Hemoglobina , frecvent simbolizat Hb , uneori Hgb este un pigment respirator (familie moleculară de metaloproteinelor , aici conținând fier ) prezente în principal în sânge al vertebratelor , în lor celule sanguine roșii și în țesuturi unele nevertebrate . Funcția sa este de a transporta oxigenul O 2de la sistemul respirator ( plămâni , branhii ) până la restul corpului . Cantitatea de hemoglobină este un parametru măsurat în timpul analizei sanguine .
Hemoglobina eliberează oxigen în țesuturi pentru respirația celulară aerobă , care, prin metabolism , furnizează energie pentru procesele biologice esențiale vieții.
La om , hemoglobina este o proteină hetero - tetramerică formată din lanțuri peptidice identice două câte două. Hemoglobina A (HbA) reprezintă aproximativ 95% din moleculele de hemoglobină la adulți, formate din două lanțuri α și două lanțuri β; există și o hemoglobină A 2 (HbA 2 ) cu formula α 2 δ 2și o hemoglobină F (HbF, fetală) cu formula α 2 γ 2. Fiecare dintre cele patru canale este asociat cu un grup protetic numit hem și constând dintr-un cation de fier complexat cu o porfirină . Hemoglobina este deci o hemoproteină .
La mamifere , hemoglobina constituie aproape 96% din masa de substanță uscată a celulelor roșii din sânge și aproximativ 35% din conținutul total al acestora, inclusiv apă. Fiecare moleculă de hemoglobină poate lega până la patru molecule de oxigen O 2, iar hemoglobina din sânge poate transporta 1,34 ml de O 2pe gram de proteine, ceea ce îi permite să transporte de 70 de ori mai mult oxigen decât cantitatea de O 2dizolvat în sânge. Hemoglobina este implicată și în transportul altor gaze decât oxigenul. În special, asigură transportul unei părți din dioxidul de carbon CO 2produs de respirația celulară și transportă, de asemenea, oxidul nitric NO, care joacă un rol semnificativ în semnalizarea celulară a anumitor procese fiziologice și care este eliberat împreună cu oxigenul după ce a fost transportat pe un grup tiol al apoproteinei .
cea mai mare parte a hemoglobinei se găsește în celulele roșii din sânge, care sunt ele însele produse de măduva osoasă. Cu toate acestea, nu toată hemoglobina este concentrată în celulele roșii din sânge. Se găsește astfel, de exemplu, în neuronii dopaminergici din grupul A9 al substanței negre , în macrofage , în celulele alveolare și, în rinichi , în celulele mesangium . În aceste țesuturi, hemoglobina joacă un rol antioxidant și un regulator al metabolismului fierului .
Hemoglobina și diverse molecule înrudite sunt prezente, de asemenea, într-un număr mare de nevertebrate, ciuperci și plante . La aceste organisme, funcția hemoglobinei este de a transporta oxigenul O 2, dar poate acționa și ca transportator și regulator al altor specii chimice, cum ar fi dioxidul de carbon CO 2, monoxid de azot NO, hidrogen sulfurat HS și anion sulfurat S 2– . O variantă a hemoglobinei, numită leghemoglobină , îndepărtează oxigenul din sistemele anaerobe , de exemplu nodulii Rhizobium din fabaceae , înainte de a-i inactiva.
Hemoglobina are o structură cuaternară caracteristică multor proteine cu subunități globulare . Majoritatea reziduurilor sale de aminoacizi sunt implicate în helice α unite de segmente neelicoidale. Secțiunile elicoidale sunt stabilizate prin legături de hidrogen, care conferă proteinei structura sa tridimensională caracteristică, numită pliant globin, deoarece se găsește și în alte globine cu un grup protetic hem, cum ar fi mioglobina . Această pliere caracteristică are o cavitate în care este inserată strâns o moleculă de hem constituind grupul protetic al proteinei. Hemoglobina conține, prin urmare, o moleculă de hem pentru fiecare subunitate.
Reprezentare generică a unei molecule de hemoglobină, care prezintă cele patru subunități, identice în perechi, fiecare cu o moleculă de hem inserată în cavități din subunități.
