Hemoglobina

Hemoglobina este pigmentul respirator (pigmentul roșu), a tuturor vertebratelor, fiind prezentă în eritrocite, unde are rol în transportuloxigenului (oxihemoglobină), și a CO2 (carbohemoglobină). Constituită dintr-o componentă proteică numită globină și o componentă prostetică, colorată, hemul, un nucleu porfirinic cu 11 duble legături conjugate. Molecula hemoglobinei este un ansamblu alcătuit din 4 subunități proteice, formate dintr-un lanț proteic strâns asociat cu grupul hemic. Fiecare lanț proteic adoptă o conformație de alfa helix identică cu globina din alte proteine (mioglobina de exemplu).

Structură
Gruparea hemică are un atom de fier cuplat cu inelul porfirinic. Atomul de fier realizează o legătură puternică cu proteina globulară prin intermediul nucleului imidazolic al unei molecule de histidină [C], proteină situată de obicei în planul inferior comparativ cu planul hemul.

Planul superior este ocupat de o legătură reversibilă cu oxigenul din heterociclu, configurația compusului format fiind cea de tip octaedrică. Atunci când oxigenul nu este legat, locul său este luat de o moleculă de apă, conformația fiind a unui octaedru neregulat. Fierul are 2 ioni : Fe2+ și Fe3+, însă Fe3+ nu poate lega O; legarea O se face și cu oxidarea de către oxigen a Fe la Fe3+, deci fierul trebuie să existe în forma de oxidare +2 pentru a lega oxigenul. La om hemoglobina are o conformație de tetramer, numită hemoglobina A, formată din 2 lanțuri α și 2 lanțuri β, formate fiecare din 141, respectiv 146 aminoacizi. Hemoglobina A se numerotează α1β2, subunitățile fiind legate prin punți de sare, legături de hidrogen și interacții hidrofobe astfel: α1β1 α1β2. Ionii de Fe2+ și Fe3+ conțin respectiv 24 25 e- (configurația electronică este [Ar]3d6 4s2, [Ar]3d5 4s2d).

Complexarea liganzilor
Atunci când oxigenul se leagă de ionul de Fe, are loc o contracţie a atomului de Fe determinînd mutarea în interioriul planului porfirinic, concomitent cu îndepărtarea de atomul de oxigen şi apropierea de restul histidinic. La hemoglobina umană legarea oxigenului este de tip cooperativ. Hemoglobina are afinitate pentru oxigen, afinitate crescută de saturarea moleculei cu oxigen; primul atom de oxigen legat influenţează forma site-ului de legare pentru următorul atom. Acest lucru este posibil, cînd datorită oxigenării hemoglobinei, subunităţile proteice ale acesteia suferă modificări, modificări ce se traduc prin schimbări în întregul complex hemoglobinic determinînd ca altor subunităţi să le crească afinitatea pentru oxigen.

Datorită procesului de legare de tip cooperativ, curba de legare a oxigenului de Hb are o formă sigmoidă Drept consecinţă, curba de legare a oxigenului de hemoglobină este de tip sigmoid sau S, opusă curbei de tip hiperbolă asociată cu legarea de tip noncooperativ. Legarea oxigenului de hemoglobină este scăzută în prezenţa monoxidului de carbon, deoarece acesta intră în competiţie pentru site-urile de legare, monoxidul legîndu-se de preferinţă în aceleaşi locuri ca şi oxigenul. Dioxidul de carbon are un alt situs de legare, neafectînd formarea complexului HbO. Sub infleunţa anhidrazei carbonice, dioxidul de carbon se scindează în acid carbonic instabil care se descompune imediat punînd în libertate ionul carbonat HCO3- şi un proton H+.
 * CO2 + H2O → H2CO3 → HCO3- + H+

