OXYHEMOGLOBIN: ลักษณะโครงสร้างและเส้นโค้งที่มีผลผูกพัน - ชีววิทยา - 2026

หรือไซฮีโมโกลบินเป็นชื่อที่กำหนดให้กับฮีโมโกลบินเมื่อมันจับกับออกซิเจน ฮีโมโกลบินเป็นโปรตีนที่พบในเซลล์เม็ดเลือดแดงซึ่งมีหน้าที่หลักในการขนส่งออกซิเจนจากปอดไปยังเนื้อเยื่อ

สิ่งมีชีวิตกลุ่มแรกเป็นเซลล์เดียวและอาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมที่เป็นของเหลวซึ่งพวกมันได้รับการหล่อเลี้ยงและจากการที่พวกมันกำจัดของเสียออกไปเช่นเดียวกับสิ่งมีชีวิตบางชนิดที่มีอยู่ในปัจจุบัน ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้กระบวนการเหล่านี้ทำได้โดยกลไกการแพร่กระจายอย่างง่ายเนื่องจากผนังเซลล์สัมผัสใกล้ชิดกับตัวกลางที่ให้มัน

Oxyhemoglobin เส้นโค้งการแยกตัว (ที่มา: Ratznium ในวิกิพีเดียภาษาอังกฤษเวอร์ชันต่อมาถูกอัปโหลดโดย Aaronsharpe ที่ en.wikipedia ผ่าน Wikimedia Commons)

การพัฒนาสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ที่ซับซ้อนมากขึ้นส่อให้เห็นว่าเซลล์ภายในเคลื่อนตัวออกไปจากสิ่งแวดล้อมมากจนกลไกการแพร่กระจายซึ่งเป็นแหล่งจ่ายเพียงแหล่งเดียวไม่เพียงพอ

ดังนั้นระบบพิเศษจึงได้รับการพัฒนาเพื่อให้ได้สารอาหารและก๊าซเช่นระบบย่อยอาหารและระบบทางเดินหายใจตลอดจนกลไกการขนส่งเพื่อนำสารอาหารและก๊าซเหล่านั้นเข้าใกล้เซลล์มากขึ้นนั่นคือระบบหัวใจและหลอดเลือด

ในการผลิตพลังงานในรูปของโมเลกุลของ ATP เซลล์ต้องการออกซิเจน เนื่องจากไม่สามารถเก็บ ATP ได้จึงต้องสังเคราะห์อย่างต่อเนื่องซึ่งหมายถึงความต้องการออกซิเจนอย่างถาวรโดยเซลล์

เฮโมโกลบินเกิดขึ้นโดยมีวิวัฒนาการพูดในฐานะตัวขนส่งก๊าซที่ "แก้ไข" ปัญหาการขนส่งออกซิเจนจากสิ่งแวดล้อมไปยังเซลล์

ลักษณะและโครงสร้าง

เพื่อหารือเกี่ยวกับลักษณะและโครงสร้างของ oxyhemoglobin จำเป็นต้องอ้างถึงฮีโมโกลบินเนื่องจาก oxyhemoglobin ไม่ได้เป็นอะไรมากไปกว่าฮีโมโกลบินที่เชื่อมโยงกับออกซิเจน ดังนั้นต่อไปนี้จะมีการอธิบายลักษณะร่วมของโมเลกุลที่มีอยู่หรือไม่ของก๊าซที่เป็นปัญหา

ฮีโมโกลบินมีไว้ทำอะไร?

ฮีโมโกลบินมีความจำเป็นในการขนส่งออกซิเจนไปยังเนื้อเยื่อในปริมาณและความเร็วตามที่กำหนดเนื่องจากออกซิเจนมีความสามารถในการละลายในเลือดน้อยมากจนการขนส่งโดยการแพร่กระจายจะไม่เพียงพอต่อความต้องการของเนื้อเยื่อ

โมเลกุลของฮีโมโกลบินคืออะไร?