La majoritatea vertebratelor, molecula de hemoglobină este un ansamblu de patru subunități globulare într-un aranjament aproximativ tetraedric . Aceste subunități sunt ținute împreună de legături de hidrogen, de legături ionice și de efect hidrofob . La omul adult, cel mai frecvent tip de hemoglobină este hemoglobina A, formată din două subunități α și două subunități β, fiecare alcătuită din 141 și respectiv 146 de resturi de aminoacizi. Această structură este simbolizată prin α 2 β 2. Aceste subunități sunt structural foarte asemănătoare și au aproximativ aceeași dimensiune. Fiecare are o greutate moleculară de aproximativ 16 kDa sau 64 kDa ( 64 458 g · mol -1 ) pentru proteina cu lungime completă. La copii, hemoglobina principală se numește hemoglobină F (fetală), cu formula α 2 γ 2, lanțurile γ fiind înlocuite treptat cu lanțuri β în timpul creșterii.
Hemul este compus dintr-un cation de fier ( II ) coordonat la patru atomi de azot ai unei porfirine , un tetrapirol , molecula fiind plană. Acest cation Fe 2+ este, de asemenea, legat covalent de restul de histidină F8 al globinei în care este inserat hemul; acest reziduu, numit histidină proximală , este situat sub planul hemului. Fe 2+ se poate lega de asemenea reversibil printr-o legătură covalentă de coordonare la o moleculă de oxigen O 2deasupra planului hemului, opus histidinei proximale, completând geometria de coordonare octaedrică cu șase liganzi a cationului de fier ( II ) în oxihemoglobină; în absența oxigenului, în deoxihemoglobină, acest al șaselea sit este ocupat de o moleculă de apă foarte slab legată.
Fierul feros al deoxihemoglobinei se află într-o stare de centrifugare ridicată , adică cinci orbitalii săi sunt ocupați, în principal de electroni unici, deci o rază ionică de ordinul 92 pm , în timp ce, în oxihemoglobină, fierul feros se află într-o starea de rotire scăzută , adică orbitalii săi d sunt ocupați de șase electroni împerecheați, care sunt limitați la cei trei orbitali cu cea mai mică energie, deci o rază ionică de numai 75 pm . Din acest motiv, ionul Fe 2+ este deplasat la aproximativ 40 µm de la planul hemului în deoxihemoglobină, dar doar 10 µm în oxihemoglobină. Această variație se află la baza comutării între forma tensionată și forma relaxată a hemoglobinei.
(ro) Diagrama schematică a legării unei molecule de oxigen O 2pe hem , simbolizat aici de o linie groasă. Ion superoxid O 2• - rezultatul este legat pe o parte de cationul de fier ( III ) printr-o legătură covalentă coordonată și pe cealaltă parte cu histidina distală. Cationul Fe ( II ) al deoxihemoglobinei se află în starea de spin mare și se deplasează din planul hemului spre histidina proximală, dar este readus în acest plan trecând la starea de spin scăzută prin legarea la oxigenul l, care se deplasează histidina proximală la hem și promovează trecerea restului de proteine de la forma tensionată (T) la forma relaxată (R).
Cationul de fier poate fi în stare de oxidare +2 sau +3: în acest din urmă caz, avem de-a face cu methemoglobina , care se leagă de oxigen mai puțin reversibil decât hemoglobina și cu o afinitate mai mică. Într-adevăr, atunci când se leagă de hem feros, molecula de oxigen O 2tinde să fie redus la ionul superoxid O 2• - în timp ce cationul Fe 2+ tinde să fie oxidat la Fe 3+ , un mecanism care este inversat în timpul eliberării de oxigen; în schimb, legarea oxigenului la hemul feric este în esență ireversibilă și tinde să blocheze proteina în formă de R, care previne eliberarea de oxigen și inhibă funcționalitatea acestuia de transportor de oxigen. Citocromul b 5 reductaza sau reductaza methemoglobină este enzima care asigură reducerea methemoglobină hemoglobinei funcționale prin reducerea cationul de Fe 3+ la Fe 2+ , fiind o enzimă esențială în menținerea proprietăților sângelui.
