El componente más importante de los glóbulos rojos es la hemoglobina, que es una combinación de globina y hemo. La biosíntesis de la globina es la misma que la de las proteínas generales. El hemo es un compuesto de porfirina de hierro, un grupo protésico de hemoglobina y también un grupo protésico de mioglobina, citocromo, peroxidasa, catalasa, etc. El hemo, que participa en la síntesis de hemoglobina, se sintetiza principalmente en glóbulos rojos inmaduros y reticulocitos en la médula ósea. Introducción básica Nombre chino: hemo Nombre extranjero: Heme (igual que haem) CAS: 14875-96-8 Peso molecular: 616.4873 Composición estructural, datos de propiedades físicas, extracción y medición, síntesis y descomposición, biosíntesis, descomposición metabólica, función, combinación con oxígeno, otras funciones, composición estructural Cada hemoglobina en el cuerpo humano está compuesta por 4 hemo (también llamados protoporfirinas ferrosas) y 1 globina en el medio. Cada hemo está compuesto por cuatro subunidades de pirrol para formar un anillo. un ion ferroso. Cada globina tiene cuatro cadenas polipeptídicas y cada cadena polipeptídica está conectada a un hemo para formar un monómero o subunidad de hemoglobina. Las cuatro subunidades de la hemoglobina pueden ensamblarse automáticamente en la forma α2β2 en una solución electrolítica similar al entorno del cuerpo humano. Las cuatro cadenas peptídicas que forman la globina son diferentes. Los adultos pueden estar compuestos por 2 cadenas alfa y 2 cadenas beta, llamadas HbA. El feto está compuesto por 2 cadenas α y 2 cadenas γ, llamadas HbF. Es reemplazada por HbA poco después del nacimiento. Es decir, la hemoglobina está compuesta por una globina y cuatro hemo. Una cadena peptídica de globina se combina con un hemo para formar una subunidad de hemoglobina. Las cuatro subunidades están unidas entre sí mediante enlaces salinos entre y dentro de las subunidades. El hierro ferroso en el medio de cada grupo hemo puede combinarse con oxígeno para formar oxihemoglobina. La combinación o disociación con oxígeno afectará la formación o ruptura de enlaces salinos, cambiando la estructura cuaternaria de la Hb, y también cambiará su afinidad con el oxígeno, que es la base de la forma de S de la curva de disociación del oxígeno y el efecto Bohr. Fórmula química Datos de propiedades físicas 1. Características: Es un pigmento rojo presente en la sangre y los músculos de los animales superiores. Cristaliza en ácido acético o cloroformo-piridina-ácido acético glacial para formar cristales largos y delgados, que aparecen de color marrón con luz transmitida y azul acero con luz reflejada. 2. Solubilidad: Fácilmente soluble en agua con amoníaco diluido. Principio de extracción: cuando el pH de la hemoglobina es inferior a 3,0, la combinación entre hemo y globina se pierde. En este momento, se agrega el disolvente orgánico acetona para desnaturalizarlo. coagule la globina, mientras el hemo se disuelve en acetona, agregue una cantidad adecuada de ácido tánico o acetato de sodio a la acetona para obtener cristales de hemo más puros y luego lávelos con etanol y éter para obtener cristales de hemo refinados. El hemo tiene una absorción máxima a una longitud de onda de 385 y se puede medir directamente colorimétricamente. Equipo reactivo 1. Reactivos: 0,5 a 1 citrato trisódico; solución salina fisiológica; 95 etanol; bisulfito sódico; 0,1 mol/l de ácido clorhídrico; 2. Equipo centrífugo; dispositivo de concentración al vacío; espectrofotómetro; sangre de cerdo fresca. Pasos de operación 1. Preparación y purificación de hemo (1) Anticoagulación de sangre de cerdo fresca. Agregue 0,5 a 1 de solución de citrato trisódico (V/V = 10:1) a la sangre de cerdo fresca, revuelva uniformemente y obtenga sangre de cerdo anticoagulante fresca. (2) Separar los glóbulos rojos. Tomar 10 ml de sangre de cerdo anticoagulada en un tubo de centrífuga, centrifugar a 3 000 r/min durante 15 minutos, verter el sobrenadante (plasma), recoger los glóbulos rojos y lavar dos veces con NaCl 0,9. . El método de lavado es: suspender los glóbulos rojos con una cantidad adecuada de solución salina fisiológica, agitar uniformemente, centrifugar, recoger el precipitado de glóbulos rojos y medir el volumen de glóbulos rojos (ml). (3) Para la hemólisis, agregue agua desionizada equivalente a 1 vez el volumen de glóbulos rojos y 0,25 veces 95 etanol, y agite durante 30 minutos. Los glóbulos rojos absorberán agua, se hincharán y explotarán, y se liberará hemoglobina. (4) Separe la hemoglobina después de la hemólisis, agregue cloroformo 0,15 veces el volumen de glóbulos rojos humanos, agite durante 15 minutos y centrifugue para obtener un precipitado que contenga hemoglobina.
