شیمی123

مولكول هِم مسئول رنگ قرمز هموگلوبين و ميوگلوبين است و همانطوريكه گفته شد يك اتم آهن دو ظرفيتي در مركز آن قرار گرفته است. اگر اتم آهن دو ظرفيتي(Fe²+) به آهن سه ظرفيتي(Fe³+) اكسيد شود، عملكرد مولكول از بين خواهد رفت. در مولكول هِم هر اتم آهن فرو قادر است ۶ پيوند كئوردينانس(داتيو) برقرار سازد. چهار عدد از اين پيوندها با اتمهاي ازت(N) موجود در حلقة پورفيرين برقرار مي شود، كه همگي در يك سطح قرار دارند. پيوندهاي پنجم وششم نيز در بالا و پايين اين سطح قرار دارند. پيوند پنجم بين آهن و نيتروژن يكي از اسيدهاي آمينة گلوبين و پيوند ششم بين آهن و مولكول اكسيژن برقرار مي شود. بديهي است در صورتيكه Hb ، اكسيژن خود را از دست بدهد، پيوند ششم وجود نخواهد داشت.


گلوبين مركب از ۴ زنجيره پلي پپتيدي است كه به هر زنجيره يك پورفيرين آهن‌دار (هِم) متصل شده است. بر اساس نوع زنجيره‌هاي پلي پپتيدي سه نوع هموگلوبين (Hb) در انسان قابل تشخيص مي‌باشد كه شامل HbA12 كه ۲% هموگلوبين افراد بالغ را تشكيل مي‌دهد و گلوبين آن مركب از دو زنجيره آلفا و دو زنجيره دلتا مي‌باشد.


HbF كه حدود ۱% هموگلوبين بالغين را تشكيل مي‌دهد و در ساختمان گلوبين آن دو زنجيره آلفا و دو زنجيره گاما شركت دارند، است. HbF در دوره جنين ، هموگلوبين غالب مي‌باشد و پس از تولد بوسيله HbA1 جايگزين مي‌گردد.


يكي از راههاي تخمين ميزان گويچه‌هاي قرمز خون ، اندازه گيري مقدار هموگلوبين با استفاده از دستگاه اسپكترو فتومتر مي‌باشد. در اين روش كه مقدار هموگلوبين برحسب گرم در دسي ليتر بيان مي‌گردد. در مردان ۱۸ – ۱۴ گرم بر دسي ليتر و در زنان ۱۶ – ۱۲ گرم بر دسي ليتر مي‌باشد.


● نقش مولكول هموگلوبين

هموگلوبين به علت داشتن آهن كه در حالت احيا شده مي‌باشد، مي‌تواند با اكسيژن و دي‌اكسيد كربن تركيب شده و به ترتيب اكسي هموگلوبين (oxyhemoglobin) و كربو آمينو هموگلوبين (carbaminohemoglobin) تشكيل دهد.

با توجه به بالابودن فشار اكسيژن در ريه‌ها ، اكسي هموگلوبين در ريه‌ها تشكيل شده و پس از رسيدن به بافتها ، اكسيژن جدا شده و دي‌اكسيد كربن CO2 به آن متصل مي‌گردد.

به اين ترتيب امكان حمل اكسيژن از ريه‌ها به بافتها و دي‌اكسيدكربن از بافتها به ريه‌ها امكان‌پذير مي‌گردد.
از طرف ديگر سطح بسيار زياد گويچه‌هاي قرمز نسبت به حجم آنها (به علت داشتن شكل مقعرالطرفين) سبب تسريع و تسهيل اشباع هموگلوبين با اكسيژن در ريه‌ها مي‌شود.
علاوه بر انتقال اكسيژن توسط هموگلوبين ، اين مولكول عمل ديگري نيز انجام مي‌دهد و آن عبارت از تثبيت فشار اكسيژن در بافتها است.


● تشكيل مولكول هموگلوبين
سنتز مولكول هموگلوبين در گلبولهاي قرمز اوليه شروع مي‌شود و تا زماني كه گلبول قرمز ، مغز استخوان را ترك مي‌كند و وارد خون مي‌شود،
براي حدود يك روز به تشكيل مقادير ناچيزي هموگلوبين ادامه مي‌دهند. هر مولكول هم پس از تشكيل شدن با يك زنجيره پلي پپتيدي بسيار دراز موسوم به گلوبين كه در ريبوزومها ساخته مي‌شود، تركيب شده و يكي از اجزا هموگلوبين موسوم به يك زنجيره هموگلوبين را تشكيل مي‌دهد.
