血紅蛋白(hemoglobin)

一、結構與生化效應

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(X光繞射圖)
資料來源：維基百科資料來源：約翰霍普金斯大學

1. 氧氣結合曲線(Oxygen binding curve)：血紅蛋白（Hemoglobin）與肌紅蛋白（Myoglobin）在不同的氧氣壓力下對於氧結合的飽和度的關係曲線
2. 結合協同效應（Binding cooperative effect）
A. O2的鍵結決定血紅素的T form和R form
a. 無O2時，血紅素的4個次單元共有6個鹽橋（salt bridges）鍵結，為T form
b. 當O2鍵結，鹽橋遭破壞，一對單元（α2/β2）會因此鬆開，轉15°，形成R form
c. 這個旋轉軸並非中心軸，所以α2/β2會偏移
B. O2的鍵結改變血紅素結構
a. O2的鍵結會將Fe2＋拉入卟啉（Porphyrin plane）中
b. Fe2＋將鍵結的His F8連帶其他東西拉向卟啉
c. 結構變化
d. 鄰近的刺單元結構變，變得更容易與O2結合

C. 血紅蛋白T form與R form的轉變

a. 血紅蛋白的T form會因著結合了O2而破壞鹽橋

b. 就算沒被破壞的鹽橋，鍵結也會減弱

c. 促進第2個O2結合→更多鹽橋斷→促進第3個O2結合

d. 一般來說越多O2結合，血紅素趨向成為R form；越少O2結合血紅素趨向成T form，轉換時沒有特定的帶O2數。但沒帶O2必為T form帶4個O2必為R form

e. 若有氫、CO2、氯化物或2,3-BPG存在，則需更多O2才能使T form變R form
f.所以4個血基質(heme)會互相影響

3. 2,3-BPG調節血紅素氧氣飽和度

A. 藉由自身與血紅素結合，2,3-BPG降低血紅素與氧氣親和力

B. 在母親與胎兒體內含量一樣

C. 但BPG對胎兒血紅素（HbF）的親和力較成人（母親）的（HbA）弱，所以O2會優先與胎兒血紅蛋白結合

4. Hb氧氣飽和度的調節
5.
＊游離血基質(heme)-->CO的接合：O2的接合 = 25,000 : 1
＊含血基質的蛋白(Mb, Hb)*-->CO的接合：O2的接合 = 200 : 1
資料來源：國立中山大學
二、Hemoglobin（血紅素）生成：
A. 2succinyl-CoA（琥珀精胺醯輔酶A）+2glycine（甘胺酸）→Porphobilinogen(膽色素原，即PBG）
透過ALA synthase與pyridoxal phosphate(磷酸吡哆醛；PLP，維生素B6(Vitamin B6)的活性形式)的催化，加速succinyl-CoA的硫與甘胺酸(glycine)結合。此為整個合成過程中的速率決定步驟
＊反應都在粒線體(Mitochondria)中進行，ALA在形成之後會被運送到細胞質中繼續反應
 A：acetate（乙酸）；P：proprionate（丙酸）

B. 4 Porphobilinogen→Protoporphyrin IX（原卟啉）
a.4個PBG分子將會在UroporphyrinogenⅠSynthase以及脫氨酶的作用下，脫去4分子NH3，形成Hydroxymethylbilane (線性的四分子pyrrole物質； linear tetrapyrrole)
b.線性的Hydroxymethylbilane接著會形成兩種環狀分子：其一為易被光分解的TypeⅠUroporphyrinogen，另一種為較穩定的TypeⅢ Uroporphyrinogen

c.TypeⅢ Uroporphyrinogen會在uroporphyrinogen decarboxylase的作用下，將四個邊的acetate(A)各脫去一CO2分子(“-CH2-COOH”)，形成甲基(M；Methyl)，因而轉變為TypeⅢ Coproporphyrinogen
d.Type I Uroporphyrinogen也會藉上述反應產生Type I Coproporphyrinogen，但TypeⅢ才是形成heme的主要中間產物
C. Protoporphyrin IX+Fe2+→Heme（血基質，原血紅素）
D. Heme+Polypeptide（多肽）→Hemoglobin chain（血紅素鏈）
 依照多肽的不同序列，分成α和β兩種型式
E. 2αchains+2βchains→HemoglobinA（血紅素）
三、血紅蛋白(hemoglobin)功能
A. 運送O2：血液中有98.5%的O2是由紅血球的Hemoglobin來運輸，反應式：Hb + O2  HbO2 B. 運送CO2：血液中有30%的CO2是由紅血球的Hemoglobin來運輸，反應式：Hb + CO2  HbCO2
C. 緩衝血液pH值的能力：血液中有部分的CO2會與H2O反應產生H+，Hemoglobin藉由和此H+結合來緩衝血液的pH值
 反應式：Hb + H+  HbH 註：在不正常的情況下，Hemoglobin會與CO結合。Hemoglobin與CO的親和力遠大於Hemoglobin與O2的親和力

資料來源：中國西北師範大學
四、結構
1.由二價鐵離子(Fe2+)與porphyrin所組成
A. Fe2+離子與四周pyrrrole的氮原子端(N-terminal)鍵結，成為一紫質(porphyrin)雜環化合物，二價鐵離子使整體結構具有活性
B. 由發現處命名的尿紫質(Uroporphyrin)與糞紫質(Coproporphyrin)，其實在尿液及糞便中都存在，因此可藉由尿液或糞便採樣進行檢驗
C. 這兩種分子都可以用其順時鐘的鍵結分子順序，來分成對稱(TypeⅠ)與不對稱(TypeⅢ)
D. 因TypeⅠ遇光便隨即分解，因此在整個血紅素的代謝過程中，通常由TypeⅢ產生反應

五、異常
1.Hb Portland：ζ2Gγ2、ζ2Aγ2（Gγ和Aγ的不同在於第136個胺基酸，前者為glycine;後者為alanine），屬於異常的血紅蛋白(hemoglobin)
2. 在F8和CD1之間有一稱為”pocket”的結構，此區基因突變造成胺基酸的改變，會影響攜帶氧的能力
3. Hb Hyde Park ：β92His突變成Tyr（F8）

4. Hb Hammersmith： β42 Phe突變成Ser（CD1）