Hemoglobina dezoxigenată (dezoxihemoglobina) are așa-numita T sau conformație tensionată , în timp ce hemoglobina oxigenată (oxihemoglobina) are așa-numita R sau conformație relaxată . Forma T are o afinitate scăzută pentru oxigen și, prin urmare, tinde să-l elibereze, în timp ce forma R are o afinitate mare pentru oxigen și tinde să-l lege. Mai mulți factori favorizează una sau alta dintre aceste conformații. Astfel, forma T este favorizată de un pH scăzut ( acid ), o concentrație mare de CO 2și un nivel ridicat de 2,3-bisfosfoglicerat (2,3-BPG), care promovează eliberarea de oxigen pe măsură ce sângele circulă prin țesuturi , în timp ce forma R este favorizată de un pH ridicat, o presiune parțială scăzută de CO 2și un nivel scăzut de 2,3-BPG, care promovează absorbția oxigenului atunci când sângele circulă la nivelul alveolelor pulmonare .
Reprezentarea schematică a comutării hemoglobinei între formele T (dezoxi) și R (oxi). Mișcările hemului și ale histidinei proximale sunt clar vizibile în subunitățile α 1 și β 2 .
Rata de saturație a O 2hemoglobina în funcție de presiunea parțială a O 2 ; numită uneori curba Barcroft , este sigmoidă datorită efectului cooperativ care însoțește legarea oxigenului de hemoglobină.
Comutarea între forma T și forma R a hemoglobinei este un așa - numit mecanism cooperativ , adică alosteric , deoarece legarea unei molecule de oxigen la forma T induce o schimbare conformațională care se propagă parțial către subunitățile adiacente. , a cărui afinitate pentru oxigen crește treptat pe măsură ce alte molecule de oxigen se leagă de hemoglobină, până când toată proteina își asumă conformația R; invers, eliberarea unei molecule de oxigen din forma R induce o schimbare conformațională care se propagă parțial către subunități adiacente, a căror afinitate pentru oxigen scade treptat pe măsură ce hemoglobina eliberează oxigen, până când toată proteina adoptă conformația T. Acesta este motivul pentru care curba de legare a oxigenului la hemoglobină în funcție de presiunea parțială a oxigenului are o formă sigmoidă , în timp ce ar fi hiperbolică în absența alosteriei.
Se obișnuiește să se traseze rata de saturație a hemoglobinei în oxigen O 2reprezentată pe axa y în funcție de presiunea parțială a oxigenului O 2, dat pe abscisă . În această reprezentare, curba este sigmoidă și tinde să alunece spre stânga atunci când afinitatea hemoglobinei pentru oxigen crește și spre dreapta când scade. Presiunea parțială a oxigenului la care hemoglobina este 50% saturată cu oxigen se numește p 50 : cu cât valoarea acesteia este mai mică, cu atât este mai mare afinitatea hemoglobinei pentru oxigen. Ca un ghid, p 50 al hemoglobinei unui adult sănătos este de obicei 3,5 kPa , adesea scris 26,6 mmHg , în timp ce cel al mioglobinei este de obicei 130 Pa .
Mai mulți factori cresc p 50 și, prin urmare, glisați această curbă spre dreapta:
Aceste efecte sunt reversibile, iar inversarea direcției de variație a acestor factori face ca curba să alunece spre stânga.
Pe lângă oxigenul O 2, care se leagă de hemoglobină într-un așa - numit mecanism cooperativ , această proteină transportă și alți liganzi , dintre care unii sunt inhibitori competitivi , cum ar fi monoxidul de carbon CO, iar alții sunt liganzi alosterici precum dioxidul de carbon CO 2și monoxid de azot NO. CO 2se leagă reversibil de grupările de amine din apoproteine pentru a forma carbaminohemoglobina , despre care se crede că asigură aproximativ 10% din transportul de CO 2la mamifere , restul fiind transportat în principal sub formă de HCO 3 bicarbonat de ioni- . Oxidul nitric se leagă reversibil de grupările tiolice ale apoproteinei pentru a forma un S- nitrosotiol . Transportul oxidului nitric poate media indirect transportul oxigenului prin hemoglobină acționând ca vasodilatator în țesuturile în care presiunea parțială a oxigenului este scăzută.
