Sauerstoff-Hämoglobin-Dissoziationskurve

Die Stärke, mit der Sauerstoff an Hämoglobin bindet, wird von mehreren Faktoren beeinflusst. Diese Faktoren verschieben oder formen die Oxyhämoglobin-Dissoziationskurve um. Eine Verschiebung nach rechts zeigt an, dass das untersuchte Hämoglobin eine verringerte Affinität für Sauerstoff aufweist. Dies macht es für Hämoglobin schwieriger, sich an Sauerstoff zu binden (was einen höheren Sauerstoffpartialdruck erfordert, um die gleiche Sauerstoffsättigung zu erreichen), aber es erleichtert dem Hämoglobin, an ihn gebundenen Sauerstoff freizusetzen. Der Effekt dieser Verschiebung der Kurve nach rechts erhöht den Sauerstoffpartialdruck im Gewebe, wenn dies am dringendsten benötigt wird, z. B. während des Trainings oder eines hämorrhagischen Schocks. Im Gegensatz dazu wird die Kurve durch das Gegenteil dieser Bedingungen nach links verschoben. Diese Verschiebung nach links weist darauf hin, dass das untersuchte Hämoglobin eine erhöhte Affinität für Sauerstoff aufweist, so dass Hämoglobin Sauerstoff leichter bindet, ihn jedoch widerstrebender entlädt. Die Linksverschiebung der Kurve ist ein Zeichen für die erhöhte Affinität von Hämoglobin zu Sauerstoff (z. B. in der Lunge) In ähnlicher Weise zeigt die Rechtsverschiebung eine verringerte Affinität, wie sie bei einem Anstieg der Körpertemperatur, der Wasserstoffionen, der 2,3-Bisphosphoglycerat (2,3-BPG) -Konzentration oder der Kohlendioxidkonzentration auftreten würde.

Hinweis:

• Linksverschiebung: höhere O2-Affinität
• Rechtsverschiebung: niedrigere O2-Affinität
• fötales Hämoglobin hat eine höhere O2-Affinität als adultes Hämoglobin; in erster Linie aufgrund der stark reduzierten Affinität zu 2,3-Bisphosphoglycerat.

Die Ursachen für die Verschiebung nach rechts können mit der Mnemonik „CADET, Gesicht rechts!“ für CO2, Säure, 2,3-DPG, Bewegung und Temperatur. Faktoren, die die Sauerstoffdissoziationskurve nach rechts verschieben, sind jene physiologischen Zustände, in denen Gewebe mehr Sauerstoff benötigen. Zum Beispiel haben Muskeln während des Trainings eine höhere Stoffwechselrate und benötigen folglich mehr Sauerstoff, produzieren mehr Kohlendioxid und Milchsäure und ihre Temperatur steigt.

pHEdit

Eine Abnahme von Der pH-Wert (Anstieg der H + -Ionenkonzentration) verschiebt die Standardkurve nach rechts, während ein Anstieg sie nach links verschiebt. Dies liegt daran, dass bei einer höheren H + -Ionenkonzentration verschiedene Aminosäurereste wie Histidin 146 überwiegend in ihrer protonierten Form vorliegen, wodurch sie Ionenpaare bilden können, die Desoxyhämoglobin im T-Zustand stabilisieren. Der T-Zustand hat eine geringere Affinität für Sauerstoff als der R-Zustand, so dass das Hämoglobin mit zunehmender Azidität weniger O2 für ein gegebenes PO2 (und mehr H +) bindet. Dies ist als Bohr-Effekt bekannt. Eine Verringerung der Gesamtbindungskapazität von Hämoglobin an Sauerstoff (d. H. Verschiebung der Kurve nach unten, nicht nur nach rechts) aufgrund eines verringerten pH-Werts wird als Wurzeleffekt bezeichnet. Dies ist bei knöchernen Fischen zu sehen. Die Bindungsaffinität von Hämoglobin an O2 ist bei einem relativ hohen pH-Wert am größten.

KohlendioxidEdit

Kohlendioxid beeinflusst die Kurve auf zwei Arten. Erstens führt die CO2-Akkumulation dazu, dass Carbaminoverbindungen durch chemische Wechselwirkungen erzeugt werden, die an Hämoglobin binden und Carbaminohämoglobin bilden. CO2 wird als allosterische Regulation angesehen, da die Hemmung nicht an der Bindungsstelle von Hämoglobin erfolgt. Zweitens beeinflusst es den intrazellulären pH-Wert aufgrund der Bildung von Bicarbonationen. Die Bildung von Carbaminohämoglobin stabilisiert das Hämoglobin im T-Zustand durch Bildung von Ionenpaaren. Nur etwa 5–10% des gesamten CO2-Gehalts des Blutes werden als Carbaminoverbindungen transportiert, während (80–90%) als Bicarbonationen transportiert werden und eine geringe Menge im Plasma gelöst wird. Die Bildung eines Bicarbonation setzt ein Proton in das Plasma frei, wodurch der pH-Wert (erhöhte Azidität) verringert wird, wodurch auch die Kurve nach rechts verschoben wird, wie oben diskutiert; Niedrige CO2-Werte im Blutstrom führen zu einem hohen pH-Wert und bieten somit optimalere Bindungsbedingungen für Hämoglobin und O2. Dies ist ein physiologisch bevorzugter Mechanismus, da Hämoglobin mehr Sauerstoff abgibt, wenn die Kohlendioxidkonzentration dramatisch ansteigt, wenn die Gewebeatmung schnell erfolgt und Sauerstoff benötigt wird.

