CARBOXYHEMOGLOBINE: KENMERKEN EN EFFECTEN - BIOLOGIE - 2026

De carboxyhemoglobine is gebonden hemoglobine koolmonoxide (CO). Hemoglobine is het eiwit dat zuurstof door het bloed vervoert bij mensen en vele andere gewervelde dieren.

Om zuurstof te transporteren, moet hemoglobine eraan binden. Max Perutz, een scheikundige en Nobelprijswinnaar geboren in Wenen in 1914 en stierf in Cambridge in 2002, noemde het zuurstofbindende gedrag van hemoglobine "immoreel".

Structuur van hemoglobine (Bron: Bielabio via Wikimedia Commons)

Stel je twee hemoglobinemoleculen voor die elk vier zuurstofmoleculen kunnen binden. De ene heeft al drie zuurstofmoleculen en de andere geen. Als er een ander zuurstofmolecuul verschijnt, is de vraag de volgende: voegt het zich bij de "rijke" die er al drie heeft, of de "arme" die er geen heeft? De kans is 100 tegen 1 dat het zich op het rijke molecuul zal richten.

Stel je nu twee andere hemoglobinemoleculen voor. De ene heeft 4 zuurstofmoleculen (het is verzadigd) en de andere heeft er maar één. Welk molecuul geeft meer zuurstof aan weefsels, rijk of arm? De arme zal gemakkelijker zuurstof afgeven dan de rijken.

De verdeling van zuurstof in het hemoglobinemolecuul kan worden gezien als de bijbelse gelijkenis: "… aan degene die het heeft, aan hem zal worden gegeven en aan degene die niet heeft, zelfs wat hij heeft, zal worden weggenomen …" (Mat. 13:12). Vanuit fysiologisch oogpunt is dit "immorele" gedrag van het hemoglobinemolecuul van groot belang, aangezien het bijdraagt ​​tot de toevoer van zuurstof naar de weefsels.

Koolmonoxide 'doodt' ze allemaal, ongeacht het aantal zuurstofatomen dat aan een hemoglobinemolecuul is gehecht. Dat wil zeggen, in de aanwezigheid van overvloedig CO wordt alle zuurstof die aan hemoglobine gebonden is, vervangen door CO.

Structurele kenmerken

Om te spreken van carboxyhemoglobine, wat niets meer is dan een staat van hemoglobine geassocieerd met koolmonoxide, moet eerst in algemene termen naar hemoglobine worden verwezen.

Hemoglobine is een eiwit dat bestaat uit vier subeenheden die elk worden gevormd door een polypeptideketen die bekend staat als globine en een groep van niet-eiwitachtige aard (prothetische groep) die de heemgroep wordt genoemd.

Elke heemgroep bevat een ijzeratoom in de ferro-toestand (Fe ²⁺ ). Dit zijn de atomen die zich aan zuurstof kunnen binden zonder te oxideren.

Het hemoglobinetetrameer bestaat uit twee alfaglobinesubeenheden van elk 141 aminozuren en twee bètaglobinesubeenheden van elk 146 aminozuren.

Vormen of structuren van hemoglobine

Wanneer hemoglobine niet aan een zuurstofatoom is gebonden, is de structuur van hemoglobine star of gespannen, vanwege de vorming van zoutbruggen erin.

De quaternaire structuur van zuurstofvrij (zuurstofarm) hemoglobine staat bekend als de "T" of gespannen structuur, en geoxygeneerde hemoglobine (oxyhemoglobine) staat bekend als de "R" of ontspannen structuur.

De overgang van de T-structuur naar de R-structuur vindt plaats door de aanhechting van zuurstof aan het ferro-ijzeratoom (Fe ²⁺ ) van de heemgroep die aan elke globineketen is bevestigd.

Coöperatief gedrag

De subeenheden waaruit de structuur van hemoglobine bestaat, vertonen een coöperatief gedrag dat kan worden verklaard met het volgende voorbeeld.

Het zuurstofarme hemoglobinemolecuul (in de T-structuur) kan worden voorgesteld als een bolletje wol met daarin de zuurstofbindende plaatsen (heemgroepen) erg verborgen.

Wanneer deze gespannen structuur zich bindt aan een zuurstofmolecuul, is de bindingssnelheid erg laag, maar deze binding is voldoende om de bal een beetje los te maken en de volgende heemgroep dichter bij het oppervlak te brengen, waardoor de snelheid waarmee hij bindt de volgende zuurstof is hoger, waardoor het proces wordt herhaald en de affiniteit met elke binding toeneemt.

