• Białka wiążące tlen: hemoglobina i mioglobina;

• Mioglobina jest białkiem globularnym;

• W obrębie hydrofobowego zagłębienia utworzonego przez łańcuch polipeptydowy mioglobiny znajduje się prostetyczna grupa hemowa odgrywająca kluczową rolę w wiązaniu O₂;

• Hemoglobina zbudowana jest z 4 łańcuchów polipeptydowych, których struktura przestrzenna jest podobna do struktury mioglobiny, jednak ich sekwencje aminokwasowe różnią się w 83%;

• Hemoglobina może wiązać 4 cząsteczki O₂. Zawiera 2 łańcuchy polipeptydowe α i dwa β;

• Prostetyczna grupa hemowa w mioglobinie i hemoglobinie zbudowana jest z protoporfiryny IX, zawierającej atom żelaza w postaci jonu Fe²⁺. Czterema wiązaniami wiąże się on z czterema atomami azotu, jednym – z resztą histydyny (histydyna proksymalna, His F8) i jednym (szóstym) – z O₂;

• Histydyna dystalna (His E7), znajdująca się w pobliżu wiązania O₂ z grupą hemową, pełni dwie funkcje:

  • Chroni przed kontaktem z grupami hemowymi sąsiednich cząsteczek hemoglobiny, co zapobiega utlenieniu Fe²⁺ do Fe³⁺;

  • Przeciwdziała wiązaniu tlenku węgla (CO) z Fe²⁺, przez co zmniejsza powinowactwo hemu do CO;

• Hemoglobina jest białkiem allosterycznym – wiązanie O₂ z jedną z podjednostek jest uzależnione od jej oddziaływania z innymi podjednostkami. Wiązanie O₂ powoduje zmiany konformacyjne, które przekazywane są na sąsiednie podjednostki i zwiększają ich powinowactwo względem O₂. Wiązanie O₂ z hemoglobiną jest więc kooperatywne i indukuje w niej zmiany struktury czwartorzędowej;

• Wiązanie O₂ z łańcuchem mioglobiny jest niekooperatywne;

• Mioglobina wykazuje większe powinowactwo względem O₂ niż hemoglobina, tzn., że O₂ uwolniony przez hemoglobinę może być wiązany z mioglobiną – takie zjawisko występuje np. w naczyniach włosowatych mięśni;

• Efekt Bohra: wiązanie O₂ przez hemoglobinę jest regulowane przez stężenie H⁺ i CO₂;

• Duże stężenie H⁺ i CO₂ (np. w tkankach o szybkim metabolizmie) powoduje przesunięcie krzywej dysocjacji O₂dla hemoglobiny w prawo, czyli ułatwione uwalnianie O₂. Przyczyną jest istnienie miejsc wiązania H⁺, których powinowactwo względem H⁺ jest większe w hemoglobinie nieutlenowanej niż w utlenowanej. Zwiększenie ilości CO₂ powoduje wzrost stężenia H⁺ na skutek działania enzymu anhydrazy węglanowej, która katalizuje reakcję: CO₂ + H₂O <-> HCO₃^- + H⁺;

• H⁺, CO₂ i 2,3-bisfosfoglicerynian to regulatory allosteryczności, które stabilizują konformację hemoglobiny nieutlenowanej i tym samym ułatwiają uwalnianie O₂. Oddziałują one na różne miejsca, więc efekty ich działania podlegają sumowaniu;

• Tylko 9 reszt w hemoglobinie jest niezależne od gatunku. Należą tu np.: histydyna proksymalna i dystalna;

• W wyniku tzw. konserwatywnej substytucji wiele reszt ulega podstawieniu przez reszty o podobnych właściwościach;

• W wyniku tzw. niekonserwatywnej substytucji zostaje zamienionych tylko niewiele reszt, ponieważ takie zmiany mogą wywrzeć duży wpływ na strukturę i funkcje białka;

• Scharakteryzowano kilkaset nieprawidłowych hemoglobin stanowiących przykłady patologii hemoglobiny;

• Przykładem patologii hemoglobiny jest niedokrwistość sierpowata (hemoglobina krwinek sierpowatych – HbS). W chorobie tej występują erytrocyty o kształcie półksiężyca lub sierpa;

• Molekularną przyczyną niedokrwistości sierpowatej jest zastąpienie reszty kwasu glutaminowego w pozycji 6 łańcucha β przez walinę, a więc zastąpienie reszty polarnej hydrofobową. Powoduje to powstanie hydrofobowych lepkich miejsc na zewnętrznej powierzchni łańcucha β HbS. Takie miejsce jest komplementarne z miejscem hydrofobowym znajdującym się między helisami E i F łańcucha β HbS nieutlenowanej. Prowadzi to do łączenia się cząsteczek HbS i powstawania długich włókien, które zniekształcają erytrocyt. W utlenowanej HbS miejsce komplementarne jest maskowane;

• Niedokrwistość sierpowata jest hemolityczną chorobą przekazywaną genetycznie. Krwinki sierpowate są bardziej kruche niż prawidłowe erytrocyty;

• W niedokrwistości sierpowatej homozygoty zawierają 2 kopie nieprawidłowego genu, a heterozygoty – tylko jedną. Homozygoty często żyją krócej wskutek uszkodzenia nerek i serca lub zwiększonej krzepliwości krwi, której przyczyną jest zatrzymywanie krwinek sierpowatych w naczyniach włosowatych;

• W niedokrwistości sierpowatej u heterozygot ok. 1% erytrocytów to krwinki sierpowate, a u homozygot – nawet 50%;

• Występowanie genu sierpowatości pokrywa się z zasięgiem występowania malarii – przyczyną jest ochrona heterozygot przed najbardziej śmiertelnymi postaciami malarii

• Rodzaje Hb:

• HbA1 – 97% u dorosłych, 2 łańcuchy α i 2 β (α2β2)

• HbA2 – 2,5% u dorosłych, α2δ2

• HbF – płodowa – od 6m-ca życia 0,5% u dorosłych α2γ2

• HbGower2 – do 3m-ca ż.płodowego – α2ε2

• HbGower1 – ξ2γ2

Urobilinogen (sterkobilinogen) – organiczny związek chemiczny, pochodna bilirubiny, powstająca w świetle przewodu pokarmowego wskutek działania enzymów bakteryjnych. Część urobilinogenu ulega resorpcji przez błonę śluzową jelita i jest wydalana z moczem przez nerki. Zwiększenie ilości urobilinogenu występuje w chorobach wątroby, kiedy metabolizm związku w hepatocytach jest zahamowany, a także w przypadku krwawień do przewodu pokarmowego, gdy wskutek hemolizy powstają duże ilości bilirubiny.

Urobilinogen ulega w moczu przekształceniu do żółtego barwnika urobiliny, przez co nadaje mu barwę. Urobilinogen pozostający w świetle jelita (tzw.sterkobilinogen) ulega oksydacji, wskutek czego powstaje brązowy barwnik – sterkobilina.