الهيموگلوبين Hemoglobin هوبروتين محمول داخل خلايا الدم الحمراء. يلتقط الأوكسجين في الرئتين ويسلّمه إلى الأنسجة للحفاظ على حياة الجسم. الهيموگلوبين يتكون من بروتينين متماثلين ملتصقان ببعضهما البعض. يجب تواجد كِلا البروتينين ليستطيع الهيموگلوبين تحميل وإعطاء الأوكسجين لخلايا الجسم. أحد البروتينين يدعى ألفا، والآخر بيتا. قبل الولادة، لا يتم إنتاج بروتين بيتا. لكن يوجد بروتين أخر يحل مكانه يسمى غاما، وهولا يوجد إلا في طور الجنين، ويعمل كبديل للبيتا إلى وقت الولادة.

مثل جميع البروتينات، مخطّطات تصنيع الهيموگلوبين مخزنة داخل الـ دي إذا أي (المادة التي تكون الجينات). الإنسان لديه، في العادة، أربعة جينات للتحكم بتصنيع بروتين ألفا،( سلسلة ألفا). بينما يتحكم جينان آخران بتصنيع سلسلة البيتا. (يوجد إيضا جينين إضافيين للتحكم بإنتاج سلسلة غاما لدى الجنين). يتم إنتاج سلسلة ألفا وبيتا بنفس الكمية، على الرغم من العدد المختلف للجينات. ترتبط سلاسل البروتين تلك بخلايا الدم الحمراء النامية، وتبقى معا طيلة حياة خلية الدم الحمراء.

خلايا الدم الحمراء

خلايا الدم الحمراء تتكوّن من جزئين. الهيموگلوبين في داخل الخلية على شكل سائل. وغشاء يحيط به مشكلا شكل الخلية الخارجي ويحوي الهيموگلوبين في الداخل. يمكن تمثيل الخلية ببالون ماء مطاطي. المطاط سيكون غشاء الخلية، والماء هوالهيموغلوبين. فصائل الدم المعروفة وهي، أي، بي، أو، وأي بي، هي خصائص الغشاء. بينماقد يكون الهيموگلوبين داخل الخلايا الحمراء متماثل بين جميع أنواع الفصائل وعند جميع البشر. ويمكن تشبيه ذلك ببالونات الماء الملونة، فهنالك البالونات ذات المطاط الأحمر وهنالك البالونات ذات المطاط الأصفر وهكذا، وجميعها تحوي الماء.

إنتاج الهيموگلوبين

يتطلّب إنتاج الهيموگلوبين تنسيق إنتاج الهيمي والجلوبين. الهيمي Heme هي مجموعة تعويضية prosthetic group بقوم بالمساعدة بالربط القابل للعكس للأوكسجين مع الهيموغلوبين. بينما الغلوبين Globin هوالبروتين الذي يحيط ويحمي جزيئة الهيمي. أربعة سلاسل من الغلوبين (سلسلتا ألفا وسلسلتا بيتا) تتشكل بصورة تشبه الديدان الملتفة. جميع سلسلة من الجلوبين تحتوي مجموعة هيمي صغيرة. في مركز جميع مجموعة هيمي توجد نواة من ذرة حديد (Fe). في الشكل الأول في الأعلى يظهر الجلوبين المكون من جميع من سلسلتي البيتا باللون البرتنطقي وسلسلتي الألفا الحمراء، بينما تظهر جزيئات الهيمي باللون الأزرق.

تأثير بور

قدرة الهيموگلوبين على إطلاق الأوكسجين، تتأثّر بقيمة مؤشر الحموضة pH، ثاني أكسيد الكربون CO2، وبالإختلافات في بيئة الرئتين الغنية بالأوكسجين وبيئة الأنسجة قليلة الأوكسجين. قيمة مؤشر الحموضة pH في الأنسجة أقل إلى حد كبير (أكثر حامضية) من الرئتين. يتم توليد البروتونات خلال التفاعل بين ثاني أكسيد الكاربون والماء لتشكيل ثنائي الكربونات bicarbonate:

هذه الحموضة المتزايدة تخدم غرضين. أولا، تضعف البروتونات الرابط بين الهيموگلوبين والأوكسجينِ، مما يسمح بإطلاق الأكسجين بصورة سهلة إلى الأنسجة. عند إطلاق ذرات الأكسجين الأربعة المرتبطة بالهيموغلوبين، يرتبط الهيموگلوبين مع بروتونين. هذا يؤدي لدفع توازن التفاعل نحوالجانب الأيمن من المعادلة. هذا هوما يعهد بتأثير بور The Bohr Effect ، وهوحيوي في إزالة ثاني أكسيد الكربون لأن ثاني أكسيد الكربون لا الذوبان في مجرى الدم. إنّ آيونات ثنائي الكربونات لها قابلية للذوبان أعلى بكثير، وعليه، يمكن إعادتها إلى الرئتين بعد إرتباطها بالهيموغلوبين. إذا لم يستطع الهيموگلوبين إمتصاص البروتونات الزائدة، سينتقل توازن التفاعل إلى يسار المعادلة، ولن يصبح في الإمكان التخلص من ثاني أكسيد الكربون.

في الرئتين، يعمل هذا التأثير بإتجاه عكسي. عند وجود هجريز أوكسجين عالي في الرئتين، فإن إرتباط البروتون يضعف. ويتم إطلاق البروتونات، مما يؤدي إلى نقل توازن التفاعل إلى اليسار، مما يشكل ثاني أكسيد الكربون عديم الذوبان والّذي يطرد من خلال الرئتين. الهيموگلوبين قليل البروتونات له ميل أكبر للإتحاد مع الأوكسجين، وهكذا تستمر دورة نقل الأكسجين والتخلص من ثاني أكسيد الكربون.

