Hämoglobin

Hämoglobin (kort.: Hb) is de Beteken för den iesenbargen roden Farvstoff vun’t Blood, de in de roden Bloodkörpers (Erythrozyten) bi de Warveldeerten (un’n poor Weekdeerten, Kreeftdderten un Insekten) un sien Varianten vörkummt. Dat Hämoglobin vun de Söögdeerten besteiht ut veer Ünnereenheiten, wobi jeedeen ut en iesenhollig Protoporphyrin as prosthetische Grupp (Nichproteinandeel) – dat Häm – un en Proteinandeel – dat Globulin – besteiht. De Häm-Grupp is verantwoortlich för de rode Klöör vun’t Hämoglobin.

In Hensicht op de Evolutschoonstheorie is dorbi intressant, dat de Struktur vun’t Häm teemlich gliek is as bi dat Chlorophyll vun de Planten, bolts dar do an de Stedd vun Iesen Magnesium dat Zentralatom dorstellen deit. Dat gellt as Prototyyp vun en hoochreguleert Protein (kiek ok bi Allosterie un Kooperativität), wat ü.a. dorop baseert, dat sik dat üm en Tetramer hannelt, dat ut twee α- un twee β-Ünnereenheiten (bi utwassen Lüüd) opboot is. Dat Afboprodukt vun’t Hämoglobin is das Bilirubin.

Struktur vun’t Hämoglobin un Historie

Strukturformel vun de Häm-Grupp: Porphyrin-Ring mit Iesen(II)-Ion.

Vun de Chemie her sehn, sünd Hämoglobin un sien Afleggers keen Farvstoffen, man dat sünd Pigmenten, vun wegen dat se nich in Water to lösen gaht.

1851 hett dat Otto Funke as Eerst henkregen, Blood to kristalliseeren („Funkesche Kristallen“). Felix Hoppe-Seyler weer dat, de toeerst dat Spektrum vun’t Hämoglobin meten künn. He hett sik ok den Naam Hämoglobin utdacht.

Dat Hämoglobin is een vun de an’n besten ünnersöchten Proteinen. Sien Struktur is tosamen mit de vun’t Myoglobin as een vun de eersten överhaupt vun Max Perutz un John Kendrew mit Help vun de Röntgenkristallografie bestimmt worrn.

In de Mitt vun de prosthetischen grupp Häm b (Fe-Protoporphyrin IX) is en Iesen-(II)-Ion bunnen. In disse Situatschoon kann dit Ion fief bit söss Ligandenbinnen opboon, afhangig dorvun, wat Suerstoff bunnen is oder nich. Veer koordonative Binnen kamt dorbi mit den Stickstoff vun de Pyrrolringen tostannen, wat de Porphyringrupp is. De Ring is dordör meist planar, d.h platt as’n Schiev. Bito is dat Iesenion vun de Hämgrupp axial över en Histidin, da so nöömte proximale Histidin, an de Proteinmatrix bunnen. Dat steiht pielliek to de annern veer Binnen. De sösste Binnen warrt dör dat Suerstoffmolekül ingahn, dat an de Ünnersiet twüschen dat Häm un en distal Histidin to liggen kummt.

Egenschoppen un Vermögen vun’t Hämoglobin

Ännern vun de Struktur un de Klöör vun’t Hämoglobin dör’t Opnehmen vun Suerstoff oder de Afgaav vun Suerstoff

Hämoglobin

besteiht ut 28 α-Helices
is en globulär Protein mit utermatige Löslichkeit (Löslichkeitsgrenz 34 %, dat is en Lösen mit 5 mmol/l)
is en allosteersch Protein mit reguleerbor Affinität to Suerstoff mit de beiden mööglichen Konformatschonen:
- R (relaxed – binnt Suerstoff)
- T (tense – binnt Kohlenstoffdioxid)
kann in vitro op een Gramm 1,389 ml Suerstoff binnen, man in vivo blots 1,34 (Hüfner-Tall)
kaan mit stiegen Affinität (positive Kooperativität) veer Suerstoffmolekülen kooperativ binnen.
schuult dat tweeweertige Häm-Iesen vör’n Valenzwessel.