Koolmonoxide-effecten

Om de effecten van koolmonoxide op het gastransport in het bloed te bestuderen, is het eerst nodig om de kenmerken van de oxyhemoglobinecurve te beschrijven, die de afhankelijkheid beschrijft van de partiële zuurstofdruk om al dan niet met zuurstofmoleculen te “laden”.

De oxyhemoglobinecurve heeft een sigmoïde of "S" -vorm die varieert als functie van de partiële zuurstofdruk. De grafiek van de curve komt naar voren uit de analyses die zijn gemaakt op de bloedmonsters die zijn gebruikt om deze te construeren.

Het steilste deel van de curve wordt verkregen met drukken lager dan 60 mmHg en bij hogere drukken dan dit, neigt de curve af te vlakken, alsof hij een plateau bereikt.

Bij aanwezigheid van bepaalde stoffen kan de curve aanzienlijke afwijkingen vertonen. Deze afwijkingen laten veranderingen zien die optreden in de affiniteit van hemoglobine voor zuurstof bij dezelfde PO ₂ .

Om dit verschijnsel te kwantificeren, het meten van de affiniteit van hemoglobine voor zuurstof in, bekend als de P ₅₀ -waarde , die de waarde van de partiële zuurstofdruk waarbij hemoglobine is 50% verzadigd; dat wil zeggen, wanneer de helft van zijn heemgroepen is gehecht aan een zuurstofmolecuul.

Onder standaardomstandigheden, die moeten worden begrepen als pH 7,4, partiële zuurstofdruk van 40 mmHg en temperatuur van 37 ° C, is de lage P ₅₀ van een volwassen mannetje 27 mm Hg of 3,6 kPa.

Welke factoren kunnen de affiniteit van hemoglobine voor zuurstof beïnvloeden?

De affiniteit voor zuurstof van hemoglobine in erytrocyten kan afnemen in de aanwezigheid van 2,3 difosfoglyceraat (2-3DPG), kooldioxide (CO ₂ ), hoge concentraties protonen of door een verhoogde temperatuur; en hetzelfde geldt voor koolmonoxide (CO).

Functionele implicaties

Koolmonoxide kan de zuurstoftransportfunctie in arterieel bloed verstoren. Dit molecuul kan zich binden aan hemoglobine en carboxyhemoglobine vormen. Dit komt omdat het een affiniteit heeft voor hemoglobine die ongeveer 250 keer groter is dan O ₂ , dus het kan het verplaatsen, zelfs als het eraan gebonden is.

Het lichaam produceert permanent koolmonoxide, zij het in kleine hoeveelheden. Dit kleurloze, geurloze gas bindt zich op dezelfde manier aan de heemgroep als O _2, en normaal bestaat ongeveer 1% van de hemoglobine in het bloed als carboxyhemoglobine.

Aangezien de onvolledige verbranding van organisch materiaal CO produceert, is het aandeel carboxyhemoglobine bij rokers veel hoger en bereikt het waarden tussen 5 en 15% van het totale hemoglobine. Chronische verhoging van de carboxyhemoglobineconcentratie is schadelijk voor de gezondheid.

Een toename van de hoeveelheid CO die wordt ingeademd, waardoor meer dan 40% carboxyhemoglobine wordt gegenereerd, is levensbedreigend. Wanneer de ferro-ijzerbindingsplaats wordt ingenomen door CO, kan O ₂ niet binden .

Binding van CO veroorzaakt de overgang van hemoglobine naar de R-structuur, zodat hemoglobine het vermogen om O _{2 af te geven} in de bloedcapillairen verder vermindert .

Carboxyhemoglobine heeft een lichtrode kleur. Zo worden CO-vergiftigde patiënten roze, zelfs in coma en ademhalingsverlamming. De beste behandeling om te proberen de levens van deze patiënten te redden, is om ze zuivere, zelfs hyperbare, zuurstof te laten inademen om te proberen de binding van ijzer met CO te verdringen.

Referenties

1. Fox, SI (2006). Human Physiology, 9e editie (blz. 501-502). McGraw-Hill-pers, New York, VS.
2. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA en Rodwell, VW (2014). Harper's geïllustreerde biochemie. McGraw-Hill.
3. Rawn, JD (1998). Biochemistry (1989). Burlington, North Carolina: Neil Patterson Publishers (c) N. Lalioti, CP Raptopoulou, A. Terzis, A. Panagiotopoulos, SP Perlepes, E. Manessi-Zoupa, J. Chem. Soc. Dalton Trans, 1327.
4. Robert M. Berne, Matthew N. Levy. (2001) Fysiologie. (3e uitgave) Ediciones Harcourt, SA
5. West, JB (1991). Fysiologische basis van de medische praktijk. Williams & Wilkins