3-Hemoglobina

Hemoglobina (Hb) - Generaliti Max Perutz, John Kendrew 1959 1962, Premiul Nobel pentru Chimie

Este pigmentul rou, respirator al vertebratelor

Reprezint 1/3 din masa celular eritrocitar

ERITROCITE = HEMATII = GLOBULE ROII

Eritrocitele sunt suspensii de hemoglobin

70 kg volumul sngelui 5 litri 800 900 g Hb

Producia medie zilnic: 6,3 g/zi

Concentraii fiziologice: - brbai 14-16 g% 45% hematocrit

- femei 11,5 14,5 g% 41g%

- copii 11% - 13,5g%

- nou nscui 15g%-21g%

Are funcie de transportor de gaze (oxigen si CO2)

Este implicat n meninerea echilibrului acido-bazic al sngeluiPlasticitate deosebit sufer in vivo deformri masive n timpul ct strbat cele mai mici capilare Micarea deosebit - ca tancul pe enile Deci Adaptare funcional la transportul gazelor 1

Eritrocitele: sunt celule anucleate, fr mitocondrii, fr microzomi,specializate in transportul gazelor sangvine

- Deci nu sunt celule adevrate (form remanent) Durata de via 120 130 zile ( apoi - fagocitate) Au o bun rezisten la agresiuni osmotice, chimice,

oxidative Valorile constante ale eritrocitelor circulante sunt asigurate

de echilibrul ntre eritropoiez i eritroliz

Numr eritrocite: 4.500.000/mm3 femei

5.000.000/mm3 brbaiVariaii importante n condiii fiziologice:Creteri: - transpiraii profunde

- poliurii abundente- diminuarea presiunii sangvine- creterea temperaturii mediului- efortul fizic moderat- digestia (10 15%)- activitatea intelectual- stresul

Scderi: - efortul fizic excesiv

2

Etapele procesului de eritropoiez:

Proliferarea i diferenierea celulelorcare vor deveni eritrocite mature serealizeaz la nivelul mduveihematoformatoare, i este stimulat deeritropoietin (hormon secretat la nivelrenal)

Reticulocitele = eritrocite imatureSectorul sangvin circulant conine:- Reticulocite (0,1%)- Eritrocite tinere, diferite vrste- Eritrocite ajunse la limita supravieuiriiERITROPOIEZA (HEMATOPOIEZA) =

totalitatea proceselor citologice i de metabolism ce asigur formarea, regenerarea globulelor roii ERITROPOIETINA

3

Eritrocitele sunt specializate n Absorbia Transportul Eliberarea Unei cantiti maxime de O2 i a altor gaze: CO2 i CO.

Form de disc biconcav4

Hemoglobina este o heteroprotein (protein conjugat)

Cromoprotein HEMUL care reprezint partea neproteic estecolorat

CARACTERISTICI:

- partea proteic globina 95-96% din molecul

- partea neproteic hemul 4%

- fierul 0,34% fier porfirinic

HEMUL structur tetrapirolic:

- 4 nuclee pirolice I, II, III, i IV, coplanare, legate prin punimetin notate , , ,

- substituenii: - CH3 n poziiile 1,3,5,8

- CH=CH2 (vinil) n poziiile 2,4

- CH2-CH2-COOH (propionil) n poziiile 6,7

- Fierul n stare de valen +2

HEXACOORDINAT: 4 legturi de azotul pirolic:

-1 legtur direct cu His din globin

- 1 legtur cu His din globin prin intermediul H2O sau O2

STRUCTURA HEMOGLOBINEI

5

LEGTURA HEMULUI CU CATENELE POLIPEPTIDICE ALE GLOBINEI

-Se leag de catenele de tip ale globinei- Se realizeaz prin intermediul histidinelor din poziia 58 i 87- FIERUL hexacoordinat- este legat diferit:

CH = CH2

N

CH3

N

CH3

CH = CH2

N

CH3

CH3

N Fe2+

COOH

COOH

IV HEM

I

II

III

1 2

3

4

56

7

8

CH2

CH2

CH2

CH2

Globin

His (87 sau 93)