Inhibitori prin concurență cu oxigenulLegarea oxigenului de hemoglobină este blocată eficient de monoxidul de carbon CO, de exemplu din fumul de țigară , evacuările sau arderea incompletă de către un cazan . Monoxidul de carbon concurează cu oxigenul la locul de legare al acestuia din urmă pe hem. Afinitatea hemoglobinei pentru monoxid de carbon este de aproximativ 230 de ori mai mare decât a hemoglobinei pentru oxigen, cantități atât de mici de monoxid de carbon sunt suficiente pentru a reduce semnificativ oxigenarea hemoglobinei în timpul hematoza și , prin urmare , capacitatea sângelui de a oxigena organismul. Hipoxia care , astfel rezultă din expunerea continuă la 0,16% CO în aer cauzează amețeală , greață , cefalee și tahicardie în decurs de 20 de minute, și conduce la moarte în decurs de două ore; 1,28% CO din aer provoacă inconștiență după doar două până la trei respirații și moarte în mai puțin de trei minute. Atunci când este combinată cu monoxid de carbon, hemoglobina este o proteină numită carboxihemoglobină, a cărei culoare roșie foarte aprinsă ar putea colora pielea roz a victimelor care au murit în urma otrăvirii cu monoxid de carbon , care altfel ar avea tenul pal sau albastru.
În mod similar, hemoglobina prezintă, la locul său de legare a oxigenului, o afinitate competitivă pentru ionul cianură CN - , monoxid de sulf SO și ionul sulfurat S 2– , la fel ca și sulfura de hidrogen H 2 S. Acestea se leagă de cationul de fier al hemului fără a-i modifica starea de oxidare, dar totuși inhibă legarea oxigenului de hem, de unde și toxicitatea lor ridicată.
Liganzi alosterici ai hemoglobineiDioxid de carbon CO 2se leagă mai ușor de dezoxihemoglobină, ceea ce facilitează eliminarea ei din organism. Aceasta se numește efect Haldane .
În plus, CO 2dizolvat în sânge este convertit în bicarbonat de anioni HCO 3- prin anhidrază carbonică , în funcție de reacție:
CO 2+ H 2 O→ H 2 CO 3→ HCO 3- + H + .Rezultă că sângele bogat în CO 2este, de asemenea, mai acid , adică pH - ul său este redus de efectul acidului carbonic . Legarea protonilor H + și a moleculelor de CO 2hemoglobina induce o schimbare conformațională care favorizează forma T și, prin urmare, eliberarea de oxigen. Protonii se leagă de diferite situri din hemoglobină, în timp ce dioxidul de carbon se leagă de grupările α- amino pentru a forma carbaminohemoglobină . Scăderea afinității hemoglobinei pentru oxigen în prezența CO 2iar pH-ul acid se numește efect Bohr .
Persoanele aclimatizate la altitudini mari au un nivel sanguin crescut de 2,3-bisfosfoglicerat (2,3-BPG). Acesta din urmă este un efector heteroalosteric care are ca efect reducerea afinității hemoglobinei pentru oxigen prin stabilizarea formei T: la o presiune parțială de oxigen mai mică decât la nivelul mării, o scădere a afinității hemoglobinei pentru oxigen are ca efect creșterea eficiența generală a transportului de oxigen de către hemoglobină. Mai general, se observă o creștere a nivelului de 2,3-BPG atunci când presiunea parțială a oxigenului scade în țesuturile periferice, de exemplu în caz de hipoxemie , boli respiratorii cronice , anemie sau chiar insuficiență cardiacă . În schimb , nivelul de 2,3-BPG scade în caz de șoc septic și hipofosfatemie (în) .