هر يك از اين زنجيره‌ها داراي وزن مولكولي ۱۶۰۰۰ بوده و چهار عدد از آنها به نوبه خود بطور سست به يكديگر متصل شده و مولكول كامل را مي‌سازند. چون هر زنجيره يك گروه هم دارد، چهار اتم آهن در هر مولكول هموگلوبين وجود دارد كه هر يك از آنها مي‌تواند يك مولكول اكسيژن را حمل كند. هموگلوبين داراي وزن مولكولي ۶۴۴۵۸ دالتون است.
● محل ساخته شدن هموگلوبين در بدن :
سنتز مولكول هموگلوبين در گلبولهاي قرمز اوليه شروع مي‌شود و تا زماني كه گلبول قرمز ، مغز استخوان را ترك مي‌كند و وارد خون مي‌شود، براي حدود يك روز به تشكيل مقادير ناچيزي هموگلوبين ادامه مي‌دهند. هر مولكول هم پس از تشكيل شدن با يك زنجيره پلي پپتيدي بسيار دراز موسوم به گلوبين كه در ريبوزومها ساخته مي‌شود، تركيب شده و يكي از اجزا هموگلوبين موسوم به يك زنجيره هموگلوبين را تشكيل مي‌دهد.
هر يك از اين زنجيره‌ها داراي وزن مولكولي ۱۶۰۰۰ بوده و چهار عدد از آنها به نوبه خود بطور سست به يكديگر متصل شده و مولكول كامل را مي‌سازند. چون هر زنجيره يك گروه هم دارد، چهار اتم آهن در هر مولكول هموگلوبين وجود دارد كه هر يك از آنها مي‌تواند يك مولكول اكسيژن را حمل كند.
● كلياتي در مورد اهميت بيولوزيك هموگلوبين :
تقريباً تمامي اكسيژني كه در خون انسان و حيوانات حمل مي گردد،به هموگلوبين موجود در گلبول هاي قرمزخون متصل مي باشد.هموگلوبين علاوه بر انتقال اكسيزن ، ناقل مقداري كربن دي اكسيد و هيدروژن حاصل از اكسيداسيون مواد درچرخه كربس نيز مي باشد .قسمت اعظم كربن دي اكسيد حاصل ، از طريق پلاسما به شش ها انتقال مي يابد و فقط ۲۰% آن توسط هموگلوبين منتقل مي شود . 
● كلياتي در مورد اهميت بيوشيميايي هموگلوبين : 
همو گلوبين با زير واحد ها و جايگاه هاي متعدد اتصال به اكسيژن ، براي انتقال اكسيژن مناسب مي باشد .
● روش هاي طبقه بندي و نام گذاري هموگلوبين :
اساس نوع زنجيره‌هاي پلي پپتيدي سه نوع هموگلوبين (Hb) در انسان قابل تشخيص مي‌باشد كه شامل:
۱- HbA12 كه ۲% هموگلوبين افراد بالغ را تشكيل مي‌دهد و گلوبين آن مركب از دو زنجيره آلفا و دو زنجيره دلتا مي‌باشد.
۲- HbF كه حدود ۱% هموگلوبين بالغين را تشكيل مي‌دهد و در ساختمان گلوبين آن دو زنجيره آلفا و دو زنجيره گاما شركت دارند، است HbF. در دوره جنين ، هموگلوبين غالب مي‌باشد و پس از تولد بوسيله HbA1 جايگزين مي‌گردد.
