7
Metabolisme Hemoglobin
Catherine N.Oto*
TUJUAN
Setelah menyelesaikan bab ini, pembaca akan dapat:
1. Mendeskripsikan komponen dan struktur hemoglobin.
2. Jelaskan langkah-langkah sintesis heme yang terjadi di mitokondria dan sitoplasma.
3. Sebutkan gen dan lokasi kromosom serta susunan berbagai rantai polipeptida hemoglobin.
4. Jelaskan rantai polipeptida yang dihasilkan dan hemoglobin yang dibentuknya pada embrio, janin, bayi baru lahir, dan orang dewasa.
5. Sebutkan tiga jenis hemoglobin normal pada orang dewasa dan interval acuannya.
6. Jelaskan mekanisme yang mengatur sintesis hemoglobin.
7. Jelaskan mekanisme hemoglobin mengangkut oksigen ke jaringan dan mengangkut karbon dioksida ke paru-paru.
8. Jelaskan pentingnya menjaga zat besi hemoglobin dalam bentuk besi (Fe
2!).
9. Jelaskan pentingnya bentuk sigmoid dari kurva disosiasi oksigen.
10. Menghubungkan pergeseran kurva disosiasi hemoglobin-oksigen ke kanan dan ke kiri dengan kondisi yang dapat menyebabkan pergeseran kurva tersebut.
11. Membedakan bentuk hemoglobin T dan R serta pengaruh oksigen dan 2,3-bifosfogliserat pada bentuk tersebut.
12. Jelaskan perbedaan antara Hb A dewasa dan Hb F janin dan bagaimana perbedaan tersebut mempengaruhi afinitas oksigen.
13. Bandingkan dan kontraskan komposisi dan pengaruhnya terhadap pengikatan oksigen methemoglobin, karboksihemoglobin, dan sulfhemoglobin.
GARIS BESAR
Struktur HemoglobinStruktur Heme Struktur Globin
Molekul Hemoglobin Lengkap Biosintesis Hemoglobin
Biosintesis Heme Biosintesis Globin Perakitan Hemoglobin Ontogeni Hemoglobin
Regulasi Produksi Hemoglobin
Peraturan HemeRegulasi Globin
Regulasi Sistemik Erythropoiesis Fungsi Hemoglobin
Transportasi Oksigen
Transportasi Karbon Dioksida Transportasi Nitric Oxide Dishemoglobin
Methemoglobin Sulfhemoglobin Karboksihemoglobin Pengukuran Hemoglobin
STUDI KASUS
Setelah mempelajari materi pada bab ini, pembaca diharapkan mampu menyikapi studi kasus berikut ini:
Fraksinasi dan kuantifikasi hemoglobin dan hemoglobin menggunakan kromatografi cair kinerja tinggi (HPLC) dilakukan pada ibu dan bayi baru lahirnya, keduanya dianggap sehat. Pengujian tersebut merupakan bagian dari program penyaringan untuk menetapkan interval referensi. Konsentrasi hemoglobin ibu adalah 14 g/dL, dan bayi baru lahir adalah 20 g/dL. Hemoglobin ibu
fraksi diukur sebagai 97% Hb A, 2% Hb A2, dan 1% Hb F dengan HPLC. Hasil bayi baru lahir 88% Hb F dan 12% Hb A.
1.Apakah hasil hemoglobin ini berada dalam interval referensi yang diharapkan?
2.Mengapa konsentrasi hemoglobin ibu dan bayi baru lahir sangat berbeda?
3.Apa perbedaan tes untuk menentukan konsentrasi hemoglobin dan tes untuk menganalisis hemoglobin dengan HPLC?
4.Mengapa fraksi hemoglobin ibu dan bayi baru lahir sangat berbeda?
*
Penulis menyampaikan penghargaan kepada Mary Coleman dan Elaine M. Keohane, yang karyanya pada edisi sebelumnya menjadi landasan bab ini.91
Hemoglobin adalah salah satu protein yang paling banyak dipelajari dalam tubuh karena kemampuannya untuk dengan mudah
mengisolasinya dari sel darah merah (sel darah merah). Ini terdiri sekitar 95% dari kandungan sitoplasma sel darah merah.1Tubuh secara efisien membawa hemoglobin dalam sel darah merah, yang memberikan perlindungan dari denaturasi plasma dan kehilangan melalui ginjal.
Hemoglobin bebas (non-RBC), yang dihasilkan dari sel darah merah melalui hemolisis, memiliki waktu paruh yang pendek di luar sel darah merah. Ketika dilepaskan ke dalam plasma, ia dengan cepat
diselamatkan untuk mengawetkan komponen besi dan asam aminonya;
bila kapasitas penyelamatan terlampaui, maka akan diekskresi melalui ginjal (Bab 20). Konsentrasi hemoglobin dalam sel darah merah kira-kira 34 g/dL, dan berat molekulnya kira-kira 64.000 Dalton.2Fungsi utama hemoglobin adalah mengangkut oksigen dari paru-paru ke jaringan dan mengangkut karbon dioksida dari jaringan ke paru-paru untuk dihembuskan. Hemoglobin juga berkontribusi terhadap keseimbangan asam-basa dengan mengikat dan melepaskan ion hidrogen dan mengangkut oksida nitrat, pengatur tonus pembuluh darah.1,3
Bab ini membahas struktur, biosintesis, ontogeni, regulasi, dan fungsi hemoglobin. Pembentukan, komposisi, dan karakteristik beberapa dishemoglobin yaitu methemoglobin, karboksihemoglobin, dan sulfhemoglobin juga dibahas di akhir bab.
CH2
CH CH3
HC
CH3 CH
=
CH2N N
HC Fe2+ CH
N N
CH3 CH3
CH
CH2 CH2
CH2- -
- - 2 -
Gambar 7.2Struktur Heme.Heme terdiri dari protoporphyrin IX dengan atom besi besi pusat.
TABEL 7.1 Rantai Globin
Simbol Nama Jumlah Asam Amino
"
#
$
A$
G% &
' (
Alfa Beta
Gamma A Gamma G Delta epsilon
Zeta
Theta
141 146
146 (posisi 136: alanin) 146 (posisi 136: glisin) 146
146 141
Tidak dikenal
STRUKTUR HEMOGLOBIN
Hemoglobin adalah protein pertama yang strukturnya dijelaskan menggunakan kristalografi sinar-X.4Molekul hemoglobin adalah protein globular yang terdiri dari dua pasang rantai polipeptida berbeda dan empat gugus heme, dengan satu gugus heme tertanam di masing-
masing dari empat rantai polipeptida (Gambar 7.1).
Hemoglobin teroksidasi juga disebutmethemoglobindan dibahas kemudian dalam bab ini.
Struktur Heme
Heme terdiri dari cincin atom karbon, hidrogen, dan nitrogen yang disebutprotoporfirin IX,dengan atom pusat besi besi divalen (Fe
2!) (Gambar 7.2). Masing-masing dari empat
kelompok heme ditempatkan dalam kantong rantai polipeptida dekat permukaan molekul hemoglobin. Besi besi di setiap molekul heme bergabung secara reversibel dengan satu molekul oksigen. Ketika besi besi dioksidasi menjadi bentuk besi (Fe
3!), mereka tidak lagi dapat mengikat oksigen.
Struktur Globin
Empat rantai globin yang menyusun setiap molekul hemoglobin terdiri dari dua pasang rantai polipeptida yang berbeda dan identik, masing- masing terdiri dari 141 hingga 146 asam amino. Variasi urutan asam amino menimbulkan berbagai jenis rantai polipeptida. Setiap rantai ditandai dengan huruf Yunani (Tabel 7.1).1,3
Setiap rantai globin terbagi menjadi delapan heliks yang dipisahkan oleh tujuh segmen nonheliks (Gambar 7.3).3Heliks, ditunjuk
"2
!1"2 !2"2
Dia me
!1"2obligasi dan !2"1ikatan terletak di antara dimer, !1"1
obligasi ada di depan, !2"2
obligasi tertinggal.
