Zhrnutie na Transport kyslíka a oxidu uhličitého

## Úvod Transport plynov krvou je kľúčový proces zabezpečujúci dodanie kyslíka do tkanív a odstraňovanie oxidu uhličitého z nich. Tento materiál rozoberá mechanizmy pohybu O2 a CO2 v krvi, ich chemické premeny v erytrocytoch a plazme, faktory ovplyvňujúce viazanie a uvoľňovanie kyslíka a úlohu myoglobínu. Obsah je rozdelený do zrozumiteľných častí, obsahuje definície, príklady a tabuľky pre porovnanie. ## Základné formy transportu plynov ### Prehľad - Kyslík (O2) sa v krvi prenáša dvoma spôsobmi: fyzikálne rozpustený a viazaný na hemoglobín. - Oxid uhličitý (CO2) sa prenáša ako rozpustený plyn, vo forme hydrogénuhličitanu (HCO3-) a čiastočne viazaný na globín ako karbamát. > Definícia: Fyzikálne rozpustený plyn je ten, ktorý sa nachádza v riediacom médiu bez chemickej väzby; v krvi sú to molekuly O2 rozptýlené v plazme. > Definícia: Chemický transport plynu znamená viazanie molekúl plynu na proteíny alebo ich premena na chemické ióny (napr. CO2 -> HCO3-). ### Transport kyslíka (O2) - Fyzikálne rozpustený: približne 3 ml O2 v 1 litre krvi. - Chemicky viazaný: O2 sa viaže na hemovú skupinu hemoglobínu (Fe2+) koordinačnou väzbou a stabilizuje sa vodíkovou väzbou k distálnemu histidínu (His E7). Mechanizmus viazania O2 na hemoglobín (zhrnutie krokov): 1) O2 sa koordinačne viaže na Fe^{2+} hému a vodíkovou väzbou na His E7. 2) Naviazanie O2 posunie $\mathrm{Fe^{2+}}$ do roviny porfyrínového kruhu. 3) Posun Fe2+ ťahá proximálny His F8 bližšie k porfyrínu. 4) Pohyb His F8 mení konformáciu helixu F a celej podjednotky. 5) Zmena konformácie jednej podjednotky indukuje zmenu celej molekuly Hb z T do R konformácie, čo zvyšuje afinitu k ďalším molekulám O2 (pozitívna kooperatívnosť). > Definícia: Pozitívna kooperatívnosť znamená, že naviazanie jednej molekuly ligandu (tu O2) zvyšuje pravdepodobnosť naviazania ďalších molekúl. ### Transport oxidu uhličitého (CO2) - CO2 ľahko difunduje do erytrocytov (ERY) a čiastočne sa rozpúšťa v plazme. - V ERY pôsobí enzým **karbonátdehydratáza** a katalyzuje reakciu: $$\ce{CO2 + H2O -> H2CO3}$$ - Hydrogénuhličitan sa spontánne disociuje: $$\ce{H2CO3 -> HCO3^- + H^+}$$ - HCO3- sa stáva hlavnou formou transportu CO2 v organizme a značná časť uniká z ERY do plazmy. - Niektorý CO2 reaguje s aminoskupinami globínu a tvorí karbamát: $$\ce{Hb-NH2 + CO2 -> Hb-NH-COO^- + H^+}$$ > Definícia: Karbamát je produkt reakcie CO2 s amínovou skupinou bielkoviny, prispieva k transportu CO2 na globíne. Princíp elektroneutrality a „chloridový posun“ (Hamburgerov efekt): - Aby sa udržala elektroneutralita pri výmene HCO3- medzi erytrocytom a plazmou, vstupuje/odchádza Cl- cez aniónové kanály. - V žilovej krvi je koncentrácia Cl- v erytrocytoch vyššia než v arteriálnej krvi. ### Reakcie v pľúcach - V pľúcach prebiehajú všetky reakcie v opačnom smere: HCO3- vstupuje späť do ERY, H+ sa viažu na Hb do uvoľnenia CO2 a konečným produktom je voľný CO2, ktorý sa vydýchne spolu s vodnou parou. Fun fact: V erytrocytoch je enzým karbonátdehydratáza tak efektívny, že zrýchľuje prechod CO2 na HCO3^- a späť niekoľko tisíckrát v porovnaní s čistou difúziou v plazme. ## Myoglobín - Myoglobín (Mb) ukladá O2 v svaloch a zabezpečuje rýchký prísun kyslíka pri náhlej potrebe; uvoľňuje O2 len pri nízkych pO2. - O2 viaže Mb na $\mathrm{Fe^{2+}}$ podobne ako na hemoglobín; väzba je stabilizovaná vodíkovou väzbou. - Myoglobín má pri každom pO2 vyššiu afinitu ku kyslíku než hemoglobín (preto funguje ako zásobáreň O2 v tkanivách). Tabuľka: Porovnanie myoglobínu a hemoglobínu | Vlastnosť | Myoglobín (Mb) | Hemoglobín (Hb) | |---|---:|---:| | Stav | Monomér | Tetramér | | Afinitа k O2 | Vyššia pri rovnakom pO2 | Nižšia pri rovnakom pO2 | | Funkcia | Skladovanie O2 v svale | Transport O2 v krvi | | Kooperačnosť | Žiadna | Áno, pozitívna | ## Faktory upravujúce schopnosť Hb viazať a uvoľňovať O2 1) Kyslík samotný: v dôsledku pozitívnej kooperatívnosti zvyšuje viazanie ďalšieho O2. 2) 2,3-BPG (2,3-bisfosfoglycerát): - Tvorený v erytrocyt