Hemoglobine en Bohr-effect

Structuur en functies

Hemoglobine is een metalloproteïne in de rode bloedcellen, verantwoordelijk voor het transport van zuurstof in de bloedbaan. In feite is zuurstof slechts matig oplosbaar in water; daarom zijn de hoeveelheden die in het bloed zijn opgelost (minder dan 2% van het totaal) niet voldoende om te voldoen aan de metabole eisen van de weefsels. De behoefte aan een specifieke vervoerder is daarom evident.

In de circulatiestroom kan zuurstof niet direct en reversibel binden aan eiwitten, zoals het geval is voor metalen zoals koper en ijzer. Het is niet verwonderlijk dat in het midden van elke proteïnesubeenheid van hemoglobine, verpakt in een eiwitomhulsel, we de zogenaamde prothetische groep EME vinden, met een metallisch hart voorgesteld door een ijzeratoom in de oxidatietoestand Fe2 + (gereduceerde toestand), die bindt zuurstof omkeerbaar.

Bloedanalyse

Normale hemoglobinewaarden in het bloed: 13-17 g / 100 ml

Bij vrouwen liggen de waarden gemiddeld 5-10% lager dan bij mannen.

Mogelijke oorzaken van hoge hemoglobine

polycythemia
Verlengd verblijf in de hoogte
Chronische longziekten
hartziekte
Bloeddoping (gebruik van erytropoëtine en derivaten of stoffen die de werking ervan nabootsen)

Mogelijke oorzaken van lage hemoglobine

bloedarmoede
IJzertekort (sideropenie)
Overvloedig bloeden
carcinomen
zwangerschap
thalassemie
Burns

Het zuurstofgehalte in het bloed wordt daarom gegeven door de som van de kleine hoeveelheid opgelost in het plasma met de fractie gebonden aan het hemoglobinische ijzer.

Meer dan 98% van de zuurstof in het bloed is gekoppeld aan hemoglobine, die op zijn beurt circuleert in de bloedstroom die is toegewezen in de rode bloedcellen. Dus, zonder hemoglobine, konden de erythrocyten hun functie van het dragen van zuurstof in het bloed niet vervullen.

Gezien de centrale rol van dit metaal, vereist de synthese van hemoglobine een voldoende inname van ijzer met het dieet. Ongeveer 70% van het ijzer in het lichaam is in feite ingesloten in de EME-groepen van hemoglobine.

Hemoglobine bestaat uit 4 subeenheden die qua structuur sterk lijken op myoglobine *.

Hemoglobine is een groot en complex metalloproteïne, gekenmerkt door vier globulaire eiwitketens gewikkeld rond een EME-groep die Fe2 + bevat.

Voor elk hemoglobinemolecuul vinden we daarom vier EME-groepen omwikkeld door de relatieve globulaire eiwitketen. Omdat er in elk hemoglobinemolecuul vier ijzeratomen zijn, kan elk hemoglobinemolecuul vier zuurstofatomen aan zichzelf binden, volgens de omkeerbare reactie:

Hb + 4O ₂ ← → Hb (O ₂ ) ₄

Zoals bij de meeste mensen bekend is, is het de taak van hemoglobine om zuurstof uit de longen te halen, het af te geven aan de cellen die het nodig hebben, kooldioxide uit de longen te nemen en het in de longen te brengen waar de fyto weer begint.

Tijdens het passeren van bloed in de haarvaten van de longblaasjes, bindt het hemoglobine zuurstof aan zichzelf, wat vervolgens bijdraagt aan de weefsels in de perifere bloedsomloop. Deze uitwisseling vindt plaats omdat de zuurstofbindingen met het ijzer van de EME-groep labiel zijn en gevoelig zijn voor vele factoren, waarvan de belangrijkste is de spanning of de partiële druk van zuurstof.

Zuurstofbinding aan hemoglobine en Bohr-effect

In de longen neemt de zuurstofspanning in het plasma toe als gevolg van de diffusie van het gas van de alveoli naar het bloed (↑ PO2); deze toename zorgt ervoor dat hemoglobine zich gretig aan zuurstof bindt; het tegenovergestelde gebeurt in perifere weefsels, waar de concentratie opgeloste zuurstof in het bloed afneemt (↓ PO2) en de deeldruk van kooldioxide verhoogt (↑ CO2); dit zorgt ervoor dat hemoglobine zuurstof afgeeft door zichzelf aan te vullen met CO2. Door het concept maximaal te vereenvoudigen, is er meer koolstofdioxide in het bloed aanwezig en blijft er minder zuurstof gebonden aan hemoglobine .

Hoewel de hoeveelheid fysisch opgeloste zuurstof in het bloed erg laag is, speelt het daarom een fundamentele rol. In feite beïnvloedt deze hoeveelheid de bindingssterkte tussen zuurstof en hemoglobine (naast een belangrijke referentiewaarde bij het reguleren van longventilatie).