His (58 sau 63)Globin

O2 (H2O)

1. DIRECT cu o histidin (legtur proximal)

2. Indirect cu alt histidin (legtur distal)

Cu ajutorul unei legturi de hidrogen, prin intremediul unei molecule de ap

sau oxigen molecular

6

HEM = Protoporfirina + Fe bivalent, hexacoordinat

Legarea oxigenului poziioneaz atomul de Fe n interiorul planului hemului

Planul hemului

Histidin proximal87 sau 93

7

GLOBINA Caracteristici structurale

Protein bazic- subclasa HISTONE predomin aminoacizi cu caracter bazic (histidina, arginina)

Globina funcional are o structur cuaternar: 4 lanuri polipeptidice (TETRAMER)

574 aminoacizi : 141 aminoacizi n 2 lanuri de tip i 146 de aminoacizi n 2 lanuri de tip (2 monomeri i 2 monomeri )

Lanurile polipeptidice au un grad ridicat de spiralare

La nivelul tetramerilor, legaturile ntre monomerii i sunt maiputernice dect cele ntre monomerii de acelai tip

Structura spaial a catenelor polipeptidice permite nglobarea ninteriorul moleculei a 4 structuri heminice; fiecare caten formeaz ocavitate hidrofob n care este inclus o molecul de hem

Fiecare protomer are structur primar, secundar, teriar(globular)

Lanurile polipeptidice sunt legate ntre ele prin legturi labile (punide hidrogen, fore Van der Vaals)

8

Oxihemoglobin DeoxihemoglobinHem

Structura spaial a catenelor polipeptidice permite nglobarea n interiorulmoleculei a 4 structuri heminice; fiecare caten formeaz o cavitate hidrofob n

care este inclus o molecul de hem

9

GLOBINA Caracteristici structurale

Exist mai multe tipuri de protomeri:

Hemoglobina normal: 2 monomeri identici - 2 cte 2: 1212

2 tipuri de legturiLegturile dintre protomeri

Legturile dintre protomeri i HEM

10141 aa

141 aa

146 aa146 aa

METHEMOGLOBIN HEMOGLOBIN

methemoglobinreductaza II

methemoglobinreductaza I

NADH + H+

glutation reductaza

GSH GSSG

NADP+ NADPH + H+

NAD+

(Fe2+)(Fe3+)

REGENERAREA Fe3+ Fe2+

ROLUL GLUTATIONULUI N

PROTECIA ANTIHEMOLITIC

11

glucozo -6-P

Glucoz

6 - fosfogluconat

NADP

NADPH

Hb-Fe2+

Met - Hb-Fe3+

G-6-P-DH Met - Hb reductaza I

Suntul

pentozo

fosfatilor

Glicoliz

lactat

piruvat

NAD

NADH

Hb-Fe2+

Met - Hb-Fe3+

LDH Met - Hb reductaza II

SISTEMELE ENZIMATICE CARE INTERVIN N REGENERAREA Fe3+ Fe2+

+

+

12

Deficiena genetic de glucozo-6 fosfatdehidrogenaz i stresul oxidativ

Toxicitate crescut a anumitor medicamente, pesticide, anumite alimente

Rezistena la malarie datorat stresului oxidativ mrit din eritrocite

13

FUNCIILE HEMOGLOBINEI

1. Se combin reversibil cu O2

Hb + O2 HbO2 + O2 Hb(O2)2 Hb(O2)3 Hb(O2)4

+O2 +O2

Fe NN

N

NH2O

Globin

His

Fe NN

N

NO2

His

Globin

Globin

His

+ O2 + H2O

His

Globin

DEOXIHEMOGLOBIN OXIHEMOGLOBIN

Protein allosteric! (allos = spaiu)

14

FACTORI : 1) Presiunea parial a O22) pH ul3) Prezena 2,3-difosfogliceratului

1) La pO2 mai mare de 100mm Hg, n alveolele pulmonare, echilibrul este deplasat spre dreapta; la pO2 mai mic de 35 mm Hg n capilare, echilibruleste deplasat spre stnga;

2) La pH acid (n capilare) Hb are afinitate mai mic pentru oxigen pe care l cedeaz usor; la pH alcalin afinitatea Hb pentru oxigen este mai mare;

3) cantiti crescute de acid 2,3 difosfogliceric deplaseaz echilibrul sprestnga.