Biosinteza hemoglobinei implică un set complex de etape. Hemul este dintr - o serie de reacții care încep în mitocondrii și se continuă în citosol de eritrocite imature, în timp ce Apolipoproteina se produce la ribozomi citosol. Producția de hemoglobină are loc în stadiile incipiente ale eritropoiezei , de la stadiul de proeritroblast până la stadiul reticulocitelor din măduva osoasă . Aici își pierd eritrocitele de mamifere , în timp ce nucleul rămâne în eritrocite la păsări și multe alte specii . Biosinteza a Apolipoproteina însă continuă după pierderea nucleului deoarece rămâne de ARN mesager în celulă, care poate fi tradus prin ribozomii din citosol până la activarea eritrocit în aparat. Cardiovascular .
La vertebrate , eritrocitele care au ajuns la sfârșitul vieții lor din cauza senescenței sau deteriorării sunt eliminate din sânge prin fagocitoză de către macrofage în splină și în ficat . În cazul hemolizei în fluxul sanguin , hemoglobina se leagă de haptoglobină , în timp ce hemul liber este legat de hemopexină , ceea ce limitează efectul oxidativ. Hemoglobina incomplet degradat sau eliberată în cantități mari din celulele roșii din sânge deteriorate este probabil să înfunde vasele de sânge , cum ar fi vase capilare ale rinichilor , care pot provoca boli de rinichi . Hemoglobina eliberată este eliminată din sânge de proteina CD163 , care este exprimată exclusiv în monocite și macrofage. Hemoglobina este descompusă în aceste celule, iar fierul hem este reciclat, în timp ce o moleculă de monoxid de carbon este eliberată pe fiecare moleculă hem degradată: descompunerea hemului este unul dintre puținele procese naturale.producerea monoxidului de carbon în corpul uman și este responsabilă de prezența CO în sângele persoanelor care respiră chiar și cel mai pur aer. Acest proces formează biliverdină , apoi bilirubină , de culoare galbenă. Insolubil, este eliberat de macrofage în plasma sanguină , unde se leagă de albumina serică , care o transportă la hepatocite . Aceștia din urmă îl solubilizează prin conjugare cu acid glucuronic și îl secretă în intestine cu bila . Intestinele metabolizează bilirubina în urobilinogen , care este excretat în fecale sub formă de stercobilină, precum și în urină . Când bilirubina nu poate fi excretată, concentrația sa în sânge crește și este eliminată în principal prin urină, care devine întunecată în timp ce fecalele sunt decolorate.
Fierul produs prin degradarea hemului este stocată în ferritins a țesuturilor și transportate în plasma sanguină prin beta-globulinele , cum ar fi transferrins .
Moleculele de hemoglobină sunt formate din subunități de tip globină a căror succesiune diferă în funcție de specie . Există, de asemenea, variante de hemoglobine în cadrul aceleiași specii, deși una dintre aceste variante este de obicei predominantă în mare parte asupra celorlalte. La om , forma predominantă de hemoglobină se numește hemoglobină A; este codificată de HbA1 , HBA2 si HBB gene situate pe cromozomul 16 pentru primele două și pe cromozomul 11 pentru ultima.
În general, se acceptă faptul că diferența dintre hemoglobină și mioglobină este ulterioară separării gnatostomilor ( vertebrate la maxilar ) de la lamprea . Mioglobina a fost îndreptată spre depozitarea oxigenului, în timp ce hemoglobina a fost specializată în transportul oxigenului. Subunitățile proteinei sunt codificate de gene de tip α și β globină . Predecesorii acestor gene au apărut în timpul unei duplicări care a avut loc după apariția gnatostomilor, cu aproximativ 450 până la 500 de milioane de ani în urmă. Apariția genelor α și β a deschis calea către polimerizarea acestor globine și, prin urmare, la formarea unei proteine mai mari formate din subunități distincte. Faptul că hemoglobina este o proteină polimerică stă la baza mecanismului alosteric care stă la baza caracterului cooperativ al legării oxigenului la hemoglobină. Gena α a suferit ulterior oa doua dublare care conduce la formarea HbA1 și HBA2 genelor . Aceste multiple duplicări și divergențe au creat un întreg set de gene legate de globinele α și β, a căror reglare duce la exprimarea lor în diferite stadii de dezvoltare.
