CARBOXYHEMOGLOBIN: ĐẶC ĐIỂM VÀ TÁC DỤNG - SINH HỌC - 2025

Các carboxyhaemoglobin là ràng buộc hemoglobin carbon monoxide (CO). Hemoglobin là protein mang oxy qua máu ở người và nhiều động vật có xương sống khác.

Để vận chuyển oxy, hemoglobin phải liên kết với nó. Max Perutz, một nhà hóa học và người đoạt giải Nobel sinh ra ở Vienna năm 1914 và mất ở Cambridge năm 2002, gọi hành vi liên kết oxy của hemoglobin là "vô đạo đức".

Cấu trúc của hemoglobin (Nguồn: Bielabio qua Wikimedia Commons)

Hãy tưởng tượng hai phân tử hemoglobin mỗi phân tử có khả năng liên kết bốn phân tử oxy. Một cái đã có ba phân tử oxy và cái kia không có. Nếu một phân tử oxy khác xuất hiện, câu hỏi đặt ra là: nó tham gia vào phân tử "giàu" đã có ba, hay phân tử "nghèo" chưa có? Xác suất là 100-1 rằng nó sẽ nhắm mục tiêu phân tử giàu.

Bây giờ hãy tưởng tượng hai phân tử hemoglobin khác. Một phân tử có 4 phân tử oxy (nó bão hòa) và phân tử kia chỉ có một. Phân tử nào có nhiều khả năng cung cấp oxy cho các mô hơn, giàu hay nghèo? Người nghèo sẽ cung cấp oxy dễ dàng hơn người giàu.

Sự phân phối oxy trong phân tử hemoglobin có thể được xem như một dụ ngôn trong Kinh thánh: "… ai có thì được cho, kẻ không có thì cũng bị lấy đi …" (Mt, 13, 12). Từ quan điểm sinh lý học, hành vi "vô đạo đức" này của phân tử hemoglobin có ý nghĩa đầy đủ, vì nó góp phần cung cấp oxy cho các mô.

Tuy nhiên, carbon monoxide, bất kể số lượng nguyên tử oxy gắn vào phân tử hemoglobin, "giết chết" tất cả chúng. Có nghĩa là, trong điều kiện có nhiều CO, tất cả oxy liên kết với hemoglobin được thay thế bằng CO.

Đặc điểm cấu trúc

Để nói về carboxyhemoglobin, không gì khác hơn là một trạng thái của hemoglobin liên kết với carbon monoxide, trước tiên cần đề cập đến hemoglobin nói chung.

Hemoglobin là một protein bao gồm bốn tiểu đơn vị, mỗi tiểu đơn vị được tạo thành bởi một chuỗi polypeptide được gọi là globin và một nhóm có bản chất không phải protein (nhóm giả) được gọi là nhóm heme.

Mỗi nhóm heme chứa một nguyên tử sắt ở trạng thái sắt (Fe ²⁺ ). Đây là những nguyên tử có khả năng liên kết với oxy mà không bị oxy hóa.

Hemoglobin tetramer được tạo thành từ hai tiểu đơn vị alpha globin, mỗi đơn vị gồm 141 axit amin, và hai tiểu đơn vị beta globin, mỗi đơn vị 146 axit amin.

Các dạng hoặc cấu trúc của hemoglobin

Khi hemoglobin không liên kết với bất kỳ nguyên tử oxy nào, cấu trúc của hemoglobin sẽ cứng hoặc căng, do sự hình thành các cầu nối muối bên trong nó.

Cấu trúc bậc bốn của hemoglobin không chứa oxy (được khử oxy) được gọi là cấu trúc “T” hoặc cấu trúc căng thẳng, và hemoglobin được oxy hóa (oxyhemoglobin) được gọi là “R” hoặc cấu trúc thư giãn.

Sự chuyển đổi từ cấu trúc T sang cấu trúc R xảy ra thông qua sự liên kết của oxy với nguyên tử sắt (Fe ²⁺ ) của nhóm heme gắn vào mỗi chuỗi globin.

Hành vi hợp tác

Các tiểu đơn vị tạo nên cấu trúc của hemoglobin cho thấy một hành vi hợp tác có thể được giải thích bằng ví dụ sau.

Phân tử hemoglobin đã khử oxy (trong cấu trúc T) có thể được hình dung như một quả bóng len với các vị trí liên kết oxy (nhóm heme) rất ẩn bên trong nó.

Khi cấu trúc căng thẳng này liên kết với một phân tử oxy, tốc độ liên kết rất chậm, nhưng sự liên kết này đủ để nới lỏng quả bóng một chút và đưa nhóm heme tiếp theo đến gần bề mặt hơn, làm cho tốc độ liên kết với nó oxy tiếp theo cao hơn, lặp lại quá trình và tăng ái lực với mỗi liên kết.

