fbpx
Wikipedia

Hämoglobin

Hämoglobin (vonaltgriechischαἷμαhaíma, „Blut“, undlateinischglobus, „Klumpen, Ballen“), Abkürzung Hb, ist der eisenhaltige Proteinkomplex, der als Blutfarbstoff in den roten Blutkörperchen von Wirbeltieren enthalten ist, Sauerstoff bindet und diesen so im Blutkreislauf transportiert.

Hämoglobin α-Untereinheit
Das Hämoglobin A1 erwachsener Menschen besteht aus 2 α-Ketten (rot) und 2 β-Ketten (blau) mit 4 Häm-Gruppen (grün), die je ein O2-Molekül binden können (Modell nach PDB )

Vorhandene Strukturdaten:

Masse/Länge Primärstruktur 16 kDa je Untereinheit; α-Kette 141, β-Kette 146 Aminosäuren
Kofaktor Häm
Bezeichner
Gen-Name(n) ,
Externe IDs
Vorkommen
Homologie-Familie
Übergeordnetes Taxon Wirbeltiere

Hämoglobin β-Untereinheit
Kugelmodell der Häm-Tasche der Hämoglobin β-Untereinheit mit Häm, Eisen (grün) und Disauerstoff, nach PDB

Vorhandene Strukturdaten:

Eigenschaften des menschlichen Proteins
Masse/Länge Primärstruktur 146 Aminosäuren
Kofaktor Häm
Bezeichner
Gen-Name
Externe IDs
Vorkommen
Homologie-Familie
Übergeordnetes Taxon Wirbeltiere

Übergeordnet
Zytosol
Gene Ontology

Das Hämoglobin von Säugetieren ist ein Tetramer, es besteht aus vier Globinen als Untereinheiten. Beim erwachsenen Menschen sind dies je zwei Hb α und Hb β im Hämoglobin A (Hb A0), der häufigsten Form. Die vier den Komplex bildenden Proteine sind Aminosäureketten (α-Kette 141 AS; β-Kette 146 AS) in der für Globine typischen Faltung mit jeweils einer Tasche, in der ein Eisen-II-Komplex, das Häm, gebunden ist. Dessen Eisenion vermag ein Sauerstoffmolekül zu binden. Dabei ändert sich die Farbe des Häms von dunkel- zu hellrot. Die Bindungsstärke hängt empfindlich von der Konformation der Proteinumgebung des Häms ab. Wechselwirkungen zwischen den vier Globinen begünstigen die beiden extremen Zustände, in denen der Gesamtkomplex entweder mit vier Molekülen Sauerstoff gesättigt ist (in der Lunge bzw. den Kiemen) oder allen Sauerstoff abgegeben hat. Wechselwirkungen mit anderen Molekülen unterstützen die Beladung wie die Entladung.

Zum Vorkommen von Hämoglobin und ähnlicher Globine im Tierreich siehe Sauerstofftransporter.

Inhaltsverzeichnis

Das Sauerstofftransportprotein Hämoglobin wurde 1840 von Friedrich Ludwig Hünefeld entdeckt. 1851 beschrieb Otto Funke die Kristallisation von Hämoglobin durch Verdünnen von Tierblut mit Wasser, Ethanol oder Diethylether und anschließendem langsamen Verdampfen des Lösungsmittels aus der erhaltenen Proteinlösung („Funkesche Kristalle“). Über die reversible Oxygenierung des Hämoglobins wurde 1866 erstmals von Felix Hoppe-Seyler berichtet. Von ihm stammt auch der Name Hämoglobin. Die Strukturformel des Häms (bzw. des korrespondierenden Hämins), also des eisenhaltigen Porphyrinkomplexes, formulierte bereits 1912 der deutsche Chemiker William Küster, der Nachweis der Richtigkeit dieser Strukturformel gelang dem Chemiker Hans Fischer 1928 durch die vollständige Synthese des Hämins. 1930 wurde er dafür mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet. Das Hämoglobin ist eines der bestuntersuchten Proteine, seine Struktur wurde als eine der ersten überhaupt von Max Perutz et al 1959 mit Hilfe der Röntgenkristallographie ermittelt. Für diese Arbeiten bekam er 1962 zusammen mit John Kendrew den Nobelpreis für Chemie.

Nichtmodifizierte Grundstruktur

Säuger-Hämoglobine bestehen aus vier Untereinheiten, je zwei vom α- und zwei vom β-Typ. In jeder dieser Untereinheiten ist jeweils eine prosthetische Gruppe, an der die Sauerstoffbindung stattfindet, eingebettet. Ein Hämoglobinkomplex-Molekül kann also vier Sauerstoffmoleküle binden. Die prosthetische Gruppe der sauerstofffreien Form ist ein Eisen(II)-Komplex des Protoporphyrins IX, welches die vier äquatorialen Positionen des Eisenions besetzt. Das Eisenion befindet sich in einem high-spin-Zustand und ist daher etwas zu groß, um in das Loch des Porphyrins zu passen. Es befindet sich also etwas unterhalb der Ringebene. Dieses Häm b ist über die axiale Position des Eisenions auf der Unterseite über einen proximalen Histidinrest an die Proteinmatrix gebunden. Die zweite axiale Position auf der Oberseite ist unbesetzt und steht für die Anbindung des Sauerstoffmoleküls zur Verfügung.

Posttranslationale Modifikationen

Neben verschiedenen seltenen Modifikationen einzelner Aminosäuren in den Hämoglobin-Untereinheiten des Menschen tritt häufig die Glykation beider Untereinheiten an speziellen Aminosäuren auf. Dies ist die Folge einer hohen Glucosekonzentration im Blut und kann daher in der Labordiagnostik verwendet werden, um den durchschnittlichen Blutzuckerspiegel der letzten Monate zu ermitteln.

Bei der Glykation des Hämoglobins wird Glucose kovalent an Lysin-8, -17, -41, -62 der α-Untereinheit, sowie Valin-2, Lysin-9, -18, -67, -121 oder -145 der β-Untereinheit gebunden. Ist ein glykiertes β-Hämoglobin an Valin-2 modifiziert und hat sich der Glucoserest über ein Aldimin und eine Amadori-Umlagerung zu einem stabilen Ketoamin gewandelt, wird es als HbA1c bezeichnet.

Leistungsfähigkeit

Die Sauerstoffbindungskurve (auch Sättigungskurve) zeigt den charakteristischen sigmoidalen (S-förmigen) Verlauf. Man vergleiche den hiergegenüber hyperbolischen Verlauf der Sättigungskurve des Myoglobins.

Hämoglobin ist ein globuläres Protein mit sehr guter Löslichkeit in Wasser (Löslichkeit bis zu 5 mmol/l Hämoglobin (34 %)). 1 g Hb kann in vitro 1,389 ml Sauerstoff binden, in vivo jedoch nur 1,34 ml (Hüfnersche Zahl), somit können 100 ml Blut, die etwa 15 g Hb enthalten, bei 100-prozentiger Sättigung bis zu 15 × 1,34 ml = 20,1 ml Sauerstoff aufnehmen.

Auffällig ist der sigmoidale (S-förmige) Verlauf der Bindungskurve. Normalerweise würde man erwarten, dass die Sauerstoffbeladung mit steigendem Sauerstoffpartialdruck wie beim Myoglobin zunächst stark und dann immer langsamer zunimmt (hyperbolischer Verlauf). Für Hämoglobin verläuft die Sauerstoffbindungskurve im Bereich des in der Lunge herrschenden Sauerstoffpartialdrucks ungewöhnlich flach und im Bereich des im Gewebe herrschenden Sauerstoffpartialdrucks ungewöhnlich steil. Der flache Verlauf der Bindungskurve im Endteil verhindert einen stärkeren Abfall der Sauerstoffsättigung im Alter, bei Lungenfunktionsstörungen und in Höhenlagen, und der steilere Verlauf im Mittelteil sorgt dafür, dass bei einem sinkenden venösen Sauerstoffpartialdruck viel Sauerstoff abgegeben wird.

Normbereich

Für das beim Erwachsenen überwiegende sogenannte „adulte Hämoglobin“ (siehe unten) wurde ein Normbereich festgelegt. Für Kinder gelten andere Normwerte.

Als Normalbereich wird der Bereich bezeichnet, in dem die Hb-Werte von 96 Prozent aller gesunden Menschen liegen.

Hämoglobin bei Menschen
g/dl
(alte Einheit)
mmol/l
(SI-Einheit)
Männer 13,5–17,5 8,4–10,9
Frauen 12–16 7,4–9,9
Neugeborene 19 11,8

Ein erhöhter Hämoglobin-Wert bedeutet meistens auch eine erhöhte Erythrozyten-Anzahl (Polyglobulie) und kann z. B. bei Aufenthalt in großen Höhen (Sauerstoffmangel) oder durch Flüssigkeitsverlust auftreten. Bei unklarer Ursache ist auch abzuklären, ob es sich bei stark erhöhten Werten um die Erkrankung Polycythaemia vera handelt.

