CARBOXYHEMOGLOBIN: CIRI DAN KESAN - BIOLOGI - 2025

The carboxyhaemoglobin adalah terikat hemoglobin karbon monoksida (CO). Hemoglobin adalah protein yang membawa oksigen melalui darah pada manusia dan banyak vertebrata lain.

Untuk mengangkut oksigen, hemoglobin mesti mengikatnya. Max Perutz, seorang ahli kimia dan pemenang Nobel yang dilahirkan di Vienna pada tahun 1914 dan meninggal di Cambridge pada tahun 2002, memanggil perilaku mengikat oksigen hemoglobin "tidak bermoral".

Struktur hemoglobin (Sumber: Bielabio melalui Wikimedia Commons)

Bayangkan dua molekul hemoglobin masing-masing mampu mengikat empat molekul oksigen. Satu sudah mempunyai tiga molekul oksigen dan yang lain tidak ada. Sekiranya molekul oksigen lain muncul, pertanyaannya adalah berikut: adakah ia bergabung dengan molekul "kaya" yang sudah memiliki tiga, atau molekul "miskin" yang tidak memiliki apa-apa? Kebarangkalian adalah 100 hingga 1 bahawa ia akan menyasarkan molekul kaya.

Sekarang bayangkan dua molekul hemoglobin yang lain. Satu mempunyai 4 molekul oksigen (ia tepu) dan yang lain hanya mempunyai satu molekul. Molekul mana yang lebih cenderung memberi oksigen ke tisu, kaya atau miskin? Orang miskin akan memberikan oksigen dengan lebih mudah daripada yang kaya.

Pengedaran oksigen dalam molekul hemoglobin dapat dilihat sebagai perumpamaan alkitabiah: "… kepada orang yang memilikinya, kepadanya akan diberikan dan kepada yang tidak memiliki, bahkan apa yang dia miliki akan diambil …" (Mat, 13:12). Dari sudut pandang fisiologi, perilaku "tidak bermoral" molekul hemoglobin ini sangat penting, kerana ia menyumbang kepada bekalan oksigen ke tisu.

Karbon monoksida, bagaimanapun, berapa pun bilangan atom oksigen yang melekat pada molekul hemoglobin, "membunuh" mereka semua. Maksudnya, dengan adanya CO yang banyak, semua oksigen yang terikat pada hemoglobin digantikan oleh CO.

Ciri struktur

Untuk membincangkan mengenai carboxyhemoglobin, yang tidak lebih daripada keadaan hemoglobin yang berkaitan dengan karbon monoksida, pertama sekali perlu merujuk kepada hemoglobin secara umum.

Hemoglobin adalah protein yang terdiri daripada empat subunit yang masing-masing dibentuk oleh rantai polipeptida yang dikenali sebagai globin dan sekumpulan sifat bukan protein (kumpulan prostetik) yang disebut kumpulan heme.

Setiap kumpulan heme mengandungi atom besi dalam keadaan besi (Fe ²⁺ ). Ini adalah atom yang mampu mengikat oksigen tanpa pengoksidaan.

Tetramer hemoglobin terdiri dari dua subunit alpha globin, masing-masing 141 asid amino, dan dua subunit beta globin, masing-masing 146 asid amino.

Bentuk atau struktur hemoglobin

Apabila hemoglobin tidak terikat pada atom oksigen, struktur hemoglobin kaku atau tegang, kerana pembentukan jambatan garam di dalamnya.

Struktur kuartner hemoglobin bebas oksigen (deoxygenated) dikenali sebagai "T" atau struktur tegang, dan hemoglobin beroksigen (oxyhemoglobin) dikenali sebagai "R" atau struktur santai.

Peralihan dari struktur T ke struktur R berlaku melalui pengikatan oksigen ke atom besi ferus (Fe ²⁺ ) dari kumpulan heme yang melekat pada setiap rantai globin.

Tingkah laku bekerjasama

Subunit yang membentuk struktur hemoglobin menunjukkan tingkah laku kerjasama yang dapat dijelaskan dengan contoh berikut.

Molekul hemoglobin yang terdeoksigenasi (dalam struktur T) dapat dibayangkan sebagai bola bulu dengan tapak pengikat oksigen (kumpulan heme) yang sangat tersembunyi di dalamnya.

Apabila struktur tegang ini mengikat molekul oksigen, kecepatan pengikatannya sangat perlahan, tetapi pengikatan ini cukup untuk melonggarkan bola sedikit dan mendekatkan kumpulan heme seterusnya ke permukaan, menjadikan kelajuan yang diikatnya oksigen seterusnya lebih tinggi, mengulangi proses dan meningkatkan pertalian dengan setiap ikatan.