Opfallen deit de Halfsättigungsdruck bi 26 mm Hg, un ok de S-förnige Verloop vun de Binnenkurv (kiek bi Kooperativität). Dordör besitt Hämoglobin en charakteristische Suerstoffbinnenkurv, de in’t Physioloogsche Rebeet an’n pielsten verlöpt. Sien Suerstoffbeladen ännert sik dorüm düchtig in Proportschoon to’n Suerstoffdeeldruck. Dör dissen Ümstand warrt de Transportkapazität hooch: De Andeel vun Suertoff-bepackte Hb-Molekülen is in’t venöse Blood sieter un in’t arterielle höger as dat bi en annahmen hyperboolsche oder lineare Binnenkurv weer. In 100 ml Blood sünd 15 g Hb. Mit Help vun de Hüfner-Tall för gifft sik dorut för 1000 ml Blood en 100-prozentige Suerstoffsättigung to 15 · 1,34 = 20,1 ml Suerstoff. De Utdruck „mm Hg“ steiht dorbi för Millimeter Quecksülversüül, Torr, wat en olle, an sik nich mehr tolaten Druckeenheit is, de in de Medizin faken bruukt warrt. so to’n Bispeel ok bi’t Meten vun’n Blooddruck.

Funktschonell Tosamenhangen

Suerstoffbinnenkurv

De Kurv vun’t Suerstoffbinnen warrt op de Abszisse na rechts schaven dör:

Anstiegen vun de Temperatur
Afsacken vun’n pH-Weert
Anstiegen vun de Konzentratschoon vun 2,3-Bisphosphoglycerat in de roden Bloodkörpers
Anstiegen vun de Konzentratschoon vun Kohlenstoffdioxid

Dat na rechts schuven föhrt dorto, dat dat Hämoglobin den Suerstoff lichter wedder afgifft. En Bispeel dorto: Wenn en Muskel arbeiten deit, verbruukt he för de Kontrakschoon veel Suerstoff. De Energie warrt dorbi to’n Deel in Warms ümsett, so dat de Temperatur in’n Muskel anstiegen deit. Butendem sett he dorbi Melksüür free, so dat de pH-Weert rünnergeiht, un gliektietig warrt dör den stiegen Stoffwessel ok noch Kohlenstoffdioxid produzeert. All disse Effekten föhrt dorto, dat de Muskel mehr Suerstoff ut dat Blood ruthollen kann.

De Muskulatur bargt Myoglobin (kiek ok wieter ünnen), dat en högere Affinität to’n Suerstoff hett, em also starker antütt. Dat deent as’n Suerstoff-Spieker.

Bi gegendelige Vörgäng, also Temperaturafnahm, stiegen pH-Weert usw. warrt de Kurv op de Abszisse na links schaven. De Linksverschuven hett nu also den Effekt, dat dat Hämoglobin den Suerstoff starker binnt. Dat warrt to’n Bispeel bi Hartoperatschonen utnütt. Dorto warrt de Patient ünnerköhlt, dormit sien Blood duller mit Suerstoff anriekert warrn kann. Ok Deerten hebbt en Vördeel vun dissen Effekt, wenn se jemehrn Winterslaap hollt. In de Lungen warrt bi’t Aten en Deel vun’n Kohlenstoffdioxid afgeven un dat Hb kann wedder lichter mit Suerstoff oplaadt warrn.

Wiel en Swangerschap mutt Suerstoff över de Plazenta (Mudderkoken) na’n Fötus bröcht warrn. Dat ranwassen Kind bargt nu en annern Hämoglobin-Tyyp, dat as HbF betekent warrt un Suerstoff mit en veel högere Affinität binnt. Bito is de Hämatokrit in’n Vergliek to de Mudder veel höger. Op disse Oort un Wies kummt dör de Navelsnoor noog Suerstoff na’n Fötus.

