Hemoglobina, czyli czym są białka globularne?

Witamy w czwartym artykule skierowanym do uczniów/studentów. W firmie Gentaur jest to dla nas ważne by oprócz sprzedaży produktów diagnostycznych również edukować innych. W artykułach będą się pojawiać głównie zagadnienia biochemiczne. Możliwe, że również później pojawią się teksty związane z innymi przedmiotami. Razem odkryjemy, że biochemia nie jest aż taka straszna jak się wydaje.

Są one grupą wyspecjalizowanych białek, zawierających hem jako grupę prostetyczną. Grupa hemowa cytochromów działa jako przenośnik elektronów, który jest naprzemiennie utleniany i redukowany. Ugrupowanie hemowe enzymu katalazy jest częścią jego miejsca aktywnego i bierze udział w katalitycznym rozkładzie nadtlenku wodoru. W hemoglobinie i mioglobinie ugrupowanie hemowe służy do odwracalnego wiązania tlenu.

Jest on kompleksem protoporfiryny IX i żelaza. Żelazo znajduje się w centrum cząsteczki hemu, tworząc cztery wiązania z atomami azotu pierścienia porfirynowego. Żelazo hemowe może tworzyć dwa dodatkowe wiązania, jedno po każdej stronie płaszczyzny pierścienia porfirynowego. W mioglobinie i hemoglobinie jedno z tych wiązań tworzy wiązania koordynacyjne z łańcuchem bocznym histydyny wchodzącej w skład części globinowej tych białek, podczas gdy drugie wiązanie może być wykorzystane do wiązania tlenu.

Jest hemoproteiną obecną w sercu i mięśniach szkieletowych. Służy jako magazyn i przenośnik tlenu, zwiększający jego transport w obrębie komórki mięśniowej. Składa się z pojedynczego łańcucha białkowego, który wykazuje podobieństwo strukturalne do pojedynczego łańcucha polipeptydowego tetramerycznej cząsteczki hemoglobiny. Ma on zwartą budowę, około 80% jej łańcucha jest zwinięte, tworząc osiem alfa helis.

Występuje wyłącznie w erytrocytach. Jej główną funkcją jest transport tlenu z płuc do naczyń włosowatych w tkankach. Główną hemoglobiną spotykaną u osób dorosłych jest hemoglobina A, która jest zbudowana z czterech łańcuchów polipeptydowych połączonych razem wiązaniami niekowalencyjnymi. Hemoglobina może transportować protony i dwutlenek węgla z tkanek do płuc oraz cztery cząsteczki tlenu z płuc do komórek organizmu. Siła wiązania tlenu przez hemoglobinę może być regulowana przez efektory allosteryczne. Dwa łańcuchy polipeptydowe w obrębie każdego dimeru są silnie związanie dzięki oddziaływaniom
hydrofobowym

Wiązanie tlenu z hemoglobiną powoduje rozerwanie niektórych wiązań polarnych pomiędzy dimerami, co umożliwia ich wzajemny ruch. Ponieważ atom żelaza połączony jest także z proksymalną resztą histydyny, dochodzi do przemieszczenia łańcuchów globinowych, co zmienia połączenia pomiędzy oboma dimerami. Konformacja R jest konformacją hemoglobiny o wysokim powinowactwie do tlenu.

Jest to odtlenowana hemoglobina. W formie T oba dimery oddziałują pomiędzy sobą poprzez wiązania jonowe i wodorowe, które ograniczają ruch łańcuchów polipeptydowych. Konformacja T jest postacią hemoglobiny o niskim powinowactwie do tlenu.

Mioglobina, ze względu na posiadanie tylko jednej cząsteczki hemu może wiązać tylko pojedynczą cząsteczkę tlenu. Hemoglobina może wiązać łącznie cztery cząsteczki tlenu, po jednej na każde z czterech ugrupowań hemowych.

• utrzymanie ciśnienia osmotycznego – albuminy
• transport – albuminy, lipoproteiny, transferyna
• krzepnięcie krwi – fibrynogen
• stan zapalny – białka ostrej fazy
• enzymy – cholinoesteraza
• antyproteazy – A1-antytrypsyna
• obrona immunologiczna – immunoglobuliny

• białka proste
• glikoproteiny
• lipoproteiny

W czasie pierwszego miesiąca ciąży, w pęcherzyku żółtkowym syntetyzowana jest hemoglobina Gower 1 zbudowana z łańcuchów zeta będących odpowiednikiem łańcuchów alfa i dwóch łańcuchów epsilon odpowiadających łańcuchom beta. W piątym tygodniu ciąży miejsce syntezy hemoglobiny przenosi się do wątroby, a następnie do szpiku, a główną syntetyzowaną hemoglobiną jest HbF, która jest główną hemoglobiną płodową i u noworodka. W warunkach fizjologicznych HbF charakteryzuje się większym powinowactwem do tlenu niż HbA, co wynika z tego, że HbF wiąże słabo 2,3-BPG. Większe powinowactwo HbF do tlenu ułatwia jego transfer z organizmu matki przez łożysko do erytrocytów płodu.