Door het geheel samen te vatten met een grafiek, neemt de hoeveelheid zuurstof gekoppeld aan hemoglobine toe ten opzichte van de pO2 na een sigmoïdale curve:

Het feit dat het plaatu-gebied zo groot is, plaatst een belangrijke veiligheidsmarge bij de maximale saturatie van hemoglobine tijdens de passage in de longen. Hoewel de pO2 op het alveolaire niveau normaal gesproken gelijk is aan 100 mm Hg, nemen we, gezien de figuur, feitelijk ook op als een partiële zuurstofdruk gelijk aan 70 mmHg (typisch voorkomen van sommige ziekten of duurzaamheid op grote hoogte), de percentages verzadigde hemoglobine dicht bij 100% blijven.

In het gebied met maximale helling daalt het vermogen van hemoglobine om zuurstof te binden abrupt wanneer de partiële spanning van zuurstof onder 40 mmHg daalt.

In rustomstandigheden is PO2 in intracellulaire vloeistoffen ongeveer 40 mmHg; in deze context, als gevolg van de gaswetgeving, diffundeert de in het plasma opgeloste zuurstof naar de weefsels die armer zijn dan O2 door het capillaire membraan te kruisen. Bijgevolg neemt de plasmaspanning van O2 verder af en dit bevordert de afgifte van zuurstof uit hemoglobine. Tijdens een intense fysieke inspanning daalt de zuurstofspanning in de weefsels echter tot 15 mmHg of minder, dus het bloed is sterk zuurstofarm.

Wat gezegd heeft, in rusttoestand verlaat een belangrijke hoeveelheid zuurstofrijk hemoglobine de weefsels en blijft beschikbaar in geval van nood (bijvoorbeeld om een plotselinge toename van het metabolisme in sommige cellen aan te kunnen).

De ononderbroken lijn die in de afbeelding hierboven wordt getoond, wordt de hemoglobinedissociatiecurve genoemd; het wordt typisch in vitro bepaald bij pH 7, 4 en bij een temperatuur van 37 ° C.

Het Bohr-effect heeft zowel gevolgen voor de inname van O2 op longniveau als voor de afgifte ervan op weefselniveau.

Waar er meer opgeloste koolstofdioxide in de vorm van bicarbonaat is, komt het hemoglobine gemakkelijker vrij en wordt het geladen met koolstofdioxide (in de vorm van bicarbonaat).

Hetzelfde effect wordt verkregen door het bloed aan te zuren: hoe meer de pH van het bloed daalt en hoe minder zuurstof gebonden blijft aan hemoglobine; niet toevallig vindt men in het bloed het koolstofdioxide voornamelijk opgelost in de vorm van koolzuur, dat dissocieert.

Ter ere van zijn ontdekker is het effect van pH of kooldioxide op zuurstofdissociatie bekend als het Bohr-effect.

Zoals verwacht, geeft het hemoglobine in een zure omgeving gemakkelijker zuurstof af, terwijl in een basische omgeving de binding met zuurstof sterker is.

Onder andere factoren die in staat zijn om de affiniteit van hemoglobine voor zuurstof te modificeren, herinneren we ons de temperatuur. In het bijzonder neemt de affiniteit van hemoglobine voor zuurstof af met toenemende lichaamstemperatuur. Dit is met name gunstig tijdens de winter- en lentemaand, omdat de temperatuur van het pulmonale bloed (in contact met de lucht van de externe omgeving) lager is dan die bereikt op het niveau van de weefsels, waardoor het vrijkomen van zuurstof wordt vergemakkelijkt .

2, 3-difosfoglyceraat is een intermediair van glycolyse dat de affiniteit van hemoglobine voor zuurstof beïnvloedt. Als de concentraties in de rode bloedcellen stijgen, neemt de affiniteit van het hemoglobine voor zuurstof af, waardoor het vrijkomen van zuurstof in de weefsels wordt vergemakkelijkt. Niet toevallig nemen de erytrocytenconcentraties van 2, 3-difosfoglyceraat toe, bijvoorbeeld bij bloedarmoede, bij cardio-pulmonaire insufficiëntie en tijdens het verblijf in hooggelegen gebieden.

In het algemeen is het effect van 2, 3-bisfosfoglyceraat relatief traag, vooral in vergelijking met de snelle reactie op veranderingen in pH, temperatuur en partiële druk van koolstofdioxide.

Het Bohr-effect is erg belangrijk tijdens intens gespierd werk; onder vergelijkbare omstandigheden, in feite, in de weefsels die het meest worden blootgesteld aan stress is er een lokale toename in temperatuur en druk van koolstofdioxide en derhalve van de zuurgraad van het bloed. Zoals hierboven uitgelegd, bevordert dit alles de overdracht van zuurstof naar de weefsels, waarbij de hemoglobinedissociatiecurve naar rechts wordt verplaatst.