● ساختمان شيميايي هموگلوبين :
شناخته ترين ساده ترين پروتيين اليگومريك هموگلوبين است ، اين پروتئين با وزن مولكولي ۶۴۵۰۰ دالتون وبامخففHb . از دو زيرواحد آلفا و دو زيرواحد بتا تشكيل شده است . زيرواحد هاي الفا هر كدام داراي ۱۴۱ اسيد امينه و زيرواحد هاي بنا هر يك واجد ۱۴۶ اسيد امينه اند . اين چهار رشته ، هر كدام به يك گروه پروستاتيك آهن دار ، موسوم به هم از طريق پيوند غير كووالانسي متصل مي باشند . هسته اصلي گروه هم را مولكول پورفيرين تشكيل مي دهد . پورفيريني كه در هموگلوبين و ميوگلوبين انسان يافت مي شود ،از نوع پروتوپورفيرين مي باشد كه از دو مولكول اسيد پروپيونيك ،دو گروه وينيل و چهار گروه متيل جانبي متصل به چهار حلقه پيرول تشكيل شده اند . اتم آهن در فرم فرو ، در وسط اين صفحه مسطح قرار دارد . هر اتم آهن با چهار ظرفيت به چهار نيتروژن موجود در حلقه پروتوپورفيرين پيوند يافته است . اتم آهن مي تواند به صورت فريك نيز باشد . ليكن فقط در حالت فرو است كه با اكسيزن تركيب مي شود . فرو هموگلوبين با آهن دو ظرفيتي و فري هموگلوبين كه همان مت هموگلوبين است ، داراي آهن سه ظرفيتي است.
● مشخصات فيزيكي هموگلوبين : 
يك مولكول تقريباً كروي باقطري حدودnm5/5 مي باشد.در هموگلوبين پيوندها غير قطبي اند .
● نقش بيوشيميايي هموگلوبين :
هموگلوبين به علت داشتن آهن كه در حالت احيا شده مي‌باشد، مي‌تواند با اكسيژن و دي‌اكسيد كربن تركيب شده و به ترتيب اكسي هموگلوبين (oxyhemoglobin) و كربو آمينو هموگلوبين (carbaminohemoglobin) تشكيل دهد. با توجه به بالابودن فشار اكسيژن در ريه‌ها ، اكسي هموگلوبين در ريه‌ها تشكيل شده و پس از رسيدن به بافتها ، اكسيژن جدا شده و دي‌اكسيد كربن به CO2 آن متصل مي‌گردد. به اين ترتيب امكان حمل اكسيژن از ريه‌ها به بافتها و دي‌اكسيدكربن از بافتها به ريه‌ها امكان‌پذير مي‌گردد. از طرف ديگر سطح بسيار زياد گويچه‌هاي قرمز نسبت به حجم آنها (به علت داشتن شكل مقعرالطرفين) سبب تسريع و تسهيل اشباع هموگلوبين با اكسيژن در ريه‌ها مي‌شود. علاوه بر انتقال اكسيژن توسط هموگلوبين ، اين مولكول عمل ديگري نيز انجام مي‌دهد و آن عبارت از تثبيت فشار اكسيژن در بافتها است.
● نقش بيولوژيك هموگلوبين :
در هنگام عبور خون شرياني از ريه ها و سپس قلب وبافت هاي محيطي ،هموگلوبين حدود ۹۶% از اكسيژن اشباع مي باشد . در خون وريدي كه به قلب بر مي گردد ، ميزان اشباع هموگلوبين از اكسيژن به ۶۴% مي رسد . بنابر اين ، هر ۱۰۰ ميلي ليتر خوني كه از ميان يك بافت عبور مي نمايد ، حدود يك سوم اكسيژن حمل شده ، معادل ۵/۶ ميلي ليتر از گاز اكسيژن در فشار اتمسفر و دماي بدن را آزاد مي سازد .
قسمت اعظم دي اكسيد كربن حاصل از اكسيداسيون مواد در چرخه ي كربس ،از طريق پلاسما به شش ها انتقال مي يابد .
● علل كمبود و افزايش و عوارض حاصله :
دلائل زيادي وجود دارد كه هموگلوبين بيشتراز ده گرم در دسي ليتر ، ۱۰۰ گرم درليتر مشكلي ايجاد نمي كند. ولي هموگلوبين پائين تر از ده گرم مي تواند همراه با نارسائي خفيف قلبي ريوي ، كاهش قوه كار ، كاهش تحمل فعاليت وتمرينات ورزشي باشد . كمبود هموگلوبين موجب كاهش وزن نوزاد ، زايمان زودرس ومرگ ومير قبل از تولد است . و همين طور كاهش هموگلوبين خون نشانه ي تالاسمي مي باشد .
