המוגלובין

מולקולת המוגלובין מחומצנת לעומת מולקולה נטולת חמצן

המוגלובין (באנגלית: Hemoglobin) הוא חלבון המכיל ארבעה יוני ברזל (שייך למשפחת חלבונים בשם מטאלופרוטאינים), המצוי בתאי הדם האדומים של בעלי חוליות וברקמות של חלק מחסרי חוליות. תפקידו העיקרי הוא נשיאת חמצן אל תאי הגוף במערכת הדם.

מכיוון שבתאי הדם של היונקים, אין גרעין תא, מהווה חלבון ההמוגלובין אחוז גבוה ביותר מהמסה של תא דם אדום. ההמוגלובין נושא חמצן מהריאות או הזימים לכל חלקי הגוף, כמו השרירים, שם משתחרר החמצן. בנוסף, להמוגלובין תפקיד חשוב במנגנון הובלת גזים שהם תוצרי לוואי רעילים בנשימה תאית.

אטימולוגיה

שמו של ההמוגלובין נובע משני המבנים הכימיים המרכיבים אותו: קבוצה פרוסטטית הם, שהיא מולקולה לא-חלבונית המורכבת ממבנה טבעתי שבמרכזו אטום ברזל המוקף בארבעה אטומי חנקן, וגלובין, חלבון גלובולרי שבתוכו משובץ ההם בקשר קוולנטי. האינטראקציה בין מולקולת החמצן לאטום הברזל בקבוצת ההם דרך אינטראקציות אלקטרוסטטיות מתאפשרות בגלל האופי המרחבי של המולקולה ופיזור המטען עליה. הסוג הנפוץ ביותר ביונקים: מולקולת המוגלובין שמורכבת מארבע יחידות גלובין הקשורות האחת לשנייה, ומארבע קבוצות הם המצויות בתוך חלבוני הגלובין. כל קבוצת הם יכולה לקשור מולקולת חמצן אחת ולכן מולקולת המוגולבין אחת בעלת פוטנציאל קשירה של עד ארבע מולקולות חמצן.

מסלול ביוסינתזה ורגנרציה

(הערה: ללא התייחסות מפורטת של מסלולי הסינתזה).

המוגלובין מסונתז דרך סידרה של מסלולים מורכבים. מולקולת ההם בחלקה מסונתזת במיטוכונדריה ובציטוזול של תא אדום לא בוגר, בעוד שחלבון הגלובין מסונתז על ידי הריבוזומים החופשיים בציטוזול. הבניה של החלבון השלם בתא ממשיכה דרך מסלולים במח העצמות שעובר התא עצמו. בשלבים הללו יש איבוד של גרעין התא בתאי דם אדומים של יונקים, אך לא במינים רבים של עופות לדוגמה. העיבוד וההרכבה של החלבון ממשיכים גם לאחר איבוד הגרעין.

כאשר התאים האדומים מגיעים לסוף חייהם כפונקציה של זמן מחצית חיים או עקב פקטור שגורם לתפקוד לקוי, מתפרק ההמוגלובין ומתחיל תהליך מיחזור שבו מפורקת טבעת ההם: הברזל מוסע על ידי חלבונים המכונים טרנספרינים (Transferrins) בחזרה למח העצמות, שם נעשה בו שימוש חוזר ליצירת התאים האדומים. שארית קבוצות ההם, משמשת כבסיס ליצירת בילירובין המופרש לכיס המרה, מגיע למעיים ונותן לצואה את צבעה.

הנוסחא הכימית האמפירית של ההמוגלובין בבני אדם היא C₇₃₈H₁₁₆₆N₈₁₂O₂₀₃S₂Fe ^{[דרוש מקור]}, אבל כמו שצויין לעיל, השונות גדולה בין מינים ואפילו בין תתי מחלקות של מינים.

תפקיד במערכת הובלת הגזים

ההמוגלובין קושר ומשחרר חמצן בסביבות שונות כפונקציה של תנאים (חומציות, ריכוזים וכדומה). הדרישה לחמצן בשרירים וברקמות גבוהה ועל כן יש צורך שלאנזים תהיה יכולת שחרור גבוה ובמקביל יכולת קישור גבוהה לפסולת הגזית של הנשימה התאית. בהגיעו שוב לריאות התנאים משתנים וכן גם העדיפות בקישור: שחרור פחמן דו-חמצני וקישור חמצן.

תפקידו העיקרי של ההמוגלובין הוא ביצירת קשרים רופפים בלתי יציבים והפיכים עם החמצן שנקשר בריאות ולהעבירו באמצעות זרם הדם אל כל תאי הגוף. מהתאים נושא ההמוגלובין בחזרה אל הריאות חלק מהפחמן הדו-חמצני (~15-20%) ואטומי מימן (אחראי לאיזון רמת החומציות ברקמות). החמצן נקשר אל אטום הברזל של קבוצות ההם בהמוגלובין בעוד הפחמן הדו-חמצני נקשר לקצה האמיני כיון קרבמיד ואטומי המימן יוצרים אינטראקציות באתרי קישור אחרים בחלבון.