Binding of ligands

CO₂ + H₂O → H₂CO₃ → HCO₃^- + H⁺

In similar fashion, hemoglobin also has competitive binding affinity for cyanide (CN^-), sulfur monoxide (SO), nitrogen dioxide (NO₂), and sulfide (S^2-), including hydrogen sulfide (H₂S). All of these bind to iron in heme without changing its oxidation state, but they nevertheless inhibit oxygen-binding, causing grave toxicity.

أنماط الهيموگلوبين عند البشر

عند المضغة embryo :

• Gower 1 (ξ₂ε₂)
• Gower 2 (α₂ε₂) (PDB 1A9W)
• Hemoglobin Portland (ξ₂γ₂)

عند الجنين foetus :

• Hemoglobin F (α₂γ₂) (PDB 1FDH)

عند البالغين :

• Hemoglobin A (α₂β₂) (PDB 1BZ0) - The most common type.
• Hemoglobin A₂ (α₂δ₂) - δ chain synthesis begins late in the third trimester and in adults, it has a normal level of 2.5%
• Hemoglobin F (α₂γ₂) - In adults Hemoglobin F is restricted to a limited population of red cells called F-cells.

Variant forms which cause disease:

• Hemoglobin S (α₂β^S₂) - A variant form of hemoglobin found in people with sickle cell disease. There is a variation in the β-chain gene, causing a change in the properties of hemoblobin which results in sickling of red blood cells.
• Hemoglobin C (α₂β^C₂) - Another variant due to a variation in the β-chain gene. This variant causes a mild chronic hemolytic anemia.

تدرُّك الهيموگلوبين عند الحيوانات الفقارية

الاستخدام التشخيصي

Hemoglobin levels are amongst the most commonly performed blood tests, usually as part of a full blood count or complete blood count. Results are reported in g/L, g/dL or mol/L. For conversion, 1 g/dL is 0.621 mmol/L. If the total hemoglobin concentration in the blood falls below a set point, this is called anemia. Normal values for hemoglobin levels are:

• Women: 12.1 to 15.1 g/dl
• Men: 13.8 to 17.2 g/dl
• Children: 11 to 16 g/dl
• Pregnant women: 11 to 12 g/dl [1]

المشاكل الوراثية

كون هجريب الهيموگلوبين هونفسه لدى جميع البشر، هوأمر ناتج عن كون الجينات التي تشفّر الهيموگلوبين متماثلة ايضا لدى جميع البشر. من حين لآخر، يتغير أحد الجينات لسبب أولأخر من الأسباب التي يمكن حتى تحدث في الطبيعة. هذه التعديلات في الجينات نادرة جداً. وبما ان الجينات يتم توريثها، فهذا يعني حتى الجين الذي ينتج هيموغلوبينا شاذا لدى فرد معين، سينتقل إلى أطفاله. والأطفال سينتجون الهيموگلوبين المعدل والمماثل لذلك عند الوالد. أكثر التغيرات التي تصيب جينات إنتاج الهيموگلوبين لا تسبب أي مشكلة. لكن طبعا أي تغير في البروتين سيغر سماته وسلوكه. أنواع الاضطرابات التي يمكن حتى تنتج تتضمّن سقم الخلية المنجلية والتلاسيميا.

على الرغم من حتى التغييراتِ التي تنتج الهيموگلوبين الشاذ نادرة، إلا أنه يوجد المئات من الهيموگلوبين الشاذ (المغاير، قد تكون تسمية أفضل). هذا التغاير نتج خلال ملايين السنوات من التطور البشري. معظم الهيموگلوبين المغاير يعمل ويقوم بمهامه بصورة جيدة، ولا يمكن فهم الإصابة به إلا من خلال فحص الـ دي إذا أي حيث أنه لا أعراض جانبية له. بعض أنواع الهيموگلوبين الشاذ، لا يؤدي وظيفته بصورة إعتيادية ويمكن حتى ينتج اضطرابات سريرية، مثل سقم الخلية المنجلية.

كيف يؤثر الخلل الوراثي

الجينات يمكن حتى تصاب بضرر يؤدي إلى عدم قدرتها على إنتاج كميات طبيعية من الهيموغلوبين. في العادة، أحد مجموعات جينات الهيموگلوبين تتأثّرة، إما مجموعة جين ألفا أومجموعة جين بيتا. على سبيل المثال، أحد جيني بيتا قد يخفق في إنتاج كمية طبيعية من بروتين سلسلة بيتا. وستكون جينات ألفا الأربعة تعمل على إنتاج كمية طبيعية من بروتين سلسلة ألفا. سيظهر عدم توازن في كمية بروتين سلسلة ألفا وبروتين سلسلة البيتا داخل الخلية. حيث سيكون هناك كمية من سلسلة ألفا أكثر من اللازم. عدم التوازن هذا يدعى التلاسيميا. في هذا المثال السابق، هوستكون الحالة هي تلاسيميا بيتا، وذلك لكون جين سلسلة البيتا هوالذي أخفق.

الهيموگلوبين في التاريخ والفن

انظر أيضا

• كلوروفيل Chlorophyll
• Globin fold
• هيموسيانين Hemocyanin
• هيموپروتين
• سقم الخلية المنجلية Sickle-cell disease

تنويعات الهيموگلوبين:

• Hemoglobin A2
• Hemoglobin C
• Hemoglobin F

الوحدات البروتينية للهيموگلوبين (جينات):

• ألفا گلوبين 1
• بيتا گلوبين
• دلتا گلوبين

المراجع

المصادر

وصلات خارجية

• Interactive models of hemoglobin (Requires MDL Chime)
• Interactive hemoglobin saturation curves
• National Anemia Action Council - anemia.org
• Pulse Oximetry Glossary