تعریف: هموگلوبین مهمترین وفراوانترین پروتئین موجـود در گلبولهای قرمز بوده و نقش اساسی در حمل ونقل O2 ،CO2 و پروتون دارد. میوگلوبین نیز پروتئینی مشابه هموگلوبین بوده که درون سلولهای عضلانی قرار گرفته و در انتقالO2 دخالت دارد.
ساختمان هموگلوبین
مولکول هموگلوبین شامل دو بخش میباشد: 1- بخش پروتئینی موسوم به گلوبین که دارای چهار زنجیرة پلی پپتیدی می باشد (تترامر است)
2- بخش غیر پروتئینی موسوم به هِم(heme) که به آن گروه پروستتیک مولکول هموگلوبین می گویند. هِم عبارتست از یک حلقة پورفیرینی که یک اتم آهن دو ظرفیتی در مرکز آن قرار گرفته است.
هر مولکول هموگلوبین دارای یک مولکول گلوبین و4 مولکول هِم می باشد، بطوریکه هر مولکول هِم به یکی از زنجیره هـــای گلوبین متصل میگردد. هر مولکول هِم قادر است یک مولکولO2 را جابجا کند، لذا هر مولکول هموگلوبین توانایی حمل چهار مولکول O2 را داراست.
در مولکول میوگلوبین دو بخش گلوبین و هِم مشاهده می شود، اما مولکول گلوبین آن از یک زنجیرة پلی پپتیدی ساخته شده است که به یک مولکول هِم متصل می گردد، لذا مولکول میـــوگلوبین تنها توانایی انتقال یک مولکولO2 را دارد.
مولکول هِم مسئول رنگ قرمز هموگلوبین و میوگلوبین است و همانطوریکه گفته شد یک اتم آهن دو ظرفیتی در مرکز آن قرار گرفته است. اگر اتم آهن دو ظرفیتی(Fe²+) به آهن سه ظرفیتی(Fe³+) اکسید شود، عملکرد مولکول از بین خواهد رفت. در مولکول هِم هر اتم آهن فرو قادر است 6 پیوند کئوردینانس(داتیو) برقرار سازد. چهار عدد از این پیوندها با اتمهای ازت(N) موجود در حلقة پورفیرین برقرار می شود، که همگی در یک سطح قرار دارند. پیوندهای پنجم وششم نیز در بالا و پایین این سطح قرار دارند. پیوند پنجم بین آهن و نیتروژن یکی از اسیدهای آمینة گلوبین و پیوند ششم بین آهن و مولکول اکسیژن برقرار می شود. بدیهی است در صورتیکه Hb ، اکسیژن خود را از دست بدهد، پیوند ششم وجود نخواهد داشت.
سنتز هموگلوبین
نحوة سنتز هموگلوبین شامل دو مرحلة سنتز گلوبین و سنتز هِم می باشد. سنتز گلوبین در سیتوپلاسم و روی ریبوزومها صورت مــی پذیرد و سنتز هِم داخل میتوکندری انجام می گیرد.
سنتز گلوبین: سنتز زنجیره هــای گلوبین که دارای ساختمان پلی پپتیدی می باشند، نیازمند ژن است. زنجیرة پلی پپتیدی مولکول گلوبین شامل انواع α ،β ،γ،δ، ζ و ε بوده که هر کدام دارای ژنهای خاص خود می باشد که روی کروموزوم بخصوصی قرار گرفته است:
زنجیرة α دارای141 اسیدآمینه می باشد. ژن آن2 عدد و روی کروموزوم 16می باشد.
زنجیرة β دارای146 اسیدآمینه می باشد. ژن آن یکعدد و روی کروموزوم 11می باشد.
زنجیرة γ دارای146 اسیدآمینه می باشد. ژن آن2 عدد و روی کروموزوم 11می باشد.
زنجیرδ دارای146 اسیدآمینه می باشد. ژن آن2 عدد و روی کروموزوم 11می باشد.
لازم به ذکر است که:
1. محل قرار گیری ژنهایβ وδ روی کروموزوم11 نزدیک هم است.
2. ژنهایε وζ فقط در دوران جنینی و در کیسة زرده فعالند.
3. منظور از دو یا یک عدد ژن روی کروموزوم، قرار گرفتن روی یک رشته از یک جفت کروموزوم است.
4. احتمال موتاسیون در زنجیرهβ بیش از زنجیرهα است، زیرا ژنهای آن فقط یکعدد است.