קבוצות ההם מהוות רק ארבעה אחוזים מהמסה של מולקולת ההמוגלובין. למרות זאת, החלבון הגדול שמקיף אותן אינו מיותר; חלבוני הגלובין תורמים ליצירת מבנה מרחבי המאפשר קשירה יעילה של הגזים אל אטום הברזל, כמו כן המבנה החלבוני מונע את חמצון הברזל שבקבוצת ההם. משמע, יש חשיבות למבנה המרחבי השלם של החלבון. ממצא נוסף שתומך בהנחה הזו הוא שקבוצות הם עצמאיות אינן מסוגלות לקשור חמצן באופן ספונטני.

מבנה מרחבי וחשיבותו לקישור חמצן

המבנה התלת-ממדי של המוגלובין; ניתן לראות בירוק את ארבע קבוצות ההם

קבוצת הם

ההמוגלובין בנוי מארבע יחידות, כל יחידה מורכבת מחלבון בעל מבנה שניוני - סליל α, וקבוצת הם בעלת היכולת לקשור, בין היתר, מולקולת חמצן דו-אטומית. שתי היחידות נקראות בשם α והשתיים האחרות בשם β, המבנה שלהן (סליל α) הוא דחוס ביותר ובכך הוא מונע התקרבות מולקולות מים לקבוצות ההם (HEME), דבר שיכול לפגום בקשירת החמצן.

ההמוגלובין, כאמור, מכיל 4 קבוצות הם ועל כן הוא מסוגל לקשור 4 מולקולות חמצן O₂. ההמוגלובין הוא חלבון אלוסטרי בעל מבנה רביעוני, דבר המאפשר לו לשנות את צורתו (קואופרטיביות) ובכך לייעל את תפקודו.
קיימים שני מצבים מבניים עיקריים, בהם יכול להימצא ההמוגלובין - מצב T (מתוח - tense) ומצב R (רגוע - relaxed) - אשר מתחלפים עם קשירת או שיחרור מולקולות חמצן.

• מצב T - המבנה של ההמוגלובין כאשר הוא אינו נושא שום מולקולות חמצן, לא מחומצן (המוגלובין דה-אוקסי). במצב זה זיקתו לחמצן אינה גבוהה במיוחד, אך עם קשירת מולקולת החמצן הראשונה, הוא מתחיל לעבור למצב R וזיקתו לחמצן עולה.
• מצב R - כאשר ההמוגלובין נושא 4 מולקולות חמצן, מחומצן (המוגלובין אוקסי). עם הגיעו לרקמות התאים, התנאים (חומציות גבוהה והימצאותו של מיוגלובין) מורידים את זיקתו למולקולות החמצן והן מתנתקות ממנו.

ערכי רמה תקינה

רמות תקינות של המוגלובין אצל גברים הן 12 עד 18 גרם לדציליטר, ואצל נשים - 12 עד 16 גרם לדציליטר.

רמת המוגלובין נמוכה (אנמיה) עשויה לנבוע מאי ייצור או אי תפקוד או עודף פירוק של המוגלובין, כמו גם מבעיות שונות בתאי הדם האדומים:

• מחסור באריתרופויאטין (Erythropoietin), הורמון המווסת את ייצור תאי הדם האדומים (מחלה משנית למחלת כליות)
• הרעלת עופרת
• המוליזה (תמס דם)
• דימום
• תזונה לקויה: מחסור באחד או יותר מהרכיבים הבאים: ברזל, ויטמין B₁₂, חומצה פולית או ויטמין B₆, או תת-תזונה כללית
• אנמיה חרמשית (מחלה תורשתית הממיתה תאי דם אדומים)

רמת המוגלובין גבוהה יכולה לנבוע ממגורים במקומות גבוהים, מעישון, או מהתייבשות שגורמת לרמה גבוהה כוזבת של המוגלובין, שמתאזנת עם צריכת נוזלים נאותה. סיבות אחרות לכך, שאינן נפוצות, הן מחלות ריאה מתקדמות, גידולים מסוימים וכו'.

ראו גם

• מודל קישור קואופרטיבי של המוגלובין: מודל MWC, מודל KNF
• בקרה אלוסטרית
• המוגלובין מסוכרר
• מיוגלובין
• 2,3-ביספוספוגליצרט
• קולורימטר - מכשיר למדידת ערכי המוגלובין בדם.

קישורים חיצוניים

• ארז גרטי, ההמוגלובין – מוביל החמצן בגוף, במדור "מאגר המדע" באתר של מכון דוידסון לחינוך מדעי, 25 אוגוסט 2009
• איתי גל, המדריך המלא: כך תפענחו את בדיקות הדם שלכם, באתר ynet, 26 ביולי 2004

הערות שוליים

הבהרה: המידע במכלול נועד להעשרה בלבד ואינו מהווה יעוץ רפואי.

הערך באדיבות ויקיפדיה העברית, קרדיט,
רשימת התורמים
רישיון cc-by-sa 3.0