Factorii care influeneaz capacitatea hemoglobinei de a lega oxigenul

16

Hb + O2 HbO2 + O2 Hb(O2)2 Hb(O2)3 Hb(O2)4

+O2 +O2

Forma R (Relaxed) -n capilarele pulmonare adiacente

alveolelor

Forma T (Taut sau tense)-la nivelul esuturilor

Legarea i eliberarea oxigenului de hemoglobin

Crete

PO2

Crete

PCO22,3-DPG

DeoxihemoglobinOxihemoglobin

17

Capacitatea de legare a O2 de ctre Hb crete odat cu saturarea n oxigen a moleculei. Legarea primei molecule de O2 va influena n mod favorabil forma situsurilor de legare a urmtoarelor molecule de oxigen, astfel nct crete afinitatea pentru O2 => EFECT COOPERANT (situsurile de legare coopereaz ntre ele).

18

2. Se combin reversibil cu CO2Prin intermediul gruprii NH2 libere a globinei => carbaminohemoglobin

FUNCIILE HEMOGLOBINEIcontinuare

Hb NH2 + CO2 Hb NH COO- + H+

4. Se combin ireversibil cu CO => carboxihemoglobin

Hb + CO HbCO afinitate > 300 ori

3. Oxidarea Fe2+ - e- Fe3+ methemoglobin (maxim 6%)

5. Sulfhemoglobina

19

Situaii patologice

Biosinteza hemoglobinei

20

BIOSINTEZA HEMOGLOBINEI

Etapele: I. Biosinteza HEMULUI

II. Biosinteza GLOBINEI

III. Cuplarea hemului cu globina

David SHEMIN, David RITTENBERG 1945

I. Biosinteza HEMULUI. Faze:

1. Sinteza acidului delta aminolevulinic

2. Biosinteza PORFOBILINOGENULUI

3. Biosinteza PROTOPORFIRINEI IX

4. Biosinteza HEMULUI

Precursori: - Succinil ~ SCoA

- Glicocol activat cu PLP

Autoexperiment cu 15N-glicin

HemoglobinogenezEritropoiez

21

NCH2

CH

OH

CH3

O PO3H

2

N CH2 COOH COOH

CH2

CH2O

~SCoA

COOH

CH2

CH2

O

NH2

COOH

CO2

COOH

CH2

CH2

O

CH2

NH2

+

C

Glicocol activat cu PLP Succinil~SCoA

H2O PLP(se reface)

- ALAS

( - aminolevulinatsintetaza)

C

Acid - amino, - cetoadipic

HC

- ALAS C

Acid - aminolevulinic

( - ALA)

1) Sinteza acidului delta aminolevulinic ( ALA)

HSCoA

22

1. Biosinteza acidului delta aminolevulinic

Reprezint prima etap din biosinteza hemului

Presupune reacia ntre succinil CoA i glicocol sub aciunea aminolevulinat-sintazei (ligaz carbon-carbon)

Este obligatorie prezena PLP care activeaz glicocolul

Aceasta etap se desfasoar INTRAMITOCONDRIAL, iar ALA trece n citoplasm

Enzima ALA sintaza este enzima determinant de vitez a ntreguluiproces; hemul acioneaz ca inhibitor al activitii enzimei

Plumbul inhib ALA sintaza

23

COOH

CH2

CH2

O

H2C

NH2

COOH

CH2

CH2

O

CH2

NH2

CH2

COOH

N

CH2

CH2

NH2

CH2

COOH

CH2

COOH

CH2

NH2

CH2

N

CH2

COOH

CH2

C

C+

2 H2O

C C

C

PORFOBILINOGEN

(PBG)

izomeraza

( - aminolevulinatdehidrataza

H

Acid -aminolevulinic

( - ALA)

2) Biosinteza PORFOBILINOGENULUI

porfobilinogensintetaza

24

Se realizeaz prin condensarea a 2 molecule de ALA sub aciunea enzimei aminolevulinat dehidrataza(sau porfobilinogen sintetaza)