● روش هاي اندازه گيري هموگلوبين :
هموگلوبين در آزمايشگاه به دو روش اندازه گيري مي شود :
۱- اندازه گيري هموگلوبين به روش دستي
۲- اندازه گيري هموگلوبين به روش دستگاهي (با دستگاه تمام الكترونيكي)
مقادير طبيعي هموگلوبين خون در سنين مختلف در زير مشخص شده است :
زنان : ۱۲ تا ۱۶ گرم در صد/مردان : ۱۴ تا ۱۸ گرم در صد/نوجوانان : ۱۲ تا ۱۶ گرم در صد/بچه ها : ۱۰ تا ۱۴ گرم در صد/شير خواران : ۱۰ تا ۱۵ گرم در صد /نوزادان : ۱۶ تا ۲۵ گرم در صد 
● منابع غذايي هموگلوبين :
از آنجا كه يكي از اجزاي سازنده هموگلوبين گروه هم است ، ميتوان گفت مواد غذايي اي كه حاوي آهن هستند ، مي توان به عنوان منابع غذايي هموگلوبين ذكر كرد . مواد غذايي آهن دار مثل گوشت قرمز- مرغ- ماهي – تخم مرغ- سبزيجات مثل جعفري و اسفناج و حبوبات مثل عدس و لوبيا استفاده كنند.لازم به تذكر است كه جذب آهن با مصرف ويتامين C در بدن افزايش پيدا مي كند.
● كم خوني داسي شكل
ناهنجاريهاي زنجيره‌هاي هموگلوبين مي‌تواند مشخصات فيزيكي مولكول هموگلوبين را تغيير دهد. به عنوان نمونه ، در آنمي داسي شكل ، اسيد آمينه والين ، جايگزين اسيد گلوتاميك در يك نقطه در هر يك از دو زنجيره بتا مي‌شود.
هنگامي كه اين نوع هموگلوبين در معرض فشار اكسيژن پايين قرار مي‌گيرد، بلورهاي درازي در داخل گويچه‌هاي سرخ تشكيل مي‌دهد كه گاهي ۱۵ ميكرومتر طول دارند.
اين بلورها عبور گويچه‌هاي سرخ از مويرگهاي كوچك را تقريبا غير ممكن مي‌سازند و انتهاي تيز و سرنيزه‌اي به احتمال زياد غشاهاي گويچه‌اي را پاره كرده و به اين ترتيب منجر به آنمي داسي شكل مي‌شوند.
● تخريب هموگلوبين
عمر گويچه‌هاي قرمز خون حدود ۱۲۰ روز مي‌باشد و پس از پايان اين مدت بوسيله ماكروفاژها در طحال ، كبد و مغز استخوان فاگوسيته مي‌شوند. پس از فاگوسيته شدن گويچه قرمز ، بخش پروتئيني هموگلوبين به اسيدهاي آمينه تجزيه مي‌شود و آهن آزاد شده به پروتئينها متصل شده و به صورت هموسيدرين يا فريتين در داخل آنها ذخيره مي‌شود و در مواقع لازم پس از حمل به مغز استخوان ، براي سنتز هموگلوبين جديد مورد استفاده قرار مي‌گيرد. پورفيرين به بيلي‌روبين تبديل و پس از حمل به كبد به صورت محلول در آمده و همراه صفرا دفع مي‌گردد.
تحت شرايط ويژه‌اي نظير قرار گيري در محلولهاي هيپوتونيك و يا تحت تاثير موادي مانند سم مار ، هموگلوبين از درون گويچه‌هاي قرمز خارج مي‌گردد كه اين حالت را هموليز (hemolysis) مي‌نامند.
هموگلوبين ، پس از هموليز ، سرنوشتي مانند هموگلوبين گويچه‌هاي قرمز فاگوسيته شده پيدا مي‌كند. به همين دليل ،
درصورتي كه هموليز به حدي باشد كه كبد قادر به دفع همه بيلي‌روبين تشكيل شده نباشد، يرقان پديد مي‌آيد كه با توجه به علت پيدايش آن ، يرقان هموليتيك ناميده مي‌شود.
