- Karakteristik struktural
- Bentuk atau struktur hemoglobin
- Perilaku kooperatif
- Efek karbon monoksida
- Faktor apa yang dapat mempengaruhi afinitas hemoglobin terhadap oksigen?
- Implikasi fungsional
- Referensi
The carboxyhaemoglobin adalah terikat hemoglobin karbon monoksida (CO). Hemoglobin adalah protein yang membawa oksigen melalui darah pada manusia dan banyak vertebrata lainnya.
Untuk mengangkut oksigen, hemoglobin harus mengikatnya. Max Perutz, seorang ahli kimia dan peraih Nobel yang lahir di Wina pada 1914 dan meninggal di Cambridge pada 2002, menyebut perilaku pengikatan oksigen pada hemoglobin "tidak bermoral".
Struktur hemoglobin (Sumber: Bielabio via Wikimedia Commons)
Bayangkan dua molekul hemoglobin masing-masing mampu mengikat empat molekul oksigen. Satu sudah memiliki tiga molekul oksigen dan yang lainnya tidak ada. Jika molekul oksigen lain muncul, pertanyaannya adalah sebagai berikut: apakah ia bergabung dengan yang "kaya" yang sudah memiliki tiga, atau yang "miskin" yang tidak punya? Kemungkinannya 100 banding 1 bahwa ia akan menargetkan molekul kaya.
Sekarang bayangkan dua molekul hemoglobin lainnya. Yang satu memiliki 4 molekul oksigen (jenuh) dan yang lainnya hanya memiliki satu. Molekul mana yang lebih mungkin memberikan oksigen ke jaringan, kaya atau miskin? Orang miskin akan lebih mudah mengirimkan oksigen daripada orang kaya.
Distribusi oksigen dalam molekul hemoglobin dapat dilihat sebagai perumpamaan alkitabiah: "… kepada orang yang memiliki, kepadanya akan diberikan dan kepada orang yang tidak memiliki, bahkan apa yang dimilikinya akan diambil …" (Mat, 13:12). Dari sudut pandang fisiologis, perilaku molekul hemoglobin yang "tidak bermoral" ini sangat penting, karena ia berkontribusi pada suplai oksigen ke jaringan.
Akan tetapi, karbon monoksida, berapapun jumlah atom oksigen yang terikat pada molekul hemoglobin, "membunuh" semuanya. Artinya, dengan adanya CO yang melimpah, semua oksigen yang terikat ke hemoglobin digantikan oleh CO.
Karakteristik struktural
Untuk berbicara tentang karboksihemoglobin, yang tidak lebih dari keadaan hemoglobin yang terkait dengan karbon monoksida, pertama-tama perlu mengacu pada hemoglobin secara umum.
Hemoglobin adalah protein yang tersusun dari empat subunit yang masing-masing dibentuk oleh rantai polipeptida yang dikenal sebagai globin dan kelompok yang bersifat non-protein (kelompok prostetik) yang disebut kelompok heme.
Setiap kelompok heme mengandung atom besi dalam bentuk besi (Fe 2+ ). Ini adalah atom yang mampu berikatan dengan oksigen tanpa mengoksidasi.
Tetramer hemoglobin terdiri dari dua subunit alpha globin, masing-masing dari 141 asam amino, dan dua subunit beta globin, masing-masing dari 146 asam amino.
Bentuk atau struktur hemoglobin
Ketika hemoglobin tidak terikat pada atom oksigen, struktur hemoglobin menjadi kaku atau tegang, karena pembentukan jembatan garam di dalamnya.
Struktur kuartener dari hemoglobin bebas oksigen (terdeoksigenasi) dikenal sebagai "T" atau struktur tegang, dan hemoglobin beroksigen (oksihemoglobin) dikenal sebagai "R" atau struktur rileks.
Transisi dari struktur T ke struktur R terjadi melalui perlekatan oksigen ke atom besi besi (Fe 2+ ) dari gugus heme yang terikat pada setiap rantai globin.
Perilaku kooperatif
Subunit yang menyusun struktur hemoglobin menunjukkan perilaku kooperatif yang dapat dijelaskan dengan contoh berikut.
Molekul hemoglobin terdeoksigenasi (dalam struktur T) dapat dibayangkan sebagai bola wol dengan tempat pengikatan oksigen (kelompok heme) yang sangat tersembunyi di dalamnya.
Ketika struktur yang tegang ini berikatan dengan molekul oksigen, kecepatan pengikatan sangat lambat, tetapi pengikatan ini cukup untuk mengendurkan bola sedikit dan membawa kelompok heme berikutnya lebih dekat ke permukaan, membuat kecepatan pengikatannya. oksigen berikutnya lebih tinggi, mengulangi proses dan meningkatkan afinitas dengan setiap ikatan.