!1 "1
Dia me
!2"1
!1"1 !2
Gambar 7.1Struktur Hemoglobin.Hemoglobin merupakan tetramer dari empat rantai globin dengan heme melekat pada setiap rantai globin.
Dia me Dia me
=
terminal-C ALA GLN ALA
LYS PRO PRO
ASN ALA GLY
ALA
ALANYA GLN THR
ALA VAL
MILIKNYA TIR LYS VAL VAL TIR
130
PHE LEU lem
140VAL
H
120LYS
G
ALA GLYASN CYS
VAL MILIKNYA PHE
lem PRO ASP
ARG LEU GLYVAL VALLEUNYA
100 ASN LEU LEU
PHE 110 VAL
MILIKNYA
VAL N-terminal LEU LYS ASP
F
90ALA lem
MILIKNYA
LEU
CYS GLYTHR PHE THRSER
LEUNYA
LYS LEU
THR LEU
80ASN lem
lem
PRO F8 (Histidin proksimal)
LYS
SER ASP
10
ALA LEU
MILIKNYA
E
Dia meA
GLYASP 70 VAL ALA
ALA
ALA
THR LEU E7 (Residu histidin distal)
LEU TRP PHE GLY
SER GLY LEU
VALLYS
MILIKNYA
LYS ALA VAL 20
VALASP
LYS
GLY LYS
Tutup kontak spasial
GLY VAL
LYS60 ALA LEU
lem
LEU PRO
ASN VAL GLY ASN
lem LEU
GLYARG VAL VAL TIR
PRO TRP THR
GLY
BERTEMU
B C
D
VALALAGLNARGPHE lem
PHE ASP
40 50THR PRO
SER PHE GLY ASP LEU SER
Gambar 7.3Struktur Rantai #-globin Hemoglobin.Rantai #-globin terdiri dari segmen heliks (diberi label A hingga H) dan nonheliks. Heme (protoporphyrin IX dengan atom besi pusat) tersuspensi dalam kantong antara heliks E dan F. Atom besi heme berikatan dengan histidin proksimal F8 pada salah satu sisi bidang heme (garis padat). Oksigen berikatan dengan atom besi di sisi lain bidang dan dekat (tetapi tidak terikat) dengan histidin distal E7 (garis putus-putus). (Dimodifikasi dari Huisman, TH, Schroder, WA [1971].Aspek Baru Struktur, Fungsi, dan Sintesis Hemoglobin.Boca Raton: Pers CRC; dan dimodifikasi dari
Stamatoyannopoulos, G. [1994].Dasar Molekuler Penyakit Darah.[edisi ke-2]. Philadelphia: Saunders.)
A sampai H, berisi penomoran subgrup untuk urutan asam amino di setiap heliks dan relatif kaku dan linier. Segmen nonheliks fleksibel menghubungkan heliks, sebagaimana tercermin dari peruntukannya: NA untuk barisan antara ujung- N dan heliks A, AB antara heliks A dan B, dan seterusnya, dengan BC, CD, DE, EF, FG, GH, dan terakhir HC antara heliks H dan terminal-C.
3Molekul Hemoglobin Lengkap
Molekul hemoglobin dapat digambarkan berdasarkan struktur protein primer, sekunder, tersier, dan kuaternernya. Itustruktur primermengacu pada urutan asam amino dari rantai
polipeptida. Itustruktur sekundermengacu pada pengaturan
rantai dalam heliks dan nonheliks. Itustruktur tersiermengacu
pada susunan heliks menjadi konfigurasi seperti pretzel.
Rantai globin melingkar membentuk kantong sumbing untuk heme. Setiap rantai mengandung gugus heme yang tersuspensi di antara heliks E dan F pada rantai polipeptida (Gambar 7.3).2,3Atom besi di pusat cincin heme protoporphyrin IX ditempatkan di antara dua radikal histidin, membentuk ikatan histidin proksimal dalam F8 dan, melalui oksigen terkait, hubungan erat dengan residu histidin distal di E7.3Asam amino rantai globin di celah tersebut bersifat hidrofobik, sedangkan asam amino di bagian luar bersifat hidrofilik, sehingga molekulnya larut dalam air. Susunan ini juga membantu besi tetap dalam bentuk besi divalennya terlepas dari apakah besi tersebut teroksigenasi (membawa molekul oksigen) atau terdeoksigenasi (tidak membawa molekul oksigen).
Itustruktur kuaternerhemoglobin disebut juga atetramer, menggambarkan molekul hemoglobin lengkap. Molekul hemoglobin lengkap berbentuk bola, memiliki empat gugus heme yang terikat pada empat rantai polipeptida, dan dapat membawa hingga empat molekul oksigen (Gambar 7.4).
Hemoglobin dewasa yang dominan, Hb A, terdiri dari dua rantai "-globin dan dua rantai #-globin. Kuat "
1-#
1Dan "
2-#
2obligasi menahan dimer dalam bentuk stabil. "
1-#
2Dan "
2-#
1ikatan penting untuk stabilitas struktur kuaterner dalam bentuk teroksigenasi dan terdeoksigenasi (Gambar 7.1).
1,2Sebagian kecil Hb A adalahterglikasi.Glikasi adalah modifikasi pascatranslasional yang dibentuk oleh pengikatan nonenzimatik berbagai gula ke gugus amino rantai globin selama masa hidup sel darah merah. Hemoglobin terglikasi yang paling berkarakteristik adalah Hb A1c, di mana glukosa menempel pada valin Nterminal dari rantai #.1Biasanya, sekitar 4% hingga 6% Hb A bersirkulasi di A
1cmembentuk. Pada diabetes melitus yang tidak terkontrol, jumlah A1cmeningkat secara proporsional dengan kadar glukosa darah rata-rata selama 2 hingga 3 bulan sebelumnya.
BIOSINTESIS HEMOGLOBIN Biosintesis Heme
Biosintesis heme terjadi di mitokondria dan sitoplasma prekursor eritroid sumsum tulang, dimulai dengan pronormoblas melalui eritrosit polikromatik (juga dikenal sebagai polikromatofilik) yang bersirkulasi (Bab 5). Ketika mereka kehilangan ribosom dan mitokondria, eritrosit yang matang tidak dapat lagi membuat hemoglobin.
5Biosintesis heme dimulai di mitokondria dengan kondensasi glisinDansuksinil koenzim A(CoA) dikatalisis olehaminolevulinat sintaseuntuk membentukasam aminolevulinat(ALA) (Gambar
7.5).5Di sitoplasma,dehidratase asam aminolevulinat
Dia me C
!1 Dia me
D F
F C
B E
E G H !2
G
H B D
A A
H
D F
B A A E
G
G C
E H B Dia me
C Dia me
F
non"!2 D non"!1
Gambar 7.4Molekul Hemoglobin yang Menggambarkan Lipatan Tersier dari Empat Rantai Polipeptida.Heme tersuspensi di antara heliks E dan F dari setiap rantai polipeptida. Warna merah muda mewakili "1(kiri)Dan "2(Kanan); kuning melambangkan non-"2(kiri)dan bukan-"1(Kanan).Rantai polipeptida pertama kali terbentuk "1-non-"1Dan "2-non-"2
dimer, dan kemudian berkumpul menjadi tetramer (struktur kuaterner) dengan "1-non-"2Dan "2-non-"1obligasi.
mitokondria SITOSOL
Glisin Suksinil CoA!
sintase ALA ALA dehidrasi
ALA Porfobilinogen (PBG)
deaminase PBG Hidroksimetilbilana
Uroporfirinogen III sintase Uroporfirinogen III
Uroporfirinogen dekarboksilase Koproporfirinogen oksidase
Protoporfirinogen IX Koproporfirinogen III
Protoporfirinogen oksidase
Protoporfirin IX Ferrokelatase
!Fe2!
