Oxigénszállítás és légzési pigmentek

Arról, hogy a vér sokkal több oxigént szállít, mint amennyit a víz önmagában feloldana, kooperatív pigmentek segítségével, amelyek a tüdőben vagy a kopoltyúkban megkötik az oxigént, és ott adják le, ahol a szövetek a legintenzívebben dolgoznak.

Definition

A légzési pigmentek fémtartalmú fehérjék, amelyek reverzibilisen kötik az oxigént, jelentősen növelve a vér vagy a hemolimfa oxigénszállító kapacitását, az oxigénszállítás pedig az oxigén felvétele, szállítása és leadása – a szén-dioxid szállításával együtt – a légzőfelület és a szövetek között.

Scope

Ez a téma az oxigén és a szén-dioxid vérben történő szállítását tárgyalja: a légzési pigmentek, mint például a hemoglobin, a hemocianin és mások szerkezetét és kooperatív kötését; a szigmoid oxigéndisszociációs görbét és annak eltolódását a szén-dioxid, a pH, a hőmérséklet és a szerves modulátorok hatására; valamint a szén-dioxid bikarbonátként történő szállítását. Kitér a pigmentek sokféleségére az állatok körében és azok alkalmazkodására a különböző oxigénkörnyezetekhez. A tárgyalás összehasonlító és mechanisztikus.

Core questions

• Miért van szükségük az állatoknak oxigénkötő pigmentekre ahelyett, hogy az oldott oxigénre támaszkodnának?
• Hogyan alakítja a kooperatív kötés az oxigén felvételét és leadását?
• Hogyan tolja el a szén-dioxid, a pH és a hőmérséklet az oxigéndisszociációs görbét, és miért hasznos ez?
• Hogyan szállítódik a szén-dioxid a vérben és hogyan cserélődik ki a légzőfelületen?

Key theories

Kooperatív kötés és a szigmoid disszociációs görbe

A hemoglobin négy egymással kölcsönható alegysége kooperatívan köti az oxigént, szigmoid disszociációs görbét eredményezve, amely közel telítettséget tesz lehetővé ott, ahol az oxigén bőséges, és meredek leadást ott, ahol hiányos.

Bohr-effektus

A megnövekedett szén-dioxid és savasság csökkenti a hemoglobin oxigénaffinitását, eltolva a disszociációs görbét, így az oxigén könnyebben szabadul fel az anyagcsere-aktív, CO2-ban gazdag szövetekben – először Bohr, Hasselbalch és Krogh írta le.

Mechanisms

Mivel az oxigén rosszul oldódik, az állatok légzési pigmenteket tömörítenek a vérsejtekbe, vagy feloldják azokat a hemolimfában, hogy sokszorosára növeljék az oxigénkapacitást. A gerinces hemoglobin négy hem-vashoz köti az oxigént pozitív kooperativitással, szigmoid görbét eredményezve. A görbe helyzetét fiziológiai tényezők hangolják: az emelkedő szén-dioxid és a csökkenő pH csökkenti az affinitást (Bohr-effektus), a melegedés csökkenti az affinitást, és az olyan szerves foszfátok, mint a 2,3-biszfoszfoglicerát, stabilizálják a deoxigenált formát. Ezek az eltolódások elősegítik a leadást az aktív szövetekben és a felvételt a légzőfelületen. A szén-dioxid főként bikarbonátként szállítódik, amelyet a vörösvértestekben a karboanhidráz (CA) enzim képez, egy része hemoglobinhoz kötődik, és kevés oldott állapotban van jelen; a reciprok Haldane-effektus összekapcsolja a CO2-szállítást az oxigenizációval. Az olyan gerinctelen pigmentek, mint a réz alapú hemocianin és a vas alapú hemeritrin hasonló, de eltérő adaptációkat mutatnak.

Clinical relevance

Az oxigénkötés összehasonlító fiziológiája magyarázza a magaslati, búvárkodási és hipoxiás vizekhez való alkalmazkodásokat, és alapul szolgál a vér oxigénméréseinek értelmezéséhez; emellett tájékoztatja a mesterséges oxigénszállítók fejlesztését is. Ez a bejegyzés oktatási célú, és nem nyújt orvosi útmutatást.

History

A Bohr, Hasselbalch és Krogh által 1904-ben felfedezett Bohr-effektus megmutatta, hogy az oxigénkötést a szén-dioxid szabályozza, Perutz későbbi szerkezeti munkája pedig feltárta, hogyan alakul ki a kooperativitás és az alloszterikus moduláció a hemoglobin architektúrájából. Az összehasonlító fiziológia azóta számos légzési pigmentet és azok környezeti adaptációit katalogizálta.

Key figures

• Christian Bohr
• August Krogh
• Karl Hasselbalch
• Max Perutz

Seminal works

• bohr1904
• hill2016
• schmidtnielsen1997

Frequently asked questions

Mi a Bohr-effektus?

Ez a hemoglobin oxigénaffinitásának csökkenése, amikor a szén-dioxid szintje emelkedik és a pH csökken, ami segíti a vért abban, hogy oxigént adjon le az aktív szövetekben, ahol arra a legnagyobb szükség van.

Minden oxigénszállító pigment vörös, mint a hemoglobin?

Nem. Sok gerinctelen hemocianint használ, amely egy réz alapú pigment, és oxigenizált állapotban kékes színű, néhány pedig más pigmenteket használ, amelyek mind ugyanazt a szerepet töltik be: az oxigénkapacitás növelését.