Hiệu ứng carbon monoxide

Để nghiên cứu ảnh hưởng của carbon monoxide đến sự vận chuyển khí trong máu, trước tiên cần mô tả các đặc điểm của đường cong oxyhemoglobin, mô tả sự phụ thuộc của nó vào áp suất riêng phần của oxy để “tích điện” hoặc không với các phân tử oxy.

Đường cong oxyhemoglobin có hình dạng sigmoid hoặc "S" thay đổi theo hàm của áp suất riêng phần của oxy. Biểu đồ của đường cong xuất hiện từ các phân tích được thực hiện đối với các mẫu máu được sử dụng để xây dựng nó.

Vùng dốc nhất của đường cong có được với áp suất dưới 60 mmHg và ở áp suất cao hơn mức này, đường cong có xu hướng phẳng, như thể nó đang đạt đến một bình nguyên.

Khi có mặt của một số chất nhất định, đường cong có thể hiển thị sai lệch đáng kể. Những sai lệch này cho thấy những thay đổi xảy ra trong ái lực của hemoglobin đối với oxy ở cùng PO ₂ .

Để định lượng hiện tượng này, người ta đưa ra phép đo ái lực của hemoglobin đối với oxy, được gọi là giá trị P ₅₀ , là giá trị áp suất riêng phần của oxy tại đó hemoglobin bão hòa 50%; nghĩa là, khi một nửa số nhóm heme của nó được gắn vào một phân tử oxy.

Trong điều kiện tiêu chuẩn, nên được hiểu là pH 7,4, áp suất riêng phần của oxy là 40 mmHg và nhiệt độ 37 ° C, P ₅₀ thấp của nam giới trưởng thành là 27 mm Hg hoặc 3,6 kPa.

Những yếu tố nào có thể ảnh hưởng đến ái lực của hemoglobin đối với oxy?

Ái lực với oxy của hemoglobin chứa trong hồng cầu có thể giảm khi có 2,3 diphosphoglycerate (2-3DPG), carbon dioxide (CO ₂ ), nồng độ proton cao, hoặc do nhiệt độ tăng; và điều này cũng đúng đối với carbon monoxide (CO).

Hàm ý

Carbon monoxide có thể cản trở chức năng vận chuyển oxy trong máu động mạch. Phân tử này có khả năng liên kết với hemoglobin và tạo thành carboxyhemoglobin. Điều này là do nó có ái lực với hemoglobin lớn hơn khoảng 250 lần so với O ₂ , vì vậy nó có thể thay thế nó ngay cả khi nó được liên kết với nó.

Cơ thể sản xuất carbon monoxide vĩnh viễn, mặc dù với một lượng nhỏ. Khí không màu, không mùi này liên kết với nhóm heme theo cách tương tự như O _2, và bình thường khoảng 1% hemoglobin trong máu tồn tại dưới dạng carboxyhemoglobin.

Vì quá trình đốt cháy không hoàn toàn các chất hữu cơ tạo ra CO, tỷ lệ carboxyhemoglobin ở người hút thuốc cao hơn nhiều, đạt giá trị từ 5 đến 15% tổng lượng hemoglobin. Nồng độ carboxyhemoglobin tăng mãn tính có hại cho sức khỏe.

Sự gia tăng lượng CO được hít vào tạo ra hơn 40% carboxyhemoglobin đang đe dọa tính mạng. Khi vị trí liên kết sắt đen bị CO chiếm giữ, O ₂ không thể liên kết .

Sự liên kết của CO gây ra sự chuyển đổi của hemoglobin sang cấu trúc R, do đó hemoglobin làm giảm thêm khả năng cung cấp O ₂ vào các mao mạch máu.

Carboxyhemoglobin có màu đỏ nhạt. Do đó, bệnh nhân nhiễm độc khí CO chuyển sang màu hồng, thậm chí hôn mê và liệt hô hấp. Phương pháp điều trị tốt nhất để cố gắng cứu sống những bệnh nhân này là cho họ hít thở oxy nguyên chất, thậm chí là hyperbaric, để cố gắng thay thế liên kết của sắt với CO.

Người giới thiệu

1. Fox, SI (2006). Sinh lý học con người xuất bản lần thứ 9 (trang 501-502). Báo chí McGraw-Hill, New York, Mỹ.
2. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA, & Rodwell, VW (2014). Hóa sinh minh họa của Harper. McGraw-Hill.
3. Rawn, JD (1998). Hóa sinh (1989). Burlington, North Carolina: Neil Patterson Publishers (c) N. Lalioti, CP Raptopoulou, A. Terzis, A. Panagiotopoulos, SP Perlepes, E. Manessi-Zoupa, J. Chem. Soc. Dalton Trans, 1327.
4. Robert M. Berne, Matthew N. Levy. (2001) Sinh lý học. (Lần xuất bản thứ 3) Ediciones Harcourt, SA
5. Tây, JB (1991). Cơ sở sinh lý của thực hành y tế. Williams & Wilkins