Dia me
Dia me
"polipeptida! rantai
Dia me Polipeptida non-".!
rantai
Ribosom Ribosom
Non!
", bukan-" dimer
", bukan-" dimer !
! Non!
Non!
! Non! Tetramer
!
Gambar 7.5Biosintesis Heme dan Perakitan Hemoglobin.Biosintesis heme dimulai dengan kondensasi glisin dan suksinil koenzim A (CoA) membentuk asam aminolevulinat (ALA) dalam reaksi yang dikatalisis oleh aminolevulinat sintase. Di dalam sitoplasma, ALA mengalami beberapa transformasi dari porphobilinogen (PBG) menjadi coproporphyrinogen III, yang dikatalisis oleh coproporphyrinogen oksidase menjadi protoporphyrinogen IX. Di mitokondria, protoporphyrinogen IX diubah menjadi protoporphyrin IX oleh protoporphyrinogen oksidase. Besi (Fe2!) ion ditambahkan, dikatalisis oleh ferrochelatase untuk membentuk heme. Di sitoplasma, heme berkumpul dengan rantai "rantai dan non-", membentuk dimer, dan akhirnya dua dimer bergabung membentuk tetramer hemoglobin.
(juga dikenal sebagaisintase porfobilinogen) mengubah ALA menjadiporfobilinogen(PBG). PBG mengalami beberapa transformasi dalam sitoplasma darihidroksimetilbilanake koproporfirinogen III.Jalur ini kemudian berlanjut di mitokondria hingga, pada langkah terakhir produksi heme, Fe2!digabungkan denganprotoporfirin IXdi hadapanferrochelatase(heme sintase) untuk membuat heme.5
Transferin, suatu protein plasma, membawa zat besi dalam bentuk besi (Fe3!) terbentuk untuk mengembangkan sel eritroid (Bab 8).
Transferin berikatan dengan reseptor transferin pada membran sel prekursor eritroid dan reseptor serta transferin (dengan besi terikat) dibawa ke dalam sel melalui endosom (Gambar 8.5). Pengasaman endosom melepaskan zat besi dari transferin. Besi diangkut keluar dari endosom dan masuk ke mitokondria, di mana
Dia me
Dia me
Dia me
Dia me Dia
me Dia
me Dia me Dia
me
itu direduksi menjadi bentuk besi dan disatukan dengan protoporphyrin IX untuk membuat heme. Heme meninggalkan mitokondria dan bergabung dengan rantai globin di sitoplasma.
berkembang dari gen '- menjadi "-globin pada kromosom 16 dan dari &- menjadi gen $-, %-, dan #-globin pada kromosom 11. Rantai '- dan &-globin biasanya hanya muncul pada tahap pertama 3 bulan perkembangan embrio. Kedua rantai ini, jika dipasangkan dengan rantai " dan $, membentuk hemoglobin embrio (Gambar 7.6). Selama trimester kedua dan ketiga kehidupan janin dan saat lahir, Hb F ("
2$
2) adalah hemoglobin yang dominan. Pada usia 6 bulan dan hingga dewasa, Hb A ("
2#
2
) adalah hemoglobin dominan, dengan sejumlah kecil Hb A
2("
2%
2) dan Hb F.
2Tabel 7.2menyajikan interval referensi untukfraksi hemoglobin normal pada berbagai usia.
Biosintesis Globin
Enam gen struktural mengkode enam rantai globin. Gen "- dan '-globin berada pada lengan pendek kromosom 16;
gugus gen &-, $-, %-, dan #-globin berada pada lengan pendek kromosom 11 (Gambar 25.1). Dalam genom manusia, terdapat satu salinan setiap gen globin per kromatid, dengan total dua gen per sel diploid, kecuali "
dan $. Ada dua salinan gen "- dan $-globin per kromatid, untuk total empat gen per sel diploid.
Produksi rantai globin terjadi pada prekursor eritroid dari pronormoblas melalui eritrosit polikromatik yang bersirkulasi, tetapi tidak pada eritrosit matang.
5Transkripsi gen globin menjadi messenger ribonucleic acid (mRNA) terjadi di dalam nukleus, dan translasi mRNA ke rantai polipeptida globin terjadi pada ribosom di sitoplasma. Meskipun transkripsi gen "-globin menghasilkan lebih banyak mRNA dibandingkan gen #-globin, terdapat terjemahan yang kurang efisien dari" -globin mRNA.
2Oleh karena itu, rantai " dan # diproduksi dalam jumlah yang kira-kira sama. Setelah translasi selesai, rantai dilepaskan dari ribosom di sitoplasma.
PERATURAN PRODUKSI HEMOGLOBIN
Peraturan Heme
Langkah pembatas laju utama dalam sintesis heme adalah reaksi awal glisin dan suksinil KoA untuk membentuk ALA, yang dikatalisis oleh ALA sintase (Gambar 7.5). Heme menghambat transkripsi gen ALA sintase, yang menyebabkan penurunan produksi heme (mekanisme umpan balik negatif). Heme menghambat enzim lain dalam jalur biosintesis, termasuk ALA dehydrase dan PBG
deaminase. Mekanisme umpan balik negatif melalui penghambatan heme atau substrat oleh protoporphyrin IX diyakini dapat
menghambat enzim ferrochelatase.5Sebaliknya, peningkatan permintaan heme menginduksi peningkatan sintesis ALA sintase.5
Perakitan Hemoglobin
Setelah dilepaskan dari ribosom, setiap rantai globin berikatan dengan molekul heme, kemudian membentuk heterodimer (Gambar 7.5). Rantai non-" mempunyai perbedaan muatan yang menentukan afinitasnya untuk berikatan dengan " rantai. Rantai " mempunyai muatan positif dan mempunyai afinitas tertinggi terhadap rantai # karena muatan negatifnya.1,2Rantai $-globin memiliki afinitas tertinggi berikutnya, diikuti oleh rantai %-globin.2Dua heterodimer kemudian bergabung membentuk tetramer. Ini melengkapi molekul hemoglobin.
Rantai dua " dan dua # membentuk Hb A, hemoglobin utama yang ada sejak usia 6 bulan hingga dewasa. Hb A2mengandung dua rantai " dan dua %. Karena mutasi pada daerah promotor gen %- globin, produksi polipeptida rantai % menjadi sangat rendah.6Oleh karena itu, Hb A2terdiri kurang dari 3,5% dari total hemoglobin pada orang dewasa. Hb F mengandung dua rantai " dan dua $.
Pada orang dewasa yang sehat, Hb F terdiri dari 1% hingga 2% dari total hemoglobin, dan hanya terdapat dalam sebagian kecil sel darah merah (distribusi tidak merata). Sel darah merah dengan Hb F ini disebutFatausel A/F.1,2
Berbagai asam amino yang menyusun rantai globin mempengaruhi muatan bersih tetramer hemoglobin.
Elektroforesis dan kromatografi cair kinerja tinggi (HPLC) digunakan untuk fraksinasi, identifikasi dugaan, dan kuantifikasi hemoglobin normal dan varian hemoglobin (Bab 24). Pengujian genetik molekuler DNA gen globin memberikan identifikasi pasti varian hemoglobin.
Regulasi Globin
Sintesis globin sangat diatur sehingga terjadi keseimbangan produksi globin dan heme. Hal ini penting karena kelebihan rantai globin, protoporphyrin IX, atau zat besi dapat terakumulasi dan merusak sel, sehingga mengurangi masa hidup sel.