Kohlenmonoxid (CO) is bannig giftig, vun wegen dat dat 200-300 mol starker an’t Hämoglobin anbinnt as de Suerstoff. Is dat CO eenmol an’t Hb bunnen, blifft dat dor fast an sitten un blockeert de Binnensteed för den Suerstoff, dat dordör nich mehr transporteert warrn kann. Blots dör en Suerstoffdruckbehanneln in en Druckkamer kann dat Kohlenstoffmonoxid wedder verdrängt warrn.

Bi starke Smökers sünd bit to 10 % vun’t Hämoglobin mit CO besett. Dat is de Grund, worüm Smökers faken kortatig sünd.

2,3-Bisphosphoglycerat is en Biprodukt vun’n Glukoos-Stoffwessel vun de roden Bloodkörpers. Dat binnt an’t Hämoglobin an un lööst en allosteerschen Effekt ut, neemlich de Afnahm vun de Affinität to’n Suerstoff. En Anstiegen vun de Konzentratschoon vun’t 2,3-BPG is to marken bi’t Anpassen an de Hööch. De Sinn achter dit Reguleren is as folgt:

Wenn de Suerstoffsättigen in’t Blood dör de „dünne Luft“ in grote Hööch minnert is, gifft dat Hbden bunnen Suerstoff slechter an de Bruukers af as bi hoge Sättigen. Liekers mööt all Organen mit noog Suerstoff versorgt warrn, dat Hb mutt also weniger affin to den Suerstoff warrn, dormit de buteren Rebeden utrecken versorgt warrt.

Typen vun’t Hämoglobin

Dör Genduplikatschoon vun’t Globin-Gen sünd verscheden Ünnereenheiten vun’t Hämoglobin tostannenkamen, de ünnerscheedliche Affinitäten för Suerstoff hebbt. De Kombinatschonen vun disse Ünnereenheiten as Tetramer warrt afhangig vun’n Suerstoffbruuk to ünnerscheeliche Tietpunkten synthetiseert, so as t. B. üm as Fötus in’n Mudderlief Suerstoff ut dat Blood vun de Mudder to kriegen.

Embryonale Hämoglobinen

Gower 1 (ξ₂ε₂)
Gower 2 (α₂ε₂)
Hämoglobin Portland (ξ₂γ₂)

Fötale un Adulte Hämoglobinen

Hämoglobin bi Minschen
	g/dl (olle Eenheit)	mmol/l (SI-Eenheit)
Mannslüüd	13,5–17,5	8,7–11,2
Fronslüüd	12–16	7,5–9,9
Neeborene	26

Adulte – d. h. för den utwassen Minschen – Hämoglobinen warrt embryonal un na de Geboort exprimeert.

Hämoglobin F (α₂γ₂) - In’n Fötus dat domineeren Hämoglobin, Bi Utwassene 1 %
Hämoglobin A₁ (α₂β₂) - 97 %

dorvun 4-6% glykosyleert Hämoglobin A_1c (Maat för de Zuckerkonzentratschoon in’t Blood, för de letzten 4-8 Weken)

Hämoglobin A₂ (α₂δ₂) - 2,5 %; de δ-Synthees fangt gegen’t Enn vun de Embryonalentwickeln an.

As Normalrebeet warrt dat Rebeet betekent, in dat de Hb-Weerten vun 96 % vun all gesunne Lüüd leegt. En högeren Hämoglobin-Weert bedüüt tomeist ok en högere Tall vun Erythrozyten un kann to’n Bispeel bi’t Ophollen in grote Hööch (Suerstoffminnerversrogen) oder bi Verlust vun Fletigkeit vörkamen (Polyglobulie). Is de Hb-Weert minnert, warrt dat as Anämie betekent.