Sângele încărcat cu dioxid de carbon are un pH acid, şi din acest motiv poate lega protonul şi dioxidul de carbon determinînd transformări conformaţionale în partea proteică şi la nivelul capacităţii de legare şi de eliberare a oxigenului. Protonul poate fi legat în diferite locuri de-a lungul lanţului proteic, dar dioxidul de carbon se poate lega doar de gruparea amino din poziţia alpha formînd ionul carbamat. Atunci cînd nivelul de dioxid de carbon scade (de exemplu în capilarele pulmonare), CO2 şi H sunt eliberaţi de la nivelul hemoglobinei, crescînd afinitatea proteinei pentru O2. Acest control al hemoglobinei pentru oxigen prin legarea şi eliberarea CO2 şi acidului poartă denumirea de efectul Bohr. Monoxidul de carbon afectează legarea oxigenului de hemoglobină, datorită afinităţii de circa 200 de ori mai mare faţă de oxigen. Acest lucru este tradus prin aceea că o cantitate extrem de mică de CO (provenit de exemplu din fumul de ţigară, eşapamentul automobilelor), reduce foarte mult capacitatea de legare a O2 de către hemoglobină. Monoxidul formeazăcarboxihemoglobina, un compus extrem de stabil, de culoare roşu strălucitor. Asemănător cu monoxidul de carbon se comportă şi ionii CN- (cian), SO (monoxidul de sulf), NO2(dioxid de azot), S2- (sulfit). Toţi aceşti compuşi manifestă afinitate crescută pentru ionul de Fe de care se leagă fără a-i schimba starea de oxidare, şi mai grav neinhibînd legarea oxigenului, determinînd intoxicaţii grave. Oxidarea Fe2+ la Fe3+ determină conversia hemoglobinei la hemiglobină sau methemoglobină, compus care nu poate lega oxigenul. În sîngele normal hemoglobina este protejată printr-un sistem reducător de această transformare. Însă anumiţi anioni de tipul oxidului nitros N2O, sau dioxidului de NO2, sunt capabili să transforme o fracţie foarte mică de hemoglobină în methemoglobină, acest lucru neavînd importanţă medicală (NO2 este nociv prin alt mecanism, în timp ce N2O este folosit în anestezii de scurtă durată, ceea ce nu permite afectarea hemoglobinei. La populaţiile aclimatizate la înălţimi mari concentraţia de esterului glicerin-2-3-difosfat sanguin este mult crescută, ceea ce permite transportul unor cantităţi mai mari de oxigen la nivelul ţesuturilor în condiţiile unei presiuni a oxigenului scăzută. Acest fenomen în care o moleculă Y afectează legarea moleculei X pentru transportul moleculei Z.

Degradarea hemoglobinei
Atunci când are loc moartea hematiilor, membrana lor se rupe, hemoglobina este hidrolizată iar Fe recuperat. Ciclul porfirinic se desface iar fragmentele sunt metabolizate de ficat. În urma procesului rezultă o moleculă de CO pentru fiecare moleculă de hemoglobină metabolizată. Procesul este unul natural și reprezintă o sursă de CO pentru corpul uman, monoxid care se elimină prin aerul expirat. Produsul de metabolizare final este bilirubina, un pigment de culoare galbenă a cărui nivel semnifică distrugerea hematiilor. Dacă ritmul de degradare a hemoglobinei este prea rapid, ea poate bloca anumite capilare mai ales capilarele din rinichi determinînd apariția unor boli. Scăderea hemoglobinei neasociată cu scăderea numărului de hematii poartă denumirea de anemie; anemia are drept principală cauză deficiența de Fe. Ca urmare a acestei deficiențe, scade sinteza de hemoglobină, hematiile vor fi de tip hipocrom (sărace în pigment) și microcitic (mai mici decît în mod normal). În hemoliză (distrugere a hematiilor mai rapidă decît sinteza), icterulasociat este cauzat de metabolitul bilirubină și de hemoglobina circulantă care poate determina blocaj renal.

Hemoglobinopatiile sunt mutații la nivelul lanțului globinei, cele mai des întîlnite fiind anemia falciformă (siclemie) și talasemie; tot în cadrul globinopatiilor sunt și porfiriile, caracterizate de erori în sinteza hemului.

La nivel mai mic se pare că hemoglobina A se combină cu glucoza, pe care o leagă într-un anumit situs, formînd compusul HbA1c (hemoglobina glucosilată, sau glicată). Pe măsură ce concentrația glucozei crește, procentul de HbA trasnformată în HbA1c crește și el. La diabetici, unde glucoza are valori foarte mari, și compusul tinde către valori mari, procentul său fiind reprezentativ pentru nivelul glucozei sanguine datorită timpului de viață a hematiilor 50-55 zile.