Produksi globin terutama dikendalikan pada tingkat transkripsi melalui interaksi kompleks rangkaian DNA (promotor, peningkat, dan peredam yang bertindak cis) dan faktor transkripsi terlarut (faktor trans-akting) yang berikatan dengan DNA atau satu sama lain untuk mendorong atau menekan transkripsi. .
2Inisiasi transkripsi gen globin tertentu memerlukan (1) rangkaian DNA promotor segera sebelum 5) akhir atau awal gen; (2) faktor transkripsi kunci disebutFaktor mirip Krüppel 1(KLF1); (3) sejumlah faktor transkripsi lainnya (seperti GATA1, Ikaros, TAL1, p45-NF-E2, dan LDB1); dan (4) daerah penambah rangkaian asam nukleat hipersensitif DNAse 1 yang terletak lebih dari 20 kilobase di bagian hulu (sebelum lokasi awal gen) dari gen globin yang disebutwilayah kontrol lokus(LCR).
7Misalnya untuk mengaktifkan transkripsi
# - gen globin pada cluster gen #-globin pada kromosom 11, LCR, promotor gen #-globin, dan berbagai faktor transkripsi bergabung bersama untuk membentuk hub kromosom aktif (ACH) tiga dimensi, dengan KLF1 memainkan peran kunci dalam menghubungkan kompleks tersebut.
7,8Karena LCR terletak jauh di hulu dari kompleks gen #-globin, loop DNA terbentuk ketika LCR dan promotor gen #-globin bergabung bersama di hub kromosom.
8Gen globin lain dalam cluster (&-,
$-, dan %-) dipertahankan dalam keadaan tidak aktif dalam loop DNA, sehingga hanya gen #-globin yang ditranskripsi.
7,8ONTOGENI HEMOGLOBIN
Komposisi hemoglobin berbeda menurut waktu kehamilan prenatal dan usia pascanatal. Perubahan hemoglobin mencerminkan aktivasi dan inaktivasi (atau peralihan) gen globin secara berurutan,
Kelahiran
Bulan 1 2 3 4 5 6 7 8 2 4 6 8 10
Situs dari
sel darah produksi
Kuning telur kantung
Hati Sumsum tulang
Limpa
A
50 40 30
$ "
Globin rantai perpaduan
% dari jumlah 20 %
! 10 #
&
Minggu 0 10
Kehidupan intrauterin
20 30 0
Kelahiran
10 20 30 40
B
BayiGambar 7.6Garis Waktu Produksi Rantai Globin dari Kehidupan Intrauterin hingga Dewasa.Lihat jugaTabel 7.2.
TABEL 7.2 Hemoglobin Normal promotor memiliki urutan yang sedikit berbeda.
7Hal ini menghasilkan pengikatan istimewa dan aktivasi transkripsi gen #-globin selanjutnya.
7KLF1 juga mengatur ekspresi penekan transkripsi gen $-globin, seperti BCL11A dan MYB.
7,9
Sintesis globin juga diatur selama translasi ketika mRNA yang mengkode rantai globin berasosiasi dengan ribosom untuk menghasilkan polipeptida. Banyak faktor protein diperlukan untuk mengontrol langkah inisiasi, elongasi, dan terminasi translasi. Heme merupakan pengatur penting translasi mRNA globin pada langkah inisiasi dengan
mendorong aktivasi faktor inisiasi translasi dan menonaktifkan represornya.
5Sebaliknya, ketika kadar heme rendah, represor terakumulasi dan menonaktifkan faktor inisiasi, sehingga menghalangi translasi mRNA globin.
2,5Panggung Rantai Globin Hemoglobin
intrauterin
Embriogenesis awal (produk
eritroblas kantung kuning telur)
'2! &2
"2! &2
'2! $2
Gower-1 Gower-2 Portland Dimulai pada embriogenesis awal;
mencapai puncaknya pada trimester ketiga dan mulai menurun sesaat sebelum kelahiran
"2! $2
F
Kelahiran
"2! $2
"2! #2
F, 60%–90%
J, 10%–40%
Dua Tahun hingga Dewasa "
Regulasi Sistemik Erythropoiesis
2! $2
"2! %2
"2! #2
F, 1% –2%
A2, *3,5%
J, +95%
Ketika jumlah hemoglobin tidak mencukupi atau jika molekul hemoglobin rusak dalam mengangkut oksigen, terjadi hipoksia jaringan. Hipoksia dideteksi oleh sel peritubular ginjal, yang merespons dengan meningkatkan produksi eritropoietin (EPO). EPO meningkatkan jumlah eritrosit yang diproduksi dan dilepaskan ke perifer; juga mempercepat laju sintesis komponen eritrosit, termasuk hemoglobin (Bab 5).
Meskipun setiap laboratorium menetapkan interval rujukannya sendiri berdasarkan instrumentasi, metodologi, dan pasiennya Faktor mirip Krüppel 1 juga memainkan peran pengatur utama
dalam peralihan dari rantai $ ke # produksi rantai ($-# peralihan) yang dimulai pada akhir kehidupan janin dan berlanjut hingga masa dewasa. KLF1 sangat cocok untuk mengikat sekuens promotor DNA dari gen #-globin, sedangkan gen $-globin
penduduk, secara umum interval acuan konsentrasi hemoglobin adalah sebagai berikut:
Kurvanya adalahsigmoidal,yang menunjukkan afinitas hemoglobin yang rendah terhadap oksigen pada tekanan oksigen rendah dan afinitas tinggi terhadap oksigen pada tekanan oksigen tinggi.
Kerja sama antar subunit hemoglobin berkontribusi terhadap bentuk kurva. Hemoglobin yang terdeoksigenasi sempurna mempunyai afinitas yang kecil terhadap oksigen. Namun, dengan setiap molekul oksigen yang terikat, terjadi perubahan konformasi tetramer yang semakin meningkatkan afinitas oksigen subunit heme lainnya. Setelah satu molekul oksigen berikatan, sisa molekul hemoglobin dengan cepat menjadi teroksigenasi penuh.2Oleh karena itu, dengan tekanan oksigen yang tinggi di paru-paru, afinitas hemoglobin terhadap oksigen tinggi, dan hemoglobin cepat jenuh dengan oksigen. Sebaliknya, dengan tekanan oksigen yang relatif rendah di jaringan, afinitas hemoglobin terhadap oksigen rendah, dan hemoglobin melepaskan oksigen dengan cepat.
Biasanya, PHAI2sekitar 27 mm Hg menghasilkan saturasi oksigen 50% dari molekul hemoglobin. Jika terjadi pergeseran kurva ke kiri maka terjadi saturasi oksigen hemoglobin sebesar 50% pada titik PHAI2kurang dari 27 mm Hg. Jika terjadi pergeseran kurva ke kanan maka terjadi saturasi oksigen hemoglobin sebesar 50% pada titik PHAI2lebih tinggi dari 27 mm Hg.
Interval referensi untuk saturasi oksigen arteri adalah 96%
hingga 100%. Jika kurva disosiasi oksigen bergeser ke kiri, pasien dengan P. arteri dan venaHAI2kadar dalam interval referensi (arteri 80 hingga 100 mm Hg dan vena 30 hingga 50 mm Hg) akan memiliki persentase saturasi oksigen dan afinitas oksigen yang lebih tinggi dibandingkan pasien yang kurvanya normal. Dengan pergeseran kurva ke kanan, terlihat afinitas oksigen yang lebih rendah.