(5) Separe el hemo. Agregue una solución de bisulfito de sodio 0,15 igual al volumen de glóbulos rojos al precipitado anterior para disolverlo. Luego agregue acetona 4 veces el volumen de glóbulos rojos, agite uniformemente y ajuste el pH a 3 con 0,1. solución de ácido clorhídrico mol/L, para separar completamente la globina y el hemo (el tiempo de extracción es más de 10 minutos), luego centrifugar a 4000 r/min durante 10 minutos, desechar el precipitado y el sobrenadante es la solución de acetona hemo. (6) Purificación de hemo: La solución de acetona de hemo se concentra al vacío y se recupera la acetona. El concentrado se disuelve en NaOH 0,1 mol/l, se centrifuga a 3.000 r/min durante 10 min y se recoge el sobrenadante. Utilice ácido clorhídrico de 0,1 mol/L para ajustar el pH a 4 a 5, precipitar el hemo, recoger el precipitado, lavar el precipitado con agua hasta que sea neutro y secar al vacío a 50 °C hasta peso constante para obtener hemo. Determine el peso (mg) del producto hemo. 2． Determinación del hemo: disuelva el estándar de hemo y el producto de hemo extraído con 0,1 mol/l de NaOH respectivamente, ajuste a la concentración adecuada, mida la absorbancia a 385 nm y calcule la tasa de extracción y la pureza del hemo en la muestra. Síntesis Descomposición Biosíntesis El componente principal de los glóbulos rojos es la hemoglobina, que representa aproximadamente el 32% de su peso húmedo y el 97% de su peso seco. La hemoglobina está compuesta de globina y hemo combinados. El hemo no es solo el grupo protésico de la Hb, sino también el grupo protésico de la mioglobina, el citocromo, la peroxidasa, etc. El hemo se puede sintetizar en una variedad de células del cuerpo. El hemo involucrado en la composición de la hemoglobina se encuentra principalmente en el rojo. Glóbulos rojos y glóbulos rojos de la médula ósea. Sintetizados en reticulocitos. La biosíntesis de globina es la misma que la de las proteínas generales, por lo que a continuación se presenta la síntesis de hemo. Las materias primas básicas para la síntesis de hemo en el cuerpo son la glicina, la succinil coenzima A y el Fe2. El proceso de síntesis del hemo (1) Generación de ácido δ-amino-γ-levulínico (ALA): en las mitocondrias, la glicina y la succinil-CoA se condensan para generar ALA bajo la catálisis de la ALA sintasa. Esta reacción requiere piridoxal fosfato como coenzima, y la ALA sintasa es la enzima limitante de la velocidad en la síntesis del hemo. Figura 1: Biosíntesis de hemo (2) Generación de porfirinógeno: después de generar ALA, se difunde en el citoplasma. Dos moléculas de ALA se deshidratan y condensan bajo la acción de la ALA deshidratasa para generar una molécula de porfirinógeno (PBG). (3) Generación de uroporfirinógeno III y porfirinógeno fecal III: en el citoplasma, cuatro moléculas de porfirinógeno se desaminan y se condensan en orina bajo la catálisis sinérgica de la porfirinógeno desaminasa y la uroporfirinógeno III homosintasa. Luego, la porfirinógeno III se transforma en coproporfirinógeno III por la acción de. uroporfirinógeno descarboxilasa. (4) Producción de hemo: el coproporfirinógeno III vuelve a entrar en las mitocondrias mediante difusión. Bajo la catálisis de la coproporfirinógeno descarboxilasa oxidativa, se genera protoporfirinógeno IX y luego, mediante la acción de la oxidasa, se genera protoporfirina IX. Este último y FeB son catalizados por la hemo sintasa para generar hemo. El hemo se transfiere desde las mitocondrias al citoplasma y se combina con la globina para formar hemoglobina. (Figura 1) Desglose metabólico El metabolismo de las proteínas que contienen hemo en los mamíferos requiere: ① Procesamiento de los productos hidrofóbicos producidos por el corte del anillo de porfirina ② Retención y movilización del hierro contenido para que pueda ser reutilizado; El ciclo de supervivencia de los glóbulos rojos es de aproximadamente 120 días. Las células senescentes se reconocen a través de cambios en la membrana y son fagocitadas por el sistema reticuloendotelial fuera de los vasos sanguíneos. Una vez desnaturalizada la cadena de globina, se libera hemo en el citoplasma; la globina se degrada en sus aminoácidos constituyentes y se reutiliza para satisfacer las necesidades metabólicas generales. La Figura 2 describe el proceso del metabolismo del hemo. El hemo es degradado principalmente por enzimas en el retículo endoplásmico de las células reticuloendoteliales. Este proceso requiere la participación de moléculas de oxígeno y NADPH. La hemooxigenasa tiene dos isómeros, el tipo I es el tipo inducible por sustrato y el tipo II es el tipo constitutivo. La enzima cataliza la escisión de un puente de metileno que conecta dos grupos pirrol que contienen un sustituyente vinilo. Figura 2: Formación de hemo en bilirrubina Un carbono de metileno se convierte en monóxido de carbono, que es la única fuente endógena de monóxido de carbono (monóxido de carbono) en el cuerpo humano. Una parte del monóxido de carbono se libera a través del tracto respiratorio, por lo que la medición del monóxido de carbono exhalado se puede utilizar como medida de la degradación individual del hemo. El oxígeno del monóxido de carbono y el oxígeno del naciente anillo de lactama derivatizado se derivan enteramente de moléculas de oxígeno.
