Agar dapat berbicara dengan cara yang dapat dimengerti tentang "hemoglobin (Hb),berguna untuk jaga dulu mioglobin (Mb) yang sangat mirip dengan hemoglobin tetapi jauh lebih sederhana. Antara hemoglobin dan mioglobin ada hubungan kekerabatan yang erat: keduanya adalah protein terkonjugasi dan kelompok prostetiknya (bagian non-protein) adalah kelompok dia me.
Mioglobin adalah protein globular yang terdiri dari rantai tunggal sekitar seratus lima puluh asam amino (tergantung pada organisme) dan berat molekulnya sekitar 18 Kd.
Seperti disebutkan, ia dilengkapi dengan gugus heme yang dimasukkan ke dalam bagian hidrofobik (atau lipofilik) dari protein, yang terdiri dari lipatan yang disebabkan oleh struktur heliks dari protein berserat.
Mioglobin terutama terdiri dari segmen -heliks, hadir dalam jumlah delapan dan terdiri, hampir secara eksklusif, residu non-polar (leusin, valin, metionin dan fenilalanin) sedangkan residu polar praktis tidak ada (asam aspartat, asam glutamat, lisin dan arginin); satu-satunya residu polar adalah dua histidin, yang memainkan peran mendasar dalam perlekatan oksigen ke gugus heme.
Gugus heme adalah gugus kromofor (menyerap dalam kasat mata) dan merupakan gugus fungsional mioglobin.
Lihat juga: hemoglobin terglikasi - hemoglobin dalam urin
Sedikit chemistry
Ikatan antara protoporfirin dan besi adalah ikatan khas senyawa koordinasi yang merupakan senyawa kimia di mana atom pusat (atau ion) membentuk ikatan dengan spesies kimia lain dalam jumlah yang lebih besar dari bilangan oksidasi (muatan listrik). Dalam kasus heme, ikatan ini reversibel dan lemah.
Nomor koordinasi (jumlah ikatan koordinasi) besi adalah enam: mungkin ada enam molekul di sekitar besi yang berbagi elektron ikatan.
Untuk membentuk senyawa koordinasi, dibutuhkan dua orbital dengan orientasi yang benar: satu dapat "memperoleh" elektron dan yang lain dapat menyumbangkannya.
Dalam heme, besi membentuk empat ikatan planar dengan empat atom nitrogen di pusat cincin proto-porfirin dan ikatan kelima dengan nitrogen histidin proksimal; besi memiliki ikatan koordinasi bebas keenam dan dapat mengikat oksigen.
Ketika besi dalam bentuk ion bebas, jenis orbitalnya D mereka semua memiliki energi yang sama; dalam mioglobin, ion besi terikat pada protoporfirin dan histidin: spesies ini secara magnetis mengganggu orbital D beberapa besi; tingkat gangguan akan berbeda untuk berbagai orbital D tergantung pada orientasi spasial mereka dan spesies yang mengganggu. Karena energi total orbital harus konstan, gangguan menyebabkan pemisahan energi antara berbagai orbital: energi yang diperoleh oleh beberapa orbital setara dengan energi yang hilang oleh yang lain.
Jika pemisahan yang terjadi antara orbital tidak terlalu besar, pengaturan elektronik spin tinggi lebih disukai: elektron pengikat mencoba mengatur dirinya sendiri dalam spin paralel dalam sebanyak mungkin sub-tingkat (multiplisitas maksimum); jika, di sisi lain, gangguan sangat kuat dan ada pemisahan yang besar antara orbital, mungkin lebih mudah untuk memasangkan elektron ikatan di orbital dengan energi yang lebih rendah (putaran rendah).
Ketika besi mengikat oksigen, molekul mengasumsikan pengaturan putaran rendah sedangkan ketika besi memiliki ikatan koordinasi keenam bebas, molekul memiliki pengaturan putaran tinggi.
Berkat perbedaan putaran ini, melalui analisis spektral mioglobin, kami dapat memahami apakah oksigen (MbO2) terikat padanya atau tidak (Mb).
Mioglobin adalah protein otot yang khas (tetapi tidak hanya ditemukan di otot).
Mioglobin diekstraksi dari paus sperma di mana ia hadir dalam jumlah besar dan kemudian dimurnikan.
Cetacea memiliki pernapasan seperti manusia: memiliki paru-paru mereka harus menyerap udara melalui proses pernapasan; paus sperma harus membawa oksigen sebanyak mungkin ke dalam otot-otot yang mampu mengumpulkan oksigen dengan mengikatnya ke mioglobin yang ada di dalamnya; oksigen kemudian dilepaskan secara perlahan ketika cetacean direndam karena metabolismenya membutuhkan oksigen: semakin besar jumlahnya oksigen yang dapat diserap oleh paus sperma dan semakin banyak oksigen yang tersedia selama menyelam.
