КАРБОКСИГЕМОГЛОБІН: ХАРАКТЕРИСТИКИ ТА ЕФЕКТИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Карбоксигемоглобин є оцінка монооксиду гемоглобіну вуглецю (СО). Гемоглобін - це білок, який переносить кисень через кров людини та багатьох інших хребетних.

Для транспортування кисню гемоглобін повинен зв’язуватися з ним. Макс Перуц, хімік та лауреат Нобелівської премії, що народився у Відні в 1914 році і помер у Кембриджі в 2002 році, назвав киснево-зв'язуючу поведінку гемоглобіну "аморальною".

Структура гемоглобіну (Джерело: Білабіо через Wikimedia Commons)

Уявіть дві молекули гемоглобіну, кожна з яких здатна зв'язувати чотири молекули кисню. В одній вже є три молекули кисню, а в іншій немає. Якщо з’явиться ще одна молекула кисню, питання наступне: чи вона приєднується до «багатої», у якої вже є три, або до «бідної», у якої немає такої? Вірогідність від 100 до 1, що вона націлить багату молекулу.

А тепер уявіть дві інші молекули гемоглобіну. Один має 4 молекули кисню (він насичений), а інший - лише один. Яка молекула швидше дає кисень тканинам, багатим чи бідним? Бідніші будуть доставляти кисень легше, ніж багаті.

Розподіл кисню в молекулі гемоглобіну можна розглядати як біблійну притчу: "… тому, хто має, йому буде дано і тому, хто його не має, навіть те, що він має, буде забрано …" (Мт, 13:12). З фізіологічної точки зору ця "аморальна" поведінка молекули гемоглобіну має повне значення, оскільки сприяє постачанню тканин кисню.

Однак окис вуглецю, незалежно від кількості атомів кисню, приєднаних до молекули гемоглобіну, "вбиває" їх усіх. Тобто за наявності рясного СО весь кисень, зв’язаний з гемоглобіном, замінюється на СО.

Структурна характеристика

Якщо говорити про карбоксигемоглобін, який є не що інше, як стан гемоглобіну, пов’язаного з оксидом вуглецю, то спочатку слід звернутися до гемоглобіну в загальних рисах.

Гемоглобін - це білок, що складається з чотирьох субодиниць, кожна з яких утворена поліпептидним ланцюгом, відомим як глобін, і групою небілкової природи (протезова група), яка називається гемогрупою.

Кожна група гемів містить атом заліза в чорному стані (Fe ²⁺ ). Це атоми, здатні зв’язуватися з киснем без окислення.

Тетрамер гемоглобіну складається з двох субодиниць альфа-глобіну, по 141 амінокислоти кожна та дві субодиниці бета-глобіну, по 146 амінокислот кожна.

Форми або структури гемоглобіну

Коли гемоглобін не пов'язаний з жодним атомом кисню, структура гемоглобіну є жорсткою або напруженою, через утворення в ній сольових містків.

Четвертинна структура безкисневого (дезоксигенованого) гемоглобіну відома як "Т" або напружена структура, а оксигенований гемоглобін (оксигемоглобін) відомий як "R" або розслаблена структура.

Перехід від структури T до структури R відбувається через зв'язування кисню з атомом залізного заліза (Fe ²⁺ ) групи гема, приєднаною до кожного глобінового ланцюга.

Кооперативна поведінка

Субодиниці, що складають структуру гемоглобіну, демонструють спільну поведінку, що можна пояснити наступним прикладом.

Молекула дезоксигенованого гемоглобіну (у структурі Т) можна уявити як куля з вовни з дуже прихованими в ній ділянками зв'язування кисню (групи гема).

Коли ця напружена структура зв’язується з молекулою кисню, швидкість зв’язування відбувається дуже повільно, але цього зв’язування достатньо, щоб трохи послабити кульку і наблизити наступну групу гема до поверхні, зробивши швидкість, з якою вона зв’язується наступний кисень вище, повторюючи процес і збільшуючи спорідненість з кожним зв’язком.

Ефекти чадного газу

Для того, щоб вивчити вплив оксиду вуглецю на транспортування газу в крові, спочатку необхідно описати характеристики кривої оксигемоглобіну, яка описує її залежність від парціального тиску кисню, щоб «заряджати» молекули кисню чи ні.

