Hemoglobin

Rozbalit box

Obsah boxu

Hemoglobin (běžně zkracováno jako Hb nebo Hgb) je metaloprotein obsahující železo, který se nachází v červených krvinkách (erytrocytech) téměř všech obratlovců a některých bezobratlých. Jeho primární a nejdůležitější funkcí je transport kyslíku z plic nebo žaber do tkání v celém těle. Kromě toho se podílí i na transportu oxidu uhličitého z tkání zpět do plic a působí jako důležitý pufr udržující stabilní pH krve. Molekula hemoglobinu dává krvi její charakteristickou červenou barvu. U zdravého dospělého člověka tvoří hemoglobin přibližně 96 % sušiny červených krvinek a asi 35 % jejich celkové hmotnosti (včetně vody).

⏳ Historie objevů

Historie poznání hemoglobinu sahá do 19. století.

1840: Německý vědec Friedrich Ludwig Hünefeld poprvé pozoroval krystaly hemoglobinu, když zkoumal krev žížaly.
1851: Otto Funke, německý fyziolog, publikoval sérii článků, ve kterých popsal metodu krystalizace hemoglobinu.
1864: Felix Hoppe-Seyler pojmenoval tuto látku "hemoglobin" a popsal její schopnost reverzibilně vázat kyslík.
kolem 1870: Francouzský fyziolog Claude Bernard objasnil roli hemoglobinu jako přenašeče kyslíku v krvi.
1959: Max Perutz pomocí rentgenové krystalografie odhalil komplexní trojrozměrnou strukturu molekuly hemoglobinu, za což spolu s Johnem Kendrewem obdržel v roce 1962 Nobelovu cenu za chemii.

🔬 Struktura a složení

Hemoglobin je složitý kulovitý protein (globulin) s kvartérní strukturou. Běžný hemoglobin dospělého člověka (HbA) se skládá ze čtyř podjednotek – dvou alfa (α) a dvou beta (β). Každá z těchto podjednotek je tvořena dvěma hlavními částmi:

Globin: Bílkovinná část tvořená polypeptidovým řetězcem. Řetězce α obsahují 141 aminokyselin a řetězce β 146 aminokyselin. Tyto řetězce jsou uspořádány do specifického tvaru, především do alfa-helixů.
Hem: Nebílkovinná prostetická skupina, která dává hemoglobinu jeho barvu. Základem hemu je komplexní organická molekula zvaná protoporfyrin IX, v jejímž středu je vázán jeden iont železa v oxidačním stavu Fe²⁺ (železnatý). Právě tento atom železa je schopen reverzibilně vázat jednu molekulu kyslíku (O₂).

Celá molekula hemoglobinu (tetramer) tedy obsahuje čtyři globinové řetězce a čtyři hemové skupiny, a proto může transportovat až čtyři molekuly kyslíku najednou. Celková molekulová hmotnost tetrameru je přibližně 64 500 daltonů.

🧬 Syntéza hemoglobinu

Syntéza hemoglobinu (Hb) je komplexní proces, který probíhá v prekurzorech červených krvinek v kostní dřeni během erytropoézy. Tento proces vyžaduje koordinovanou tvorbu dvou hlavních složek:

Syntéza hemu: Probíhá v mitochondriích a cytosolu nezralých červených krvinek. Začíná z glycinu a sukcinyl-CoA a v několika enzymatických krocích vede k vytvoření protoporfyrinového kruhu, do kterého je nakonec začleněno železo za vzniku hemu.
Syntéza globinových řetězců: Bílkovinné části jsou syntetizovány na ribozomech v cytosolu buňky na základě genetické informace uložené v DNA. Geny pro α-řetězce se nacházejí na 16. chromozomu, zatímco geny pro β-řetězce (a další typy jako gama a delta) leží na 11. chromozomu.

Pro správnou funkci a tvorbu hemoglobinu je nezbytný dostatečný přísun železa, vitamín B12 a kyseliny listové.

