Hämoglobin: Struktur, Sauerstofftransport und kooperative Bindung

Hämoglobin-Struktur

Hämoglobin (Hb) ist ein tetrameres Protein (α₂β₂ bei Erwachsenen) mit einem Molekulargewicht von ca. 64.500 Da. Jede Untereinheit besteht aus:

Einer Globin-Polypeptidkette (141 Aminosäuren in α, 146 in β)
Eine Häm-Prothetikgruppe: Protoporphyrin IX mit zentralem zweiwertigem Eisen (Fe²⁺)

Die vier Untereinheiten ordnen sich in einer tetrahedralen Konfiguration an. Das Häm-Eisen dient als Sauerstoffbindungsstelle.

T-Zustand (tense): Desoxyhämoglobin; niedrige O₂-Affinität; Untereinheiten durch Salzbrücken eingeschränkt.
R-Zustand (relaxed): Oxyhämoglobin; hohe O₂-Affinität; Salzbrücken gebrochen.
Kooperativität: Bindung des ersten O₂-Moleküls erhöht die Affinität für nachfolgende O₂-Moleküle, was eine sigmoidale Dissociationskurve erzeugt.
Hill-Koeffizient: ~2,8–3,0 (theoretisches Maximum ist 4).

Effektor	Wirkung auf O₂-Affinität	Physiologische Rolle
H⁺ (Bohr-Effekt)	Verringert Affinität (Rechtsverschiebung)	Verbessert O₂-Freisetzung in sauren Geweben (arbeitender Muskel, hohe CO₂-Konzentration)
CO₂	Verringert Affinität (Carbamat-Bildung)	Fördert O₂-Abladung; erleichtert CO₂-Transport als Carbamino-Hb
2,3-BPG	Verringert Affinität (bindet zentrale Höhle des T-Zustands)	Stabilisiert T-Zustand; erhöht bei Hypoxie, Höhe, Anämie
Cl⁻	Verringert Affinität	Trägt zum Bohr-Effekt bei
CO	Erhöht Affinität 200–250-fach (Linksverschiebung)	Kohlenmonoxidvergiftung – blockiert O₂-Bindung und -Freisetzung

Lungen: Hoher pO₂, niedriger pCO₂, hoher pH → R-Zustand bevorzugt → O₂ lädt, CO₂ entlädt.
Gewebe: Niedriger pO₂, hoher pCO₂, niedriger pH → T-Zustand bevorzugt → O₂ entlädt, CO₂ lädt.
CO₂-Transport: 70 % als HCO₃⁻ (über Carbonic Anhydrase), 23 % als Carbamino-Hb, 7 % gelöst.

HbA (α₂β₂): Erwachsenes Hämoglobin (>95 %).
HbA₂ (α₂δ₂): 2–3,5 %.
HbF (α₂γ₂): Fetales Hämoglobin; hohe O₂-Affinität (geringe 2,3-BPG-Bindung) erleichtert Plazentatransfer.
HbS (α₂β₂⁶Val): Sichelzell-Hämoglobin – polymerisiert bei Desoxygenierung.
Met-Hämoglobin (Fe³⁺): Kann kein O₂ binden; verursacht durch Oxidantien oder genetische Varianten.

Pulsoxymetrie (SpO₂): Misst funktionale Sättigung (HbO₂/(HbO₂+HHb)); übersieht Dyshämoglobine.
CO-Oximetrie: Misst alle Hb-Spezies (O₂Hb, HHb, COHb, MetHb) – Goldstandard.
Hämoglobinkonzentration: g/dl; Anämie definiert als <13 (Männer), <12 (Frauen).

Blutung

Gesundheitswissenschaften