● سنتز هموگلوبين
نحوة سنتز هموگلوبين شامل دو مرحلة سنتز گلوبين و سنتز هِم مي باشد. سنتز گلوبين در سيتوپلاسم و روي ريبوزومها صورت مــي پذيرد و سنتز هِم داخل ميتوكندري انجام مي گيرد.
سنتز گلوبين: سنتز زنجيره هــاي گلوبين كه داراي ساختمان پلي پپتيدي مي باشند، نيازمند ژن است. زنجيرة پلي پپتيدي مولكول گلوبين شامل انواع α ،β ،γ،δ، ζ و ε بوده كه هر كدام داراي ژنهاي خاص خود مي باشد كه روي كروموزوم بخصوصي قرار گرفته است:
زنجيرة α داراي۱۴۱ اسيدآمينه مي باشد. ژن آن۲ عدد و روي كروموزوم ۱۶مي باشد.
زنجيرة β داراي۱۴۶ اسيدآمينه مي باشد. ژن آن يكعدد و روي كروموزوم ۱۱مي باشد.
زنجيرة γ داراي۱۴۶ اسيدآمينه مي باشد. ژن آن۲ عدد و روي كروموزوم ۱۱مي باشد.
زنجيرδ داراي۱۴۶ اسيدآمينه مي باشد. ژن آن۲ عدد و روي كروموزوم ۱۱مي باشد.
لازم به ذكر است كه:
۱٫ محل قرار گيري ژنهايβ وδ روي كروموزوم۱۱ نزديك هم است.
۲٫ ژنهايε وζ فقط در دوران جنيني و در كيسة زرده فعالند.
۳٫ منظور از دو يا يك عدد ژن روي كروموزوم، قرار گرفتن روي يك رشته از يك جفت كروموزوم است.
۴٫ احتمال موتاسيون در زنجيرهβ بيش از زنجيرهα است، زيرا ژنهاي آن فقط يكعدد است.
۵٫ در هموگلوبينهاي طبيعي مولكول گلوبين شامل دو جفت زنجيره مي باشد، مثلاً α۲β۲
سنتز هِم: همانطوريكه گفته شد، هِم مولكولي غير پروتئيني است كه شامل حلقة پورفيرين و اتم آهن دو ظرفيتي مي باشد. بخشي از مراحل سنتز هِم در ميتوكندري سلول و بخشي از آن در سيتوپلاسم سلول انجام مي گيرد و شامل مراحل زير است:
۱) شروع سنتز هِم با ماده اي بنام سوكسينيل كوآنزيمA مي باشد، كه از سيكل كربس تأمين مي شود. سوكسينيل كوآ در ميتوكندري سلول با اسيدآمينة گليسين تركيب شده و ماده اي بنام دلتا آمينو لوولونيك اسيد (Δ-ALA) ايجاد مي گردد. آنزيم اين واكنش، دلتا آمينو لوولونيك اسيد سنتتاز مي باشد كه يك آنزيم ميتوكندريايي است.
۲) Δ-ALA از ميتوكندري سلول خارج مي شود و در سيتوپلاسم تحت تأثير آنزيم دلتا آمينو لوولونيك اسيد دهيدراتاز قرار گرفته و با از دست دادن آب به مــاده اي بنام پورفوبيلينوژن (PBG) تبديل مي گردد. PBG از لحاظ شيميايي يك حلقه پيرولي است.
۳) چهارمولكول PBG در حضـــور آنزيم اوروپــورفيرينوژن كوسنتتاز تركيبي تترا پيرولي بنام اوروپورفيرينوژن را مي سازد. اين تركيب ايزومرهاي مختلفي دارد كه تنها ايزومرIII آن قادر به پيشبرد واكنش است. اين مرحله نيز در سيتوپلاسم صورت مي گيرد.
۴) اوروپورفيرينوژنIII ، به كوپروپورفيرينوژنIII تبديل مي شود.آنزيم واكنش، اوروپورفيرينوژن دكربوكسيلاز و اكسيداز است.
۵) كوپروپورفيرينوژنIII به پروتوپورفيرينـــوژن مبدل مي شود. آنزيم واكنش كوپروپورفيرينوژن دكربوكسيلاز و اكسيداز مي باشد. كوپروپورفيرينوژنIII وارد ميتوكندري ميشود، لذا مرحلة فوق در ميتوكندري انجام مي شود. پروتوپورفيرينوژن چند ايزومر دارد كه تنها ايزومرIX آن قادر است واكنش را ادامه دهد.
