti do roviny [[porfyrín]]ového kruhu. Väzba kyslíka je významne ovplyvnená distálnym histidínom, vďaka ktorému je vzdialenejší atóm kyslíku odchýlený od osi kolmej na porfyrín. Vďaka tomuto efektu je väzba kyslíka mierne oslabená a nedochádza tak ku oxidácii železa do oxidačného stavu III. Distálny histidín tiež výrazne znižuje relatívnu afinitu jedovatého [[oxid uholnatý|oxidu uholnatého]].
Afinita kyslíku ku molekule hemoglobínu je významne regulovaná ako koordináciou podjednotiek hemoglobínu, tak aj väzbou iných molekúl na odlišné väzbové miesta hemoglobínu. Afinitu tiež ovplyvňuje [[pH]].
=== Koordinácia ===
Štúdium koordinácie podjednotiek hemoglobínu pri väzbe kyslíku viedlo ku dvom modelom ([[sekvenčný model|sekvenčný]] a [[symetrický model]]), ktoré sa uplatňujú všeobecne pre podobné prípady koordinácie. Základom oboch modelov je fakt, že hemoglobín môže existovať v dvoch stavoch. Hemoglobín v nízkoafinitnom stave (T stav, z angl. ''tensed'', napätý) má nízku afinitu ku kyslíku a žiadny kyslík ani naviazaný nemá. Naopak, vo vysokoafinitnom stave (R stav, z angl. ''relaxed'', voľný) má hemoglobín vysokú afinitu ku kyslíku a je tiež naviazaný na danej podjednotke. Podľa sekvenčného modelu môže byť každá podjednotka nezávisle od seba buď v T alebo R stave, pričom každá podjednotka v R stave "núti" ostatné podjednotky, aby sa tiež dostali do R stavu. Podľa symetrického modelu sú vždy všetky jednotky buď v T stave, alebo sú všetky jednotky v R stave. Zatiaľ čo sekvenčný model sa viac podobá reálnym procesom potvrdeným na základe trojdimenzionálnych štruktúr, oba modely sú matematicky porovnateľne správne pre výpočet väzbovej afinity.
Z oboch modelov, ktoré sú založené na pozorovaní krivky väzbovej afinity, vyplýva, že krivka väzbovej afinity (závislosť afinity hemoglobínu ku kyslíku na jeho parciálnom tlaku) nie je [[hyperbola]] (čo je typické pre systémy bez koordinácie), ale sigmoida. Vďaka tomu má hemoglobín potrebné vlastnosti pre rýchle naviazanie kyslíka pri jeho vysokom parciálnom tlaku (napr. v [[pľúca|pľúcach]]) a rýchle odovzdanie kyslíka pri jeho nízkom parciálnom tlaku (napr. v [[sval]]och, kde je vychytávaný [[myoglobín]]om).
=== 2,3-bisfosfoglycerát ===
2,3-bisfosfoglycerát je intermediátom [[glykolýza|glykolýzy]] a v krvi sa teda vo zvýšenej koncentrácii objavuje pri zvýšenej spotrebe energie a vo zvýšenej miere sa vyplavuje v oblastiach so zníženým tlakom vzduchu (vo vyšších nadmorských výškach). Viaže sa do dutiny medzi α a β podjednotami hemoglobínu, čím zvýrazňuje kooperativitu medzi týmito podjednotkami. Zvýraznenie kooperativity zabezpečuje, že sa na hemoglobín naviaže dostatočné množstvo kyslíka aj pri jeho nižšom parciálnom tlaku.
=== Oxid uhličitý a pH ===
Sekundárnou úlohou hemoglobínu v organizme je popri transporte kyslíku do tkanív transport oxidu uhličitého do pľúc. Tiež slúži (podobne ako všetky bielkoviny v krvi) ako molekula s vysokou pufračnou kapacitou. Väčšina oxidu uhličitého sa v krvi transportuje buď ako rozpustený plyn alebo v podobe hydrogénuhličitanového iónu, ktorý vzniká katalýzou karbón anhydrázou. 5% sa však viaže na aminoskupinu lyzínu na hemoglobíne. Táto väzba mierne moduluje konformáciu kvartérnej štruktúry hemoglobínu a znižuje jeho afinitu ku kyslíku. Podobne znižuje afinitu kyslíku aj nízke pH, ktoré sa v krvi vyskytuje práve na miestach, kde pôsobí karbón anhydráza. Nízke pH a oxid uhličitý, produkované v tkanivách, teda prispievajú ku výmene dýchacích plynov.
=== Prenatálne formy hemoglobínu ===
Prenatálne formy hemoglobínu majú oslabenú kooperativitu a preto majú pri nižšom parciálnom tlaku kyslíku k nemu vyššiu afinitu. Tento fakt je dôležitý pre dostatočné okysličenie plodu, ktorý tak vychytáva kyslík z krvi matky.
== Iné krvné farbivá ==
| |||