Ein verringerter Hämoglobin-Wert wird als Anämie bezeichnet, eine verminderte Beladung der roten Blutkörperchen mit Hämoglobin als Hypochromasie.

Ein erhöhter/verringerter Hämoglobin-Wert ist immer abhängig vom Normalwert. Liegt der Normalwert bei 10,9 mmol/l, dann kann ein Wert von 8,4 mmol/l schon zu Symptomen von Anämie führen. Liegt der Normalwert bei 9 mmol/l, dann treten bei 8,4 mmol/l noch keine Symptome auf.

Die Höhe des Hämoglobinwertes ist maßgeblich bei der Zulassung zur Blutspende. Männer müssen einen Mindestwert von 8,4 mmol/l (13,5 g/dl), Frauen einen von 7,8 mmol/l (12,5 g/dl) aufweisen, um vom Spendearzt zugelassen zu werden. Bestimmt wird der Hb-Wert mittels elektronisch messender Hb-Photometer. Aktuelle Informationen des DRK-Blutspendedienstes besagen, dass Männer mit einem Hb von >11,2 mmol/l (18,0 g/dl) nicht mehr zur Spende zugelassen werden (12/2006). Dies ist jedoch nicht in allen Bundesländern der Fall, bei erhöhtem Hb-Wert wird weitere Flüssigkeitsaufnahme vor der Spende empfohlen.

Die Bestimmung des Hämoglobingehalts basiert auf dem Nachweis der Hämgruppen des Proteins. Daher wird als molare Hämoglobinkonzentration traditionell (so auch hier) die Konzentration der einzelnen Untereinheiten (mittlere molare Masse: 16114,5 g/mol) angegeben. Der Umrechenfaktor von g/dl zu mmol/l beträgt hierfür also 0,6206. Nach IUPAC und DIN 58931 wird die so berechnete (monomere) Hämoglobinkonzentration mit Hb(Fe) bezeichnet. Da ein Hämoglobinkomplex-Molekül aus 4 Untereinheiten mit je einer Hämgruppe besteht, müssen die in mmol/l angegebenen Werte durch 4 geteilt werden, um die Konzentration des Hämoglobin-Tetramers (nach IUPAC und DIN 58931 mit Hb bezeichnet) zu erhalten (molare Masse: 64458 g/mol). Der Umrechenfaktor von g/dl in mmol/l beträgt hierfür also 0,1551. Die in g/dl angegebenen Werte bleiben jeweils unverändert.

Sauerstoffbindung durch Hämoglobine auf molekularer Ebene

O2-Bindung: Verlagerung des Zentralatoms FeII in die Ringebene
O2-Bindung: H-Brückenbindung mit der Seitenkette von (distalem) Histidin (nicht gezeigt: das proximale Histidin, siehe Abbildung oben)

Bei der Bindung von Sauerstoff wird ein Disauerstoffmolekül (O2) in das Zentrum des Häm-Komplexes aufgenommen. Das Atom des zentralen Eisenions (FeII) geht durch die Sauerstoffbindung in einen low-spin-Zustand über. Dabei verringert sich seine Größe und es rutscht in die Ebene des Porphyrinrings.

Stabilisiert wird das gebundene Sauerstoffmolekül über eine Wasserstoffbrücke. Diese wird mit der Seitenkette des Globinproteins gebildet: einem distal gelegenen Histidinrest, der sich in der Nähe des Zentralatoms befindet. Jener proximale Histidinrest, über den das Eisenatom des Häms an die Proteinmatrix gebunden ist, liegt auf der anderen Seite der Ringebene.

Kooperativer Effekt bei der Sauerstoffbindung

Ein Hämoglobin, das aus vier Hb-Untereinheiten besteht, kann vier Sauerstoffmoleküle binden. Aus rein statistischen Erwägungen wäre zu erwarten, dass das Bestreben, weitere Sauerstoffmoleküle zu binden, mit jedem bereits gebundenen Sauerstoffmolekül abnimmt. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass das Gegenteil der Fall ist und die Sauerstoffaffinität mit steigender Beladung zunimmt (positive Kooperativität).

pH-Wert-Abhängigkeit der Sauerstoffbindung

Das Gleichgewicht zwischen R- und T-Form ist pH-abhängig (Bohr-Effekt) und wird bei einem niedrigen pH-Wert durch Protonierung zugunsten der weniger sauerstoffaffinen T-Form verschoben. Denselben Effekt hat ein hoher CO2 -Partialdruck durch eine reversible Carboxylierung der Untereinheiten. Dies führt dazu, dass hohe Protonen- und Kohlenstoffdioxid-Konzentrationen, wie sie z. B. durch Zellatmung und Milchsäuregärung im arbeitenden Muskel herrschen, eine vollständige Entladung des Hämoglobins begünstigen.

Konkurrenz zwischen Sauerstoff und Kohlenstoffmonoxid

Kohlenstoffmonoxid (CO) ist sehr giftig, da es mit dem Sauerstoff um die axialen Koordinationsstellen der Eisenzentren konkurriert. Einmal gebunden, kann CO z. B. lediglich durch Sauerstoffdruckbehandlung in einer Druckkammer verdrängt werden – es blockiert also Bindungsstellen für Sauerstoff. Bei starken Rauchern sind bis zu 10 Prozent des Hämoglobins mit CO besetzt.
An das freie Häm b bindet Kohlenstoffmonoxid 25000 Mal stärker als Disauerstoff, im Hämoglobin dagegen nur etwa 200 Mal. Die Ursache für die verringerte CO-Affinität ist, dass aufgrund des Raumbedarfes des distalen Histidins die vom Kohlenstoffmonoxid bevorzugte lineare Fe-CO-Koordination nicht möglich ist.

Effekte, welche die Sauerstoffbindung beeinflussen

Die Sauerstoffbindungskurve wird auf der Abszisse nach rechts verschoben durch:

Die Rechtsverschiebung führt dazu, dass das Hämoglobin leichter Sauerstoff abgibt. Ein Beispiel: Ein arbeitender Muskel verbraucht sehr viel Sauerstoff für die Kontraktion. Da er die Energie zum Teil in Wärme umsetzt, steigt in der arbeitenden Muskulatur die Temperatur an. Außerdem setzt er Milchsäure frei, der pH-Wert sinkt. Durch den gesteigerten Stoffwechsel entsteht vermehrt Kohlenstoffdioxid: durch die lokalen Effekte kann die Muskulatur mehr Sauerstoff aus dem Blut entnehmen.

  • Die Muskulatur verfügt über Myoglobin (siehe unten), das eine höhere Affinität zu Sauerstoff besitzt (Sauerstoff stärker anzieht). Es dient als Sauerstoff-Speicher.

Die Sauerstoffbindungskurve wird auf der Abszisse nach links verschoben durch:

Die Linksverschiebung führt dazu, dass Hämoglobin Sauerstoff stärker bindet. Dies macht man sich z. B. bei Herzoperationen zunutze, indem man den Patienten unterkühlt, um sein Blut maximal mit Sauerstoff zu sättigen. Tiere, die Winterschlaf halten, profitieren ebenfalls von diesem Effekt. In den Lungen wird ein Teil des Kohlendioxids im Zuge der Ausatmung abgegeben – das Hb kann wieder leichter mit Sauerstoff beladen werden.

Das im Rapoport-Luebering-Zyklus (Nebenweg der Glycolyse) durch das Enzym Bisphosphoglyceratmutase gebildete 2,3-Bisphosphoglycerat ist das wichtigste Intermediat der Glykolyse in den roten Blutkörperchen. Es bindet an Hämoglobin und verursacht einen allosterischen Effekt; die Abnahme der Affinität des Hämoglobins zum Sauerstoff. Es ist lebenswichtig, um die Abgabe von Sauerstoff im Organismus zu ermöglichen. Unter physiologischen Bedingungen liegt 2,3-BPG in den roten Blutkörperchen etwa in derselben Konzentration wie Hämoglobin vor. Eine Erhöhung der 2,3-BPG-Konzentration ist z. B. bei der Höhenanpassung zu beobachten. Sinn dieser Regulation ist folgender: Ist die Sauerstoffsättigung im Blut durch die „dünne Luft“ in großer Höhe vermindert, gibt Hb den gebundenen Sauerstoff an die Verbraucher schlechter ab als bei hoher Sättigung (siehe Bindungskurve). Trotzdem muss die Versorgung aller Organe mit O2 gewährleistet sein. Hb muss also weniger affin zum Sauerstoff werden, um die Peripherie ausreichend zu versorgen.