2,3-BPGEdit

2,3-Bisphosphoglycerat oder 2,3-BPG (früher als 2,3-Diphosphoglycerat oder 2,3-DPG bezeichnet – Referenz?) ist ein Organophosphat, das während der Glykolyse in roten Blutkörperchen gebildet wird und die konjugierte Base von 2,3-Bisphosphoglycerinsäure ist.Die Produktion von 2,3-BPG ist wahrscheinlich ein wichtiger Anpassungsmechanismus, da die Produktion unter verschiedenen Bedingungen bei verminderter O2-Verfügbarkeit des peripheren Gewebes zunimmt, wie z. B. Hypoxämie, chronische Lungenerkrankung, Anämie und Herzinsuffizienz. Hohe 2,3-BPG-Spiegel verschieben die Kurve nach rechts (wie in der Kindheit), während niedrige 2,3-BPG-Spiegel eine Verschiebung nach links verursachen, wie dies bei Zuständen wie septischem Schock und Hypophosphatämie der Fall ist. In Abwesenheit von 2,3-BPG steigt die Affinität von Hämoglobin zu Sauerstoff. 2,3-BPG wirkt als heteroallosterischer Effektor von Hämoglobin und senkt die Affinität von Hämoglobin zu Sauerstoff, indem es bevorzugt an Desoxyhämoglobin bindet. Eine erhöhte Konzentration von BPG in roten Blutkörperchen begünstigt die Bildung des T-Zustands (straff oder angespannt) mit niedriger Affinität des Hämoglobins, sodass sich die Sauerstoffbindungskurve nach rechts verschiebt.

TemperatureEdit

KohlenmonoxidEdit

Hämoglobin bindet 210-mal leichter an Kohlenmonoxid als an Sauerstoff. Aufgrund dieser höheren Affinität von Hämoglobin zu Kohlenmonoxid als zu Sauerstoff ist Kohlenmonoxid ein äußerst erfolgreicher Konkurrent, der Sauerstoff selbst bei winzigen Partialdrücken verdrängt. Die Reaktion HbO2 + CO → HbCO + O2 verdrängt fast irreversibel die Sauerstoffmoleküle, die Carboxyhämoglobin bilden; Die Bindung des Kohlenmonoxids an das Eisenzentrum des Hämoglobins ist viel stärker als die des Sauerstoffs, und die Bindungsstelle bleibt für den Rest des Lebenszyklus der betroffenen roten Blutkörperchen blockiert. Mit einem erhöhten Kohlenmonoxidspiegel kann eine Person unter schwerer Gewebehypoxie leiden, während ein normales pO2 aufrechterhalten wird, da Carboxyhämoglobin keinen Sauerstoff in das Gewebe transportiert.

Auswirkungen einer Methämoglobinämie eine Form von abnormalem Hämoglobin, bei der das Eisenzentrum vom Eisen (II) -Oxidationszustand (Normalform) zum Eisen (III) -Zustand oxidiert wurde. Dies führt zu einer Verschiebung der Sauerstoff-Hämoglobin-Dissoziationskurve nach links, da jedes verbleibende Häm mit sauerstoffhaltigem Eisen (Zustand +2) seinen gebundenen Sauerstoff nicht in Gewebe entladen kann (da 3+ Eisen die Kooperativität des Hämoglobins beeinträchtigt), wodurch seine Affinität erhöht wird Methämoglobin hat jedoch eine erhöhte Affinität für Cyanid und ist daher bei der Behandlung von Cyanidvergiftungen nützlich. Bei versehentlicher Einnahme kann die Verabreichung eines Nitrits (wie Amylnitrit) verwendet werden, um Hämoglobin absichtlich zu oxidieren und den Methämoglobinspiegel zu erhöhen Das Nitrit wirkt auch als Vasodilatator und fördert die zelluläre Sauerstoffversorgung. Die Zugabe eines Eisensalzes sorgt für eine kompetitive Bindung des freien Cyanids als biochemisch inertes Hexacyanoferrat (III) -Ion, 3− Ein alternativer Ansatz beinhaltet die Verabreichung von Thiosulfat, wodurch Cyanid in Thiocyanat, SCN-, umgewandelt wird, das über die Nieren ausgeschieden wird. Methemoglobi n wird auch in geringen Mengen gebildet, wenn die Dissoziation von Oxyhämoglobin zur Bildung von Methämoglobin und Superoxid O2− anstelle der üblichen Produkte führt. Superoxid ist ein freies Radikal und verursacht biochemische Schäden, wird jedoch durch die Wirkung des Enzyms Superoxiddismutase neutralisiert.

Auswirkungen von ITPPEdit

Myoinositoltrispyrophosphat (ITPP), auch bekannt als OXY111A ist ein Inositphosphat, das durch allosterische Modulation des Hämoglobins in roten Blutkörperchen eine Verschiebung der Sauerstoff-Hämoglobin-Dissoziationskurve nach rechts verursacht. Es ist ein experimentelles Medikament zur Verringerung der Gewebehypoxie. Die Wirkungen scheinen ungefähr so lange zu dauern, wie die betroffenen roten Blutkörperchen im Kreislauf bleiben.