Kesan karbon monoksida

Untuk mengkaji kesan karbon monoksida pada pengangkutan gas darah, pertama sekali diperlukan untuk menggambarkan ciri-ciri lengkung oxyhemoglobin, yang menggambarkan ketergantungannya pada tekanan separa oksigen untuk "mengisi" atau tidak dengan molekul oksigen.

Lengkung oxyhemoglobin mempunyai bentuk sigmoid atau "S" yang berubah-ubah sebagai fungsi tekanan separa oksigen. Grafik lengkung muncul dari analisis yang dibuat terhadap sampel darah yang digunakan untuk membinanya.

Kawasan curam curam diperoleh dengan tekanan di bawah 60 mmHg dan pada tekanan yang lebih tinggi daripada ini, lengkung cenderung meratakan, seolah-olah mencapai dataran tinggi.

Apabila terdapat bahan tertentu, lengkung dapat menunjukkan penyimpangan yang ketara. Penyimpangan ini menunjukkan perubahan yang berlaku dalam pertalian hemoglobin dengan oksigen pada PO _{2 yang} sama .

Untuk mengukur fenomena ini, pengukuran pertalian hemoglobin dengan oksigen diperkenalkan, yang dikenali sebagai nilai P ₅₀ , yang merupakan nilai tekanan separa oksigen di mana hemoglobin tepu 50%; iaitu, apabila separuh daripada kumpulan hemenya melekat pada molekul oksigen.

Dalam keadaan standard, yang harus difahami sebagai pH 7.4, tekanan separa oksigen 40 mmHg, dan suhu 37 ° C, P ₅₀ rendah bagi lelaki dewasa ialah 27 mm Hg atau 3.6 kPa.

Faktor apa yang boleh mempengaruhi pertalian hemoglobin dengan oksigen?

Perkaitan dengan oksigen hemoglobin yang terkandung dalam eritrosit dapat berkurang dengan adanya 2,3 difosfogliserat (2-3DPG), karbon dioksida (CO ₂ ), kepekatan proton yang tinggi, atau disebabkan peningkatan suhu; dan perkara yang sama berlaku untuk karbon monoksida (CO).

Implikasi fungsional

Karbon monoksida mampu mengganggu fungsi pengangkutan oksigen dalam darah arteri. Molekul ini mampu mengikat hemoglobin dan membentuk karboksyhemoglobin. Ini kerana ia mempunyai kaitan dengan hemoglobin sekitar 250 kali lebih besar daripada O ₂ , jadi ia dapat menggantikannya walaupun ia terikat dengannya.

Tubuh menghasilkan karbon monoksida secara kekal, walaupun dalam jumlah kecil. Gas tidak berwarna dan tidak berbau ini mengikat kumpulan heme dengan cara yang sama seperti O _2, dan biasanya sekitar 1% hemoglobin dalam darah wujud sebagai karboksimemoglobin.

Oleh kerana pembakaran bahan organik yang tidak lengkap menghasilkan CO, bahagian karboksimemoglobin pada perokok jauh lebih tinggi, mencapai nilai antara 5 hingga 15% daripada jumlah hemoglobin. Peningkatan kronik dalam kepekatan karboksimemoglobin berbahaya bagi kesihatan.

Peningkatan jumlah CO yang dihirup yang menghasilkan lebih daripada 40% karboksimemoglobin adalah mengancam nyawa. Apabila tapak pengikat besi besi diduduki oleh CO, O ₂ tidak dapat mengikat .

Pengikatan CO menyebabkan peralihan hemoglobin ke struktur R, sehingga hemoglobin mengurangkan lagi kemampuan untuk menyampaikan O ₂ dalam kapilari darah.

Carboxyhemoglobin mempunyai warna merah muda. Oleh itu, pesakit beracun CO bertukar menjadi merah jambu, walaupun dalam keadaan koma dan lumpuh pernafasan. Rawatan terbaik untuk menyelamatkan nyawa pesakit ini adalah dengan menghirup oksigen tulen, bahkan hiperbarik, untuk mencuba pengikatan besi dengan CO.

Rujukan

1. Fox, SI (2006). Fisiologi Manusia Edisi ke-9 (hlm. 501-502). Akhbar McGraw-Hill, New York, Amerika Syarikat.
2. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA, & Rodwell, VW (2014). Biokimia yang digambarkan oleh Harper. McGraw-Hill.
3. Rawn, JD (1998). Biokimia (1989). Burlington, North Carolina: Penerbit Neil Patterson (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) Fisiologi. (Edisi ke-3) Ediciones Harcourt, SA
5. West, JB (1991). Asas fisiologi amalan perubatan. Williams & Wilkins