In verschiedenen Lebensphasen (Embryonalphase, Fetalphase und nach der Geburt, d. h. „adulte Phase“) sind beim Menschen verschiedene Hämoglobine zu finden. Diese Hämoglobine unterscheiden sich in ihrer Affinität für Sauerstoff. Sie bestehen aus jeweils vier Untereinheiten in paarweise verschiedener Zusammensetzung.

Synthese der verschiedenen Hämoglobinketten und deren Bildungsorte während der Schwangerschaft und perinatal

Entwicklungsgeschichtlich sind die unterschiedlichen Untereinheiten des Hämoglobins durch Genduplikationen des Globin-Gens entstanden. Die Kombinationen dieser Untereinheiten als Tetramer werden je nach Sauerstoffbedarf zu unterschiedlichen Zeitpunkten synthetisiert, beispielsweise um als Fötus im Mutterleib Sauerstoff aus dem mütterlichen Blut zu erhalten.

Während der Schwangerschaft wird Sauerstoff durch die Plazenta (Mutterkuchen) zum Fötus transportiert, den dieser dann effizient aufnimmt. Dies wird dadurch gewährleistet, dass die embryonalen und fetalen Hämoglobin-Typen eine deutlich höhere Sauerstoff-Bindungsaffinität haben als das später nachgeburtlich gebildete adulte Hämoglobin. Außerdem ist der Hämatokrit im Vergleich zur Mutter stark erhöht. Auf diese Weise gelangt durch die Nabelschnur genug Sauerstoff zum Fötus.

Embryonale Hämoglobine

Die embryonalen Hämoglobine werden in der Embryonalphase, den ersten 8 Wochen nach der Befruchtung, in Blutinseln des Dottersacks gebildet und tragen Eigennamen:

  • Gower-12ε2) („zeta-epsilon“)
  • Gower-22ε2) („alpha-epsilon“)
  • Portland-12γ2) („zeta-gamma“)
  • Portland-22β2) („zeta-beta“)

Fetale Hämoglobine

Als fetales Hämoglobin wird das während der Fetalperiode (ab der 9. Woche nach Befruchtung bis zur Geburt) vorwiegend gebildete Hämoglobin F (HbF) bezeichnet. Die Synthese des fetalen Hämoglobins beginnt schon in der vorangehenden Embryonalphase und wird auch nicht sofort nach der Geburt gestoppt, sondern hält noch einige Monate an. Bildungsort sind Leber und Milz. Es hat eine viel höhere Sauerstoffaffinität als adultes Hämoglobin, um den Sauerstoff aus dem mütterlichen Blut aufzunehmen.

  • Hämoglobin F (α2γ2) – Im Fötus das dominierende Hämoglobin, bei gesunden Erwachsenen nur in Spuren nachweisbar

Adulte Hämoglobine

Als adulte Hämoglobine gelten Hämoglobin A (α2β2; HbA0 [früher Hb A1 genannt, die Bezeichnung HbA1c steht für eine glykierte Form]) und Hämoglobin A22δ2; HbA2). Die Synthese der adulten Hämoglobine beginnt schon im Fetus und ersetzt dann in den ersten Monaten nach Geburt das fetale Hämoglobin. Bildungsort ist das Knochenmark. Während des ersten Lebensjahres wird die Expression des γ-Gens abgesenkt und die des β-Gens erhöht. Der Transkriptionsfaktor BCL11A ist der entscheidende Repressor des γ-Globins beim Erwachsenen. Daher ist fetales Hämoglobin beim Erwachsenen nur in Spuren nachweisbar.

  • Hämoglobin A (α2β2) – 98 %
  • Hämoglobin A22δ2) – 2 %.

Glykohämoglobine

Glykohämoglobine entstehen durch Bindung von Glucose an Aminogruppen der Globine. Dies geschieht unter physiologischen Bedingungen nicht-enzymatisch durch den Kontakt des Hämoglobins mit dem Blutzucker (Glykierung). Die Hauptkomponente HbA0 des Hämoglobins A wird dabei vorwiegend in HbA1c umgewandelt, bei dem Glucose an die N-terminale Aminosäure Valin der β-Kette gebunden vorliegt. Der jeweilige Anteil von HbA1c am Gesamthämoglobin wird als Hinweis auf die durchschnittliche Blutzuckerhöhe der vergangenen Wochen interpretiert.

Methämoglobin

Methämoglobin (Met-Hb) ist eine deaktivierte, nicht sauerstoffaffine Form des Hämoglobins, in der das Eisenion sich in der Oxidationsstufe III statt II befindet. Das NADH-abhängige Enzym Methämoglobin-Reduktase (Diaphorase I) ist in der Lage, Methämoglobin wieder in Hämoglobin zu überführen. In der Regel liegen beim Menschen zwei Prozent des Hämoglobins als Methämoglobin vor. Ein höherer Anteil kann entweder genetisch bedingt oder Folge einer Vergiftung sein. Ein hoher Methämoglobinanteil hat eine mangelhafte Sauerstoffversorgung des Organismus zur Folge.

Wenn die roten Blutkörperchen das Ende ihres Lebens (etwa 120 Tage) erreicht haben, werden sie in den mononukleären Phagozyten hauptsächlich in der Milz (und bei hohem Anfall von abzubauendem Hämoglobin auch in der Leber und im Knochenmark) abgebaut. Der Abbauprozess beginnt in der Milz und wird in der Leber fortgesetzt. Zuerst wird der Globinanteil vom Häm getrennt und zu Aminosäuren degradiert. Das Häm wird über eine Cytochrom-P450-abhängige Oxygenase (Hämooxygenase) zu Biliverdin gespalten, wobei Eisen (Fe2+) und Kohlenmonoxid frei werden. Das Eisen wird von den Makrophagen an das im Blut vorhandene Transportprotein Transferrin abgegeben. Die Biliverdin-Reduktase wandelt schließlich das grünliche Biliverdin in Bilirubin um. Dieses wird ins Blut abgegeben und an Albumin gekoppelt (da es schlecht wasserlöslich ist) und zur Leber transportiert. Hier wird das Bilirubin zweifach mit Glucuronsäure konjugiert und somit löslich gemacht – es kann nun mit der Galle in den Darm abgegeben und über den Stuhl ausgeschieden werden. Im Darm sorgen Bakterien dafür, dass die Glucuronsäure teilweise wieder gespalten wird, und auf diese Weise das orangefarbene Bilirubin reduziert wird zu farblosem Urobilinogen und zu braunem Sterkobilinogen. Ein geringer Anteil dieses reduzierten Bilirubins wird wieder über den Darm aufgenommen (enterohepatischer Kreislauf) und über die Niere ausgeschieden (gelbe Farbe des Urins). Verschiedene Lebererkrankungen wie die Leberentzündung (Hepatitis) oder Abflussbehinderungen in der Gallenblase (Gallensteine) führen zu einer erhöhten Bilirubinkonzentration. Bilirubin ist der Farbstoff, der bei Einlagerung in die Haut zur so genannten Gelbsucht (Ikterus = Gelbfärbung der Haut und Lederhaut (Sclera) der Augen) führt.

Mutationen im HBA1-Gen können zu Defekten der α-Untereinheit und diese zu Heinz-Körper-Anämie und zur α-Thalassämie führen. Mutationen im HBB-Gen können die Ursache für Heinz-Körper-Anämie, β-Thalassämie und Sichelzellenanämie werden. Manche Varianten der HBG1/HBG2-Gene können Neugeborenengelbsucht verursachen.

Reduzierte Hämoglobinwerte, mit oder ohne Reduktion der Zahl von roten Blutkörperchen, führen zu den Symptomen einer Anämie. Es gibt viele Ursachen für eine Anämie, wobei Eisenmangel der häufigste Grund in der westlichen Welt sein dürfte. Durch Eisenmangel wird die Häm-Synthese gehemmt. Als Folge sind die roten Blutkörperchen hypochrom (ohne die rote Farbe) und mikrozytisch (kleiner als normal).

Bei einer Hämolyse (verstärkter Abbau von roten Blutkörperchen) tritt ein Ikterus auf, verursacht durch den Hämoglobin-Metabolit Bilirubin. Bis zu einer Menge von 135 mg/dl wird in den Blutgefäßen freigesetztes Hämoglobin an Haptoglobin gebunden, bei einem stärkeren Blutzerfall kommt es zum Auftreten von freiem Hämoglobin im Blut (Hämoglobinämie).

Eine Gruppe von genetischen Defekten, bekannt als Porphyrien, führen zu einer Störung der Hämsynthese. Durch die Anreicherung von Häm-Vorstufen kommt es unter anderem zu Lichtempfindlichkeit, Abdominalschmerzen und neurologischen Problemen sowie zur Porphyrinurie.