Selain PHAI
2Pergeseran kurva ke kiri atau ke kanan terjadi jika terjadi perubahan pH darah. Dalam jaringan, pH yang lebih rendah menggeser kurva ke kanan dan mengurangi afinitas hemoglobin terhadap oksigen, dan hemoglobin lebih mudah melepaskan oksigen. Pergeseran kurva karena perubahan pH (atau konsentrasi ion hidrogen) disebutEfek Bohr.Ini
memfasilitasi kemampuan hemoglobin untuk menukar oksigen dan karbon dioksida (CO).
2).
Konsentrasi 2,3-bifosfogliserat (2,3-BPG, sebelumnya 2,3- difosfogliserat) juga berpengaruh pada afinitas oksigen. Dalam keadaan terdeoksigenasi, tetramer hemoglobin diasumsikan a tegangatauTkonformasi yang distabilkan oleh pengikatan 2,3- BPG antara rantai #-globin (Gambar 7.8). Pembentukan jembatan garam antara fosfat 2,3-BPG dan gugus bermuatan positif pada rantai globin semakin menstabilkan tetramer dalam konformasi T.
1Pengikatan 2,3-BPG menggeser kurva disosiasi oksigen ke kanan, sehingga mendukung pelepasan oksigen.
1Selain itu, pH yang lebih rendah dan P yang lebih tinggiBERSAMA
2di jaringan semakin menggeser kurva ke kanan, mendukung pelepasan oksigen.
1Saat hemoglobin mengikat molekul oksigen, terjadi perubahan konformasi tetramer hemoglobin dengan
perubahan interaksi hidrofobik pada "
1#
2titik kontak, gangguan jembatan garam, dan pelepasan 2,3-BPG.
1Rotasi 15 derajat dari
"
1#
1dimer, relatif terhadap "
2#
2dimer, terjadi di sepanjang "
1#
2titik kontak.
2Ketika hemoglobin tetramer teroksigenasi penuh, diasumsikan asantaiatauRnegara (Gambar 7.8).
Pria:
Wanita:
Bayi baru lahir:
13,5–18,0 g/dL (135–180 g/L) 12,0–15,0 g/dL (120–150 g/L) 16,5–21,5 g/dL (165–215 g/L)
Interval rujukan untuk bayi dan anak berbeda-beda menurut kelompok umur.
Individu yang tinggal di dataran tinggi memiliki kadar hemoglobin yang sedikit lebih tinggi sebagai mekanisme kompensasi untuk menyediakan lebih banyak oksigen ke jaringan di udara yang kekurangan oksigen. Tabel di sampul depan bagian dalam memberikan interval referensi untuk semua kelompok umur.
FUNGSI HEMOGLOBIN
Transportasi Oksigen
Fungsi hemoglobin adalah dengan mudah mengikat molekul oksigen di paru-paru, yang memerlukan afinitas oksigen yang tinggi; untuk mengangkut oksigen; dan untuk mengeluarkan oksigen secara efisien ke jaringan, yang memerlukan afinitas oksigen rendah. Selama oksigenasi, masing-masing dari empat atom besi heme dalam molekul hemoglobin dapat mengikat satu molekul oksigen secara reversibel.
Sekitar 1,34 mL oksigen diikat oleh setiap gram hemoglobin.1
Afinitas hemoglobin terhadap oksigen berhubungan dengan tekanan parsial oksigen (PHAI2), sering kali didefinisikan sebagai jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk menjenuhkan 50%
hemoglobin, disebutP50nilai.Hubungan tersebut dijelaskan oleh kurva disosiasi oksigen hemoglobin, yang memplot persentase saturasi oksigen hemoglobin versus P.HAI2(Gambar 7.7).
100
80
B Hemoglobin
60
P50
40 C
A 20
0 20 40
HAI2Tekanan Parsial (mm Hg)
60 80 100
Gambar 7.7Kurva Disosiasi Hemoglobin-Oksigen.(A),Kurva disosiasi hemoglobin-oksigen normal. P50adalah tekanan parsial oksigen (O2) dibutuhkan untuk 50% O2saturasi hemoglobin.(B),Kurva bergeser ke kiri dengan P tereduksi50dapat disebabkan oleh penurunan 2,3-bifosfogliserat (2,3-BPG), H!ion (peningkatan pH), tekanan parsial karbon dioksida (PCO2), dan/atau suhu. Kurva bergeser ke kiri juga terlihat pada hemoglobin F dan varian hemoglobin yang meningkatkan afinitas oksigen.(C),Kurva bergeser ke kanan dengan peningkatan P50dapat disebabkan oleh peningkatan 2,3-BPG, H
!ion (pH diturunkan), PCO2, dan/atau suhu. Kurva bergeser ke kanan juga terlihat pada varian hemoglobin yang mengalami penurunan afinitas oksigen.
Mioglobin, suatu protein otot, menghasilkan kurva bergeser ke kiri yang menunjukkan afinitas oksigen yang sangat tinggi. Ini tidak efektif dalam melepaskan oksigen pada tekanan oksigen fisiologis.
mioglobin
% HAI2Kejenuhan
2 1 2 2
Dia me 15° Dia me
HAI2 2,3-BPG
HAI2 1
1 1
HAI2 1
Dia me Dia me
HAI2
2 2 2 1
2 1 1 2
Keadaan terdeoksigenasi (tegang, “T”) Keadaan teroksigenasi (santai, “R”) Gambar 7.8Bentuk Hemoglobin Tegang (T) dan Santai (R).Bentuk tegangnya menggabungkan satu molekul 2,3-bifosfogliserat (2,3-BPG), terikat antara rantai #-globin dengan jembatan garam. Ia tidak mampu
mengangkut oksigen. Saat hemoglobin mengikat molekul oksigen, "1#1Dan "2#2dimer berputar 15º relatif satu sama lain sebagai akibat dari perubahan interaksi hidrofobik di "1#2titik kontak, jembatan garam terganggu, dan 2,3-BPG dilepaskan.
Kondisi klinis yang menyebabkan pergeseran kurva disosiasi oksigen ke kiri antara lain penurunan suhu tubuh akibat penyebab eksternal; beberapa transfusi darah yang disimpan dengan 2,3-BPG yang habis; alkalosis; dan adanya varian hemoglobin dengan afinitas tinggi terhadap oksigen. Kondisi yang menyebabkan pergeseran kurva ke kanan antara lain peningkatan suhu tubuh; asidosis; adanya varian hemoglobin dengan afinitas rendah terhadap oksigen; dan peningkatan konsentrasi 2,3-BPG sebagai respons terhadap kondisi hipoksia, seperti ketinggian, insufisiensi paru, gagal jantung kongestif, dan anemia berat (Bab 16).
Kurva disosiasi oksigen sigmoidal yang dihasilkan oleh hemoglobin normal berbeda dengan kurva hiperbolik mioglobin (Gambar 7.7).
Mioglobin, terdapat pada otot jantung dan rangka, merupakan protein heme pengikat oksigen dengan kandungan 17.000 Dalton, monomer, dan mengikat oksigen. Ia mengikat oksigen dengan afinitas yang lebih besar daripada hemoglobin. Kurva hiperboliknya menunjukkan bahwa ia melepaskan oksigen hanya pada tekanan parsial yang sangat rendah, yang berarti ia tidak seefektif hemoglobin dalam melepaskan oksigen ke jaringan pada tekanan oksigen fisiologis. Mioglobin dilepaskan ke dalam plasma ketika terjadi kerusakan otot akibat infark miokard, trauma, atau cedera otot parah, yang disebutrhabdomyolisis.Mioglobin biasanya diekskresikan melalui ginjal, namun kadarnya dapat meningkat pada gagal ginjal. Kadar mioglobin serum membantu diagnosis infark miokard pada pasien yang tidak memiliki riwayat trauma,
rhabdomyolysis, atau gagal ginjal. Mioglobin dalam urin memberikan hasil positif pada analisis biokimia urin (dengan strip tes reagen) untuk darah; Hal ini harus dibedakan dengan hasil positif yang disebabkan oleh hemoglobin.