Alinierea secvențelor lanțului α, β și δ ale hemoglobinei umane (sursa UniProt ).
De mutații ale genelor hemoglobinei poate duce la variante ale hemoglobinei. Majoritatea acestor variante sunt funcționale și nu au niciun efect asupra sănătății. Unele mutații ale hemoglobinei, pe de altă parte, pot provoca boli genetice numite hemoglobinopatii . Cea mai cunoscută dintre aceste afecțiuni este anemia falciformă , care a fost prima boală umană al cărei mecanism a fost elucidat la nivel molecular. De thalassemias sunt un alt grup de hemoglobinopatii care implică o modificare a regulamentului genei componente a hemoglobinei globinei. Toate aceste boli duc la anemie .
Modificarea secvenței de aminoacizi a hemoglobinei poate fi adaptativă. A fost astfel posibil să se arate că hemoglobina se adaptează la scăderea presiunii parțiale a oxigenului observată la altitudine mare. Hemoglobina trebuie apoi să se poată lega de oxigen la o presiune mai mică, care se poate manifesta printr-o modificare a secvenței la nivelul aminoacizilor implicați în afinitatea hemoglobinei pentru oxigen., Așa cum s-a observat de exemplu la colibri de cordiliera Anzilor : astfel, în specii din genul Oreotrochilus , în colibri Castelneau , The violifera incas sau chiar colibri gigant , aceste mutații reduc afinitatea hemoglobinei pentru acidul fitic , care , în aceste păsări joacă același rol ca și 2, 3-bifosfoglicerat la om; această scădere a afinității are ca efect creșterea eficienței transportului de oxigen atunci când presiunea parțială a acestuia din urmă este redusă.
Adaptarea hemoglobinei la altitudini mari afectează și oamenii. Am identificat astfel un grup de femei tibetane al căror genotip codifică o hemoglobină a cărei afinitate pentru oxigen este crescută la presiune parțială scăzută. Acest lucru are ca efect reducerea mortalității infantile în aceste condiții extreme, ceea ce oferă un avantaj selectiv favorizând indivizii care au aceste mutații ale hemoglobinei.
La adulți, principala variantă a hemoglobinei este hemoglobina A sau HbA , cu formula α 2 β 2, care reprezintă peste 97% din hemoglobina totală a unui adult sănătos. Cealaltă variantă a hemoglobinei adulte este hemoglobina A 2 sau HbA 2 , cu formula α 2 δ 2, care reprezintă între 1,5% și 3,1% din hemoglobina totală a unui adult sănătos, dar a cărei proporție crește la pacienții cu celule secerătoare . În plus față de aceste variante sănătoase pentru adulți, există o duzină de alte variante ale hemoglobinei umane, care se găsesc la embrioni , fături sau pacienți cu una sau mai multe forme de hemoglobinopatie .
La om sunt cunoscute patru tipuri de hemoglobină embrionară :
Hemoglobina embrionară este uneori simbolizată prin Hbε, care nu trebuie confundată cu hemoglobina E, notată cu HbE, care este o variantă patologică a HbA care prezintă o mutație dăunătoare pe subunitățile β, notată β E („E” se referă în acest caz la reziduul de glutamat modificat prin mutație ).
Fetale hemoglobinei HBF cu formula α 2 γ 2, înlocuiește hemoglobina embrionară după 10 până la 12 săptămâni de dezvoltare. Constituie până la 95% din sângele nou - născutului și este înlocuit treptat de hemoglobina adultă HbA din a șasea lună după naștere; cu toate acestea, rămâne prezent în urme la adulți, unde nu depășește 1% din toate variantele detectabile de hemoglobină. Ea rămâne la copiii produși în timpul anumitor talasemii , uneori până la vârsta de cinci ani, iar o afecțiune rară numită persistență ereditară a tulburării hemoglobinei fetale (en) ( HPFH ) duce la producerea de HbF în loc de HbA dincolo de perioada normală. În plus, producția de HbF poate fi reactivată la adulți într-un cadru terapeutic pentru tratarea anemiei falciforme .
