Oksijen Taşınımı ve Solunum Pigmentleri
Kanın, akciğerlerde veya solungaçlarda oksijen yükleyen ve dokuların en yoğun çalıştığı yerlerde oksijeni serbest bırakan kooperatif pigmentler kullanarak, suyun tek başına çözebileceğinden çok daha fazla oksijeni nasıl taşıdığı açıklanmaktadır.
Tanım
Solunum pigmentleri, kanın veya hemolenfin oksijen taşıma kapasitesini büyük ölçüde artırmak için oksijeni geri dönüşümlü olarak bağlayan metal içeren proteinlerdir ve oksijen taşınımı, solunum yüzeyi ile dokular arasında oksijenin yüklenmesi, taşınması ve boşaltılmasıdır — bu süreç karbondioksit taşınımını da içermektedir.
Kapsam
Bu konu, kanda oksijen ve karbondioksit taşınımını kapsamaktadır: hemoglobin, hemosiyanin ve diğerleri gibi solunum pigmentlerinin yapısı ve kooperatif bağlanması; sigmoid oksijen ayrışma eğrisi ve bu eğrinin karbondioksit, pH, sıcaklık ve organik modülatörler tarafından nasıl kaydırıldığı; ve karbondioksitin bikarbonat olarak taşınımı incelenmektedir. Pigmentlerin hayvanlar arasındaki çeşitliliği ve farklı oksijen ortamlarına adaptasyonları ele alınmaktadır. Kapsam karşılaştırmalı ve mekanistik bir yaklaşımla sunulmaktadır.
Temel sorular
- Hayvanlar neden çözünmüş oksijene güvenmek yerine oksijen bağlayıcı pigmentlere ihtiyaç duymaktadır?
- Kooperatif bağlanma, oksijen yüklenmesini ve boşaltılmasını nasıl şekillendirmektedir?
- Karbondioksit, pH ve sıcaklık oksijen ayrışma eğrisini nasıl kaydırmaktadır ve bu neden faydalıdır?
- Karbondioksit kanda nasıl taşınmakta ve solunum yüzeyinde nasıl değiş tokuş edilmektedir?
Temel kuramlar
- Kooperatif bağlanma ve sigmoid ayrışma eğrisi
- Hemoglobinin etkileşimli dört alt birimi oksijeni kooperatif olarak bağlayarak, oksijenin bol olduğu yerlerde neredeyse doygunluğa ulaşmayı ve az olduğu yerlerde hızlı boşaltımı sağlayan sigmoid bir ayrışma eğrisi oluşturmaktadır.
- Bohr etkisi
- Artan karbondioksit ve asitlik, hemoglobinin oksijen afinitesini düşürerek ayrışma eğrisini kaydırmakta ve böylece oksijenin metabolik olarak aktif, CO2 açısından zengin dokularda daha kolay salınmasını sağlamaktadır — bu etki ilk olarak Bohr, Hasselbalch ve Krogh tarafından tanımlanmıştır.
Mekanizmalar
Oksijenin çözünürlüğü düşük olduğundan, hayvanlar oksijen kapasitesini kat kat artırmak için solunum pigmentlerini kan hücrelerine yerleştirmekte veya hemolenfte çözmektedir. Omurgalı hemoglobini, dört hem demirine pozitif kooperatiflikle oksijen bağlayarak sigmoid bir eğri oluşturmaktadır. Eğrinin konumu fizyolojik faktörler tarafından ayarlanmaktadır: artan karbondioksit ve düşen pH afiniteyi azaltmaktadır (Bohr etkisi), ısınma afiniteyi düşürmekte ve 2,3-bisphosphoglycerate gibi organik fosfatlar deoksijenlenmiş formu stabilize etmektedir. Bu kaymalar, aktif dokularda boşaltımı ve solunum yüzeyinde yüklenmeyi teşvik etmektedir. Karbondioksit çoğunlukla kırmızı hücrelerde karbonik anhidraz tarafından oluşturulan bikarbonat olarak taşınmakta, bir kısmı hemoglobine bağlı ve az bir kısmı çözünmüş halde bulunmaktadır; karşılıklı Haldane etkisi, CO2 taşınımını oksijenasyon ile ilişkilendirmektedir. Bakır bazlı haemocyanin ve demir bazlı haemerythrin gibi omurgasız pigmentleri karşılaştırılabilir ancak farklı adaptasyonlar sergilemektedir.
Klinik önem
Oksijen bağlanmasının karşılaştırmalı fizyolojisi, yüksek irtifa, dalış ve hipoksik sulara adaptasyonları açıklamakta ve kan oksijen ölçümlerinin yorumlanmasının temelini oluşturmaktadır; ayrıca yapay oksijen taşıyıcılarının geliştirilmesine de bilgi sağlamaktadır. Bu madde eğitsel nitelikte olup tıbbi bir rehberlik sunmamaktadır.
Tarihçe
Bohr, Hasselbalch ve Krogh'un 1904'te Bohr etkisini keşfetmesi, oksijen bağlanmasının karbondioksit tarafından düzenlendiğini göstermiş ve Perutz'un daha sonraki yapısal çalışmaları, kooperatifliğin ve allosterik modülasyonun hemoglobinin mimarisinden nasıl kaynaklandığını ortaya koymuştur. Karşılaştırmalı fizyoloji o zamandan beri çok çeşitli solunum pigmentlerini ve çevresel adaptasyonlarını kataloglamıştır.
Öne çıkan isimler
- Christian Bohr
- August Krogh
- Karl Hasselbalch
- Max Perutz
İlgili konular
Temel eserler
- bohr1904
- hill2016
- schmidtnielsen1997
Sıkça sorulan sorular
- Bohr etkisi nedir?
- Karbondioksit yükseldiğinde ve pH düştüğünde hemoglobinin oksijen afinitesinin azalmasıdır; bu durum, kanın oksijene en çok ihtiyaç duyulan aktif dokularda oksijeni serbest bırakmasına yardımcı olmaktadır.
- Tüm oksijen taşıyıcı pigmentler hemoglobin gibi kırmızı mıdır?
- Hayır. Birçok omurgasız, oksijenlendiğinde mavimsi olan bakır bazlı bir pigment olan hemosiyanini kullanmaktadır ve bazıları da oksijen kapasitesini artırma gibi aynı rolü üstlenen başka pigmentler kullanmaktadır.