۶) پروتوپورفيرينوژنIX تحت اثر آنزيم پروتوپورفــــيرينوژن اكسيداز به پروتوپورفيرين IX تبديل مي شود.
۷) پروتوپورفيرينIX نيز به هِم تبديل مي شود.آنزيم ميتوكندريايي فروشلاتاز، Fe²+ را وارد حلقة پروتوپورفيرينIX مي نمايد و مولكول هِم توليد مي شود.
* مراحل۱، ۵، ۶ و۷ در ميتوكندري و مراحل۲و۳و۴ در سيتوپلاسم صورت مي گيرد.
* آنزيمΔ-ALA Synthetase يك آنزيم آلوستريك است، يعني محصول نهايي واكنش كه هِم مــي باشد، طــي پديدة مهار پس نورد(Feed back inhibition) بر آنزيم فوق اثر كرده و فعاليت آنرا كم و زياد ميكند، به اين ترتيب كه اگر ميزان هِم زياد باشد، فعاليت آنزيم كم شده و اگر ميزان هِم كم باشد، فعاليت آنزيم زياد مي شود. در كمخــوني فقرآهن، بدليل كمبود آهن، هِم ساخته نمي شود فلذا فعاليت بيش از حد آنزيم Δ-ALA-S موجب توليد زياد پروتوپورفيرين مي گردد.
*زمانيكه آهن هِم در حالت احــياء باشد (Fe²+)، مي تواند با گازهايي مانند اكسيژن و منوكســـيد كربن تركيب شود. هِمهاي فريك (Fe³+)، مانند متهموگلوبين (MHb)، توانايي اكسيژناسيون ندارند، اما مي توانند به يونهاي با بار منفي مانند سيانيد كاملاً پيوند شوند.
* مولكول هِم علاوه برهموگلوبين در تركيباتي مانند ميوگلوبين، كاتالاز و سيتوكروم اكسيداز نيز وجود دارد، يعني اين تركيبات نيز داراي حلقة پورفيرين و اتم آهن هستند. ويتامينB12 داراي حلقة مشابهي بنام حلقه كورفيرين است كه در آن اتم كبالت(CO) قرار دارد.
* موتاسيون در آنزيم آلوستريك Δ-ALA-S و يا مسموميت با سرب(كه بساري از آنزيمهاي مسير سنتز هِم مانند Δ-ALA-Sو فروشلاتاز را مهار ميكند) موجب افزايش توليد بيش از حد هستـه هاي تترا پيرولي و پورفيرينها مي شود و تراكم آنها در سلولها موجب بروز بيماري بنام پورفيري(Porphyria) مي گردد.
مقادير اصلي مقدار طبيعي : براي آقايان ۱۴ تا ۱۸ گرم در دسي‌ليتر و براي خانم‌ها مقادير ۱۲ تا ۱۶ گرم در دسي‌ليتر.
محدوده خطر: هموگلوبين زير ۵ و بالاي ۲۰ مقادير خطرزا به حساب مي‌آيند و حتما نيازمند رسيدگي فوري هستند.
● چه چيزهايي باعث كاهش هموگلوبين مي‌شود؟
همان دلايلي كه باعث كاهش گلبول‌هاي قرمز مي شوند، با تخريب هموگلوبين، مقدار آن را هم كم مي كنند. كم‌خوني، خون‌ريزي شديد، سرطان، سوءتغذيه، بيماري لوپوس، بيماري‌هاي كليوي و بزرگي طحال باعث كاهش هموگلوبين مي‌شوند. مصرف آنتي‌بيوتيك‌ها، آسپيرين و ايندومتاسين و همچنين داروهاي ضدسرطان هم مقدار هموگلوبين خون را كم مي‌كنند.
● چه چيزهايي باعث افزايش هموگلوبين مي‌شود؟
مشكلات ريوي، سوختگي شديد، نارسايي مزمن ريه و از دست دادن زياد آب بدن (دهيدراسيون‌) مقدار اين ماده حياتي را افزايش مي‌دهند. داروهاي جنتامايسين و متيل‌دوپا هم هموگلوبين را افزايش مي دهند.