Bei der Methämoglobinämie wird das in den roten Blutkörperchen vorhandene Hämoglobin, das dem Sauerstofftransport dient, in das funktionsunfähige Methämoglobin umgewandelt und steht damit nicht mehr für den Sauerstofftransport zur Verfügung. Die Ursache dafür kann erblich bedingt sein (kongenitale Methämoglobinämie) oder durch Giftstoffe ausgelöst werden.

Mutationen in den Globinketten sind mit verschiedenen Hämoglobinopathien verbunden, wie die Sichelzellenanämie und Thalassämie.

Die Erreger der Malaria spalten Hämoglobin in von ihnen infizierten roten Blutkörperchen, um daraus Proteine für ihren eigenen Stoffwechsel zu gewinnen. Aus dem Häm entsteht dabei Hämozoin, das vom Parasiten kristallisiert wird und unter dem Mikroskop in den infizierten Erythrozyten als Pigment erkennbar ist. Das Malaria-Medikament Chloroquin hemmt diese Kristallisierung und der Parasit wird durch das Häm vergiftet.

Der Nachweis von Hämoglobin erfolgt durch den Teichmann-Test, bei dem Blut vorsichtig mit Kochsalz und Eisessig erwärmt wird, wobei sich Hämin (Teichmann-Kristalle) abscheidet, oder mit der Luminolreaktion, bei der eine Lösung aus Luminol sowie Natronlauge und eine Lösung aus Wasserstoffperoxid verwendet wird. Diese Reaktion findet nur in Anwesenheit eines Katalysators statt, im Nachweisfalle von Hämoglobin wäre dieser das Eisen(II)-Ion im Häm-Komplex.

Die Skulptur Heart of Steel (Hemoglobin) von Julian Voss-Andreae in der Stadt Lake Oswego im US-amerikanischen Bundesstaat Oregon. Das Bild links wurde unmittelbar nach der Enthüllung aufgenommen, das mittlere Bild nach 10 Tagen und das rechte Bild, nachdem die Plastik einige Monate der Witterung ausgesetzt war.
  • Der deutsch-amerikanische Künstler Julian Voss-Andreae hat 2005 eine Skulptur geschaffen, die auf der Struktur des Hämoglobins beruht. Das beabsichtigte Rosten des Werks ist eine Anspielung auf die Oxygenierung im Häm.
  • Die britische Rockband Placebo nahm ein Lied mit dem Titel Haemoglobin auf.
  • Der französische Rapper MC Solaar veröffentlichte im Jahr 1994 eine erfolgreiche Single mit dem Titel La concubine de l'hémoglobine.
  • Die deutsche Melodic-Death-Metalband Deadlock hat auf ihrem Album "The Arrival" ein Lied mit dem Namen "Killing The Time With Haemoglobin" mit einer Länge von 11 Minuten.
  1. Friedrich Ludwig Hünefeld: Der Chemismus in der thierischen Organisation. Brockhaus, 1840 ( in der Google-Buchsuche).
  2. (PDF; 782 kB) In: Educational Brief. National Aeronautics and Space Administration, abgerufen am 2. Februar 2016.
  3. F. Hoppe-Seyler: Über die oxydation in lebendem blute. In: Med-chem Untersuch Lab.Band1, 1866,S.133–140.
  4. Georg Hoppe-Seyler: .
  5. William Küster: Beiträge zur Kenntnis des Bilirubins und Hämins. In: Hoppe-Seylers Zeitschrift für Physiologische Chemie. Nr. 82, 1912, S. 463 ff.
  6. M. F. Perutz, M. G. Rossmann, A. F. Cullis, H. Muirhead, G. Will, A. C. T. North: Structure of H. In: Nature.Band185,Nr.4711, 1960,S.416–422, doi:, .
  7. M. F. Perutz: Structure of hemoglobin. In: Brookhaven symposia in biology.Band13, November 1960, ISSN ,S.165–183, .
  8. M. F. Perutz, H. Muirhead, J. M. Cox u. a.: Three-dimensional Fourier synthesis of horse oxyhaemoglobin at 2.8 A resolution: (1) x-ray analysis. In: Nature.Band219,Nr.5149, Juli 1968,S.29–32, doi:, .
  9. M. F. Perutz, H. Muirhead, J. M. Cox, L. C. Goaman: Three-dimensional Fourier synthesis of horse oxyhaemoglobin at 2.8 A resolution: the atomic model. In: Nature.Band219,Nr.5150, Juli 1968,S.131–139, .
  10. (Memento vom 29. Januar 2012 im Internet Archive) Canterbury Scientific.
  11. UniProt , UniProt
  12. J. M. Berg, J. L. Tymoczko, L. Stryer: Biochemie. 6. Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, München 2007, ISBN 978-3-8274-1800-5, S. 208ff.
  13. Robert F. Schmidt, Gerhard Thews (Hrsg.): Physiologie des Menschen. 25. Auflage. Springer-Verlag, Berlin 1993, ISBN 3-541-02636-7,S.616–620.
  14. Erich Schütz, Heinz Caspers, Erwin-Josef Speckmann (Hrsg.): Physiologie. 16. Auflage. Urban & Schwarzberg, München 1982, ISBN 3-540-57104-3,S.86–87.
  15. R. Zander, W. Lang, P. Lodemann: . Abgerufen am 13. August 2013.
  16. G. S. Adair: The hemoglobin system. VI. The oxygen dissociation curve of hemoglobin. In: J Biol Chem. Band 63, 1925, S. 529–545.
  17. D. E. Koshland, G. Némethy, D. Filmer: Comparison of experimental binding data and theoretical models in proteins containing subunits. In: Biochemistry. Band 5, Nummer 1, Januar 1966, S. 365–385,ISSN . .
  18. Abgerufen am 29. Juli 2021.
  19. Abgerufen am 31. Januar 2019 (englisch).
  20. Vijay G. Sankaran, Tobias F. Menne, Jian Xu, Thomas E. Akie, Guillaume Lettre: Human fetal hemoglobin expression is regulated by the developmental stage-specific repressor BCL11A. In: Science (New York, N.Y.).Band322,Nr.5909, 19. Dezember 2008, ISSN ,S.1839–1842, doi:, .
  21. UniProt , UniProt , UniProt
  22. Wolfgang Piper: Innere Medizin. 2. Auflage. Springer, Berlin 2002, ISBN 978-3-642-33108-4,S.639–640.
  23. Constance Holden: Blood and Steel. In: Science.Band309,Nr.5744, 30. September 2005,S.2160, doi: ( [PDF]).
  24. L. Moran, R. A. Horton, G. Scrimgeour, M. Perry: Principles of Biochemistry. Pearson, Boston, MA 2011, ISBN 978-0-321-70733-8,S.127.
  • M. F. Perutz: Stereochemistry of cooperative effects in haemoglobin. In: Nature. Band 228, Nummer 5273, November 1970, S. 726–739,ISSN . .
  • L. Makowski, J. Bardhan u. a.: WAXS studies of the structural diversity of hemoglobin in solution. In: Journal of Molecular Biology, Band 408, Nummer 5, Mai 2011, S. 909–921,ISSN . doi:10.1016/j.jmb.2011.02.062. . (freier Volltext).
  • T. Yonetani, M. Laberge: Protein dynamics explain the allosteric behaviors of hemoglobin. In: Biochimica et biophysica acta, Band 1784, Nummer 9, September 2008, S. 1146–1158. doi:10.1016/j.bbapap.2008.04.025. . (freier Volltext). (Review).
  • Martin D. Vesper, Bert L. de Groot, Dennis R. Livesay: Collective Dynamics Underlying Allosteric Transitions in Hemoglobin. In: PLoS Computational Biology. Band 9, 2013, Artikel e1003232, doi:10.1371/journal.pcbi.1003232.
Commons: Hämoglobin – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Hämoglobin – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
  • – Proteopedia (engl.)
  • (englisch)
  • Jennifer McDowall/Interpro: (engl.)
Normdaten (Sachbegriff): GND:(, )