เฮโมโกลบินเป็นโปรตีน tetrameric (ซึ่งมีสี่หน่วยย่อย) มีรูปร่างเป็นทรงกลมและมวลโมเลกุล 64 kDa

หน่วยย่อยทั้งสี่ประกอบด้วยหน่วยการทำงานเดียวโดยแต่ละหน่วยมีอิทธิพลซึ่งกันและกัน แต่ละหน่วยย่อยประกอบด้วยโซ่โพลีเปปไทด์โกลบินและกลุ่มเทียมกลุ่มฮีมหรือ "ฮีม" ซึ่งทำหน้าที่เป็นปัจจัยร่วมและไม่ได้ประกอบด้วยกรดอะมิโน นั่นคือมันไม่ใช่โปรตีนในธรรมชาติ

โกลบินพบได้ในสองรูปแบบคืออัลฟาโกลบินและเบต้าโกลบิน เฮโมโกลบินเตตระเมอร์ประกอบด้วยโซ่อัลฟาโกลบิน 1 คู่ (กรดอะมิโน 141 ชนิด) และโซ่เบต้าโกลบิน 1 คู่ (กรดอะมิโน 146 ชนิด)

โซ่โพลีเปปไทด์แต่ละสายจะติดอยู่กับกลุ่มฮีมซึ่งมีอะตอมของเหล็กอยู่ตรงกลางในสถานะเหล็ก (Fe2 +)

กลุ่ม heme เป็นอย่างไร?

กลุ่มฮีมเป็นวงแหวนพอร์ไฟรินที่ประกอบด้วยวงแหวนไพโรลิกสี่วง (สารประกอบอะโรมาติกเฮเทอโรไซคลิกที่มีสูตร C4H5N) เชื่อมโยงด้วยสะพานเมธิล เหล็กที่อยู่ในสถานะเหล็กตรงกลางถูกจับกับโครงสร้างผ่านพันธะไนโตรเจนที่ประสานกัน

กลุ่มฮีมแต่ละกลุ่มสามารถจับกับโมเลกุลออกซิเจนหนึ่งโมเลกุลดังนั้นแต่ละโมเลกุลของฮีโมโกลบินสามารถจับกับก๊าซได้เพียง 4 โมเลกุลเท่านั้น

ร่างกายมนุษย์มีเม็ดเลือดแดงประมาณ 2.5 x 1013 ซึ่งเป็นเซลล์เม็ดเลือดที่สร้างและขนส่งฮีโมโกลบิน เม็ดเลือดแดงแต่ละเซลล์มีโมเลกุลของฮีโมโกลบินประมาณ 280 ล้านโมเลกุลและสามารถนำออกซิเจนได้มากกว่า 1 พันล้านโมเลกุล

oxyhemoglobin เกิดขึ้นได้อย่างไร?

Oxyhemoglobin เกิดขึ้นหลังจากการรวมตัวกันของอะตอมออกซิเจนกับอะตอมของเหล็กแต่ละตัวในสถานะเหล็กที่พบในแต่ละกลุ่มฮีมของโมเลกุลฮีโมโกลบิน

คำว่า oxyhemoglobin หมายถึงฮีโมโกลบินที่ได้รับออกซิเจนและไม่ถูกออกซิไดซ์ทางเคมีเนื่องจากจะไม่สูญเสียอิเล็กตรอนเมื่อรวมกับออกซิเจนและเหล็กจะยังคงอยู่ในสถานะเหล็ก

การให้ออกซิเจนก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างควอเทอร์นารีของโมเลกุลนั่นคือการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่สามารถถ่ายทอดจากโซ่โกลบินไปยังกลุ่มฮีมและในทางกลับกัน

ปริมาณออกซิเจนสูงสุดที่ฮีโมโกลบินสามารถพกพาได้คือเท่าใด?

เฮโมโกลบินสามารถผูกโมเลกุลออกซิเจนสี่โมเลกุลไว้ในโครงสร้างได้ ถ้าปริมาตรโมลาร์ของก๊าซในอุดมคติคือ 22.4 L / โมลเฮโมโกลบินหนึ่งโมล (64,500g) จะจับกับออกซิเจน 89.6 ลิตร (O2 4 โมล x 22.4 ลิตร / โมล)

ดังนั้นฮีโมโกลบินแต่ละกรัมจะต้องจับกับ O2 1.39 มล. ถึงจะอิ่มตัว 100% (89.6L / 64500g x (1000ml / L))

ในทางปฏิบัติการตรวจเลือดจะให้ผลลัพธ์ที่ต่ำกว่าเล็กน้อยเนื่องจากมีเมทฮีโมโกลบิน (เฮโมโกลบินออกซิไดซ์) และคาร์บอกซีฮีโมโกลบิน (เฮโมโกลบิน + คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO)) ในปริมาณเล็กน้อยที่ไม่สามารถจับกับออกซิเจนได้