Hb F (hemoglobin janin, hemoglobin primer pada bayi baru lahir) memiliki P50sebesar 19 hingga 21 mm Hg, yang mengakibatkan pergeseran kurva disosiasi oksigen ke kiri dan peningkatan afinitas terhadap oksigen relatif terhadap Hb A. Peningkatan afinitas terhadap oksigen ini disebabkan oleh melemahnya kemampuannya untuk mengikat 2,3-BPG.2Hanya ada satu perbedaan asam amino pada situs pengikatan 2,3-BPG yang kritis
antara rantai $ dan # rantai yang menyebabkan perbedaan pengikatan ini.
2Dalam kehidupan janin, afinitas oksigen yang tinggi dari Hb F memberikan keuntungan dengan memungkinkan penarikan oksigen yang lebih efektif dari sirkulasi ibu. Pada saat yang sama, Hb F mempunyai kelemahan karena kurang mudah mengantarkan oksigen ke jaringan. Sumsum tulang pada janin dan bayi baru lahir memberikan kompensasi dengan memproduksi lebih banyak sel darah merah untuk memastikan oksigenasi jaringan yang memadai. Respons ini dimediasi oleh EPO (Bab 5). Akibatnya, jumlah sel darah merah, konsentrasi hemoglobin, dan hematokrit bayi baru lahir lebih tinggi dibandingkan nilai orang dewasa, namun secara bertahap menurun ke tingkat fisiologis normal pada usia 6 bulan seiring dengan selesainya peralihan $-# dan sebagian besar Hb F digantikan oleh Hb A.
Transportasi Karbon Dioksida
Fungsi penting kedua dari hemoglobin adalah pengangkutan karbon dioksida. Dalam darah vena, karbon dioksida berdifusi ke dalam sel darah merah dan bergabung dengan air membentuk asam karbonat (H2
BERSAMA3). Reaksi ini difasilitasi oleh enzim karbonat anhidrase RBC.
Asam karbonat kemudian berdisosiasi untuk melepaskan H!
dan bikarbonat (HCO
3,) (Gambar 7.9).
H
!dari reaksi kedua mengikat hemoglobin teroksigenasi (HbO
2), dan oksigen dilepaskan dari hemoglobin karena efek Bohr. Oksigen kemudian berdifusi keluar sel ke jaringan. Ketika konsentrasi bikarbonat bermuatan negatif meningkat, ia berdifusi melintasi membran sel darah merah ke dalam plasma.
Klorida (Cl
,), juga bermuatan negatif, berdifusi dari plasma ke dalam sel untuk mempertahankan elektronetralitas melintasi membran; ini disebutpergeseran klorida (Gambar 7.9).
Di paru-paru, oksigen berdifusi ke dalam sel dan berikatan dengan hemoglobin terdeoksigenasi (HHb) karena tekanan oksigen yang tinggi.
H!dilepaskan dari hemoglobin dan bergabung dengan bikarbonat untuk membentuk asam karbonat. Asam karbonat diubah
Dia me Dia me Dia
me
Dia me
Darah venatisu Darah arteriParu-paru
BERSAMA2 BERSAMA2
!
H2HAI
BERSAMA2 BERSAMA2
!
H2HAI Karbonat
anhidrase Karbonat
anhidrase
H2BERSAMA3 H2BERSAMA3
HbO2
HHb HAI2
HbO2 H!!HCO"
CI"
3 HCO
CI"
"
3 HAI2 HAI2! HHb H!!HCO"
CI"
3 HCO"
CI"
3
HAI2
A B
Gambar 7.9Transportasi dan Pelepasan Oksigen (O2) dan Karbon Dioksida (CO2) di Jaringan dan Paru-paru.
(A),Di dalam jaringan, CO2berdifusi ke dalam sel darah merah dan bergabung dengan air (H2O) membentuk asam karbonat (H2
BERSAMA3). Reaksi ini dikatalisis oleh karbonat anhidrase. H2BERSAMA3berdisosiasi menjadi hidrogen (H!) dan bikarbon- makan (HCO3) ion. H, !berikatan dengan oksihemoglobin (HbO2), mengakibatkan pelepasan O2sebagai akibat dari efek Bohr.
O2berdifusi keluar sel ke dalam jaringan. HCO tersebut, 3berdifusi keluar sel ketika konsentrasinya meningkat dan digantikan oleh klorida (Cl,) untuk mempertahankan keelektronegatifan (pergeseran klorida). Beberapa CO2berikatan langsung dengan rantai globin hemoglobin.(B),Di paru-paru, O2berikatan dengan hemoglobin terdeoksigenasi (HHb) karena tingginya
ketegangan oksigen. H!berdisosiasi dari HbO2, digabungkan dengan HCO,3untuk membentuk H2BERSAMA3, yang kemudian terdisosiasi
menjadi CO2dan H2O.CO2berdifusi keluar sel darah merah dan dihembuskan melalui paru-paru.
menjadi air dan CO2; yang terakhir berdifusi keluar sel dan dikeluarkan oleh paru-paru. Semakin banyak bikarbonat yang berdifusi ke dalam sel untuk menghasilkan asam karbonat, klorida berdifusi kembali ke plasma. Sekitar 85% CO2diproduksi di jaringan diangkut oleh hemoglobin sebagai H!.1Dalam kapasitas ini, hemoglobin memberikan efek buffering dengan mengikat dan melepaskan H. pylori!.1
Sebagian kecil CO
2tetap berada di sitoplasma dan sisanya berikatan dengan rantai globin sebagai gugus karbamino.
dan karboksihemoglobin. Dishemoglobin terbentuk dan dapat terakumulasi hingga tingkat toksik, setelah terpapar obat-obatan tertentu atau bahan kimia atau gas lingkungan. Agen penyebab memodifikasi struktur molekul hemoglobin, mencegahnya mengikat oksigen. Sebagian besar kasus dishemoglobinemia didapat; sebagian kecil kasus methemoglobinemia bersifat keturunan.
Methemoglobin
Transportasi Nitrat Oksida
Methemoglobin (MetHb) dibentuk oleh oksidasi
reversibel besi heme menjadi bentuk besi (Fe
3!).
Biasanya, sejumlah kecil methemoglobin terus dibentuk oleh oksidasi besi selama oksigenasi normal dan deoksigenasi hemoglobin.
11,12Namun, sistem reduksi methemoglobin, terutama jalur NADH-sitokrom b5 reduktase 3 (NADH-methemoglobin reduktase), biasanya membatasi akumulasinya hanya pada 1% dari total hemoglobin (Bab 6 danGambar 6.1).
11-13Methemoglobin tidak dapat membawa oksigen karena besi besi yang teroksidasi tidak dapat mengikatnya. Peningkatan kadar methemoglobin menyebabkan penurunan pengiriman oksigen ke jaringan. Individu dengan kadar methemoglobin kurang dari 25% umumnya tidak menunjukkan gejala.14Jika kadar methemoglobin meningkat hingga lebih dari 30% total hemoglobin, terjadi sianosis (perubahan warna kebiruan pada kulit dan selaput lendir) dan gejala hipoksia (dispnea, sakit kepala, vertigo, perubahan status mental).12,13Kadar
methemoglobin lebih dari 50% dapat menyebabkan koma dan kematian.
12,13
Peningkatan methemoglobin, disebutmethemoglobinemia, dapat diperoleh atau diwariskan. Bentuk yang diperoleh, disebut juga methemoglobinemia toksik,terjadi pada individu normal setelah terpapar oksidan eksogen, seperti nitrit, primakuin, dapson, atau benzokain.
