羧基血红蛋白：特征和作用 - 生物学

的碳氧血红蛋白是结合的血红蛋白一氧化碳（CO）。血红蛋白是在人类和许多其他脊椎动物中通过血液携带氧气的蛋白质。

为了运输氧气，血红蛋白必须与之结合。麦克斯·佩鲁兹（Max Perutz）是化学家，诺贝尔奖获得者，1914年出生于维也纳，于2002年在剑桥去世，他称血红蛋白的氧结合行为是“不道德的”。

血红蛋白的结构（来源：Bielabio，来自Wikimedia Commons）

想象两个能够结合四个氧分子的血红蛋白分子。一个已经有三个氧分子，另一个没有。如果出现另一个氧分子，那么问题就来了：它是与已经有三个氧的“富”氧结合，还是没有氧的“贫”氧结合？靶向富分子的可能性为100：1。

现在想象另外两个血红蛋白分子。一个具有4个氧分子（已饱和），另一个只有一个。哪个分子更可能给组织富氧或贫氧？穷人比富人更容易输送氧气。

血红蛋白分子中氧的分布可以看成是圣经的寓言：“……给拥有者，将赐予他，给没有者，甚至将其夺走……”（太13:12）。从生理学的角度来看，血红蛋白分子的这种“不道德”行为具有重要意义，因为它有助于向组织供氧。

然而，一氧化碳，不管与血红蛋白分子连接的氧原子有多少，都可以“杀死”它们。即，在存在大量CO的情况下，与血红蛋白结合的所有氧都被CO置换。

结构特点

谈到碳氧血红蛋白，它不过是与一氧化碳有关的血红蛋白的状态，首先必须用一般术语来指称血红蛋白。

血红蛋白是由四个亚基组成的蛋白质，每个亚基由称为珠蛋白的多肽链和称为血红素基团的非蛋白质性质的一组（修复基团）组成。

每个血红素基团包含亚铁态的铁原子（Fe ²⁺）。这些是能够与氧键合而不被氧化的原子。

血红蛋白四聚体由α珠蛋白的两个亚基（每个141个氨基酸）和β珠蛋白的两个亚基（每个146个氨基酸）组成。

当血红蛋白不与任何氧原子结合时，由于其中的盐桥的形成，血红蛋白的结构是刚性的或紧张的。

无氧（脱氧）血红蛋白的四级结构称为“ T”或应变结构，而含氧血红蛋白（氧合血红蛋白）的四级结构称为“ R”或松弛结构。

从T结构到R结构的转变是通过氧与连接到每个球蛋白链的血红素基团的亚铁^离子（Fe ²⁺）结合而发生的。

组成血红蛋白结构的亚基表现出协同行为，可以通过以下示例进行解释。

可以将脱氧的血红蛋白分子（在T结构中）想象成一个羊毛球，其中的氧结合位点（血红素基团）非常隐蔽在其中。

当这种紧密的结构与氧分子结合时，结合的速度非常慢，但是这种结合足以使球稍微松开并使下一个血红素基团更靠近表面，从而使其结合的速度更快下一个氧更高，重复该过程并增加与每个键的亲和力。

为了研究一氧化碳对血液气体运输的影响，首先必须描述氧合血红蛋白曲线的特征，该曲线描述了氧合血红蛋白曲线对氧分压的依赖，以使氧分子“充能”或不充氧。

氧合血红蛋白曲线具有S形或“ S”形，其根据氧的分压而变化。曲线图来自对用于构建曲线的血液样本的分析。

在低于60 mmHg的压力下获得曲线的最陡峭区域，而在高于此压力的压力下，曲线趋于平坦，好像达到了平稳状态。

当存在某些物质时，曲线会显示出明显的偏差。这些偏差表明在相同的PO ₂下血红蛋白对氧气的亲和力发生了变化。

为了量化该现象，引入了血红蛋白与氧气的亲和力测量，称为P ₅₀值，P ₅₀值是指血红蛋白饱和度为50％时氧气的分压值。也就是说，当一半的血红素基团连接到氧分子上时。

在标准条件下（应理解为pH 7.4，氧分压为40 mmHg和温度为37°C），成年男性的低P ₅₀为27 mm Hg或3.6 kPa。

在存在2,3二磷酸甘油酸（2-3DPG），二氧化碳（CO ₂），高质子浓度或温度升高的情况下，红细胞中血红蛋白对氧的亲和力可能会降低；一氧化碳（CO）也是如此。

一氧化碳能够干扰动脉血液中的氧气输送功能。该分子能够结合血红蛋白并形成羧基血红蛋白。这是因为它对血红蛋白的亲和力约为O _2的 250倍，因此即使与血红蛋白结合也能将其置换。

身体会永久产生一氧化碳，尽管数量很少。这种无色无味的气体以与O ₂相同的方式结合到血红素基团_上，通常血液中约1％的血红蛋白以羧基血红蛋白的形式存在。

由于有机物的不完全燃烧会产生一氧化碳，因此吸烟者中羧基血红蛋白的比例要高得多，达到总血红蛋白的5％至15％之间。羧基血红蛋白浓度的长期升高对健康有害。

吸入的产生大量40％羧基血红蛋白的CO吸入量增加会危及生命。当亚铁结合位点被CO占据时，O ₂无法结合。

CO的结合引起血红蛋白向R结构的转变，使得血红蛋白进一步降低了在毛细血管中递送O ₂的能力。

羧基血红蛋白为浅红色。因此，即使在昏迷和呼吸麻痹中，CO中毒的患者也会变粉红色。挽救这些患者生命的最好方法是让他们吸入纯氧，甚至高压氧，以取代铁与CO的结合。

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