Hemoglobin

Tento článek obsahuje informace, které nejsou ověřené. Jste-li s předmětem článku dostatečně seznámen, opravte, prosíme, nepřesnosti a doplňte prameny (literaturu apod.), které dokládají uvedená tvrzení.

3D struktura hemoglobinu. Čtyři podjednotky jsou zobrazeny červeně a žlutě, hemová skupina je vyobrazena zeleně

Skupina hem, (systematický název: 1,3,5,8-tetrametyl-2,4-divinyl-6,7-dipropionová kyselina Protoporfyrinu IX).

Hemoglobin (Hb, Hgb) je červené krevní barvivo a metaloprotein, které je obsaženo v červených krvinkách (erytrocytech) obratlovců a některých dalších živočiších. Hemoglobin má schopnost vázat (v plicích a žábrách) kyslík a uvolňovat ho např. ve svalech. Dále přenáší opačným směrem oxid uhličitý. Skládá se z hemu a globinu, obsahuje železo.

U savců hemoglobin tvoří asi 97 % obsahu vysušených červených krvinek, a asi 35 % obsahu živých červených krvinek (s vodou).

[editovat] Historie

Jako první v roce 1851 publikoval články o rostoucích krystalech hemoglobinu v krevním preparátu německý fysiolog Otto Funke. Na jeho práci navázal Felix Hoppe-Seyler, který o pár let později popsal jeho schopnost opakovaně vázat kyslík. V roce 1959 Max Perutz pomocí metod krystalografie rozluštil strukturu hemoglobinu. Za tuto práci dostal společně s Johnem Kendrewem v roce 1962 Nobelovu cenu za chemii. Úloha hemoglobinu v krvi byla objevena francouzským fyziologem Claudem Bernardem.

[editovat] Struktura

Hemoglobin se skládá ze 4 podjednotek, dvou alfa (α) a dvou beta (β). Každá podjednotka je tvořena globinem a hemem.

Hem (systematický název: 1,3,5,8-tetrametyl-2,4-divinyl-6,7-dipropionová kyselina Protoporfyrinu IX) je komplex porfyrinu a Fe²⁺ (porfyrin = tetrapyrolový kruh). Člověk má během svého vývoje různé typy hemoglobinu. Všechny tři lidské hemoglobiny mají stejný hem, ale liší se v bílkovinné (globinové) složce:

• embryonální hemoglobin: přítomný u zárodku
• fetální hemoglobin: u plodu (fétusu), místo β má γ řetězce, čímž se zvyšuje afinita molekuly ke kyslíku
• hemoglobin dospělého typu (hemoglobin A): v dospělosti

[editovat] Syntéza

Syntéza hemoglobinu je složitá řada kroků probíhající v nedospělých červených krvinkách. Globin stejně jako jiné bílkoviny vzniká na ribozomech. Hem je vytvářen v mitochondriích a cytoplazmě. Červené krvinky savců (ne ptáků a mnoha jiných druhů) ve svém vývoji ztrácí jádro, ale tvorba globinu pokračuje i krátce po jejich vypuštění do krevního řečiště za pomoci zbytkové RNA.

Hem se syntetizuje prakticky ve všech orgánech ^[zdroj?]. Mimo hemoglobin je obsažen ještě v dalších organických látkách, jako je myoglobin, cytochrom P450, katalasa, peroxidasa a cytochromy dýchacího řetězce.

[editovat] Funkce hemoglobinu

Hemoglobin je látka, která váže kyslík, čímž umožňuje jeho transport krví po těle. Každý ze 4 Fe²⁺ iontů reverzibilně (zvratně) váže molekulu kyslíku (tgv. proces oxygenace hemoglobinu). Vázání O₂ je docíleno pouze difúzí a rozdílem parciálních tlaků dýchacích plynů.

Oxygenovaný podíl z celkového obsahu hemoglobinu v krvi se nazývá nasycení (saturace) O₂. Kyslíková kapacita je maximální hodnota saturace. Při úplném nasycení kyslík váže 1 mol hemoglobinu asi 4 moly kyslíku. (4 x 22,4 l). Jeden gram hemoglobinu může proto transportovat maximálně 1,38 molu kyslíku. Normální koncentrace hemoglobinu je cca 150 g/l krve, proto maximální obsah O2 v krvi je 0,207 l/l krve. ^[zdroj?]Oxygenace hemoglobinu je spojena se změnou barvy krve: deoxyhemoglobin je tmavě červený, oxyhemoglobin světle červený. Pro přenos kyslíku je důležitý jeho parciální tlak ve vdechovaném vzduchu (normálně 21 kPa ve vzduchu, 13 kPa v alveolách).

Protože oxyhemoglobin (hb s kyslíkem) je silnější kyselina než deoxyhemoglobin, je vazba kyslíku doprovázena tzv. Bohrovým efektem. Při něm se usnadňuje uvolňování CO₂ v plicích a při kyselé reakci (anaerobní tvorba kyseliny mléčné) je podporováno odštěpování kyslíku.