Myoglybin mengikat oksigen secara reversibel dan hadir di jaringan perifer dalam persentase yang lebih besar semakin banyak jaringan yang digunakan untuk bekerja dengan pasokan oksigen yang jauh dalam waktu.
<--- Mioglobin adalah protein yang ada di otot, yang fungsinya persis seperti "reservoar" oksigen.
Yang membuat daging kurang lebih merah adalah kandungan hemoprotein (heme-lah yang membuat daging menjadi merah).
Hemoglobin memiliki banyak kesamaan struktural dengan mioglobin dan mampu mengikat oksigen molekuler secara reversibel; tetapi, sementara mioglobin terbatas pada otot dan jaringan perifer secara umum, hemoglobin ditemukan dalam eritrosit atau sel darah merah (mereka adalah sel semu, yaitu, mereka bukan sel nyata) yang membentuk 40% dari darah.
Berlawanan dengan mioglobin, pekerjaan hemoglobin adalah mengambil oksigen di paru-paru, melepaskannya ke dalam sel-sel di mana dibutuhkan, mengambil karbon dioksida dan melepaskannya ke paru-paru di mana siklus dimulai lagi.
L"hemoglobin itu adalah tetrameter, yaitu, itu terdiri dari empat rantai polipeptida masing-masing dengan kelompok heme dan identik dua per dua (pada manusia ada dua rantai alfa dan dua rantai beta).
Fungsi utama hemoglobin adalah pengangkutan oksigen; fungsi lain dari darah di mana hemoglobin terlibat adalah pengangkutan zat ke jaringan.
Di jalur dari paru-paru (kaya oksigen) ke jaringan, hemoglobin membawa oksigen (pada saat yang sama zat lain mencapai jaringan) sementara di jalur sebaliknya, ia membawa serta limbah yang dikumpulkan oleh jaringan, terutama karbon. dioksida yang dihasilkan dalam metabolisme.
Dalam perkembangan manusia ada gen yang diekspresikan hanya untuk jangka waktu tertentu; untuk alasan ini ada hemoglobin yang berbeda: janin, embrio, dari pria dewasa.
Rantai yang membentuk hemoglobin yang berbeda ini memiliki struktur yang berbeda tetapi dengan beberapa kesamaan sebenarnya fungsi yang mereka lakukan kurang lebih sama.
Penjelasan tentang keberadaan beberapa rantai yang berbeda adalah sebagai berikut: dalam proses evolusi organisme, bahkan hemoglobin telah berevolusi yang mengkhususkan diri dalam pengangkutan oksigen dari daerah yang kaya ke daerah yang kekurangan. rantai evolusi l" hemoglobin mengangkut oksigen dalam organisme kecil; dalam perjalanan evolusi organisme mencapai dimensi yang lebih besar, oleh karena itu hemoglobin dimodifikasi untuk dapat mengangkut oksigen ke daerah yang lebih jauh dari titik di mana ia kaya; untuk melakukan ini mereka telah dikodekan, dalam proses evolusi, struktur baru dari rantai yang membentuk hemoglobin.
Mioglobin mengikat oksigen bahkan pada tekanan sedang, di jaringan perifer ada tekanan (PO2) sekitar 30 mmHg: mioglobin pada tekanan ini tidak melepaskan oksigen, sehingga tidak efektif sebagai pembawa oksigen. , ia memiliki perilaku yang lebih elastis: ia mengikat oksigen pada tekanan tinggi dan melepaskannya ketika tekanan menurun.
Ketika protein aktif secara fungsional, ia dapat mengubah bentuknya sedikit; misalnya, mioglobin teroksigenasi memiliki bentuk yang berbeda dari mioglobin non-oksigen dan mutasi ini tidak mempengaruhi tetangganya.
Situasinya berbeda dalam kasus protein terkait seperti hemoglobin: ketika rantai teroksigenasi itu diinduksi untuk mengubah bentuknya tetapi modifikasi ini tiga dimensi sehingga rantai tetrameter lainnya juga terpengaruh. satu sama lain. , menunjukkan bahwa modifikasi satu mempengaruhi tetangga lain bahkan jika ke tingkat yang berbeda; ketika sebuah rantai mengoksidasi, rantai lain dari tetrameter mengasumsikan "sikap kurang bermusuhan" terhadap oksigen: kesulitan yang rantai itu oksigenat menurun karena rantai yang dekat dengannya mengoksidasi pada gilirannya. Hal yang sama berlaku untuk deoksigenasi.