Porfobilinogenul conine nucleul pirolic

Aceast etap se desfoar n CITOPLASM

Enzima conine zinc i este foarte sensibil la aciuneainhibitorie a metalelor grele, mai ales a plumbului

2. Biosinteza porfobilinogenului (PBG)

25

3) Biosinteza PROTOPORFIRINEI IX

COOH

CH2

NH

CH2

NH2

CH2

CH2

COOH

NH

AP

NH

A

P

NH

A P

NH

NH

AP

NH

A

P

NH

A P

NH

- CH2 - COOH

- CH2 - CH

2 - COOH

PORFOBILINOGEN(4 PBG)

porfobilinogendezaminaza

A

P

H2C

H2C CH2

CH2

I

II

III

IV

A

P

UROPORFIRINOGEN izomer - I

H2C

H2C CH2

CH2

IV

UROPORFIRINOGEN izomer - III

izomeraza

A

P

A

P

4 NH3

- acetil

- propionil

4 molecule

26

3. Biosinteza protoporfirinei IX

Transformarea porfobilinogenului (PBG) n protoporfirina IX are loc n CITOPLASM

PBG este transformat iniial n uroporfirinogen, sub aciunea a 2 enzime:

Porfobilinogen deaminaza (sau uroporfobilinogen sintetaza) care determin formarea unor puni metilenice ntre inelelepirolice => CICLUL TETRAPIROLIC

Are loc izomerizarea ciclului IV (se schimb radicalul propionilcu acetil)

Uroporfirinogenul este transformat n coproporfirinogen sub aciunea uroporfirinogen decarboxilazei

27

CH3

NH

P

NH

CH3

P

NH

CH3

P

NH

CH3- CH

2 - COOH

- CH2 - CH

2 - COOH

CH3

NH

P

NH

CH3

CH = CH2

NH

CH3

CH = CH2

NH

CH3

CH3

N

P

NH

CH3

CH = CH2

N

CH3

CH = CH2

NH

CH3

O2

H2C

H2C CH2

CH2

IV

COPROPORFIRINOGEN izomer - III

P

A

P

UROPORFIRINOGEN - III

uroporfirinogendecarboxilaza

4 CO2

I

II

III

coproporfirinogen oxidaza

H2C

H2C CH2

CH2

IV

PROTOPORFIRINOGEN izomer - IX

P

I

II

III

HC

HC CH

CH

IV

PROTOPORFIRINizomer- IX

P

I

II

III

protoporfirinogen oxidaza

6 H

ferochelataza

2 H2O

2 CO2

28

Fe2+

CH = CH2

N

CH3

N

CH3

CH = CH2

N

CH3

CH3

N Fe2+

COOH

COOH

PROTOPORFIRINizomer- IX

ferochelataza

4.) Biosinteza HEMULUIIII. Cuplarea hemului cu globina

IV HEM

I

II

III

1 2

3

4

56

7

8

CH2

CH2

CH2

CH2

Globin

His (87 sau 93)

His (58 sau 63)Globin

Globin

O2 (H2O)

2H

29

- Fierul este transportat de transferin la nivelul reticulocitelor (eritrocite imature)

-Chelatarea fierului de ctreprotoporfirina IX se

desfoar intramitocondrial

-Enzima ferochelataza

este sensibil la aciunea

inhibitoare a metalelor grele

(mai ales a plumbului)

-n paralel, la nivelul

ribozomilor are lor sintezaglobinei, care se va lega de

hem prin intermediul

resturilor de Hys din poziiile

58 si 87, pentru a forma hemoglobina

Biosinteza hemului localizarea intracelular a diferitelor etape

30

REGLAREA BIOSINTEZEI HEMULUI 8 GLICIN + 8 SUCCINIL~SCoA

- aminolevulinatsintetaza

8 ACID - AMINOLEVULINIC

porfobilinogensintetaza

4 - PORFOBILINOGEN

uroporfirinogenI sintetaza

UROPORFIRINOGEN III

uroporfirinogendecarboxilaza

COPROPORFIRINOGEN III

coproporfirinogenoxidaza

PROTOPORFIRINOGEN IX

protoporfirinogenoxidaza

PROTOPORFIRIN IX

ferochelataza

HEMAPOREPRESOR

8 HS-CoA + 8 CO2

8 H2O

4 NH3

Izomerizarea ciclului IV

4 CO2

2 CO2 + 4 H

6 H

Fe2+

Fe3+

feedback (-)