[editovat] Poruchy související s hemoglobinem

[editovat] Ve vysoké nadmořské výšce

Pro přenos kyslíku je důležitý jeho parciální tlak ve vdechovaném vzduchu (normálně 21 kPa ve vzduchu, 13 kPa v alveolách). Klesne-li tlak O₂ pod kritickou hodnotu 4,7 kPa, dojde k hypoxii a následně k poruchám funkce mozku. Při normálním dýchání nastane tato situace asi ve 4000 m n.m. ,organismus v těchto případech tedy reaguje zrychleným dýcháním^[zdroj?]. Tak může udržet parciální tlak kyslíku na vyšší úrovni a kritická hodnota se posune až k 7000 m.n.m. Ve vyšších nadmořských výškách je nutno použít kyslík z tlakových lahví, až do výšky 12 – 14 km. Ve výškách nad 14 km je i při dýchání kyslíku pobyt možný pouze v tlakových kabinách nebo oblecích, bez toho by totiž tělní tekutiny začaly vařit, protože barometrický tlak je zde nižší než tlak páry při 37°C. ^[zdroj?]

Při dlouhodobém pobytu ve vysoké nadmořské výšce stoupá počet červených krvinek v krvi, zvyšuje se srdeční frekvence a zrychluje se dýchání.

[editovat] Otrava oxidem uhelnatým

Při otravě oxidem uhelnatým (CO) vzniká karboxyhemoglobin (COHb). Příčinou otravy je fakt, že je oxid uhelnatý vázán mnohem pevněji (300x) než kyslík. Proto již při nízké koncentraci ve vzduchu vytlačí oxid uhelnatý molekulu kyslíku z vazby na Hb.

• U kuřáků tabáku je podíl karboxyhemoglobinu na celkovém hemoglobinu v krvi 2-10 %, výjimečně i 15 %^[zdroj?]
• Chronická expozice vyšší koncentraci CO vede k únavnosti, zhoršení paměti a koncentrace, bolesti hlavy, bolesti na hrudi, poruchy vidění atd.
• Akutní otrava (závisí na koncentraci) má tyto příznaky: bolest hlavy, závratě, zmatenost, dezorientace, rychlé dýchání, křeče, zvracení. Růžové až třešňově červené zabarvení kůže nastává u extrémně závažných otrav, obvyklejší je bledost. Postižený musí neprodleně dostat kyslík a vyšetřit hladinu CO v krvi, u těžších otrav a těhotných žen se provede léčba v hyperbaroxické komoře za účelem zvýšení podílu plazmatického kyslíku.

[editovat] Otrava nitrosloučeninami

Při oxidaci Fe2+ na Fe3+ (způsobují ji nitrosloučeniny – např. ředidla, dusičnany v potravě nebo v pitné vodě) vzniká modrý methemoglobin. Ten je poškozený a nemůže přenášet kyslík. K otravě dusičnany jsou velice citliví kojenci, zvlášť ti na umělé výživě. Proto jsou na kojeneckou vodu požadovány zvláštní limity dusičnanů.

Nedostatek methemohlobinreduktasy (enzymu redukujícího methemoglobin zpět na hemoglobin) u nich způsobuje ukládání methemoglobinu v periferních tkáních. Kvůli tomu mohou kojenci modrat - tzv. blue baby effect (methemoglobin ma modrou barvu).

[editovat] Další poruchy

Glykovaný hemoglobin (HbA1c) vzniká glykací bílkovinného řetězce hemoglobinu na aminokyselinách N-terminálním valinu a lyzinových zbytcích, neboli glukóza se pevně navazuje na hemoglobin červených krvinek a po dobu jejich života zůstává. Jeho laboratorní měření se využívá jako nejdůležitější parametr kompenzace diabetu.

Úplný výpadek syntézy hemu je neslučitelný se životem. Částečné defekty mohou mít výrazné následky (genetické a získané). Příkladem je porfyrie, při níž se některé meziprodukty tvorby hemu místo dalšího metabolizování hromadí a ukládají v těle.

Specifickým druhem poruch hemoglobinu je anémie (chudokrevnost), při níž se snižuje množství hemoglobinu, hematokritu a počtu erytrocytů v krvi.

Známe asi 300 geneticky podmíněných variant hemoglobinu, funkce je tím většinou jen málo omezená, na důležitých pozicích v řetězci však může změna způsobit rozsáhlé funkční poruchy. Srpkovitá anémie je jedna z dědičných chorob, při níž je na 6. pozici v β-řetězci valin místo glutamátu (vzniká HbS). HbS se ve své deoxygenované podobě agreguje (shlukuje) a tím způsobí srpkovitý tvar erytrocytů, a následně ucpávání dlouhých kapilár (slezina, ledviny). Srpkovitá anémie postihuje převážně černošskou populaci, protože nositelé jsou chráněni proti nebezpečným formám malárie (výhodná selekce)

Při β-talasemii se omezuje produkce β-řetězce hemoglobinu, čímž je opět narušeno zabudování Fe²⁺, železo zůstává ležet v erytrocytech a nadměrně se hromadí v těle. Erytrocyty jsou zranitelnější, brzy hemolyzují. Při α-talasemii je naopak omezena produkce α-řetězce, což vede k odumření již ve stádiu plodu, protože bez α-řetězců se nemůže tvořit HbF (fetální hemoglobin).

[editovat] Organismy, které obsahují hemoglobin

Mimo obratlovce je hemoglobin obsažen (volně rozpuštěn) také v hemolymfě měkkýšů - u vodních plžů z čeledi okružákovití (Planorbidae). Všichni ostatní měkkýši mají jako krevní barvivo hemocyanin.

Tento biochemický článek je příliš stručný nebo neobsahuje důležité informace. Pomozte Wikipedii tím, že jej vhodně rozšíříte.

Související články obsahuje Portál Biologie