Măsurare (teste de laborator)
Hemoglobina este urmărită în permanență în cadrul testelor sanguine, (numărarea hematiilor), rezultatele fiind exprimate în unități de concentrație masică: g/L, g/dL, mol/L (1g/dL = 0,621 mmol/L). Dacă concentrația Hb totale scade sub acest punct, este vorba de o anemie. Determinarea Hb se face prin analiză sanguină și urmărirea valorii hematocritului care reprezintă volumul ocupat de hematii în cadrul volumului sanguin. Datorită legării glucozei la Hb cu formarea complexului HbA1C, a cărui nivel este direct proporțional cu cantitatea glucozei sanguine, se poate monitoriza mai precis cantitatea glucozei sanguine care ar fi relativ greu de efectuat din cauza variațiilor orare ce ar da rezultate ce nu pot fi semnificative și pot da erori la interpretare. Pentru acest motiv se urmărește complexul HbA1C. De obicei o valoare mai mică sau egală cu 6% reprezintă un nivel normal al glucozei sanguine, în timp ce valori de peste 7% indică un nivel ridicat al glucozei (diabet). Urmărirea valorii complexului se poate face doar la subiecții sănătoși care au un ciclu al hematiilor normal. La indivizii cu dereglări ale acestui ciclu cum ar fi bolnavii cu anemie falciformă, unde se pot întîlni alte tipuri de hemoglobina (Hb S), ciclul de viață este mult mai scurt. Din acest motiv se folosește testul nivelului de fructozamină, test care are la bază măsurarea gradului de legare a glucozei de albumina serică, detereminîndu-se astfel nivelul sanguin al glucozei. Concentrația sanguină a hemoglobinei poate fi măsurată cu hemoglobinometru electronic.

Hemoglobină umană
1.La embrion: 2.La fetus: 3.La adult:
 * Gower 1 (ξ2ε2)
 * Gower 2 (α2ε2)
 * Hemoglobina Portland (ξ2γ2)
 * Hemoglobina F (α2γ2)
 * Hemoglobina A (α2β2) - Tipul cel mai des întînit.
 * Hemglobina A2 (α2δ2) - Lanțurile δ se sintetizează cam din al III-lea semestru de sarcină și al adulți reprezintă cam 2,5%.
 * Hemoglobina F (α2γ2) - La adulți hemoglobina F este restrînsă la o populație limitată de hematii numite celule F.
 * Hemoglobina S - Tipul de hemoglobină întîlnită la hematiile în formă de seceră (anemia falciformă).

Alte tipuri de (hemo)globină
Mioglobina: Este identificată în mușchi, întîlnindu-se la toate vertebratele, unde colorează mușchii în roșu sau cenușiu închis. Este foarte asemănătoare cu hemoglobina, însă diferă de aceasta prin faptul ca nu prezintă unități tetramerice. De regulă stochează oxigenul pentru a fi transportat mai departe.

Hemocinina: Este al 2-lea transportor de oxigen din mediul animal, identificat la artropode și moluște, avînd heteroatom ionul de Cu, iar culoarea sa datorită acestui fapt este albastră atunci cînd leagă oxigenul.

Hemeritrina: Întîlnită la unele nevertebrate marine și anumite specii de anelide, avînd heteroatom ionul de Fe, culoarea sa este roz/violet cînd este oxigenată, incoloră cînd oxigenul nu este legat.

Clorocruorina: Identificată la multe anelide, asemănătoare cu eritrocruorina, însă grupare hemică este diferită. Cînd nu leagă oxigenul are culoarea verde, în timp ce oxigenată are culoare roșie.

Vanabina: Întâlnită la urocordate, se pare că heteroatomul este ionul de vanadiu (ipoteză neconfirmată).

Eritrocruorina: Identificată la multe anelide, este un complex proteic cu masa de peste 3,5 milioane daltoni.

Pinaglobina: Identificată doar la molusca Pinna squamosa, heteroatomul fiind ionul de Mn.

Leghemoglobina: Identificată la specii de leguminoase (lucernă, soia), bacteriile fixatoare de azot sunt protejate de această proteină care are drept heteroatom ionul de Fe.

Sursa: https://ro.wikipedia.org/wiki/Hemoglobin%C4%83