Hämoglobin (Hb) ist das eisenhaltige Protein in den roten Blutkörperchen, das den Sauerstofftransport ermöglicht. Sein elegantes molekulares Design ermöglicht kooperative Bindung, allosterische Regulation und dualen Gastrotransport – grundlegend für das Wirbeltierleben.
Struktur
- Tetramer: 2 α-Globin-Ketten + 2 β-Globin-Ketten (erwachsener HbA: α₂β₂). Fetales Hämoglobin (HbF): α₂γ₂.
- Häm-Gruppen: Jede Globin-Kette umschließt eine Häm-Moiety – Protoporphyrin IX mit zentralem Fe²⁺ (eisen(II)).
- O₂-Kapazität: Jedes Hb bindet 4 O₂-Moleküle (1 pro Häm). 1 g Hb bindet 1,34 mL O₂.
Sauerstofftransport: Kooperative Bindung und allosterische Regulation
- Lungenkapillaren (Beladung): Hoher PO₂ (~100 mmHg), hoher pH, niedriger PCO₂, niedriges 2,3-BPG → Hb im entspannten (R)-Zustand → hohe O₂-Affinität → kooperative Bindung (sigmoidale Dissociationskurve).
- Gewebskapillaren (Entladung): Niedriger PO₂ (~40 mmHg), niedriger pH, hoher PCO₂, hohes 2,3-BPG → Hb verschiebt sich in den gespannten (T)-Zustand → niedrige O₂-Affinität → O₂-Freisetzung (Bohr-Effekt).
- 2,3-BPG: Abbauprodukt der roten Blutkörperchen-Glykolyse; stabilisiert den T-Zustand. Erhöht bei Hypoxie, Anämie, Schwangerschaft → rechtsschwenkt Kurve → verbesserte O₂-Abgabe.
CO₂-Transport (Hb transportiert ~30 % des gesamten CO₂)
- ~10 % als Carbamino-Hämoglobin: CO₂ bindet direkt an die N-Termini der Globin-Ketten (Hb–NH–COOH).
- ~70 % als Bikarbonat (HCO₃⁻): CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻ (katalysiert durch Karbonanhydrase). H⁺ wird von Hb gepuffert (desoxy-Hb ist besserer Puffer). Cl⁻/HCO₃⁻-Austausch (Hamburger-Shift).
- ~20 % gelöst im Plasma.
Haldane-Effekt: Desoxygeniertes Hb bindet mehr CO₂ und H⁺ → erleichtert CO₂-Beladung in Geweben und Entladung in der Lunge.
Klinische Relevanz
- Anämie: Niedriges Hb → reduzierte O₂-Transportkapazität → Gewebshypoxie. Klassifizieren nach MCV (mikro-/normo-/makrozytär) und Retikulozytenzahl.
- Hämoglobinopathien: HbS (Sichelzellenanämie), HbC, HbE, Thalassämien (α/β-Globin-Kettenungleichgewicht).
- Methämoglobinämie: Fe³⁺ (Eisen(III)) kann kein O₂ binden; funktionale Anämie. Verursacht durch oxidierende Medikamente, Toxine, angeboren.
- Karboxy-Hämoglobin: CO bindet an Hb mit 200–250-facher Affinität → Gewebshypoxie. Rauchvergiftung, defekte Heizungen.
- Glykiertes Hämoglobin (HbA1c): Glukose lagert sich nicht-enzymatisch an die N-Termini der β-Kette an. Spiegelt den 3-Monats-Durchschnitt der Glykämie wider. Diagnostisch für Diabetes (≥6,5 %).
Hämoglobin ist ein Meisterwerk molekularer Technik – seine allosterischen Eigenschaften passen die O₂-Abgabe präzise an den metabolischen Bedarf an. Das Verständnis seiner Biochemie eröffnet die Diagnose und Behandlung hämatologischer, respiratorischer und metabolischer Störungen.