Struktur kuaterner dari deoxyhemoglobin disebut bentuk T (tegang) sedangkan oxyhemoglobin disebut bentuk R (dilepas); dalam keadaan tegang ada serangkaian interaksi elektrostatik yang agak kuat antara asam amino asam dan asam amino basa yang mengarah pada struktur deoksihemoglobin yang kaku (inilah sebabnya "bentuk tegang"), sedangkan ketika oksigen dihubungkan, entitas ini interaksi menurun (maka "bentuk yang dirilis"). Lebih lanjut, dengan tidak adanya oksigen, muatan histidin (lihat struktur) distabilkan oleh muatan yang berlawanan dari asam aspartat sementara, dengan adanya oksigen, ada kecenderungan pada bagian protein untuk kehilangan proton; semua ini melibatkan bahwa hemoglobin teroksigenasi adalah asam yang lebih kuat daripada hemoglobin terdeoksigenasi: efek bohr.
Tergantung pada pH, gugus heme kurang lebih mudah mengikat oksigen: di lingkungan asam, hemoglobin melepaskan oksigen lebih mudah (bentuk tegangnya stabil) sementara, di lingkungan basa, ikatan dengan oksigen lebih sulit.
Setiap hemoglobin melepaskan 0,7 proton per mol oksigen (O2) yang masuk.
Efek Bohr memungkinkan hemoglobin untuk meningkatkan kemampuannya untuk membawa oksigen.
Hemoglobin yang berjalan dari paru-paru ke jaringan harus menyeimbangkan dirinya sendiri sebagai fungsi dari tekanan, pH dan suhu.
Mari kita lihat pengaruh suhu.
Suhu di alveoli paru sekitar 1-1,5 ° C lebih rendah dari suhu eksternal, sedangkan di otot suhu sekitar 36,5-37 ° C; ketika suhu meningkat, faktor saturasi turun (pada tekanan yang sama): ini terjadi karena energi kinetik meningkat dan disosiasi lebih disukai.
Ada faktor lain yang dapat mempengaruhi kemampuan hemoglobin untuk mengikat oksigen, salah satunya adalah konsentrasi 2,3 bifosfogliserat.
2,3 bifosfogliserat adalah hadir metabolik dalam eritrosit dalam konsentrasi 4-5 mM (tidak ada bagian lain dari organisme itu hadir dalam konsentrasi tinggi).
Pada pH fisiologis, 2,3 bifosfogliserat terdeprotonasi dan memiliki lima muatan negatif; itu terjepit di antara dua rantai beta hemoglobin karena rantai ini memiliki konsentrasi muatan positif yang tinggi. Interaksi elektrostatik antara rantai beta dan 2,3 bifosfogliserat memberikan kekakuan tertentu pada sistem: struktur tegang diperoleh yang memiliki sedikit afinitas terhadap oksigen; selama oksigenasi, 2,3 bifosfogliserat kemudian dikeluarkan.
Dalam eritrosit c" adalah suatu alat khusus yang mengubah 1,3 bifosfogliserat (dihasilkan oleh metabolisme) menjadi 2,3 bifosfogliserat sehingga mencapai konsentrasi 4-5 mM dan oleh karena itu hemoglobin mampu menukar "oksigen dalam jaringan.
Hemoglobin yang tiba di jaringan berada dalam keadaan lepas (terikat pada oksigen), tetapi di sekitar jaringan, ia dikarboksilasi dan beralih ke keadaan tegang: protein dalam keadaan ini memiliki kecenderungan yang lebih kecil untuk berikatan dengan oksigen, sehubungan dengan ke keadaan dilepaskan, oleh karena itu hemoglobin melepaskan oksigen ke jaringan; Selain itu, dengan reaksi antara air dan karbon dioksida, ada produksi ion H +, oleh karena itu oksigen lebih lanjut karena efek bohr.
Karbon dioksida berdifusi ke dalam eritrosit melewati membran plasma; karena eritrosit membentuk sekitar 40% dari darah, kita harus berharap bahwa hanya 40% karbon dioksida yang berdifusi dari jaringan yang masuk ke dalamnya, sebenarnya 90% karbon dioksida memasuki eritrosit karena mengandung enzim yang mengubah karbon dioksida dalam asam karbonat, menghasilkan konsentrasi stasioner karbon dioksida dalam eritrosit rendah dan oleh karena itu laju masuknya tinggi.
Fenomena lain yang terjadi ketika eritrosit mencapai jaringan adalah sebagai berikut: dengan gradien, "HCO3- (turunan karbon dioksida) meninggalkan" eritrosit dan, untuk menyeimbangkan keluaran muatan negatif, kita memiliki "masuknya klorida yang menentukan peningkatan tekanan osmotik: untuk menyeimbangkan variasi ini ada juga masuknya air yang menyebabkan pembengkakan eritrosit (efek HAMBURGER).Fenomena sebaliknya terjadi ketika eritrosit mencapai alveoli paru: deflasi eritrosit (efek HALDANE) Oleh karena itu eritrosit vena (diarahkan ke paru-paru) lebih bulat daripada yang arteri.