UROPORFIRINOGEN Iuroporfirinogen

III sintetaza

31

BIOSINTEZA HEMOGLOBINEI - COMENTARII

=> PRECURSORI : COMPUI FOARTE SIMPLI - GLICOCOL

- SUCCINIL~SCOA

- PIRIDOXAL FOSFAT (PLP)

=> Legtura cu CICLUL KREBS prin Succinil ~SCoA

(ciclul KREBS SHEMIN)

=> Prima enzim = aminolevulinat sintetaza este enzim limitant de vitez

etap reglatoare a procesului

=> ERITROPOIETINA = hormon ce moduleaz procesul de biosintez

=> Proces foarte complex ce se petrece n reticulocit pe toat durata dezvoltrii

sale, din stadiul timpuriu de proeritroblast la cea de reticulocit, n mduva osoas

=> Are loc la nivelul tuturor organitelor subcelulare:

- formarea protoporfirinei IX MITOCONDRIE

- ncorporarea Fe2+ MITOCONDRIE

- biosinteza globinei RIBOZOMI

- cuplarea globinei cu hem CITOPLASM32

Catabolismul hemoglobinei

33

Eritrocitele au o durat medie de via de 120 de zile; celulele mbtrnite sunt

recunoscute datorit modificarilor ce au loc la nivel membranar i sunt fagocitate

de ctre esutul reticuloendotelial extravascular (din splin, ficat i ganglioni

limfatici). La un om adult se degradeaz zilnic n jur de 6 grame Hb.

Are loc denaturarea globinei i eliberarea hemului n citoplasm. Globina este

degradat cu eliberarea aminoacizilor ce vor intra n fondul metabolic al

organismului.

Hemul este degradat prin intervenia sistemului enzimatic microzomal; enzima

hem-oxigenaza care scindeaz ciclul tetrapirolic este dependent de fier i de

NADPH; aceast enzim rupe una din punile metinice care leag dou inele

pirolice, iar C este convertit n CO, aceasta fiind singura surs endogen de CO.

Aceast oxidare se realizeaz n prezena oxigenului molecular.


34

n urma aciunii hemoxigenazei se formeaz biliverdina care se va

transforma n bilirubin sub aciunea biliverdin reductazei.

Bilirubina rezult att din degradarea eritrocitelor mbtrnite

precum i din catabolismul celorlalte proteine heminice.

Bilirubina este puin solubil n mediu apos la pH-ul fiziologic; ea este

transportat n plasm legat de albumin.

n aceast form bilirubina este denumit bilirubin total/

neconjugat/ indirect, i nu poate fi determinat (ca marker

biochimic) prin reacia cu acidul diazobenzensulfonic (reacia Van

den Berg).


35

VN

M

N

MP

V

N

M

M

N

P

Fe2+

O2

NADPH2

V

N

M

N

MP

V

N

M

M

N

P

OH

Fe3+

O2 CO

Fe3+

V

NH

M

NH

MP

O

V

ONH

M

M

P

N

HEM

Globin

Globin

hem oxigenaz

H2O

Globin

Globin

I

II

- HIDROXIHEMIN

VERDOGLOBIN

Globin

Cit P450

I

II

BILIVERDIN

NADP+

III

IV

CATABOLISMUL HEMOGLOBINEI

36

Compus aciclic oxidat, legat de globin

aminoacizi

Compus aciclic oxidat, liber

VNH

M

NH

MP

O

V

ONH

M

M

P

N

NADPH2

NH

M V

O NH

CH

2

M P

NH

P M

NH

M V

O

I

II

BILIVERDIN

III

IV

biliverdin reductaz

NADP+

IIIIIIIV

BILIRUBIN

37

NH

M V

O NH

CH

2

M

NH

P M

NH

M V

O

COOH

COOH

NH

M V

O NH

CH

2

M

NH

M

NH

M V

O

COOH

IIIIIIIV

BILIRUBIN

O

OOC

(CH2)2

O

O CO

(CH2)2

IIIIIIIV

O

O CO

(CH2)2

1 1

Bilirubin - monoglucuronid Bilirubin - diglucuronid

UDP-GLUCURONILtransferaza

UDP-GLUCURONAT 2 UDP-GLUCURONAT

La FICAT:

Bilirubina glucuronoconjugat = bilirubina direct38

Bilirubina este transportat la ficat unde este separat de albumine, i

sufer o reacie de conjugare cu acidul glucuronic, la nivelul gruprilor

carboxilice de la resturile propionice ce substituie inele pirolice;

Conjugarea are loc n prezena enzimei bilirubin: UDP -glucuronil

transferaza.

Bilirubina glucuronoconjugat (bilirubina direct) este hidrosolubil,

ceea ce permite excreia sa la nivel biliar. Bilirubina glucuronoconjugat

nu este absorbit in intestinul subire; la nivelul intestinului gros, sub

aciunea hidrolazelor bacteriene, se realizeaz hidroliza esterilor cu

acidul glucuronic i eliberarea resturilor propionice. Bilirubina eliberat

astfel este redus la un compus tetrapirolic liniar, numit urobilinogen

(punile metinice devin metilenice iar inelele tetrapirolice au duble

legturi paralele).

39

Urobilinogenul poate urma mai multe ci:

- o parte este oxidat la urobilin, sau redus la stercobilinogen, compui

care se elimin prin fecale

- o parte este reabsorbit la nivel intestinal, revine la nivel hepatic i este

din nou excretat prin bil (circuitul enterohepatic)

- o cantitate mic de urobilinogen se elimin ca atare prin urin

- urobilina si stercobilina dau culoarea caracteristic scaunelor

- Bilirubina liber i cea glucuronoconjugat sunt denumite n laboratorul

clinic pigmeni biliari

40

Catabolismul

hemoglobinei i circuitul

enterohepatic al

urobilinogenului

HEMOGLOBINA

VERDOGLOBINA

BILIVERDINA

BILIRUBINA

BILIRUBINA LEGAT DE ALBUMINE

INDIRECT

PRIMAR (NECONJUGAT)

BILIRUBINA DIRECT

CONJUGAT (DIGLUCURONID)

BIL(colecist)

INTESTIN

Reduceri

BILIRUBIN

MEZOBILIRUBIN

UROBILINOGEN

STERCOBILINOGEN

Reducere

Oxidare

Oxidare

UROBILIN

STERCOBILIN

FECALE

PLASM

RINICHI

URINurobilinogenstercobilinogen

urobilinogenstercobilinogen

FICAT

MDUV OSOAS

SPLIN

CELULE RETICULO-ENDOTELIALE

EXTRAHEPATICE

ruperea puntii

- metinice

Fe2+

globin

Reduceri

PLASM

{

FICAT

{

{

41

Circuitul enterohepatic al urobilinogenului

42

Aspecte patologice legate de catabolismul hemoglobinei

- Creterile nivelelor de bilirubin conjugat n plasm sunt n general

asociate cu perturbri ale funcionrii hepatice i/ sau biliare.

- Deficitul enzimei bilirubin UDP glucuronil transferaza se manifest prin

nivele plasmatice crescute ale bilirubinei neconjugate, ceea ce se traduce

prin icter (simptom caraterizat prin coloraia galben a pielii, a sclerei i a

altor esuturi), mai ales la nou nscui.

- Bilirubina indirect (neconjugat) are o afinitate mrit pentru lipidele

membranare (la concentraii mari, de 25mg/dL); aceasta va produce o

tulburare a funciilor membranare, mai ales de la nivelul SNC, ce

determin icterul nuclear (depunerea de bilirubin n ganglionii bazali i n

nucleii trunchiului cerebral).

43

3-Hemoglobina

Documents