Hämoglobin
hämoglobin, organische, verbindung, proteinkomplex, tetramer, sprache, beobachten, bearbeiten, altgriechisch, αἷμα, haíma, blut, lateinisch, globus, klumpen, ballen, abkürzung, eisenhaltige, proteinkomplex, blutfarbstoff, roten, blutkörperchen, wirbeltieren, e. Hamoglobin organische Verbindung Proteinkomplex Tetramer Sprache Beobachten Bearbeiten Hamoglobin von altgriechisch aἷma haima Blut und lateinisch globus Klumpen Ballen Abkurzung Hb ist der eisenhaltige Proteinkomplex der als Blutfarbstoff in den roten Blutkorperchen von Wirbeltieren enthalten ist Sauerstoff bindet und diesen so im Blutkreislauf transportiert Hamoglobin a UntereinheitDas Hamoglobin A1 erwachsener Menschen besteht aus 2 a Ketten rot und 2 b Ketten blau mit 4 Ham Gruppen grun die je ein O2 Molekul binden konnen Modell nach PDB 1GZX Vorhandene Strukturdaten UniProt EintragMasse Lange Primarstruktur 16 kDa je Untereinheit a Kette 141 b Kette 146 AminosaurenKofaktor HamBezeichnerGen Name n HBA1 HBA2Externe IDs OMIM 141800 UniProt P69905VorkommenHomologie Familie Beta 2 GlobinUbergeordnetes Taxon Wirbeltiere Hamoglobin b UntereinheitKugelmodell der Ham Tasche der Hamoglobin b Untereinheit mit Ham Eisen grun und Disauerstoff nach PDB 1GZXVorhandene Strukturdaten UniProt EintragEigenschaften des menschlichen ProteinsMasse Lange Primarstruktur 146 AminosaurenKofaktor HamBezeichnerGen Name HBBExterne IDs OMIM 141900 UniProt P68871 MGI 96021VorkommenHomologie Familie Beta 2 GlobinUbergeordnetes Taxon Wirbeltiere UbergeordnetZytosolGene OntologyQuickGO Das Hamoglobin von Saugetieren ist ein Tetramer es besteht aus vier Globinen als Untereinheiten Beim erwachsenen Menschen sind dies je zwei Hb a und Hb b im Hamoglobin A Hb A0 der haufigsten Form Die vier den Komplex bildenden Proteine sind Aminosaureketten a Kette 141 AS b Kette 146 AS in der fur Globine typischen Faltung mit jeweils einer Tasche in der ein Eisen II Komplex das Ham gebunden ist Dessen Eisenion vermag ein Sauerstoffmolekul zu binden Dabei andert sich die Farbe des Hams von dunkel zu hellrot Die Bindungsstarke hangt empfindlich von der Konformation der Proteinumgebung des Hams ab Wechselwirkungen zwischen den vier Globinen begunstigen die beiden extremen Zustande in denen der Gesamtkomplex entweder mit vier Molekulen Sauerstoff gesattigt ist in der Lunge bzw den Kiemen oder allen Sauerstoff abgegeben hat Wechselwirkungen mit anderen Molekulen unterstutzen die Beladung wie die Entladung Zum Vorkommen von Hamoglobin und ahnlicher Globine im Tierreich siehe Sauerstofftransporter Inhaltsverzeichnis 1 Geschichte 2 Struktur 2 1 Nichtmodifizierte Grundstruktur 2 2 Posttranslationale Modifikationen 3 Sauerstofftransport 3 1 Leistungsfahigkeit 3 2 Normbereich 3 3 Sauerstoffbindung durch Hamoglobine auf molekularer Ebene 3 4 Kooperativer Effekt bei der Sauerstoffbindung 3 5 pH Wert Abhangigkeit der Sauerstoffbindung 3 6 Konkurrenz zwischen Sauerstoff und Kohlenstoffmonoxid 3 7 Effekte welche die Sauerstoffbindung beeinflussen 4 Hamoglobin Typen 4 1 Embryonale Hamoglobine 4 2 Fetale Hamoglobine 4 3 Adulte Hamoglobine 4 4 Glykohamoglobine 4 5 Methamoglobin 5 Abbau von Hamoglobin 6 Rolle bei Krankheiten 7 Nachweis 8 Hamoglobin in Kunst und Musik 9 Einzelnachweise 10 Literatur 11 WeblinksGeschichte BearbeitenDas Sauerstofftransportprotein Hamoglobin wurde 1840 von Friedrich Ludwig Hunefeld entdeckt 1 1851 beschrieb Otto Funke die Kristallisation von Hamoglobin durch Verdunnen von Tierblut mit Wasser Ethanol oder Diethylether und anschliessendem langsamen Verdampfen des Losungsmittels aus der erhaltenen Proteinlosung Funkesche Kristalle 2 Uber die reversible Oxygenierung des Hamoglobins wurde 1866 erstmals von Felix Hoppe Seyler berichtet 3 4 Von ihm stammt auch der Name Hamoglobin Die Strukturformel des Hams bzw des korrespondierenden Hamins also des eisenhaltigen Porphyrinkomplexes formulierte bereits 1912 der deutsche Chemiker William Kuster 5 der Nachweis der Richtigkeit dieser Strukturformel gelang dem Chemiker Hans Fischer 1928 durch die vollstandige Synthese des Hamins 1930 wurde er dafur mit dem Nobelpreis fur Chemie ausgezeichnet Das Hamoglobin ist eines der bestuntersuchten Proteine seine Struktur wurde als eine der ersten uberhaupt von Max Perutz et al 1959 mit Hilfe der Rontgenkristallographie ermittelt 6 7 8 9 Fur diese Arbeiten bekam er 1962 zusammen mit John Kendrew den Nobelpreis fur Chemie Struktur BearbeitenNichtmodifizierte Grundstruktur Bearbeiten Bandermodell von Hamoglobin A HbA je zwei Untereinheiten a und b rot bzw blau tragen jeweils ein Ham Stabchenmodell grun als prosthetische Gruppe nach PDB 1GZX Strukturformel des Ham b Sauger Hamoglobine bestehen aus vier Untereinheiten je zwei vom a und zwei vom b Typ In jeder dieser Untereinheiten ist jeweils eine prosthetische Gruppe an der die Sauerstoffbindung stattfindet eingebettet Ein Hamoglobinkomplex Molekul kann also vier Sauerstoffmolekule binden Die prosthetische Gruppe der sauerstofffreien Form ist ein Eisen II Komplex des Protoporphyrins IX welches die vier aquatorialen Positionen des Eisenions besetzt Das Eisenion befindet sich in einem high spin Zustand und ist daher etwas zu gross um in das Loch des Porphyrins zu passen Es befindet sich also etwas unterhalb der Ringebene Dieses Ham b ist uber die axiale Position des Eisenions auf der Unterseite uber einen proximalen Histidinrest an die Proteinmatrix gebunden Die zweite axiale Position auf der Oberseite ist unbesetzt und steht fur die Anbindung des Sauerstoffmolekuls zur Verfugung Posttranslationale Modifikationen Bearbeiten Neben verschiedenen seltenen Modifikationen einzelner Aminosauren in den Hamoglobin Untereinheiten des Menschen tritt haufig die Glykation beider Untereinheiten an speziellen Aminosauren auf Dies ist die Folge einer hohen Glucosekonzentration im Blut und kann daher in der Labordiagnostik verwendet werden um den durchschnittlichen Blutzuckerspiegel der letzten Monate zu ermitteln Bei der Glykation des Hamoglobins wird Glucose kovalent an Lysin 8 17 41 62 der a Untereinheit sowie Valin 2 Lysin 9 18 67 121 oder 145 der b Untereinheit gebunden Ist ein glykiertes b Hamoglobin an Valin 2 modifiziert und hat sich der Glucoserest uber ein Aldimin und eine Amadori Umlagerung zu einem stabilen Ketoamin gewandelt wird es als HbA1c bezeichnet 10 11 Sauerstofftransport BearbeitenLeistungsfahigkeit Bearbeiten Die Sauerstoffbindungskurve auch Sattigungskurve zeigt den charakteristischen sigmoidalen S formigen Verlauf Man vergleiche den hiergegenuber hyperbolischen Verlauf der Sattigungskurve des Myoglobins 12 Hamoglobin ist ein globulares Protein mit sehr guter Loslichkeit in Wasser Loslichkeit bis zu 5 mmol l Hamoglobin 34 1 g Hb kann in vitro 1 389 ml Sauerstoff binden in vivo jedoch nur 1 34 ml Hufnersche Zahl somit konnen 100 ml Blut die etwa 15 g Hb enthalten bei 100 prozentiger Sattigung bis zu 15 1 34 ml 20 1 ml Sauerstoff aufnehmen Auffallig ist der sigmoidale S formige Verlauf der Bindungskurve Normalerweise wurde man erwarten dass die Sauerstoffbeladung mit steigendem Sauerstoffpartialdruck wie beim Myoglobin zunachst stark und dann immer langsamer zunimmt hyperbolischer Verlauf Fur Hamoglobin verlauft die Sauerstoffbindungskurve im Bereich des in der Lunge herrschenden Sauerstoffpartialdrucks ungewohnlich flach und im Bereich des im Gewebe herrschenden Sauerstoffpartialdrucks ungewohnlich