Hemoglobina fetală se caracterizează printr-o afinitate mai mare pentru oxigen decât hemoglobina adultă, care permite fătului să se oxigeneze din sângele mamei sale: într-adevăr, p 50 de HbF este de aproximativ 19 mmHg ( 2,6 kPa ), comparativ cu 26,8 mmHg ( 3,6 kPa ) pentru HbA. Această diferență de afinitate pentru oxigen rezultă dintr-o diferență de afinitate pentru unul dintre efectorii alosterici ai hemoglobinei: 2,3-bifosfogliceratul (2,3-BPG), a cărui legare cu hemoglobina are ca efect stabilizarea formei T a acestei proteine, care corespunde dezoxihemoglobinei, care reduce afinitatea hemoglobinei pentru oxigen. În cazul hemoglobinei fetale, subunitatea γ are un reziduu de serină în poziția 143, unde o subunitate β HbA are un reziduu de histidină : această poziție este situată la locul de legare 2,3-BPG și înlocuirea unui histidina, al cărei lanț lateral are o sarcină electrică pozitivă, de o serină neutră din punct de vedere electric, slăbește interacțiunea 2,3-BPG cu hemoglobina, deoarece 2, 3-BPG este o moleculă mică care transportă cinci sarcini electrice negative.
Cele thalassemias sunt caracterizate prin producția insuficientă a unuia dintre cele două tipuri de subunități ale hemoglobinei adulte. Se face astfel o distincție între α talasemia , care este destul de rară, în care subunitățile α sunt insuficient produse și β talasemia , cea mai frecventă, în care subunitățile β sunt insuficient produse. Primul duce la formarea tetramerilor β-globină numiți hemoglobină H , cu formula β 4, care sunt destul de instabile. Cele alfa 0 homozigoŃii , în general , nu supraviețuiesc mult timp după naștere datorită unei modificări profunde a hemoglobinei fetale HbF, oferind în aceste condiții Barts hemoglobinei , cu formula γ 4.
Principalele mutații ale hemoglobinei sunt:
Există o mare varietate de proteine la plante și animale care se leagă de oxigen pentru depozitare sau transport. De Bacteriile , protozoarele și ciupercile au toate , de asemenea , la proteinele legate de hemoglobină care, prin funcția lor cunoscută sau previzibilă, se leagă la liganzii gazoși reversibil. Pe lângă transportul și detectarea oxigenului, aceste proteine pot interveni pentru a elimina oxigenul din mediile despre care se crede că rămân anaerobe , așa cum este și cazul leghemoglobinei .
Deoarece multe astfel de proteine sunt formate din globine și hem , ele sunt adesea denumite „hemoglobină”, chiar dacă structura lor generală este foarte diferită de hemoglobina vertebratelor . În special, distincția dintre mioglobină și hemoglobină este adesea imposibilă la cele mai simple animale în absența mușchilor din acestea din urmă, în timp ce sistemul circulator al majorității insectelor nu este implicat în difuzia oxigenului către corp. Un număr de artropode ( păianjeni , scorpioni , unii crustacei ) utilizează gaura cheii , care este un hem liber care conține cupru, dar utilizează cationi de cupru coordonați direct cu reziduurile de histidină , dar această proteină nu este omologă cu hemoglobina.