12,14Saat oksidan menguasai sistem reduksi hemoglobin, tingkat methemoglobin
Fungsi ketiga hemoglobin melibatkan pengikatan, inaktivasi, dan pengangkutan oksida nitrat.1,10Oksida nitrat disekresi oleh sel endotel pembuluh darah dan menyebabkan relaksasi otot polos dinding pembuluh darah dan vasodilatasi.1Ketika dilepaskan, oksida nitrat bebas mempunyai waktu paruh yang sangat pendek, namun sebagian memasuki sel darah merah dan dapat berikatan dengan sistein dalam rantai # hemoglobin, membentuk S-nitrosohemoglobin.1,10,11Beberapa peneliti mengusulkan bahwa hemoglobin mempertahankan dan mengangkut oksida nitrat ke daerah mikrovaskuler hipoksia, yang merangsang vasodilatasi dan meningkatkan aliran darah (vasodilatasi hipoksia).10Dengan cara ini, hemoglobin dapat bekerja dengan sistem lain dalam mengatur aliran darah lokal ke area mikrovaskular dengan mengikat dan menonaktifkan oksida nitrat (menyebabkan vasokonstriksi dan penurunan aliran darah) ketika tekanan oksigen tinggi dan melepaskan oksida nitrat (menyebabkan vasodilatasi dan peningkatan aliran darah) ketika tekanan oksigen tinggi. tekanan oksigen rendah.10
Teori ini tidak diterima secara universal, dan peran hemoglobin, sel endotel, dan oksida nitrat dalam mengatur aliran darah dan oksigenasi mikrosirkulasi masih diselidiki.11
DISHEMOGLOBIN
Dishemoglobin (hemoglobin disfungsional yang tidak mampu mengangkut oksigen) termasuk methemoglobin, sulfhemoglobin,
meningkat, dan pasien mungkin menunjukkan sianosis dan gejala hipoksia.
11Dalam banyak kasus, penarikan oksidan penyebab sudah cukup untuk pemulihan, namun jika kadar methemoglobin meningkat hingga 30% atau lebih dari total hemoglobin, metilen biru diberikan secara intravena. Metilen biru mereduksi besi besi methemoglobin menjadi besi melalui NADPH-methemoglobin reduktase dan NADPH yang dihasilkan oleh glukosa-6-fosfat dehidrogenase dalam shunt heksosa monofosfat (Gambar 6.1).
11Dalam kasus yang mengancam jiwa, transfusi tukar mungkin diperlukan.
12Penyebab methemoglobinemia yang diturunkan jarang terjadi dan termasuk mutasi pada gen NADH-sitokrom b5 reduktase 3(CYB5R3), mengakibatkan berkurangnya kapasitas untuk mereduksi methemoglobin, dan mutasi pada gen "-, #-, atau $-globin, yang mengakibatkan struktur rantai polipeptida abnormal yang mendukung bentuk besi besi yang teroksidasi dan mencegah reduksinya.11,12
Methemoglobin yang dihasilkan oleh kelompok terakhir disebutM hemoglobinatauHb M(Bab 24). Hb M diwariskan dalam pola autosomal dominan, dengan methemoglobin terdiri dari 30% hingga 50% dari total hemoglobin.12Tidak ada pengobatan yang efektif untuk bentuk methemoglobinemia ini.11,12Defisiensi sitokrom b5 reduktase adalah kelainan resesif autosomal, dan peningkatan methemoglobin terjadi pada individu yang homozigot atau senyawa heterozigot selama beberapa waktu.CYB5R3mutasi.11,12
Kebanyakan individu dengan defisiensi Hb M atau sitokrom b5 reduktase homozigot mempertahankan kadar methemoglobin kurang dari 50%; mereka menderita sianosis tetapi hanya gejala hipoksia ringan yang tidak memerlukan pengobatan.11-13Individu heterozigot untuk CYB5R3mutasi memiliki tingkat methemoglobin normal tetapi mengembangkan methemoglobinemia, sianosis, dan hipoksia ketika terkena obat oksidan atau bahan kimia.12,14
Methemoglobin diuji dengan instrumen analisis serapan spektral seperti CO-oksimeter. Methemoglobin menunjukkan puncak serapan pada 630 nm.12Dengan kadar methemoglobin yang tinggi, darah berubah warna menjadi coklat kecokelatan dan tidak kembali ke warna merah normal setelah terpapar oksigen.12,13
Methemoglobin pada penyakit Hb M memiliki puncak serapan yang berbeda-beda, tergantung variannya.11Elektroforesis hemoglobin, HPLC, dan pengujian mutasi DNA digunakan untuk mengidentifikasi varian Hb M. Defisiensi sitokrom b5 reduktase 3 didiagnosis dengan tes enzim dan tes mutasi DNA.11
Karboksihemoglobin
Karboksihemoglobin(COHb) dihasilkan dari kombinasi karbon
monoksida (CO) dengan besi heme. Afinitas karbon monoksida terhadap hemoglobin adalah 240 kali lipat dari oksigen.11Ketika satu molekul karbon monoksida berikatan dengan hemoglobin, ia menggeser kurva disosiasi hemoglobin-oksigen ke kiri, sehingga semakin meningkatkan afinitasnya dan sangat mengganggu pelepasan oksigen ke jaringan.11,15
Karbon monoksida disebut sebagaipembunuh diam diamkarena merupakan gas yang tidak berbau dan tidak berwarna, dan korban dapat dengan cepat mengalami hipoksia.15
Beberapa karboksihemoglobin diproduksi secara endogen, namun biasanya terdiri kurang dari 2% dari total hemoglobin.11
Karbon monoksida eksogen berasal dari knalpot mobil, asap tembakau, dan dari polutan industri, seperti batu bara, gas, dan pembakaran arang. Pada perokok, kadar COHb mungkin mencapai 15%.14Akibatnya, perokok mungkin memiliki hematokrit dan polisitemia yang lebih tinggi untuk mengimbangi hipoksia.11,14
Paparan karbon monoksida mungkin terjadi secara kebetulan, tidak disengaja, atau disengaja (bunuh diri). Banyak kematian akibat kebakaran rumah disebabkan oleh menghirup asap, asap, atau karbon monoksida.15
Bahkan ketika sistem pemanas di rumah dipelihara dengan baik, keracunan karbon monoksida yang tidak disengaja dapat terjadi.
Efek toksik, seperti sakit kepala, pusing, dan disorientasi, mulai terlihat pada kadar COHb dalam darah 20% hingga 30%.11,14Kadar lebih dari 40% total hemoglobin dapat menyebabkan koma, kejang, hipotensi, aritmia jantung, edema paru, dan kematian.11,15
Karboksihemoglobin dapat dideteksi dengan instrumen serapan spektral pada 540 nm.12Ini memberi darah warna merah ceri, yang kadang-kadang diberikan pada kulit korban.15Diagnosis keracunan karbon monoksida ditegakkan jika kadar COHb lebih besar dari 3% pada bukan perokok dan lebih besar dari 10% pada perokok.15Perawatan melibatkan penghilangan sumber karbon monoksida dan pemberian oksigen 100%.11Penggunaan terapi oksigen hiperbarik masih kontroversial15; ini terutama digunakan untuk mencegah gangguan neurologis dan kognitif setelah paparan karbon monoksida akut pada pasien yang tingkat COHbnya melebihi 25%.15
PENGUKURAN HEMOGLOBIN
ItusiamethemoglobinMetode ini adalah metode referensi untuk pengujian hemoglobin.16Agen pelisis yang ada dalam reagen sianmethemoglobin membebaskan hemoglobin dari sel darah merah. Hemoglobin bebas bergabung dengan kalium ferricyanide yang terkandung dalam reagen cyanmethemoglobin, yang mengubah besi hemoglobin dari bentuk besi menjadi besi untuk membentuk methemoglobin. Methemoglobin bergabung dengan kalium sianida untuk membentuk pigmen cyanmethemoglobin yang stabil. Intensitas warna cyanmethemoglobin, yang sebanding dengan konsentrasi hemoglobin, diukur pada spektrofotometri 540 nm dan dibandingkan dengan standar (Bab 11). Metode cyanmethemoglobin dilakukan secara manual tetapi telah diadaptasi untuk digunakan dalam penganalisis sel darah otomatis.