steil Der flache Verlauf der Bindungskurve im Endteil verhindert einen starkeren Abfall der Sauerstoffsattigung im Alter bei Lungenfunktionsstorungen und in Hohenlagen und der steilere Verlauf im Mittelteil sorgt dafur dass bei einem sinkenden venosen Sauerstoffpartialdruck viel Sauerstoff abgegeben wird 13 14 Normbereich Bearbeiten Fur das beim Erwachsenen uberwiegende sogenannte adulte Hamoglobin siehe unten wurde ein Normbereich festgelegt Fur Kinder gelten andere Normwerte Als Normalbereich wird der Bereich bezeichnet in dem die Hb Werte von 96 Prozent aller gesunden Menschen liegen Hamoglobin bei Menschen g dl alte Einheit mmol l SI Einheit Manner 13 5 17 5 8 4 10 9Frauen 12 16 7 4 9 9Neugeborene 19 11 8 Ein erhohter Hamoglobin Wert bedeutet meistens auch eine erhohte Erythrozyten Anzahl Polyglobulie und kann z B bei Aufenthalt in grossen Hohen Sauerstoffmangel oder durch Flussigkeitsverlust auftreten Bei unklarer Ursache ist auch abzuklaren ob es sich bei stark erhohten Werten um die Erkrankung Polycythaemia vera handelt Ein verringerter Hamoglobin Wert wird als Anamie bezeichnet eine verminderte Beladung der roten Blutkorperchen mit Hamoglobin als Hypochromasie Ein erhohter verringerter Hamoglobin Wert ist immer abhangig vom Normalwert Liegt der Normalwert bei 10 9 mmol l dann kann ein Wert von 8 4 mmol l schon zu Symptomen von Anamie fuhren Liegt der Normalwert bei 9 mmol l dann treten bei 8 4 mmol l noch keine Symptome auf Die Hohe des Hamoglobinwertes ist massgeblich bei der Zulassung zur Blutspende Manner mussen einen Mindestwert von 8 4 mmol l 13 5 g dl Frauen einen von 7 8 mmol l 12 5 g dl aufweisen um vom Spendearzt zugelassen zu werden Bestimmt wird der Hb Wert mittels elektronisch messender Hb Photometer Aktuelle Informationen des DRK Blutspendedienstes besagen dass Manner mit einem Hb von gt 11 2 mmol l 18 0 g dl nicht mehr zur Spende zugelassen werden 12 2006 Dies ist jedoch nicht in allen Bundeslandern der Fall bei erhohtem Hb Wert wird weitere Flussigkeitsaufnahme vor der Spende empfohlen Die Bestimmung des Hamoglobingehalts basiert auf dem Nachweis der Hamgruppen des Proteins Daher wird als molare Hamoglobinkonzentration traditionell so auch hier die Konzentration der einzelnen Untereinheiten mittlere molare Masse 16114 5 g mol 15 angegeben 15 Der Umrechenfaktor von g dl zu mmol l betragt hierfur also 0 6206 Nach IUPAC und DIN 58931 wird die so berechnete monomere Hamoglobinkonzentration mit Hb Fe bezeichnet 15 Da ein Hamoglobinkomplex Molekul aus 4 Untereinheiten mit je einer Hamgruppe besteht mussen die in mmol l angegebenen Werte durch 4 geteilt werden um die Konzentration des Hamoglobin Tetramers nach IUPAC und DIN 58931 mit Hb bezeichnet zu erhalten molare Masse 64458 g mol 15 Der Umrechenfaktor von g dl in mmol l betragt hierfur also 0 1551 Die in g dl angegebenen Werte bleiben jeweils unverandert Sauerstoffbindung durch Hamoglobine auf molekularer Ebene Bearbeiten O2 Bindung Verlagerung des Zentralatoms FeII in die Ringebene O2 Bindung H Bruckenbindung mit der Seitenkette von distalem Histidin nicht gezeigt das proximale Histidin siehe Abbildung oben Bei der Bindung von Sauerstoff wird ein Disauerstoffmolekul O2 in das Zentrum des Ham Komplexes aufgenommen Das Atom des zentralen Eisenions FeII geht durch die Sauerstoffbindung in einen low spin Zustand uber Dabei verringert sich seine Grosse und es rutscht in die Ebene des Porphyrinrings Stabilisiert wird das gebundene Sauerstoffmolekul uber eine Wasserstoffbrucke Diese wird mit der Seitenkette des Globinproteins gebildet einem distal gelegenen Histidinrest der sich in der Nahe des Zentralatoms befindet Jener proximale Histidinrest uber den das Eisenatom des Hams an die Proteinmatrix gebunden ist liegt auf der anderen Seite der Ringebene Kooperativer Effekt bei der Sauerstoffbindung Bearbeiten Ein Hamoglobin das aus vier Hb Untereinheiten besteht kann vier Sauerstoffmolekule binden Aus rein statistischen Erwagungen ware zu erwarten dass das Bestreben weitere Sauerstoffmolekule zu binden mit jedem bereits gebundenen Sauerstoffmolekul abnimmt Untersuchungen haben jedoch gezeigt dass das Gegenteil der Fall ist und die Sauerstoffaffinitat mit steigender Beladung zunimmt positive Kooperativitat 16 17 pH Wert Abhangigkeit der Sauerstoffbindung Bearbeiten Das Gleichgewicht zwischen R und T Form ist pH abhangig Bohr Effekt und wird bei einem niedrigen pH Wert durch Protonierung zugunsten der weniger sauerstoffaffinen T Form verschoben Denselben Effekt hat ein hoher CO2 Partialdruck durch eine reversible Carboxylierung der Untereinheiten Dies fuhrt dazu dass hohe Protonen und Kohlenstoffdioxid Konzentrationen wie sie z B durch Zellatmung und Milchsauregarung im arbeitenden Muskel herrschen eine vollstandige Entladung des Hamoglobins begunstigen Konkurrenz zwischen Sauerstoff und Kohlenstoffmonoxid Bearbeiten Kohlenstoffmonoxid CO ist sehr giftig da es mit dem Sauerstoff um die axialen Koordinationsstellen der Eisenzentren konkurriert Einmal gebunden kann CO z B lediglich durch Sauerstoffdruckbehandlung in einer Druckkammer verdrangt werden es blockiert also Bindungsstellen fur Sauerstoff Bei starken Rauchern sind bis zu 10 Prozent des Hamoglobins mit CO besetzt An das freie Ham b bindet Kohlenstoffmonoxid 25000 Mal starker als Disauerstoff im Hamoglobin dagegen nur etwa 200 Mal Die Ursache fur die verringerte CO Affinitat ist dass aufgrund des Raumbedarfes des distalen Histidins die vom Kohlenstoffmonoxid bevorzugte lineare Fe CO Koordination nicht moglich ist Effekte welche die Sauerstoffbindung beeinflussen Bearbeiten Die Sauerstoffbindungskurve wird auf der Abszisse nach rechts verschoben durch Temperaturanstieg Absinken des pH Werts Steigerung der Konzentration von 2 3 Bisphosphoglycerat in den Erythrozyten Steigerung der Konzentration von Kohlenstoffdioxid Die Rechtsverschiebung fuhrt dazu dass das Hamoglobin leichter Sauerstoff abgibt Ein Beispiel Ein arbeitender Muskel verbraucht sehr viel Sauerstoff fur die Kontraktion Da er die Energie zum Teil in Warme umsetzt steigt in der arbeitenden Muskulatur die Temperatur an Ausserdem setzt er Milchsaure frei der pH Wert sinkt Durch den gesteigerten Stoffwechsel entsteht vermehrt Kohlenstoffdioxid durch die lokalen Effekte kann die Muskulatur mehr Sauerstoff aus dem Blut entnehmen Die Muskulatur verfugt uber Myoglobin siehe unten das eine hohere Affinitat zu Sauerstoff besitzt Sauerstoff starker anzieht Es dient als Sauerstoff Speicher Die Sauerstoffbindungskurve wird auf der Abszisse nach links verschoben durch Temperaturabnahme Anstieg des pH Werts Absinken der Konzentration von 2 3 Bisphosphoglycerat in den Erythrozyten Absinken der Konzentration von Kohlenstoffdioxid Die Linksverschiebung fuhrt dazu dass Hamoglobin Sauerstoff starker bindet Dies macht man sich z B bei Herzoperationen zunutze indem man den Patienten unterkuhlt um sein Blut maximal mit Sauerstoff zu sattigen Tiere die Winterschlaf halten profitieren ebenfalls von diesem Effekt In den Lungen wird ein Teil des Kohlendioxids im Zuge der Ausatmung abgegeben das Hb kann wieder leichter mit Sauerstoff beladen werden Das im Rapoport Luebering Zyklus Nebenweg der Glycolyse durch das Enzym Bisphosphoglyceratmutase gebildete 2 3 Bisphosphoglycerat ist das wichtigste Intermediat der Glykolyse in den roten Blutkorperchen Es bindet an Hamoglobin und verursacht einen