Structura hemoglobinelor este foarte variabilă în funcție de speciile luate în considerare. Este adesea mono-globină la bacterii, protozoare, alge și plante , în timp ce mulți nematode , moluște și crustacee au proteine foarte mari care conțin un număr mult mai mare de subunități decât la vertebrate. Ciupercile și anelidele posedă în special hemoglobine himerice care conțin atât globine, cât și alte tipuri de proteine. Astfel, viermele tub uriaș al aerisirile hidrotermale conține o varietate de hemoglobină care cuprinde nu mai puțin de 144 subunități globina, fiecare asociat cu un grup hem, al cărui rol este acela de a captura de oxigen O 2și hidrogen sulfurat H 2 Snecesare pentru bacteriile care trăiesc în simbioză cu aceasta, precum și pentru dioxidul de carbon CO 2necesar pentru anabolismul viermelui. Aceste structuri sunt remarcabile prin faptul că pot transporta oxigenul în prezența ionilor sulfuri și transporta acești ioni singuri fără a fi otrăviți de aceștia, așa cum sunt hemoglobinele altor specii.
Printre alte proteine decât hemoglobina capabilă să se lege de oxigen, pot fi reținute următoarele molecule:
În medicină, mai mulți termeni se referă la hemoglobină:
La fel ca multe proteine, lanțurile de hemoglobină prezintă diferite mutații care de cele mai multe ori nu au impact clinic. Au fost identificate peste 500 de hemoglobine anormale. Anumite mutații (Hb Köln, Indianapolis etc.) determină instabilitatea tetramerului precipitat în corpul Heinz sau methemoglobinemie (hemoglobina M).
Uneori această mutație provoacă o afinitate anormală pentru oxigen, adică, la fel ca Hb Hope, o scădere a afinității cu un P50 ridicat, dând o anemie bine tolerată și cianoza în repaus, efortul și altitudinea fiind susținute prost. Sau, cum ar fi Hb Chesapeake, Malmö sau Olympia, o creștere a afinității cu un P50 redus și o policitemie compensatorie care duce la manifestări clinice de la o anumită vârstă.
Alții pot fi responsabili de hemoliză cronică, HbS (prin mutația glutaminei la valină care va determina polimerizarea Hb), HbC sau se pot agrava în starea heterozigotă o altă hemoglobinopatie, HbO Arab, HbD Punjab sau Hb Lepore sau β-talasemia, HbE.
În cele din urmă, daunele genetice se pot referi nu la structura primară a proteinei, ci la un defect cantitativ în sinteza acesteia sau la o persistență anormal de mare a hemoglobinei fetale HbF.
Defectele de sinteză sau anomalia moleculară sunt descrise sub numele de:
Primele studii ale hemoglobinei au fost luate la XIX - lea secol în Germania . Descoperită în 1840 de Hünefeld, hemoglobina a fost cristalizată în 1851 de Otto Funke (ro) și Felix Hoppe-Seyler a demonstrat fixarea reversibilă a oxigenului pe această proteină în 1866. Natura tetramerică și greutatea moleculară a hemoglobinei au fost stabilite de Gilbert Smithson Adair (ro) în 1925 prin măsurarea presiunii osmotice a soluțiilor de hemoglobină, care a identificat, de asemenea, bazele efectului cooperativ al legării oxigenului la această proteină prin alosterie .
Structura tridimensională a hemoglobinei a fost stabilită de Max Perutz în 1959 prin cristalografie cu raze X , ceea ce l-a determinat să împartă Premiul Nobel pentru chimie din 1962 cu John Kendrew , care efectuase lucrări similare asupra mioglobinei .
În 2005, artistul Julian Voss-Andreae a creat sculptura Heart of Steel (Hemoglobin) , modelată pe coloana vertebrală a proteinei. Sculptura este realizată din sticlă și oțel Corten . Aspectul ruginit al lucrării este intenționat și evocă reacția chimică fundamentală a legării oxigenului la fierul conținut de hemoglobină.
Artistul din Montreal, Nicolas Baier, a creat sculptura Luster (Hemoglobina) , o sculptură din oțel inoxidabil lustruit, care arată structura moleculei de hemoglobină. Sculptura este situată în atriul centrului de cercetare al Centrului de sănătate al Universității McGill din Montreal. Dimensiunea sculpturii este de aproximativ 10 metri pe 10 metri pe 10 metri.
„ Premiul Nobel pentru chimie din 1962 a fost acordat în comun lui Max Ferdinand Perutz și John Cowdery Kendrew„ pentru studiile lor asupra structurilor proteinelor globulare ” . "