Efek karbon monoksida
Untuk mempelajari efek karbon monoksida pada transportasi darah gas, pertama-tama perlu dijelaskan karakteristik kurva oksihemoglobin, yang menggambarkan ketergantungannya pada tekanan parsial oksigen untuk "mengisi" atau tidak dengan molekul oksigen.
Kurva oksihemoglobin memiliki bentuk sigmoid atau "S" yang bervariasi sebagai fungsi dari tekanan parsial oksigen. Grafik kurva muncul dari analisis yang dilakukan terhadap sampel darah yang digunakan untuk menyusunnya.
Daerah kurva paling curam diperoleh dengan tekanan lebih rendah dari 60 mmHg dan pada tekanan lebih tinggi dari ini, kurva cenderung mendatar, seolah-olah mencapai dataran tinggi.
Saat ada zat tertentu, kurva dapat menunjukkan penyimpangan yang signifikan. Penyimpangan ini menunjukkan perubahan yang terjadi pada afinitas hemoglobin untuk oksigen pada PO yang sama 2 .
Untuk mengukur fenomena ini, dilakukan pengukuran afinitas hemoglobin terhadap oksigen, yang dikenal dengan nilai P 50 , yang merupakan nilai tekanan parsial oksigen dimana hemoglobin 50% jenuh; yaitu, ketika setengah dari gugus hemenya terikat pada molekul oksigen.
Dalam kondisi standar, yang harus dipahami sebagai pH 7,4, tekanan parsial oksigen dari 40 mmHg dan suhu 37 ° C, rendah P 50 dari laki-laki dewasa adalah 27 mm Hg atau 3,6 kPa.
Faktor apa yang dapat mempengaruhi afinitas hemoglobin terhadap oksigen?
Afinitas hemoglobin yang terkandung dalam eritrosit terhadap oksigen dapat menurun dengan adanya 2,3 difosfogliserat (2-3DPG), karbon dioksida (CO 2 ), proton konsentrasi tinggi, atau karena peningkatan suhu; dan hal yang sama berlaku untuk karbon monoksida (CO).
Implikasi fungsional
Karbon monoksida mampu mengganggu fungsi transpor oksigen dalam darah arteri. Molekul ini mampu mengikat hemoglobin dan membentuk karboksihemoglobin. Ini karena ia memiliki afinitas terhadap hemoglobin sekitar 250 kali lebih besar dari O 2 , sehingga ia mampu menggesernya bahkan ketika ia terikat padanya.
Tubuh memproduksi karbon monoksida secara permanen, meski dalam jumlah kecil. Gas yang tidak berwarna dan tidak berbau ini mengikat kelompok heme dengan cara yang sama seperti O2 , dan biasanya sekitar 1% dari hemoglobin dalam darah ada sebagai karboksihemoglobin.
Karena pembakaran bahan organik yang tidak sempurna menghasilkan CO, proporsi karboksihemoglobin pada perokok jauh lebih tinggi, mencapai nilai antara 5 dan 15% dari total hemoglobin. Peningkatan konsentrasi karboksihemoglobin yang kronis berbahaya bagi kesehatan.
Peningkatan jumlah CO yang dihirup yang menghasilkan lebih dari 40% karboksihemoglobin mengancam nyawa. Ketika situs pengikatan besi besi ditempati oleh CO, O 2 tidak dapat mengikat .
Pengikatan CO menyebabkan transisi dari hemoglobin dengan struktur R, sehingga hemoglobin lebih lanjut mengurangi kemampuan untuk memberikan O 2 di kapiler darah.
Karboksihemoglobin memiliki warna merah terang. Dengan demikian, pasien keracunan CO menjadi merah muda, bahkan dalam keadaan koma dan paralisis pernapasan. Perawatan terbaik untuk mencoba menyelamatkan nyawa pasien ini adalah meminta mereka menghirup oksigen murni, bahkan hiperbarik, untuk mencoba menggantikan pengikatan besi dengan CO.
Referensi
- Fox, SI (2006). Fisiologi Manusia Edisi 9 (hlm. 501-502). McGraw-Hill press, New York, AS.
- Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA, & Rodwell, VW (2014). Biokimia bergambar Harper. McGraw-Hill.
- Rawn, JD (1998). Biokimia (1989). Burlington, Carolina Utara: Penerbit Neil Patterson (c) N. Lalioti, CP Raptopoulou, A. Terzis, A. Panagiotopoulos, SP Perlepes, E. Manessi-Zoupa, J. Chem. Soc. Dalton Trans, 1327.
- Robert M. Berne, Matthew N. Levy. (2001) Fisiologi. (Edisi ke-3) Ediciones Harcourt, SA
- West, JB (1991). Dasar fisiologis praktik kedokteran. Williams & Wilkins