เมื่อคำนึงถึงสิ่งนี้กฎ“ Hüfner” ระบุว่าในเลือด 1g ของฮีโมโกลบินมีความสามารถสูงสุดในการจับออกซิเจนที่ 1.34ml

Oxyhemoglobin Binding Curve

จำนวนโมเลกุลของออกซิเจนที่สามารถจับกับโมเลกุลของฮีโมโกลบินขึ้นอยู่กับความดันบางส่วนของออกซิเจนหรือ PO2 ในกรณีที่ไม่มีออกซิเจนฮีโมโกลบินจะถูก deoxygenated แต่เมื่อ PO2 เพิ่มขึ้นจำนวนออกซีเจนที่จับกับฮีโมโกลบินจะเพิ่มขึ้น

กระบวนการจับออกซิเจนกับฮีโมโกลบินขึ้นอยู่กับความดันบางส่วนของออกซิเจน เมื่อลงจุดผลจะเรียกว่า "oxyhemoglobin curve" และมีลักษณะเป็น 'S' หรือรูปทรงซิกมอยด์

ขึ้นอยู่กับ PO2 ฮีโมโกลบินจะมีความสามารถน้อยลงหรือมากขึ้นในการ "ปล่อย" หรือ "ส่ง" ออกซิเจนที่มีอยู่เช่นเดียวกับที่เต็มไปด้วย

ตัวอย่างเช่นในพื้นที่ระหว่าง 10 ถึง 60 mmHg ของความดันจะได้ส่วนที่ชันที่สุดของเส้นโค้ง ในสภาวะนี้ฮีโมโกลบินสามารถให้ O2 จำนวนมากได้อย่างง่ายดาย นี่คือเงื่อนไขที่ทำได้ในเนื้อเยื่อ

เมื่อ PO2 อยู่ระหว่าง 90 ถึง 100 mmHg (12 ถึง 13 kPa) ฮีโมโกลบินเกือบ 100% อิ่มตัวด้วย O2 และเมื่อ PO2 ของหลอดเลือดแดงเท่ากับ 60 mmHg (8 kPa) ความอิ่มตัวของ O2 ยังคงสูงถึง 90%

ในปอดเหล่านี้เป็นสภาวะที่เกิดขึ้น (ความดันระหว่าง 60 ถึง 100 mmHg) และสิ่งนี้เองที่ทำให้โมเลกุลของฮีโมโกลบินที่อยู่ในเม็ดเลือดแดงถูกชาร์จด้วยออกซิเจน

รูปทรงซิกมอยด์ที่ดึงเส้นโค้งออกซีฮีโมโกลบินช่วยให้มั่นใจได้ว่าโปรตีนนี้ทำหน้าที่เป็นตัวโหลดปอดที่ยอดเยี่ยมตัวขนส่งที่มีประสิทธิภาพมากในเลือดแดงและผู้บริจาค O2 ที่ดีเยี่ยมในเนื้อเยื่อตามสัดส่วนของอัตราการเผาผลาญในท้องถิ่น นั่นคือตามความต้องการ

อ้างอิง

1. ฟ็อกซ์ SI (2549). สรีรวิทยาของมนุษย์พิมพ์ครั้งที่ 9 (หน้า 501-502) สำนักพิมพ์ McGraw-Hill นิวยอร์กสหรัฐอเมริกา
2. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA และ Rodwell, VW (2014) ภาพประกอบชีวเคมีของฮาร์เปอร์ McGraw-Hill
3. Rawn, JD (1998). ชีวเคมี (1989). เบอร์ลิงตันนอร์ทแคโรไลนา: Neil Patterson Publishers (c) N. Lalioti, CP Raptopoulou, A.Terzis, A.Panagiotopoulos, SP Perlepes, E. Manessi-Zoupa, J.
4. Robert M.Berne, Matthew N.Levy (2544) สรีรวิทยา. (ฉบับที่ 3) Ediciones Harcourt, SA
5. ตะวันตกเจบี (1991) พื้นฐานทางสรีรวิทยาของการปฏิบัติทางการแพทย์ วิลเลียมส์และวิลกินส์