Por estequiometría, la reacción requiere 3 moles de oxígeno por cada corte de anillo. La hemooxigenasa solo puede utilizar hemo como sustrato y el hierro puede participar en la reacción de cizallamiento. Por tanto, la protoporfirina IX libre no es su sustrato. El tetrapirrol biliverdina IX lineal está formado por la hemooxigenasa. La biliverdina IX se reduce a bilirrubina IX mediante la biliverdina reductasa. Función: Combinación con oxígeno El proceso de combinar hemo con oxígeno es un proceso muy mágico. Primero, una molécula de oxígeno se une a una de las cuatro subunidades del hemo. Después de combinarse con el oxígeno, la estructura de la globina cambia, provocando un cambio en toda la estructura del hemo. Este cambio hace que la segunda molécula de oxígeno sea diferente de la primera. Es más fácil para las moléculas de oxígeno encontrar otra subunidad del hemo a la que unirse, y su unión promoverá aún más la unión de una tercera molécula de oxígeno, y así sucesivamente hasta que las cuatro subunidades que componen el hemo se unan a cuatro moléculas de oxígeno respectivamente. Lo mismo ocurre con el proceso de liberación de oxígeno en los tejidos. La salida de una molécula de oxígeno provocará la salida de otra hasta que todas las moléculas de oxígeno se liberen por completo. Este interesante fenómeno se denomina efecto sinérgico. Debido al efecto sinérgico de la estructura molecular del hemo, la curva de unión del hemo y el oxígeno tiene forma de S. Dentro de un rango específico, a medida que cambia el contenido de oxígeno en el medio ambiente, la tasa de unión de las moléculas de hemo y oxígeno sufre un proceso de cambio drástico. y los tejidos del cuerpo La concentración de oxígeno en el tejido pulmonar y la concentración de oxígeno en el tejido pulmonar están justo en ambos lados de esta mutación, por lo que en el tejido pulmonar, el hemo puede combinarse completamente con el oxígeno, y en otras partes del cuerpo, las moléculas de oxígeno que transporta pueden liberarse por completo. Sin embargo, cuando el contenido de oxígeno en el ambiente es muy alto o muy bajo, la curva de unión de oxígeno del hemo es muy plana y grandes fluctuaciones en la concentración de oxígeno difícilmente causarán cambios significativos en la tasa de unión del hemo y el oxígeno. Una persona sana respira oxígeno puro, la capacidad de la sangre para transportar oxígeno no mejorará significativamente. Desde esta perspectiva, para las personas sanas, las implicaciones psicológicas de la inhalación de oxígeno son mucho mayores que sus efectos fisiológicos. Cuando los glóbulos rojos en la sangre se destruyen demasiado, aumenta la carga sobre el hígado, los trastornos del transporte, la unión y la excreción en las células del hígado, o la obstrucción de los conductos biliares extrahepáticos pueden causar un aumento en la concentración de bilirrubina en la sangre e ictericia. Además de transportar oxígeno, el hemo también puede combinarse con dióxido de carbono, monóxido de carbono y iones de cianuro. El método de unión es exactamente el mismo que el del oxígeno. La única diferencia es la fuerza de la unión. combinado con hemo, es difícil salir, este es el principio del envenenamiento por gas y el envenenamiento por cianuro. En este caso, se pueden usar otras sustancias con una mayor capacidad de unión a estas sustancias para desintoxicar. con inyección intravenosa de azul de metileno. Utilizado como medicamentos y productos para el cuidado de la salud, tiene importantes funciones biológicas como transportar oxígeno, almacenar oxígeno, promover la oxidación redox y realizar la transferencia de electrones. Puede utilizarse como materia prima para la hematoporfirina (HP) semisintética y sus derivados (HPD) y la protoporfirina sódica. También se puede utilizar como aditivo alimentario cárnico, principalmente como colorante.