เม็ดเลือดแดงและฮีโมโกลบิน

เม็ดเลือดแดง (erythrocytes) เป็นองค์ประกอบที่มีจำนวนมากที่สุดในเลือด: เป็นเซลล์ขนาดเล็ก ไม่มีนิวเคลียส มีรูปร่างเป็นจานเว้าสองด้าน (biconcave discs) ซึ่งอัดแน่นไปด้วยฮีโมโกลบิน ซึ่งเป็นโปรตีนที่มีธาตุเหล็กเป็นองค์ประกอบ ทำหน้าที่จับและขนส่งออกซิเจน รูปร่างและส่วนประกอบที่โดดเด่นทำให้สามารถจดจำได้ทันทีเมื่อตรวจด้วยกล้องจุลทรรศน์จากฟิล์มเลือดที่ย้อมสี และเป็นหัวใจสำคัญของเนื้อเยื่อวิทยาของเลือด

Definition

เม็ดเลือดแดงเป็นเซลล์เม็ดเลือดที่ไม่มีนิวเคลียส มีรูปร่างเป็นจานเว้าสองด้าน ซึ่งไซโตพลาสซึมเต็มไปด้วยฮีโมโกลบิน ซึ่งเป็นฮีม-โปรตีนแบบเตตระเมอร์ที่จับกับออกซิเจนได้แบบผันกลับได้ และรับผิดชอบต่อหน้าที่การขนส่งก๊าซของเซลล์และการย้อมติดสีอีโอซิโนฟิลิกที่เป็นลักษณะเฉพาะ

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมลักษณะทางจุลภาคและโครงสร้างของเม็ดเลือดแดง การจัดเรียงโมเลกุลของฮีโมโกลบิน และวิธีที่โครงสร้างดังกล่าวสนับสนุนการขนส่งออกซิเจน โดยจะพิจารณาเม็ดเลือดแดงและฮีโมโกลบินในฐานะหัวข้อทางเนื้อเยื่อวิทยาและชีววิทยาของเซลล์ และไม่ได้กล่าวถึงการวินิจฉัยหรือการจัดการภาวะโลหิตจางหรือฮีโมโกลบินผิดปกติ

Core questions

• อะไรที่ทำให้เม็ดเลือดแดงมีรูปร่างเป็นจานเว้าสองด้านและไม่มีนิวเคลียส และรูปร่างนั้นมีประโยชน์ต่อการทำงานอย่างไร?
• ฮีโมโกลบินมีโครงสร้างอย่างไร และโครงสร้างของมันช่วยให้การจับออกซิเจนแบบผันกลับได้เป็นไปได้อย่างไร?
• จะจดจำและประเมินเม็ดเลือดแดงบนฟิล์มเลือดได้อย่างไร?

Key concepts

• สัณฐานวิทยาแบบจานเว้าสองด้านและไม่มีนิวเคลียส
• ฮีโมโกลบินเตตระเมอร์ (สายโกลบินบวกฮีม)
• การจับออกซิเจนแบบผันกลับได้และการทำงานร่วมกัน
• เยื่อหุ้มเซลล์โครงร่าง (ที่ใช้สเปกตริน) ที่รองรับความยืดหยุ่น
• การย้อมติดสีอีโอซิโนฟิลิกบนฟิล์มเลือด

Mechanisms

เม็ดเลือดแดงของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่เจริญเต็มที่แล้วจะขับนิวเคลียสและออร์แกเนลล์ออกไประหว่างการเจริญเติบโต ทำให้เหลือเซลล์ที่ยืดหยุ่นและอุดมไปด้วยฮีโมโกลบิน ซึ่งมีรูปร่างเป็นจานเว้าสองด้านที่เพิ่มพื้นที่ผิวสูงสุดสำหรับการแลกเปลี่ยนก๊าซ และช่วยให้ผ่านเส้นเลือดฝอยที่แคบได้ ฮีโมโกลบินเป็นเตตระเมอร์ของสายโกลบิน แต่ละสายมีกลุ่มฮีมซึ่งมีอะตอมเหล็กที่จับกับออกซิเจนได้แบบผันกลับได้ โครงสร้างสามมิติแรกที่กำหนดโดย Perutz และคณะ แสดงให้เห็นว่าหน่วยย่อยต่างๆ จัดเรียงตัวอย่างไร และงานวิจัยต่อมาได้เชื่อมโยงการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างระหว่างหน่วยย่อยกับการจับและปล่อยออกซิเจนแบบร่วมมือกัน

Clinical relevance

ขนาด รูปร่าง และปริมาณฮีโมโกลบินของเม็ดเลือดแดงสามารถอ่านได้โดยตรงจากฟิล์มเลือดและการตรวจนับเม็ดเลือดครบถ้วน ทำให้ความรู้เชิงโครงสร้างนี้เป็นรากฐานสำหรับการจดจำเม็ดเลือดแดงปกติ ในฐานะหัวข้ออ้างอิง จะอธิบายสัณฐานวิทยาปกติซึ่งใช้เป็นเกณฑ์ในการตีความความผิดปกติ และไม่ใช่แนวทางในการวินิจฉัยหรือรักษาภาวะใดๆ

History

ฮีโมโกลบินกลายเป็นหนึ่งในโปรตีนแรกๆ ที่มีการไขโครงสร้างสามมิติได้ เมื่อ Perutz และคณะรายงานแบบจำลอง X-ray ที่มีความละเอียดต่ำในปี 1960 ซึ่งเป็นการเริ่มต้นการศึกษาโครงสร้างของโมเลกุล ประวัติศาสตร์ต่อมาซึ่งทบทวนโดย Schechter ได้ติดตามว่าการศึกษาฮีโมโกลบินและรูปแบบต่างๆ ของมันช่วยสร้างสาขาเวชศาสตร์โมเลกุลได้อย่างไร

Key figures

• Max Perutz
• Alan Schechter

Seminal works

• perutz-1960
• schechter-2008

Frequently asked questions

ทำไมเม็ดเลือดแดงที่เจริญเต็มที่แล้วจึงไม่มีนิวเคลียส?

ในระหว่างการเจริญเติบโต เซลล์เม็ดเลือดแดงที่กำลังพัฒนาจะขับนิวเคลียสและออร์แกเนลล์ออกไป ทำให้มีพื้นที่สำหรับฮีโมโกลบินมากขึ้น และทำให้เซลล์มีความยืดหยุ่นในการเปลี่ยนรูปร่างเพื่อผ่านเส้นเลือดฝอยที่แคบได้

ฮีโมโกลบินประกอบด้วยอะไรบ้าง?

ฮีโมโกลบินเป็นเตตระเมอร์ของสายโปรตีนโกลบิน แต่ละสายมีกลุ่มฮีมซึ่งมีอะตอมเหล็กตรงกลางที่จับกับออกซิเจนได้แบบผันกลับได้เพื่อการขนส่ง