Крива оксигемоглобіну має сигмоподібну або "S" форму, яка змінюється залежно від парціального тиску кисню. Графік кривої випливає з аналізів, зроблених на зразки крові, використані для її побудови.

Найбільш крута область кривої виходить при тисках нижче 60 мм рт.ст. і при більш високих тисках, ніж ця, крива має тенденцію до вирівнювання, ніби досягаючи плато.

Коли в присутності певних речовин крива може показувати значні відхилення. Ці відхилення показують зміни, які виникають у спорідненості гемоглобіну до кисню при тому самому PO ₂ .

Для кількісного визначення цього явища було введено вимірювання спорідненості гемоглобіну до кисню, відомого як значення P ₅₀ , що є частковим значенням тиску кисню, при якому гемоглобін насичений 50%; тобто коли половина його гемогрупп приєднана до молекули кисню.

У стандартних умовах, які слід розуміти як pH 7,4, парціальний тиск кисню 40 мм рт.ст. і температура 37 ° С, низький Р ₅₀ дорослого самця становить 27 мм рт.ст. або 3,6 кПа.

Які фактори можуть впливати на спорідненість гемоглобіну до кисню?

Спорідненість до кисню гемоглобіну, що міститься в еритроцитах, може знижуватися за наявності 2,3 дифосфогліцерату (2-3DPG), вуглекислого газу (CO ₂ ), високих концентрацій протонів або через підвищення температури; те ж саме стосується оксиду вуглецю (СО).

Функціональні наслідки

Оксид вуглецю здатний порушувати функцію транспортування кисню в артеріальній крові. Ця молекула здатна зв'язуватися з гемоглобіном і утворювати карбоксигемоглобін. Це пояснюється тим, що він має спорідненість до гемоглобіну, приблизно в 250 разів більший за O ₂ , тому він здатний витіснити його навіть тоді, коли він пов'язаний з ним.

Організм виробляє окис вуглецю постійно, хоча в невеликій кількості. Цей безбарвний газ без запаху зв'язується з групою гема так само, як це _робить O _2, і зазвичай приблизно 1% гемоглобіну в крові існує як карбоксигемоглобін.

Оскільки при неповному згорянні органічних речовин утворюється СО, частка карбоксигемоглобіну у курців значно вища, досягаючи значень від 5 до 15% загального гемоглобіну. Хронічне підвищення концентрації карбоксигемоглобіну шкідливо для здоров’я.

Збільшення кількості CO, що вдихається, що утворює більше 40% карбоксигемоглобіну, небезпечно для життя. Коли місце зв'язування чорного заліза зайнято СО, O ₂ не може зв'язуватися .

Зв'язування СО спричиняє перехід гемоглобіну до структури R, таким чином, що гемоглобін додатково знижує здатність доставляти O ₂ в капіляри крові.

Карбоксигемоглобін має світло-червоний колір. Таким чином, пацієнти, отруєні СО, стають рожевими навіть у стані коми та респіраторного паралічу. Найкраще лікування, яке намагається врятувати життя цих пацієнтів, - це ввести їх вдихання чистого кисню, навіть гіпербаричного, щоб спробувати змінити зв'язування заліза з СО.

Список літератури

1. Фокс, С.І. (2006). Фізіологія людини 9-е видання (с. 501-502). McGraw-Hill press, Нью-Йорк, США.
2. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA та Rodwell, VW (2014). Ілюстрована біохімія Харпера. McGraw-Hill.
3. Rawn, JD (1998). Біохімія (1989). Берлінгтон, Північна Кароліна: Видавництва Ніла Паттерсона (в) Н. Лаліоти, К. П. Раптопулу, А. Терзіс, А. Панагіотопулос, С. П. Перлепес, Е. Манесі-Зупа, Дж. Хім., Соц. Далтон Транс, 1327.
4. Роберт М. Берн, Метью Н. Леві. (2001) Фізіологія. (3-е ред.) Ediciones Harcourt, SA
5. Уест, Дж. Б. (1991). Фізіологічні основи медичної практики. Вільямс і Вілкінс