5. در هموگلوبینهای طبیعی مولکول گلوبین شامل دو جفت زنجیره می باشد، مثلاً α2β2
سنتز هِم: همانطوریکه گفته شد، هِم مولکولی غیر پروتئینی است که شامل حلقة پورفیرین و اتم آهن دو ظرفیتی می باشد. بخشی از مراحل سنتز هِم در میتوکندری سلول و بخشی از آن در سیتوپلاسم سلول انجام می گیرد و شامل مراحل زیر است:
1) شروع سنتز هِم با ماده ای بنام سوکسینیل کوآنزیمA می باشد، که از سیکل کربس تأمین می شود. سوکسینیل کوآ در میتوکندری سلول با اسیدآمینة گلیسین ترکیب شده و ماده ای بنام دلتا آمینو لوولونیک اسید (Δ-ALA) ایجاد می گردد. آنزیم این واکنش، دلتا آمینو لوولونیک اسید سنتتاز می باشد که یک آنزیم میتوکندریایی است.
2) Δ-ALA از میتوکندری سلول خارج می شود و در سیتوپلاسم تحت تأثیر آنزیم دلتا آمینو لوولونیک اسید دهیدراتاز قرار گرفته و با از دست دادن آب به مــاده ای بنام پورفوبیلینوژن (PBG) تبدیل می گردد. PBG از لحاظ شیمیایی یک حلقه پیرولی است.
3) چهارمولکول PBG در حضـــور آنزیم اوروپــورفیرینوژن کوسنتتاز ترکیبی تترا پیرولی بنام اوروپورفیرینوژن را می سازد. این ترکیب ایزومرهای مختلفی دارد که تنها ایزومرIII آن قادر به پیشبرد واکنش است. این مرحله نیز در سیتوپلاسم صورت می گیرد.
4) اوروپورفیرینوژنIII ، به کوپروپورفیرینوژنIII تبدیل می شود.آنزیم واکنش، اوروپورفیرینوژن دکربوکسیلاز و اکسیداز است.
5) کوپروپورفیرینوژنIII به پروتوپورفیرینـــوژن مبدل می شود. آنزیم واکنش کوپروپورفیرینوژن دکربوکسیلاز و اکسیداز می باشد. کوپروپورفیرینوژنIII وارد میتوکندری میشود، لذا مرحلة فوق در میتوکندری انجام می شود. پروتوپورفیرینوژن چند ایزومر دارد که تنها ایزومرIX آن قادر است واکنش را ادامه دهد.
6) پروتوپورفیرینوژنIX تحت اثر آنزیم پروتوپورفــــیرینوژن اکسیداز به پروتوپورفیرین IX تبدیل می شود.
7) پروتوپورفیرینIX نیز به هِم تبدیل می شود.آنزیم میتوکندریایی فروشلاتاز، Fe²+ را وارد حلقة پروتوپورفیرینIX می نماید و مولکول هِم تولید می شود.
* مراحل1، 5، 6 و7 در میتوکندری و مراحل2و3و4 در سیتوپلاسم صورت می گیرد.
* آنزیمΔ-ALA Synthetase یک آنزیم آلوستریک است، یعنی محصول نهایی واکنش که هِم مــی باشد، طــی پدیدة مهار پس نورد(Feed back inhibition) بر آنزیم فوق اثر کرده و فعالیت آنرا کم و زیاد میکند، به این ترتیب که اگر میزان هِم زیاد باشد، فعالیت آنزیم کم شده و اگر میزان هِم کم باشد، فعالیت آنزیم زیاد می شود. در کمخــونی فقرآهن، بدلیل کمبود آهن، هِم ساخته نمی شود فلذا فعالیت بیش از حد آنزیم Δ-ALA-S موجب تولید زیاد پروتوپورفیرین می گردد.
*زمانیکه آهن هِم در حالت احــیاء باشد (Fe²+)، می تواند با گازهایی مانند اکسیژن و منوکســـید کربن ترکیب شود. هِمهای فریک (Fe³+)، مانند متهموگلوبین (MHb)، توانایی اکسیژناسیون ندارند، اما می توانند به یونهای با بار منفی مانند سیانید کاملاً پیوند شوند.
* مولکول هِم علاوه برهموگلوبین در ترکیباتی مانند میوگلوبین، کاتالاز و سیتوکروم اکسیداز نیز وجود دارد، یعنی این ترکیبات نیز دارای حلقة پورفیرین و اتم آهن هستند. ویتامینB12 دارای حلقة مشابهی بنام حلقه کورفیرین است که در آن اتم کبالت(CO) قرار دارد.
* موتاسیون در آنزیم آلوستریک Δ-ALA-S و یا مسمومیت با سرب(که بساری از آنزیمهای مسیر سنتز هِم مانند Δ-ALA-Sو فروشلاتاز را مهار میکند) موجب افزایش تولید بیش از حد هستـه های تترا پیرولی و پورفیرینها می شود و تراکم آنها در سلولها موجب بروز بیماری بنام پورفیری(Porphyria) می گردد.