allosterischen Effekt die Abnahme der Affinitat des Hamoglobins zum Sauerstoff Es ist lebenswichtig um die Abgabe von Sauerstoff im Organismus zu ermoglichen Unter physiologischen Bedingungen liegt 2 3 BPG in den roten Blutkorperchen etwa in derselben Konzentration wie Hamoglobin vor Eine Erhohung der 2 3 BPG Konzentration ist z B bei der Hohenanpassung zu beobachten Sinn dieser Regulation ist folgender Ist die Sauerstoffsattigung im Blut durch die dunne Luft in grosser Hohe vermindert gibt Hb den gebundenen Sauerstoff an die Verbraucher schlechter ab als bei hoher Sattigung siehe Bindungskurve Trotzdem muss die Versorgung aller Organe mit O2 gewahrleistet sein Hb muss also weniger affin zum Sauerstoff werden um die Peripherie ausreichend zu versorgen Hamoglobin Typen BearbeitenIn verschiedenen Lebensphasen Embryonalphase Fetalphase und nach der Geburt d h adulte Phase sind beim Menschen verschiedene Hamoglobine zu finden Diese Hamoglobine unterscheiden sich in ihrer Affinitat fur Sauerstoff Sie bestehen aus jeweils vier Untereinheiten in paarweise verschiedener Zusammensetzung Synthese der verschiedenen Hamoglobinketten und deren Bildungsorte wahrend der Schwangerschaft und perinatal Entwicklungsgeschichtlich sind die unterschiedlichen Untereinheiten des Hamoglobins durch Genduplikationen des Globin Gens entstanden Die Kombinationen dieser Untereinheiten als Tetramer werden je nach Sauerstoffbedarf zu unterschiedlichen Zeitpunkten synthetisiert beispielsweise um als Fotus im Mutterleib Sauerstoff aus dem mutterlichen Blut zu erhalten Wahrend der Schwangerschaft wird Sauerstoff durch die Plazenta Mutterkuchen zum Fotus transportiert den dieser dann effizient aufnimmt Dies wird dadurch gewahrleistet dass die embryonalen und fetalen Hamoglobin Typen eine deutlich hohere Sauerstoff Bindungsaffinitat haben als das spater nachgeburtlich gebildete adulte Hamoglobin Ausserdem ist der Hamatokrit im Vergleich zur Mutter stark erhoht Auf diese Weise gelangt durch die Nabelschnur genug Sauerstoff zum Fotus Embryonale Hamoglobine Bearbeiten Die embryonalen Hamoglobine werden in der Embryonalphase den ersten 8 Wochen nach der Befruchtung in Blutinseln des Dottersacks gebildet und tragen Eigennamen Gower 1 z2e2 zeta epsilon Gower 2 a2e2 alpha epsilon Portland 1 z2g2 zeta gamma Portland 2 z2b2 zeta beta Fetale Hamoglobine Bearbeiten Als fetales Hamoglobin wird das wahrend der Fetalperiode ab der 9 Woche nach Befruchtung bis zur Geburt vorwiegend gebildete Hamoglobin F HbF bezeichnet Die Synthese des fetalen Hamoglobins beginnt schon in der vorangehenden Embryonalphase und wird auch nicht sofort nach der Geburt gestoppt sondern halt noch einige Monate an Bildungsort sind Leber und Milz Es hat eine viel hohere Sauerstoffaffinitat als adultes Hamoglobin um den Sauerstoff aus dem mutterlichen Blut aufzunehmen Hamoglobin F a2g2 Im Fotus das dominierende Hamoglobin bei gesunden Erwachsenen nur in Spuren nachweisbarAdulte Hamoglobine Bearbeiten Als adulte Hamoglobine gelten Hamoglobin A a2b2 HbA0 fruher Hb A1 genannt die Bezeichnung HbA1c steht fur eine glykierte Form 18 und Hamoglobin A2 a2d2 HbA2 Die Synthese der adulten Hamoglobine beginnt schon im Fetus und ersetzt dann in den ersten Monaten nach Geburt das fetale Hamoglobin Bildungsort ist das Knochenmark Wahrend des ersten Lebensjahres wird die Expression des g Gens abgesenkt und die des b Gens erhoht 19 Der Transkriptionsfaktor BCL11A ist der entscheidende Repressor des g Globins beim Erwachsenen 20 Daher ist fetales Hamoglobin beim Erwachsenen nur in Spuren nachweisbar Hamoglobin A a2b2 98 Hamoglobin A2 a2d2 2 Glykohamoglobine Bearbeiten Glykohamoglobine entstehen durch Bindung von Glucose an Aminogruppen der Globine Dies geschieht unter physiologischen Bedingungen nicht enzymatisch durch den Kontakt des Hamoglobins mit dem Blutzucker Glykierung Die Hauptkomponente HbA0 des Hamoglobins A wird dabei vorwiegend in HbA1c umgewandelt bei dem Glucose an die N terminale Aminosaure Valin der b Kette gebunden vorliegt Der jeweilige Anteil von HbA1c am Gesamthamoglobin wird als Hinweis auf die durchschnittliche Blutzuckerhohe der vergangenen Wochen interpretiert Methamoglobin Bearbeiten Methamoglobin Met Hb ist eine deaktivierte nicht sauerstoffaffine Form des Hamoglobins in der das Eisenion sich in der Oxidationsstufe III statt II befindet Das NADH abhangige Enzym Methamoglobin Reduktase Diaphorase I ist in der Lage Methamoglobin wieder in Hamoglobin zu uberfuhren In der Regel liegen beim Menschen zwei Prozent des Hamoglobins als Methamoglobin vor Ein hoherer Anteil kann entweder genetisch bedingt oder Folge einer Vergiftung sein Ein hoher Methamoglobinanteil hat eine mangelhafte Sauerstoffversorgung des Organismus zur Folge Abbau von Hamoglobin BearbeitenWenn die roten Blutkorperchen das Ende ihres Lebens etwa 120 Tage erreicht haben werden sie in den mononuklearen Phagozyten hauptsachlich in der Milz und bei hohem Anfall von abzubauendem Hamoglobin auch in der Leber und im Knochenmark abgebaut Der Abbauprozess beginnt in der Milz und wird in der Leber fortgesetzt Zuerst wird der Globinanteil vom Ham getrennt und zu Aminosauren degradiert Das Ham wird uber eine Cytochrom P450 abhangige Oxygenase Hamooxygenase zu Biliverdin gespalten wobei Eisen Fe2 und Kohlenmonoxid frei werden Das Eisen wird von den Makrophagen an das im Blut vorhandene Transportprotein Transferrin abgegeben Die Biliverdin Reduktase wandelt schliesslich das grunliche Biliverdin in Bilirubin um Dieses wird ins Blut abgegeben und an Albumin gekoppelt da es schlecht wasserloslich ist und zur Leber transportiert Hier wird das Bilirubin zweifach mit Glucuronsaure konjugiert und somit loslich gemacht es kann nun mit der Galle in den Darm abgegeben und uber den Stuhl ausgeschieden werden Im Darm sorgen Bakterien dafur dass die Glucuronsaure teilweise wieder gespalten wird und auf diese Weise das orangefarbene Bilirubin reduziert wird zu farblosem Urobilinogen und zu braunem Sterkobilinogen Ein geringer Anteil dieses reduzierten Bilirubins wird wieder uber den Darm aufgenommen enterohepatischer Kreislauf und uber die Niere ausgeschieden gelbe Farbe des Urins Verschiedene Lebererkrankungen wie die Leberentzundung Hepatitis oder Abflussbehinderungen in der Gallenblase Gallensteine fuhren zu einer erhohten Bilirubinkonzentration Bilirubin ist der Farbstoff der bei Einlagerung in die Haut zur so genannten Gelbsucht Ikterus Gelbfarbung der Haut und Lederhaut Sclera der Augen fuhrt Rolle bei Krankheiten BearbeitenMutationen im HBA1 Gen konnen zu Defekten der a Untereinheit und diese zu Heinz Korper Anamie und zur a Thalassamie fuhren Mutationen im HBB Gen konnen die Ursache fur Heinz Korper Anamie b Thalassamie und Sichelzellenanamie werden Manche Varianten der HBG1 HBG2 Gene konnen Neugeborenengelbsucht verursachen 21 Reduzierte Hamoglobinwerte mit oder ohne Reduktion der Zahl von roten Blutkorperchen fuhren zu den Symptomen einer Anamie Es gibt viele Ursachen fur eine Anamie wobei Eisenmangel der haufigste Grund in der westlichen Welt sein durfte Durch Eisenmangel wird die Ham Synthese gehemmt Als Folge sind die roten Blutkorperchen hypochrom ohne die rote Farbe und mikrozytisch kleiner als normal Bei einer Hamolyse verstarkter Abbau von roten Blutkorperchen tritt ein Ikterus auf verursacht durch den Hamoglobin Metabolit Bilirubin Bis zu einer Menge von 135 mg dl wird in