קרבוקסיהמוגלובין: מאפיינים ואפקטים - ביולוגיה - 2025

Carboxyhaemoglobin הוא חד-תחמוצת הפחמן המוגלובין כבול (CO). המוגלובין הוא החלבון שמוביל חמצן דרך הדם בבני אדם ורבים בעלי חוליות אחרות.

כדי להעביר חמצן, המוגלובין חייב להיקשר אליו. מקס פרוץ, כימאי וחתן פרס נובל שנולד בווינה בשנת 1914 ונפטר בקיימברידג 'בשנת 2002, כינה את התנהגות מחייבת החמצן של המוגלובין "לא מוסרית".

מבנה המוגלובין (מקור: Bielabio באמצעות ויקימדיה Commons)

דמיין שתי מולקולות המוגלובין שכל אחת מהן מסוגלת לקשור ארבע מולקולות חמצן. באחת כבר שלוש מולקולות חמצן, והשנייה אף אחת. אם מופיעה מולקולת חמצן אחרת, השאלה היא הבאה: האם היא מצטרפת לזו ה"עשירה "שכבר יש בה שלוש, או" הענייה "שאין לה? ההסתברות היא 100 עד 1 שהיא תתמקד במולקולה העשירה.

עכשיו דמיין שתי מולקולות המוגלובין אחרות. לאחד יש 4 מולקולות חמצן (הוא רווי) ובשני יש רק אחת. איזו מולקולה נוטה יותר לתת חמצן לרקמות, עשירות או עניות? העניים יספקו חמצן בקלות רבה יותר מאשר העשירים.

ניתן לראות את התפלגות החמצן במולקולת ההמוגלובין כמשל המקראי: "… למי שיש לו, יינתן לו ולמי שאין לו, אפילו את אשר יש לו ייקח ממנו …" (הר, 13:12). מנקודת מבט פיזיולוגית, התנהגות "לא מוסרית" זו של מולקולת ההמוגלובין מלאת משמעות, מכיוון שהיא תורמת לאספקת חמצן לרקמות.

אולם פחמן חד-חמצני, לא משנה מה מספר אטומי החמצן המחוברים למולקולת המוגלובין, "הורג" את כולם. כלומר בנוכחות CO בשפע, כל החמצן הקשור למוגלובין מוחלף על ידי CO.

מאפיינים מבניים

לדבר על קרבוקסיהמוגלובין, שהוא לא יותר ממצב של המוגלובין הקשור לפחמן חד חמצני, ראשית יש להתייחס למוגלובין במונחים כלליים.

המוגלובין הוא חלבון המורכב מארבע יחידות משנה שכל אחת מורכבת משרשרת פוליפפטיד המכונה גלובין וקבוצה שאינה חלבונית (קבוצה תותבת) המכונה קבוצת ההאם.

כל קבוצת heme מכילה אטום ברזל במצב הברזל (Fe ²⁺ ). אלה האטומים המסוגלים להיקשר לחמצן מבלי להתחמצן.

טטרמר ההמוגלובין מורכב משתי יחידות משנה של אלפא גלובין, מתוך 141 חומצות אמינו כל אחת, ושתי יחידות יחידות של בטא גלובין, של 146 חומצות אמינו כל אחת.

צורות או מבנים של המוגלובין

כאשר ההמוגלובין אינו קשור לאף אטום חמצן, מבנה ההמוגלובין נוקשה או מתוח, עקב היווצרות גשרי מלח בתוכו.

המבנה הרבעוני של המוגלובין נטול חמצן (deoxygenated) ידוע כ"מבנה T "או מתוח, והמוגלובין מחומצן (אוקסיהמוגלובין) מכונה" R "או מבנה רגוע.

המעבר ממבנה T למבנה R מתרחש דרך חיבור חמצן לאטום הברזל הברזל (Fe ²⁺ ) של קבוצת ההאם המחוברת לכל שרשרת גלובין.

התנהגות שיתופית

יחידות המשנה המרכיבות את מבנה המוגלובין מראות על התנהגות שיתופית שניתן להסביר באמצעות הדוגמה הבאה.

ניתן לדמיין את מולקולת ההמוגלובין המופחתת (במבנה T) ככדור צמר עם אתרי קשירת החמצן (קבוצות heme) המוסתרים מאוד בתוכו.

כאשר מבנה מתוח זה נקשר למולקולת חמצן, מהירות הכריכה איטית מאוד, אך די בכריכה זו כדי לשחרר מעט את הכדור ולקרב את קבוצת ההאם הבאה אל פני השטח, מה שהופך את המהירות בה הוא נקשר. החמצן הבא הוא גבוה יותר, חוזר על התהליך ומגביר את הזיקה עם כל קשר.

השפעות פחמן חד חמצני

על מנת לחקור את ההשפעות של פחמן חד חמצני על הובלת גזים בדם, ראשית יש לתאר את המאפיינים של עקומת האוקסיממוגלובין, המתארת ​​את תלותו בלחץ החלקי של חמצן "לטעון" או לא במולקולות חמצן.