💨 Funkce a transport plynů

Hlavní funkcí hemoglobinu je transport dýchacích plynů, což je zásadní pro buněčné dýchání a udržení homeostázy v organismu.

Transport kyslíku

V plicích, kde je vysoký parciální tlak kyslíku, se kyslík váže na atomy železa v hemových skupinách. Tento proces se nazývá oxygenace a vzniká při něm oxyhemoglobin. Vazba kyslíku je kooperativní, což znamená, že navázání první molekuly O₂ na jednu podjednotku zvýší afinitu ostatních tří podjednotek ke kyslíku. To umožňuje rychlé a efektivní nasycení hemoglobinu kyslíkem v plicích. V tkáních, kde je parciální tlak kyslíku nízký (protože je spotřebováván buňkami), se kyslík z hemoglobinu uvolňuje a difunduje do buněk. Hemoglobin bez navázaného kyslíku se nazývá deoxyhemoglobin.

Bohrův efekt

Efektivita uvolňování kyslíku v tkáních je ovlivněna tzv. Bohrovým efektem, který poprvé popsal dánský fyziolog Christian Bohr v roce 1904. Tento jev popisuje, že afinita hemoglobinu ke kyslíku klesá v prostředí s nižším pH (kyselejším) a vyšší koncentrací oxidu uhličitého (CO₂). V metabolicky aktivních tkáních, jako jsou pracující svaly, se produkuje více CO₂ a kyseliny mléčné, což snižuje pH krve. To způsobí konformační změnu v molekule hemoglobinu, která usnadní uvolnění kyslíku přesně tam, kde je ho nejvíce potřeba.

Transport oxidu uhličitého

Hemoglobin se podílí i na transportu CO₂, odpadního produktu metabolismu, z tkání zpět do plic, a to několika způsoby:

Vazba na globin: Asi 10–25 % CO₂ se váže přímo na aminoskupiny globinových řetězců za vzniku karbaminohemoglobinu.
Jako hydrogenuhličitanový iont: Většina CO₂ (asi 85 %) je v červených krvinkách pomocí enzymu karboanhydráza přeměněna na kyselinu uhličitou (H₂CO₃), která se okamžitě rozkládá na vodíkový iont (H⁺) a hydrogenuhličitanový iont (HCO₃⁻). Vodíkové ionty jsou pufrovány hemoglobinem (váží se na něj), což zabraňuje výraznému poklesu pH krve. Hydrogenuhličitanové ionty jsou pak transportovány do krevní plazmy.

📊 Typy hemoglobinu a normální hodnoty

V lidském těle se vyskytuje několik typů hemoglobinu, které se liší složením svých globinových řetězců. Jejich zastoupení se mění v průběhu vývoje.

Hemoglobin A (HbA): Převažující forma u dospělých, tvoří 95–98 % veškerého hemoglobinu. Skládá se ze dvou α a dvou β řetězců (α₂β₂).
Hemoglobin A2 (HbA2): Tvoří malou část (2–3 %) hemoglobinu u dospělých. Je složen ze dvou α a dvou δ (delta) řetězců (α₂δ₂).
Fetální hemoglobin (HbF): Je dominantní formou během nitroděložního vývoje a u novorozenců. Skládá se ze dvou α a dvou γ (gama) řetězců (α₂γ₂). HbF má vyšší afinitu ke kyslíku než HbA, což umožňuje plodu efektivně získávat kyslík z matčiny krve přes placentu. Po narození jeho produkce rychle klesá.

Referenční hodnoty

Koncentrace hemoglobinu v krvi je klíčovým diagnostickým ukazatelem. Normální hodnoty se liší podle věku a pohlaví.

Muži: 135–175 g/l (gramů na litr)
Ženy: 120–160 g/l
Těhotné ženy: > 110 g/l
Děti: Hodnoty se výrazně mění s věkem, u novorozenců jsou nejvyšší (140–240 g/l) a postupně klesají.