den Blutgefassen freigesetztes Hamoglobin an Haptoglobin gebunden bei einem starkeren Blutzerfall kommt es zum Auftreten von freiem Hamoglobin im Blut Hamoglobinamie 22 Eine Gruppe von genetischen Defekten bekannt als Porphyrien fuhren zu einer Storung der Hamsynthese Durch die Anreicherung von Ham Vorstufen kommt es unter anderem zu Lichtempfindlichkeit Abdominalschmerzen und neurologischen Problemen sowie zur Porphyrinurie Bei der Methamoglobinamie wird das in den roten Blutkorperchen vorhandene Hamoglobin das dem Sauerstofftransport dient in das funktionsunfahige Methamoglobin umgewandelt und steht damit nicht mehr fur den Sauerstofftransport zur Verfugung Die Ursache dafur kann erblich bedingt sein kongenitale Methamoglobinamie oder durch Giftstoffe ausgelost werden Mutationen in den Globinketten sind mit verschiedenen Hamoglobinopathien verbunden wie die Sichelzellenanamie und Thalassamie Die Erreger der Malaria spalten Hamoglobin in von ihnen infizierten roten Blutkorperchen um daraus Proteine fur ihren eigenen Stoffwechsel zu gewinnen Aus dem Ham entsteht dabei Hamozoin das vom Parasiten kristallisiert wird und unter dem Mikroskop in den infizierten Erythrozyten als Pigment erkennbar ist Das Malaria Medikament Chloroquin hemmt diese Kristallisierung und der Parasit wird durch das Ham vergiftet Nachweis BearbeitenDer Nachweis von Hamoglobin erfolgt durch den Teichmann Test bei dem Blut vorsichtig mit Kochsalz und Eisessig erwarmt wird wobei sich Hamin Teichmann Kristalle abscheidet oder mit der Luminolreaktion bei der eine Losung aus Luminol sowie Natronlauge und eine Losung aus Wasserstoffperoxid verwendet wird Diese Reaktion findet nur in Anwesenheit eines Katalysators statt im Nachweisfalle von Hamoglobin ware dieser das Eisen II Ion im Ham Komplex Hamoglobin in Kunst und Musik Bearbeiten Die Skulptur Heart of Steel Hemoglobin von Julian Voss Andreae in der Stadt Lake Oswego im US amerikanischen Bundesstaat Oregon Das Bild links wurde unmittelbar nach der Enthullung aufgenommen das mittlere Bild nach 10 Tagen und das rechte Bild nachdem die Plastik einige Monate der Witterung ausgesetzt war Der deutsch amerikanische Kunstler Julian Voss Andreae hat 2005 eine Skulptur geschaffen die auf der Struktur des Hamoglobins beruht 23 24 Das beabsichtigte Rosten des Werks ist eine Anspielung auf die Oxygenierung im Ham Die britische Rockband Placebo nahm ein Lied mit dem Titel Haemoglobin auf Der franzosische Rapper MC Solaar veroffentlichte im Jahr 1994 eine erfolgreiche Single mit dem Titel La concubine de l hemoglobine Die deutsche Melodic Death Metalband Deadlock hat auf ihrem Album The Arrival ein Lied mit dem Namen Killing The Time With Haemoglobin mit einer Lange von 11 Minuten Einzelnachweise Bearbeiten Friedrich Ludwig Hunefeld Der Chemismus in der thierischen Organisation Brockhaus 1840 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche A NASA Recipe For Protein Crystallography PDF 782 kB In Educational Brief National Aeronautics and Space Administration abgerufen am 2 Februar 2016 F Hoppe Seyler Uber die oxydation in lebendem blute In Med chem Untersuch Lab Band 1 1866 S 133 140 Georg Hoppe Seyler Felix Hoppe Seyler Arzt und Naturwissenschaftler William Kuster Beitrage zur Kenntnis des Bilirubins und Hamins In Hoppe Seylers Zeitschrift fur Physiologische Chemie Nr 82 1912 S 463 ff M F Perutz M G Rossmann A F Cullis H Muirhead G Will A C T North Structure of H In Nature Band 185 Nr 4711 1960 S 416 422 doi 10 1038 185416a0 PMID 18990801 M F Perutz Structure of hemoglobin In Brookhaven symposia in biology Band 13 November 1960 ISSN 0068 2799 S 165 183 PMID 13734651 M F Perutz H Muirhead J M Cox u a Three dimensional Fourier synthesis of horse oxyhaemoglobin at 2 8 A resolution 1 x ray analysis In Nature Band 219 Nr 5149 Juli 1968 S 29 32 doi 10 1038 219029a0 PMID 5659617 M F Perutz H Muirhead J M Cox L C Goaman Three dimensional Fourier synthesis of horse oxyhaemoglobin at 2 8 A resolution the atomic model In Nature Band 219 Nr 5150 Juli 1968 S 131 139 PMID 5659637 HbA1c and Glycated Hemoglobin Memento vom 29 Januar 2012 imInternet Archive Canterbury Scientific UniProt P69905 UniProt P68871 J M Berg J L Tymoczko L Stryer Biochemie 6 Auflage Spektrum Akademischer Verlag Munchen 2007 ISBN 978 3 8274 1800 5 S 208ff Robert F Schmidt Gerhard Thews Hrsg Physiologie des Menschen 25 Auflage Springer Verlag Berlin 1993 ISBN 3 541 02636 7 S 616 620 Erich Schutz Heinz Caspers Erwin Josef Speckmann Hrsg Physiologie 16 Auflage Urban amp Schwarzberg Munchen 1982 ISBN 3 540 57104 3 S 86 87 a b c d R Zander W Lang P Lodemann Das Molekulargewicht des Hamoglobins Abgerufen am 13 August 2013 G S Adair The hemoglobin system VI The oxygen dissociation curve of hemoglobin In J Biol Chem Band 63 1925 S 529 545 D E Koshland G Nemethy D Filmer Comparison of experimental binding data and theoretical models in proteins containing subunits In Biochemistry Band 5 Nummer 1 Januar 1966 S 365 385 ISSN 0006 2960 PMID 5938952 Pschyrembel Online Abgerufen am 29 Juli 2021 Hemoglobinopathies in the Fetal Position NEJM Abgerufen am 31 Januar 2019 englisch Vijay G Sankaran Tobias F Menne Jian Xu Thomas E Akie Guillaume Lettre Human fetal hemoglobin expression is regulated by the developmental stage specific repressor BCL11A In Science New York N Y Band 322 Nr 5909 19 Dezember 2008 ISSN 1095 9203 S 1839 1842 doi 10 1126 science 1165409 PMID 19056937 UniProt P69905 UniProt P68871 UniProt P69891 Wolfgang Piper Innere Medizin 2 Auflage Springer Berlin 2002 ISBN 978 3 642 33108 4 S 639 640 Constance Holden Blood and Steel In Science Band 309 Nr 5744 30 September 2005 S 2160 doi 10 1126 science 309 5744 2160d sciencemag org PDF L Moran R A Horton G Scrimgeour M Perry Principles of Biochemistry Pearson Boston MA 2011 ISBN 978 0 321 70733 8 S 127 Literatur BearbeitenM F Perutz Stereochemistry of cooperative effects in haemoglobin In Nature Band 228 Nummer 5273 November 1970 S 726 739 ISSN 0028 0836 PMID 5528785 L Makowski J Bardhan u a WAXS studies of the structural diversity of hemoglobin in solution In Journal of Molecular Biology Band 408 Nummer 5 Mai 2011 S 909 921 ISSN 1089 8638 doi 10 1016 j jmb 2011 02 062 PMID 21420976 PMC 3081904 freier Volltext T Yonetani M Laberge Protein dynamics explain the allosteric behaviors of hemoglobin In Biochimica et biophysica acta Band 1784 Nummer 9 September 2008 S 1146 1158 doi 10 1016 j bbapap 2008 04 025 PMID 18519045 PMC 2668241 freier Volltext Review Martin D Vesper Bert L de Groot Dennis R Livesay Collective Dynamics Underlying Allosteric Transitions in Hemoglobin In PLoS Computational Biology Band 9 2013 Artikel e1003232 doi 10 1371 journal pcbi 1003232 Weblinks Bearbeiten Commons Hamoglobin Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien Wiktionary Hamoglobin Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme Ubersetzungen Interaktives 3D Modell von Hamoglobin Proteopedia engl Molekul des Monats Hamoglobin englisch Jennifer McDowall Interpro Protein Of The Month Haemoglobin engl Normdaten Sachbegriff GND 4022814 9 OGND AKS Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Hamoglobin amp oldid 215403579, wikipedia, wiki, deutsches

deutschland

buch, bücher, bibliothek

artikel

lesen, herunterladen

kostenlos

kostenloser herunterladen, MP3, Video, MP4, 3GP, JPG, JPEG, GIF, PNG, Bild, Musik, Lied, Film, Buch, Spiel, Spiele