Wat de Hämoglobin-Weert minnert oder höger is, hangt jümmer af vun’n Normalweert. Liggt de Normalweert bi 11,2 mmol/l, denn kann en Weert vun 8,7 mmol/l al to Symptomen vun en Anämie föhren. Wenn aver de Normalweert bi 9 mmol/l liggt, denn is en Weert vun 8,7 mmol/l ahn Befund.

De Hööch vun’n Hämoglobin-Weert befinnt över de Tolaten to en Bloodspenn. Mannslüüd mööt tomindst en Weert vun 13,5 g/dl hebben, bi Froonslüüd tomindst 12,5 g/dl, dat se Blood spennen drööft. De Hb-Weert warrt dör elektroonsch meten HB-Fotometers bestimmt. Aktuelle Informatschonen (12/2006) vun’n Bloodspennendeenst vun’t Rode Krüüz seggt, dat Mannslüüd mit en Hb >18,0 g/dl nich mehr to’n Spennen tolaten warrt.

Degradatschoon vun Hämoglobin

Wenn de Erythrozyten, also de roden Bloodkörpers an’t Enn vun jemehr Levenstiet kamt, warrt se in de Milt un in de Lebber opsplitt un dat Hämoglobin un dat dorin inboote Iesen warrt wedderbruukt. Bi’n Afbo entsteiht vör allen Bilirubin. Bi’n gesunnen Minschen warrt dat Bilirubin in de Lebber afboot gröttstendeels mit de Gall in’n Darm afgeven un denn över de Schiet utscheedt. Es lütten Deel vun’t Bilirubin warrt aver över den Darm wedder opnahmen un denn över de Neren utscheedt. Dorvun kummt de gele Klöör vun’n Urin.

Verscheeden Lebberkrankheiten as de Lebbersweer (Hepatitis) oder Afloophinnern in de Gallenblaas (Gallensteen) föhrt to en högere Bilirubinkonzentratschoon. Dat Bilirubin is togliek ok de Farvstoff, de dör Inlagern in de Huut to de so nöömten Geelsucht (Ikterus = Geelfarven vun de Huut un de Oogäppel) föhrt.

Annere suerstoffbinnen Proteinen

Hämoglobin is in de Natur nich dat eenzige Protein, dat Suerstoff binnen kann. Dorvun gifft dat en grote Tall in de Planten- un Deertenwelt un ok bi de Bakterien, Protozoen un Poggenstöhl.

Myoglobin kummt in de Muskeln vun Warveldeerten (Minschen inslaten) vör. Dat is en Monomer, de bannig neeg mit dat Hämoglobin verwandt is. In’n Muskel deent dat Protein as Spieker för Suerstoff. Sien Affinität to Suerstoff is höger as vun’t Hämoglobin, nimmt also den Suerstoff ut dat Blood op un gifft den wedder af, wenn’t bruukt warrt.

Cytoglobin is mit dat Myoglobin verwandt un is eerst för korte Tiet opdeckt worrn. Dat Protein kummt meist in all zellen vun Warveldeerten vör. Dat warrt annahmen dat dat ok as en Suerstoffspieker in de Zellen deent. Dat sütt gor so ut, as wenn dat Myoglobin wiel de Evolutschoon to de Sünnerform för’n Muskel vun’t Cytoglobin woorn is.

Neuroglobin is en wietere Afoort vun’t Cytoglobin un ok eerst för korte Tiet opdeckt worrn. Disse Variante kummt in neuronal Geweev vör as den Bregen oder de Netthuut vun’t Oog. Dat Protein spiekert den Suerstoff mit hoge Affinität un spiekert em wohrschienlich för Tieten, wenn Minnerversogen insett.

Hämocyanin is in dat Deerriek de tweetfakenste Suerstofftransporter un warrt in’t Bloodplasma vun vele Arthropoden un Mollusken funnen.An Steed vun Iesen warrt hier Kopper as prosthetische Grupp bruukt, wat nich dor en Porphyrin, man dör en Histidin komplexeert is. Wenndat oxygeneert is, hett dat en blaue klöör.

