Hämoglobin (Hb) ist ein tetramerer Sauerstofftransportprotein in Erythrozyten. Seine Struktur ermöglicht effiziente O₂-Ladung in der Lunge und Entladung in den Geweben.
Molekulare Architektur
- Vier Globinketten: 2α (141 aa) + 2β (146 aa) im adulten HbA (α₂β₂). Fetales HbF = α₂γ₂; HbA₂ = α₂δ₂.
- Jede Kette faltet sich in einen Globin-Falz: 7–8 α-Helixen (A–H) bilden eine hydrophobe Tasche für Häm.
- Häm-Gruppe: Protoporphyrin-IX-Ring + zentrales Fe²⁺ (bivalentes Eisen). Fe²⁺ bindet O₂ reversibel; Fe³⁺ (Met-Hämoglobin) kann nicht.
- Proximales Histidin (F8) koordiniert Fe²⁺; distales Histidin (E7) stabilisiert gebundenes O₂, behindert sterisch CO-Bindung.
Quartäre Struktur & Kooperativität
- T-Zustand (tense): Desoxy-Hb; niedrige O₂-Affinität; Untereinheiten durch Salzbrücken eingeschränkt (α₁β₂-Schnittstelle).
- R-Zustand (relaxed): Oxy-Hb; hohe O₂-Affinität; Salzbrücken gebrochen, Untereinheiten rotieren ~15°.
- Kooperative Bindung: Erste O₂-Bindung verschiebt Gleichgewicht zum R-Zustand → nachfolgendes O₂ bindet leichter. Sigmoidale O₂-Dissociationskurve.
- Allosterische Effektoren:
- 2,3-BPG: Bindet zentrale Höhle des T-Zustands → stabilisiert T → senkt O₂-Affinität (Rechtsverschiebung). Kritisch für fetale-mutterliche O₂-Übertragung.
- H⁺ (Bohr-Effekt): Niedriger pH → stabilisiert T → O₂-Freisetzung in metabolisch aktiven Geweben.
- CO₂: Carbamatbildung an N-Termini → stabilisiert T.
- Temperatur: Fieber → Rechtsverschiebung.
Funktionelle Bedeutung
- Lunge (hoher pO₂, hoher pH, niedriges CO₂, geringer 2,3-BPG-Effekt): R-Zustand bevorzugt → >95% Sättigung.
- Gewebe (niedriger pO₂, niedriger pH, hohes CO₂, hoher 2,3-BPG): T-Zustand bevorzugt → O₂ freigesetzt.
- Jedes Hb trägt 4 O₂; 1 g Hb bindet 1,34 mL O₂.
Klinische Varianten
- Sichelzellenanämie (HbS): β6 Glu→Val → Polymerisation im T-Zustand → Sichelbildung, Hämolyse, Vasookklusion.
- Thalassemien: Ungleichgewicht α/β-Kettenproduktion → Fällung, ineffektive Erythropoese.
- Hochaffinitäts-Hbs: Linksverschobene Kurve → Gewebehypoxie → Erythrozytose.
- Met-Hämoglobinämie: Fe³⁺ → funktionelle Anämie, Zyanose.
Die elegante Allosterie des Hämoglobins ist ein Paradigma für Protein-Kooperativität und physiologische Regulation.
