Den oxyhaemoglobin dissosiasjon kurve

En kort historie av oksygen-hemoglobin dissosiasjon kurve

Den opprinnelige 1904 artikkelen beskriver kurven, oversatt for lesing nytelse, er tilgjengelig for gratis høflighet av University of Delaware., Den ble skrevet av Christian Bohr selv (av Bohr Effekt fame), med co-forfattere Karl Albert Hasselbalch (ja, det Hasselbalch) og August Krogh som er best kjent for Krogh»s Prinsipp for den komparative metode for biologi. Det er kanskje under hans innflytelse som etterforskerne valgte å bruke hund og hest blod. Eller, kanskje, i den siviliserte hat-og-coat dager 1904 ideen om fangst enorme mengder av menneskelig blod for forskning var noe usmakelig til disse herrer of science., Absolutt, blodet ville ha blitt frisk, som på dette stadiet jeg vet ikke av noen teknikk tilgjengelig til etterforskere som ville ha holdt det flytende på veldig lenge.

Men la oss komme bort fra emnet ikke lenger. Etterforskerne, bevæpnet med et apparat av deres design, produsert en graf av innhold av oksygen i blodet på ulike delvis presset av oksygen og karbondioksid. Denne grafen er gjengitt helt uendret, ut av ærbødighet til disse founding fathers, og uten tillatelse fra noen overhodet.,

En kan sette pris fra briefest glimt at disse kurvene veldig ligner den moderne fremstilling av disse forhold. Tenkte begrepet «oksygen metning» var på dette stadiet uutviklet, forfatterne gjorde produsere en tabell av sine observasjoner, som viser «oksygenopptak i prosent» på ulike delvis presset av O2 og CO2.

forholdet mellom hemoglobin metning og partialtrykket av oksygen ble uttrykt som en ligning av J. W. Severinghaus i 1979 (Ja, det Severinghaus)., I dette papiret, Severinghaus brukte sin ligningen til å beregne en tabell med verdier for en standard menneskelig blod O2 dissosiasjon kurve ved 37°C og pH 7.40.

En ville bli overrasket over hvor vanskelig denne tabellen er å spore opp online! Alt man får fra Google-søkeresultatene er noen bastardised dissosiasjon kurve bildet med noen «verdier av interesse» og kastet over den, eller noe som er beregnet til 38°C, eller det som verre er. I interesse av å bevare den intellektuelle arven av J. W. Severinghaus, og å gjøre det tilgjengelig for fysiologi entusiast, jeg reprodusere sine data i tabellen nedenfor.,

Bevæpnet med Excel, kan man koble disse verdiene inn i en graf generator, og kommer til kjenne-på jakt oksygen-hemoglobin dissosiasjon kurve.

fordelen av Severinghaus modellen er at det har blitt bekreftet eksperimentelt: det passer menneskelig blod data innenfor 0.55% av en metning prosentpoeng. Videre er det analytisk invertible: man kan bruke ligningen til å beregne en pO2 fra en sO2, og vice versa.,

i Tillegg, Bindestrek og Bassingthwaite har publisert en utmerket artikkel i 2010, og presenterer et sett av oksygen-hemoglobin dissosiasjon kurver plottet ved hjelp av en matematisk modell som de har utviklet. Deres opprinnelige diagrammer kan bli funnet her. De har skapt en Java-applet som kjører denne modellen, som er tilgjengelig fra www.physiome.org. På denne måten, hvem som helst hvor som helst kan generere noen form av dissosiasjon kurve, under alle slags forhold., For eksempel, etter femten minutter av fikle rundt, jeg var i stand til å produsere en serie av kurver til å reflektere fire av de store påvirkninger på den form av dissosiasjon kurve:

til tross for fordelene av å være i stand til å generere en kurve for alle sett av parametere, diagrammer andre steder på dette nettstedet er basert på Severinghaus data, og på Siggaard-Andersen metode for beregning form av dissosiasjon kurve. Den viktigste grunnen for å vedbli med Siggaard-Andersen metoden er det faktum at Radiometer bruke det i sitt ABG maskiner., Den andre grunnen er i stor grad historisk forankret i forfattere» første inntrykk at Dash-Bassingthwaite modell produsert unøyaktig kurver. Tidligere revisjoner av dette kapitlet feilaktig hevdet at ved 0.0 mmol/L 2,3-DPG den p50 er ment å være om 10 mmhg, i motsetning til den verdi som genereres av modellen. Imidlertid, som følge av en heldig korrespondanse med en av co-forfattere, dette problemet ble rettet opp., På toppen av det, er en revidert versjon av modellen (Dash et al, 2016) er nå tilgjengelig og gir gyldige resultater selv i virkelig farlige forhold (for eksempel, der pH er over 8.5).

Uansett, nå som vi har en anelse om hva sigmoid grafen ser ut som, vi spør: Hvorfor er det kurve slik?

begrepet positiv cooperativity

Hemoglobin er et heterotetramer protein. Det er sammensatt av to α-hemoglobin og to β-hemoglobin underenhetene. Hver subunit binder oksygen uavhengig av hverandre., Deretter, når en oksygen-molekylet er bundet til den, oksygenrikt subunit øker oksygen affinitet av de tre gjenværende underenhetene. Dette er positivt cooperativity: de underenhetene «samarbeide» for å styrke hverandre»s binding av oksygen.