Hämerythrin warrt vun eenige marine Invertebrata un wenige Oorden vun de Anneliden bruukt, üm Suerstoff in jemehr Bloodzellen to transporteeren. Dorbi hannelt sik dat üm en non-Häm Protein, dat Iesen bargt. Wenn dat oxygeneert ist, hett dat en rosa/vigelette Klöör.

Vanabin warrt in Seescheeden funnen. Dit wesselwirkt mit dat roor Metall Vanadium as prosthetische Grupp.

Pinnaglobin warrt blots bi den Mollusken Pinna squamosa funnen. Dat is en bruun, op Mangan baseeren Porphyrin-Protein.

Leghemoglobin kummt in Hülsenfrücht as de Sojabohn vör. Dat Iesen-Hämprotein schuult de Stickstoff-fixeeren Bakterien in de Wörteln vör den Suerstoff.

Chlorocruorin is dat Atenprotein vun eenige marin leven Ringelwörm. Dat is en Atenpigment, dat Fe²⁺ mit en Suerstoffmolekül binnt. Bi Chlorocruorin hannelt sik dat üm en buter’t Atenpigment, wat dat Hämoglobin gliek is, vun wegen dat dat ok en Häm-Grupp bargt.

Rull bi Krankheiten

Siete Hämoglobinweerten, mit oder ahn Redukschoon vun de Erythrozyten-Tall, föhrt to de Symptomen vun en Anämie. För en Anämie gifft dat vele Oorsaken, wobi Iesenmangel de fakenste in de westlichen Welt is. Dör den Iesenmangel warrt de Häm-Synthees hemmt. As Naklapp dorvun sünd de roden Bloodkörpers hypochroomsch (ahn de rode Klöör) un mikrozytisch (lütter as normal).

Bi en Hämolys, also den verstarkten Afbo vun Erythrozyten, kummt en Geelsucht tostannen, de dör dat Hämoglobin-Afboprodukt Bilirubin utlöst warrt.

En Koppel vun geneetsch Defekten, de as Prophyrien bekannt sünd, föhrt to en Stören vun de Häm-Synthees. dör dat Anriekern vun Häm-Vörstopen kummt dat to’n Bispeel to Lichtfienföhligkeit, Wehdaag in’t Rebeet vun’n Buuk un neuroloogsche Problemen.

Mutatschonen in de Globinkeden sünd verbunnen mit verscheden Hämoglobinopathien, as de Sichelzellenanämie un de Thalassämie.

Bi de Malaria griept de Krankmakers dat Hämoglobin an. se splitt dat Hämoglobin in de vun jem infizeerten roden Bloodkörpers, üm dorut Proteinen för den egenen Stoffwessel to winnen. Ut dat Häm warrt dorbi Hämozoin, dat vun den Parasiten kristalliseert warrt un ünnert Mikroskop in de infizeerten Erythrozyten as Pigment to sehn is. Dat Malaria-Middel Chloroquin hemmt disse Kristalliseren un de Parasit warrt dör dat Hämozoin vergift.

Nawies

De Nawies vun Hämoglobin geiht över den Teichmann-Test. Dorbi warrt dat Blood sacht mit konzentreert Etigsüür un Kaaksolt warm maakt, wobi sik Hämin (Teichmann-Kristallen) afscheedt. En annern Nawies geiht mit de Luminolreakschoon, bi de en Lösen ut Luminol un Natronlaug as ok en Lösen ut Waterstoffperoxid bruukt warrt. Disse Reakschoon geiht blots in’t Biwesen vun en Katalysater. För’n Nawies vun Hämoglobin weer dat dat Iesen-(II)-Ion in’n Häm-Komplex.

Kiek ok

Weblinks

Interaktiv 3D-Modell vun Hämoglobin vun de Uni Zürich
The Globin Gene Server – engelsche wetenschopl. Siet över Globine
Biorama – Suerstofftransport in’t Blood
Diabetes-News Portal