HEMOGLOBINA JAKO

MODELOWE BIAŁKO

CZYNNOŚCIOWE

,

•

Hemoglobina należy

do białek funkcyjnych,

których zadaniem jest

uczestnictwo w

procesie oddychania.

•

Hemoglobina za

sprawą swojej

podjednostkowej

budowy potrafi

inteligentnie prowadzić

wymianę gazową. Jest

przenośnikiem tlenu i

znajduje się w

czerwonych krwinkach

– erytrocytach.

Hemoglobina składa się z kilku podjednostek,

co wpływa na jej specyficzne działanie. Skoro jest
białkiem złożonym, to przyjmuje strukturę IV
rzędową. Ponieważ zbudowana jest z czterech
podjednostek (dwóch alfa złożonych ze 141
aminokwasów i dwóch beta złożonych ze 146
aminokwasów, które są podobne do mioglobiny),
to nazywamy ją tetramerem. Kodowana jest
przez dwa geny. Każda z podjednostek tworzy
osiem alfa helis i zawiera swoją własną
prostetyczną grupę hemową, zatem może wiązać
w sumie cztery cząsteczki tlenu.

•2 pary łańcuchów polipeptydowych + 4
cząsteczki hemu

•Fe(II)- żelazo na drugim stopniu utlenienia
umożliwia wiązanie tlenu (1 hemoglobina- 4
częsteczki tlenu),



Białko allosteryczne-



białko, w którym mogą wystąpić
oddziaływania między przestrzennie
oddalonymi miejscami w cząsteczce,
powodujące zmianę konformacji i
zaburzenia jego aktywności
biologicznej;

Czynniki regulujące wiązanie tlenu przez

hemoglobinę:



1. kationy wodoru H

+

(pH) → efekt Bohra



2. dwutlenek węgla CO

2



3. 2,3- bisfosfoglicerynian (BPG)

Prostetyczna grupa hemowa jest

najważniejszym elementem funkcjonalnym
hemoglobiny i mioglobiny. Składa się z
protoporfiryny IX i centralnie położonego
atomu Fe2+ który tworzy cztery wiązania z
porfiryną, jedno z histydyną proksymalną, z
tlenem cząsteczkowym i histydyną dystalną.
Ta ostatnia spełnia niesamowicie ważną rolę
w zabezpieczaniu hemoglobiny i mioglobiny
przed trwałym wiązaniem z śmiertelnym dla
naszego organizmu tlenkiem węgla,
ponieważ tworząc wiązanie pod
odpowiednim kątem z żelazem, uniemożliwia
przywiązanie się czadu.

Hemoglobiny dzielimy na:

a) Prawidłowe np. :

➔

HbA – prawidłowa hemoglobina dorosłych

➔

HbA2 – prawidłowa hemoglobina dorosłych;

stanowi około 1,5% – 3% hemoglobiny

➔

HbF – hemoglobina płodowa;

b) Nieprawidłowe np.:

➔

Hemoglobina typu Chesapeake – zamiana argininy

na leucynę

➔

Hemoglobina typu Bristol – zmiana waliny na kwas

asparaginowy. Zmiana nie powoduje zaburzenia

funkcji.

●

Hemoglobina typu Sydney – zmiana waliny na

alaninę. Zmiana nie powoduje zaburzenia funkcji.

•

Inteligencja

hemoglobiny polega na

bardzo precyzyjnym

mechanizmie wymiany

gazowej, którą białko

to zawdzięcza faktowi

budowy

podjednostkowej.

•

Hemoglobina jest

białkiem

alloesterycznym,tzn.wi

ązanie tlenu z jedną z

podjednostek, jest

uzależnione od jej

oddziaływania z innymi

podjednostkami.

Najtrudniej jest

przyłączyć pierwszą

cząsteczkę tlenu –

rozpocząć cały proces,

po którym kolejne

podjednostki lawinowo

dążą do utlenienia.

•

Dzieje się tak dlatego, że przestrzenna budowa
hemoglobiny utlenowanej różni się od
nieutlenowanej. Przed przyłączeniem się tlenu
cząsteczkowego, krawędź hemu jest wklęśnięta i
tworzy łuk, na którego środku znajduje się żelazo. Po
przyłączeniu tlenu, hemoglobina zmienia swoją
konformacje – krawędź hemu zostaje wyprostowana,
żelazo do którego został przyłączony tlen i które
jednocześnie zmieniło swoje położenie, pociąga za
sobą histydynę proksymalną połączoną bezpośrednio
z łańcuchem polipeptydowym, ta z kolei zrywa słabe
wiązania wodorowe pomiędzy resztami
aminokwasowymi.

•

Następuje
przemieszczenie się
struktur białkowych,
czyli zmiana konformacji
trzeciorzędowej, która
wpływa bezpośrednio na
zmiany konformacji w
strukturze
czwartorzędowej. Te
natomiast bezpośrednio
implikują zwiększenie
powinowadztwa
kolejnych podjednostek
do tlenu. Cała cząsteczka
dąży w tym momencie do
całkowitego utlenowania.

Funkcję hemoglobiny jako transportera tlenu,

dodatkowo reguluje tzw. Efekt Bohra. Mówi on o

tym, że wiązanie tlenu przez to białko jest

uzależnione od środowiska w którym się ono

znajduje. Co oznacza, że stężenie jonów w

otaczającej tkance (zwłaszcza kationów

wodorowych i dwutlenek węgla) odgrywa ważną

rolę w procesie wymiany gazowej między

hemoglobiną a komórkami docelowymi, gdzie

tlen ma zostać dostarczony. W tkankach o dużej

aktywności takich jak mięśnie szkieletowe i

serce, w wyniku przemian energetycznych w

łańcuchu oddechowym, powstają duże ilości

produktów ubocznych takich jak protony (jądra

wodoru, lub inaczej mówiąc kationy wodoru) i

dwutlenek węgla.

Zwiększające się ich stężenie wymusza na hemoglobinie

taką konformacje, która umożliwi przyłączenie się
jonów wodoru, a co za tym idzie uwolni się tlen. W
procesie tym bierze udział także enzym anhydraza
węglanowa, który katalizuje reakcje syntezy
dwutlenku węgla i wody przy jednoczesnym
uwalnianiu jonów wodoru. Dodatkowo dwutlenek
węgla reaguje z pierwszorzędowymi grupami
aminowymi tworząc karbaminian i zmieniając tym
samym ładunek na dodatni. Po powrocie do płuc
proces ten się odwraca. Bardzo duże stężenie tlenu
powoduje wyparcie pobranych z tkanki jonów i
przyłączenie tlenu. Efekt Bohra ma zatem kluczową
rolą podczas molekularnego procesu wymiany
gazowej między tkankami, a płucami.

Nie można zapomnieć także o małej cząsteczce

znajdującej się w hydrofobowej szczelinie
pomiędzy poszczególnymi podjednostkami
hemoglobiny –

2,3-bifosfoglicerynian.

Ułatwia on uwalnianie się tlenu, obniża tym
samym powinowadztwo hemoglobiny do
tego gazu i spełnia szczególnie ważną rolę w
pierwszych momentach po przyjściu na
świat noworodka.