לעיקול האוקסיהמוגלובין צורת sigmoid או "S" שמשתנה כפונקציה של הלחץ החלקי של החמצן. גרף העקומה עולה מהניתוחים שנערכו לדגימות הדם ששימשו לבנייתו.

האזור התלול ביותר של העקומה מתקבל בלחצים הנמוכים מ -60 מ"מ מגה"ג ובלחצים גבוהים יותר מזה, העקומה נוטה להתיישר, כאילו הגיע לרמה.

כאשר בנוכחות חומרים מסוימים, העקומה יכולה להראות סטיות משמעותיות. סטיות אלה מראות שינויים המתרחשים בזיקה של המוגלובין לחמצן באותו PO ₂ .

בכדי לכמת תופעה זו, הונהגה מדד הזיקה של המוגלובין לחמצן, המכונה ערך _P50 , שהוא ערך הלחץ החלקי של החמצן שבו המוגלובין רווי 50%; כלומר, כאשר מחצית מקבוצות ההם שלו מחוברות למולקולת חמצן.

בתנאים תקניים, אשר אמור להיות מובן כמו pH 7.4, לחץ חלקי של חמצן של 40 מ"מ כספי, ואת הטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס, הנמוך P ₅₀ של זכר בוגר הוא 27 מ"מ הכספי או 3.6 kPa.

אילו גורמים יכולים להשפיע על הזיקה של המוגלובין לחמצן?

הזיקה לחמצן של המוגלובין הכלול אריתרוציטים עלולה לרדת בנוכחות 2,3 דיפוספוגליצרט (2-3DPG), פחמן דו חמצני (CO ₂ ), ריכוזים גבוהים של פרוטונים, או עקב עלייה בטמפרטורה; וזה נכון גם לגבי פחמן חד חמצני (CO).

השלכות תפקודיות

פחמן חד חמצני מסוגל להפריע לתפקוד העברת החמצן בדם העורקי. מולקולה זו מסוגלת להיקשר להמוגלובין ולהיווצר קרבוקסיהמוגלובין. הסיבה לכך היא שיש לה זיקה למוגלובין פי 250 בערך מ- O ₂ , כך שהיא מסוגלת לעקוב אותה גם כשהיא קשורה אליו.

הגוף מייצר פחמן חד חמצני לצמיתות, אם כי בכמויות קטנות. גז חסר צבע ונטול ריח זה נקשר לקבוצת ההם באותה צורה שעושה O _2, ובדרך כלל כ -1% מההמוגלובין בדם קיים כקרבוקסיהמוגלובין.

מכיוון שהשרפה הבלתי-מושלמת של חומר אורגני מייצרת CO, שיעור הקרבוקסימוגלובין אצל מעשנים הוא הרבה יותר גבוה, ומגיע לערכים בין 5 ל -15% מסך ההמוגלובין. עלייה כרונית בריכוז הקרבוקסיהמוגלובין מזיקה לבריאות.

עלייה בכמות הפחמן הנשאף המייצר יותר מ- 40% קרבוקסימוגלובין מסכנת חיים. כאשר אתר הכריכה של הברזל הברזל תפוס על ידי CO, O ₂ אינו יכול להיקשר .

כריכה של CO גורמת למעבר של המוגלובין למבנה R, כך שהמוגלובין מפחית עוד יותר את היכולת להעביר O ₂ בנימי דם בדם.

לקרבוקסימוגלובין צבע אדום בהיר. לפיכך, חולים שהורעלו על ידי CO הופכים ורודים, אפילו בתרדמת ושיתוק נשימתי. הטיפול הטוב ביותר לנסות להציל את חייהם של חולים אלה הוא לגרום להם לשאוף חמצן טהור, אפילו היפר-ברבי, לנסות ולהעביר את כריכת הברזל ל- CO.

הפניות

1. פוקס, SI (2006). מהדורה ט 'של הפיזיולוגיה האנושית (עמ' 501-502). עיתונות מקגרו-היל, ניו יורק, ארה"ב.
2. מוריי, RK, Granner, DK, Mayes, PA, & Rodwell, VW (2014). הביוכימיה המאוירת של הרפר. מקגרו-היל.
3. ראון, ג'יי.די (1998). ביוכימיה (1989). ברלינגטון, קרוליינה הצפונית: הוצאת ניל פטרסון (ג) נ 'לליוטי, ח"כ רפטופולו, א. טרזיס, א. פאנאגיוטופולוס, SP פרלפס, א. מנסי-זופה, ג'. כימ. סוס. דלטון טרנס, 1327.
4. רוברט מ 'ברן, מתיו נ. לוי. (2001) פיזיולוגיה. (Ed. 3) Ediciones Harcourt, SA
5. ווסט, ג'יי.בי (1991). הבסיס הפיזיולוגי של העיסוק הרפואי. וויליאמס ווילקינס