Klassisk, det har blitt sagt at hemoglobin finnes i to forskjellige stater: R staten og T-stat. R tilstand («Avslappet») er oksygenrikt form; T-stat («Spent») er deoxygenated form., Skillet mellom de to statene er en endring i struktur: ett par av αβ underenhetene i oksygenrikt R-stat vises roteres ved 15° med hensyn til det andre paret av underenhetene.

jeg vil bruke public domain-diagrammet ved Tpirojsi for å illustrere dette konseptet. Det er diskutert i mye større detalj, og med gode visuelle effekter, av David Auble på dette University of Virginia, biochem foredrag nettsted (som han i sin tur bruker denne utmerkede artikkelen som referanse).,

diagrammet illustrerer «fortløpende» modell av cooperativity, noe som tyder på at man subunit av hemoglobin starter en sekvens av conformational endringer i andre underenhetene hemoglobin som øker sin affinitet for oksygen, og at dette skjer i en sekvens. Den «samordnet» modell i motsetning tyder på at hemoglobin kan ikke eksistere i en «half-avslappet tilstand, og at den vender seg raskt fra en tilstand til en annen så snart som minst ett av de haems i hver dimeric subunit er oksygen.,

Angivelig, den faktiske atferd av hemoglobin molekyler er en kombinasjon av de to. Både rask veksling og gradvis allosteric modulation opptrer samtidig. Faktisk, jo dypere vi graver, jo mer hittil usette kompleksiteten vi avdekke, med noen forslag som foruten R og T stater, mange flere strukturelle varianter kan finnes, og i øyeblikket er det noen»s gjette hvordan de spiller en rolle i funksjonen av hemoglobin.

Likevel., Men i en helt deoxygenated staten det viser en viss reservert norgesautomaten bonus på oksygen, hemoglobin blir mer og mer interessert i mer oksygen binder den seg. Den heterotetrameric form av hemoglobin er derfor et ideelt molekyl for oksygen transport, viser en lav affinitet for oksygen i hypoksisk miljø av kapillærene, og en høy affinitet for oksygen i de godt oksygenert pulmonal sirkulasjon.

Innflytelse av biokjemiske og fysiologiske faktorer på cooperativity

Mange ting kan påvirke normal cooperativity av hemoglobin underenhetene., For eksempel, tilstedeværelse av en unormal haem subunit i tetramer kan føre til kaos. Tilstedeværelsen av en jern (Fe3+) subunit eller av en carboxyhaem subunit kan unormalt øke affinitet for hele molekylet. Unormal haem er låst i sin R statlige og ikke gå tilbake til en T-stat i nærvær av hypoksi, svekke normal lossing av oksygen og forårsake kurven for å skifte til venstre. I motsetning, en sulfhaemoglobin subunit vil føre til den motsatte tilstanden effekt, og shift-kurven til høyre.,

Mye av positive cooperativity og den resulterende sigmoid form av dissosiasjon kurven skyldes påvirkning av allosteric effektorer som for eksempel pH, pCO2, 2,3-DPG og så videre. Formen på kurven i fravær av alle allosteric effektorer er faktisk en ganske kjedelig hyperbolske en.

Viktige funksjoner på oksygen-hemoglobin dissosiasjon kurve

• p50 point, som er diskutert i detalj andre steder, er det PaO2 som hemoglobin er 50% sturated, og tilsvarer 24-28 mmHg under normale omstendigheter., Når folk flest diskutere en endring i p50 verdi, de er vanligvis refererer til en «høyre-shift» – eller «venstre-skift»
• «arteriell punktet» sies å tilsvare en PaO2 av 100 mmHg av noen forfattere (Taneja & Vaughan 2001), som ville gi det en saturaton på 98%. Dette synes konsistent på tvers av de fleste lærebøker (f.eks. Brandis, Nunn»s), men dens opprinnelse og betydning er uklar.
• «blandet venøs point» er nominert til en PaO2 av 40 mmHg, og representerer oksygen delvis trykk og metning av blandet venøs blod., Det er litt lavere enn 75%, og strengt tatt bør ikke være tegnet på normal kurve, som kurven av blandet venøs blod er litt til høyre-flyttet av Bohr effekt (blandet venøs blod blir litt mer syrlig og CO2-rik enn arterielt blod).

Hva er poenget med dette? Vanskelig å si. Som p50, den arterielle og blandet venøs poeng kan brukes til å diskutere skift av kurven., Vekt av enten punktet er konsekvens av et skift, selv om ingen ville være så følsom som p50 fordi p50 er hvor kurven er bratt, og derfor er det punktet som flytter mest. Men realistisk sett kunne man ha valgt noen vilkårlig punkt i kurven for dette formålet. Derfor, for alle praktiske formål er den viktigste grunnen for disse punktene er å hjelpe CICM eksamen kandidater tegne en ryddig sigmoid kurve.