Hämoglobin
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Einordnung: Protein | Chemische Verbindung
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Als Hämoglobin (Hb) bezeichnet man den eisenhaltigen roten Blutfarbstoff in den roten Blutkörperchen (Erythrozyten) der Wirbeltiere (und einiger Molluscen sowie weniger Crustaceen und Insekten) und seine Varianten. Es ermöglicht den Sauerstoff-Transport im Körper. Hämoglobin besteht aus dem eisenbindenden Häm als prosthetischer Gruppe und Globin. Es gilt als Prototyp eines hochregulierten Proteins (siehe Allosterie und Kooperativität), was u.a. darauf beruht, dass es sich um ein Tetramer aus zwei alpha- und zwei beta-Untereinheiten (beim Erwachsenen) handelt. Abbauprodukt des Hämoglobins ist das Bilirubin.
| Inhaltsverzeichnis |
Struktur des Häms
Das Hämoglobin stellt das mit Sicherheit bestuntersuchteste Protein dar. Im Zentrum des Häm (Protoporphyrin IX) ist ein Eisen(-II)-Atom positioniert. In dieser Situation ist es in der Lage 5-6 Ligandenbindungen aufzubauen, abhängig von der Tatsache ob Sauerstoff gebunden ist oder nicht. 4 Bindungen entstehen dabei mit den Stickstoffen des Pyrrolrings, der Porphyringruppe. Somit ist der Ring annähernd planar. Oberhalb ist dann ein proximales Histidin (Imadizol) gebunden. Dieses steht orthogonal zu den anderen 4 Bindungen. Die 6. Bindung erfährt das Sauerstoffmolekül, das auf der Unterseite zwischen dem Häm und einem distalen Histidin positioniert ist.
Eigenschaften und Leistungen des Hämoglobin-Moleküls
- globuläres Protein extremer Löslichkeit (Löslichkeitsgrenze 34%, das ist eine 5 mM Lösung)
- Affinität zu Sauerstoff regulierbar (allosterisches Protein) mit den beiden alternativen Konformationen
- - R (´relaxed´, Sauerstoff-bindend)
- - T (´tense´, Kohlendioxid-bindend)
- kooperative Bindung von vier Sauerstoffmolekülen mit steigender Affinität (positive Kooperativität)
- Schutz des zweiwertigen Häm-Eisens vor Valenzwechsel
Diese Eigenschaften werden im zellulären Umfeld des Hämoglobins wie folgt realisiert:
Eigenschaften und Leistungen roter Blutkörperchen (Erythrozyten)
- jeder Erythrozyt enthält 280 Mio Hämoglobinmoleküle, das sind 70% von dessen Proteinkonzentration
- der Mensch enthält durchschnittlich 2.5 x 1013 Erythrozyten, entsprechend 900 g Hämoglobin, bzw. 3.5 g Eisen
- während der 120 tägigen Lebensdauer legt jeder Erythrozyt etwa 400 km Wegstrecke zurück und ermöglicht einen 175000 fachen Wechsel des Beladungszustandes mit O2 bzw. CO2
- Die wichtigsten Stoffwechselwege sind die Glykolyse (Bildung von ATP; Aufrechterhaltung des Membranpotentials) und der Pentosephosphatweg (Schaffung des Reduktionsäquivalents NADPH, dann Glutathion, durch Oxidation von Glukose-6-phosphat) zum Erhalt der Häm-Funktionen
Normalbereich
Als Normalbereich wird der Bereich bezeichnet in dem die Werte von 96% aller gesunden Menschen liegen.
| Hämoglobin bei Menschen | ||
|---|---|---|
| g/dl (alte Einheit) | mmol/l (SI-Einheit) | |
| Männer | 14–18 | 8,7–11,2 |
| Frauen | 12–16 | 7,5–9,9 |
- ein erhöhter Hämoglobin-Wert bedeutet meistens auch eine erhöhte Erythrozyten-Anzahl und kann z.B. bei Aufenthalt in großen Höhen (Sauerstoffmangel) oder durch Flüssigkeitsverlust auftreten
- ein verringerter Hämoglobin-Wert wird als Anämie bezeichnet
Ein erhöhter/verringerter Hämoglobin-Wert ist immer abhängig vom Normalwert. Liegt der Normalwert bei 11,2 mmol/l dann kann ein Wert von 8,7 mmol/l schon zu Symptomen von Anämie führen. Liegt der Normalwert bei 9 mmol/l dann treten bei 8,7 mmol/l noch keine Symptome auf.
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