Nízké hladiny hemoglobinu vedou ke stavu zvanému anémie (chudokrevnost), zatímco vysoké hladiny se označují jako polycytémie.

❤️ Klinický význam a onemocnění

Poruchy hemoglobinu, známé jako hemoglobinopatie, jsou skupinou genetických onemocnění, která ovlivňují buď strukturu, nebo produkci molekul hemoglobinu.

Srpkovitá anémie: Je způsobena mutací v genu pro β-globinový řetězec, která vede ke vzniku Hemoglobinu S (HbS). Za nízké koncentrace kyslíku způsobuje HbS deformaci červených krvinek do srpkovitého tvaru, což vede k jejich ucpávání v kapilárách a hemolýze.
Talasémie: Skupina onemocnění charakterizovaná sníženou nebo chybějící syntézou jednoho nebo více globinových řetězců. α-talasémie postihuje α-řetězce, β-talasémie postihuje β-řetězce. Důsledkem je mikrocytární anémie.
Methemoglobinémie: Stav, při kterém je železo v hemu v oxidovaném stavu Fe³⁺ (železitý) místo normálního Fe²⁺. Tento methemoglobin není schopen vázat kyslík, což může vést k cyanóze a tkáňové hypoxie.
Otrava oxidem uhelnatým: Oxid uhelnatý (CO) má asi 210krát vyšší afinitu k hemoglobinu než kyslík. Při vdechnutí se pevně váže na hemoglobin za vzniku karbonylhemoglobinu (nebo karboxyhemoglobinu), který blokuje transport kyslíku a může rychle vést k udušení.

Glykovaný hemoglobin (HbA1c)

Glykovaný hemoglobin (HbA1c) vzniká neenzymatickou reakcí, při které se glukóza v krvi váže na molekuly hemoglobinu. Množství vytvořeného HbA1c je přímo úměrné průměrné koncentraci glukózy v krvi za posledních 2–3 měsíce (což odpovídá životnosti červených krvinek). Test HbA1c je proto klíčovým nástrojem pro:

Diagnostiku a sledování diabetu mellitu.
Hodnocení dlouhodobé kompenzace diabetu a rizika rozvoje diabetických komplikací (např. poškození očí, ledvin, nervů).

Pro zdravého člověka se hodnoty HbA1c pohybují do 39 mmol/mol (podle IFCC). Pro diabetiky je cílová hodnota obvykle pod 48 mmol/mol (6,5 %), i když se může individuálně lišit.

💡 Pro laiky

Představte si hemoglobin jako flotilu milionů malých doručovacích lodí (červených krvinek) plujících ve vašich krevních řekách (cévách). Každá loď nese čtyři speciální kontejnery (hemové skupiny se železem).

Když lodě proplouvají přístavem v plicích, naloží do každého kontejneru vzácný náklad – kyslík. Poté se vydají na cestu do všech měst a vesnic vašeho těla (tkání a orgánů). Ve městech, kde obyvatelé (buňky) pilně pracují a spotřebovávají kyslík, lodě svůj náklad vyloží.

Na zpáteční cestu do plic lodě naloží odpad – oxid uhličitý. Část naloží do uvolněných kontejnerů a zbytek rozpustí ve vodě kolem sebe a pomáhají ho tak odvézt.

Pokud je lodí málo nebo mají poškozené kontejnery (jako u anémie), města nedostávají dostatek kyslíku a celé tělo je unavené. Hemoglobin je tedy životně důležitý doručovatel, bez kterého by vaše tělo nemohlo fungovat.

Zdroje

Wikipedia - Hemoglobin Healthline - Normal Hemoglobin Levels Mayo Clinic - Hemoglobin test WikiSkripta - Hemoglobin Cukrovka.cz - Glykovaný hemoglobin (HbA1c)