Banyak instrumen sekarang menggunakan sodium lauryl sulfate (SLS) untuk mengubah hemoglobin menjadi SLS-methemoglobin. Cara ini tidak menghasilkan limbah beracun (Bab 12).
Elektroforesis hemoglobin dan HPLC digunakan untuk memisahkan berbagai jenis hemoglobin seperti Hb A, A
2, dan F (Bab 24 dan 25).
Sulfhemoglobin
Sulfhemoglobinterbentuk oleh oksidasi hemoglobin yang
ireversibel oleh obat-obatan (seperti sulfanilamida, fenasetin, nitrit, dan fenilhidrazin) atau paparan bahan kimia belerang di lingkungan industri atau lingkungan.11,12Ini dibentuk oleh penambahan atom belerang ke cincin pirol heme dan memiliki pigmen kehijauan.11
Sulfhemoglobin tidak efektif untuk transportasi oksigen, dan pasien dengan kadar yang tinggi akan mengalami sianosis.
Sulfhemoglobin tidak dapat diubah menjadi Hb A normal; itu bertahan seumur hidup sel. Perawatan terdiri dari pencegahan dengan menghindari agen penyebab.
Sulfhemoglobin memiliki puncak yang mirip dengan methemoglobin pada instrumen serapan spektral. Namun, kurva spektral
sulfhemoglobin tidak bergeser ketika sianida ditambahkan, suatu ciri yang membedakannya dari methemoglobin.11
RINGKASAN
• Molekul hemoglobin adalah tetramer yang terdiri dari dua pasang rantai polipeptida yang berbeda. Kelompok heme (protoporphyrin IX ! Fe2!) terikat pada masing-masing dari empat rantai polipeptida.
• Emoglobin, yang terkandung dalam sel darah merah (R s), membawa oksigen dari paru-paru ke jaringan. Oksigen berikatan dengan besi besi dalam heme. Setiap tetramer hemoglobin dapat mengikat empat molekul oksigen.
• gen struktural yang mengkode rantai si globin
hemoglobin. Gen "- dan '-globin ada pada kromosom 16;
gugus gen &-, $-, %-, dan #-globin ada pada kromosom 11. Terdapat satu salinan gen %-globin dan satu gen #- globin per kromosom, dengan total dua gen per sel diploid. Terdapat dua salinan gen "- dan $-globin per kromosom, dengan total empat gen per sel diploid.
• Tiga hemoglobin yang ditemukan pada orang dewasa normal adalah b A, b A2, dan Hb F. Hb A ("2#2), terdiri dari dua "# heterodimer, merupakan hemoglobin utama orang dewasa. Hb F ("2$2) merupakan hemoglobin dominan pada janin dan bayi baru lahir. Hb A2
("2%2) muncul sejak lahir hingga dewasa, namun dalam kadar yang rendah.
• Ontogeni hemoglobin menjelaskan hemoglobin mana yang diproduksi oleh sel prekursor eritroid sejak masa janin hingga lahir hingga dewasa.
• Mekanisme genetik yang lengkap mengatur ekspresi berurutan rantai polipeptida pada embrio, janin, dan orang dewasa. Heme memberikan regulasi umpan balik negatif pada produksi protoporphyrin dan rantai globin.
• Kurva disosiasi hemoglobin-o yg bersifat sigmoid karena adanya kooperatifitas antar subunit hemoglobin dalam mengikat dan melepaskan oksigen.
• , - bifosfogliserat ( , -
jalur litik memfasilitasi pengiriman oksigen dari hemoglobin ke jaringan. Efek Bohr adalah pengaruh pH terhadap pelepasan oksigen dari hemoglobin.
• Dalam jaringan, karbon dioksida berdifusi menjadi R dan bergabung dengan air membentuk asam karbonat (H2BERSAMA3). Asam karbonat kemudian
) diproduksi oleh gliko-
diubah menjadi ion bikarbonat dan hidrogen (HCO, 3
dan H
!).
Sebagian besar karbon dioksida dibawa oleh hemoglobin sebagai H!.
• Methemoglobin, sulfhemoglobin, dan karbo yhemoglobin tidak dapat mengangkut oksigen. Bahan-bahan tersebut dapat terakumulasi hingga tingkat beracun akibat paparan obat-obatan tertentu, bahan kimia industri atau lingkungan, atau gas. Sebagian kecil kasus methemoglobinemia bersifat keturunan. Sianosis terjadi pada pasien dengan peningkatan kadar methemoglobin atau sulfhemoglobin.
Sekarang setelah Anda menyelesaikan bab ini, kembalilah dan baca lagi studi kasus di awal dan tanggapi pertanyaan-pertanyaan yang disajikan.
PERTANYAAN TINJAUAN
Jawaban dapat ditemukan di Lampiran.
1.Molekul hemoglobin terdiri dari:
A.Satu molekul heme dan empat rantai globin
B.Besi besi, protoporphyrin IX, dan rantai globin
C.Protoporphyrin IX dan empat rantai globinD.Empat molekul heme dan empat rantai globin
2.Hb A dewasa normal mengandung rantai polipeptida yang manakah?
A."Dan # B."Dan % C."dan $ D."Dan &
3.Langkah penting dalam membatasi laju sintesis heme adalah penekanan:
A.Sintase aminolevulinat
B.Karbonat anhidrase C.reduktase Protoporfirin IXD.Glukosa-6-fosfat dehidrogenase
4.Manakah dari bentuk molekul hemoglobin berikut yang memiliki afinitas paling rendah terhadap oksigen?
A.Tegang
B.Santai
5.Dengan menggunakan kurva disosiasi hemoglobin-oksigen normal pada Gambar 7.7 sebagai referensi, prediksi posisi kurva ketika terjadi penurunan pH.
A.Bergeser ke kanan normal dengan penurunan afinitas oksigen B.Bergeser ke kiri normal dengan peningkatan afinitas oksigen C.Bergeser ke kanan normal dengan peningkatan afinitas oksigen D.Bergeser ke kiri normal dengan penurunan afinitas oksigen
6.Hemoglobin dominan yang ditemukan pada bayi baru lahir yang sehat adalah:
A.Gower-1 B.Gower-2
C.A D.F
7.Bagaimana distribusi normal hemoglobin pada orang dewasa yang sehat?
A.80% hingga 90% Hb A, 5% hingga 10% Hb A2, 1% hingga 5% Hb F B.80% hingga 90% Hb A2, 5% hingga 10% Hb A, 1% hingga 5% Hb F
C.+95% Hb A, *3,5% Hb A2
, 1% hingga 2% Hb F D.+90% Hb A, 5% Hb F, *5% Hb A
28.Manakah dari berikut ini yang merupakan gambaran struktur hemoglobin teroksidasi?
A.Hemoglobin membawa oksigen melalui heme; sinonim dengan hemoglobin teroksigenasi
B.Hemoglobin dengan zat besi dalam keadaan besi (methemoglobin) dan tidak mampu membawa oksigen
C.Hemoglobin dengan besi dalam bentuk besi sehingga karbon dioksida menggantikan oksigen dalam struktur heme D.Hemoglobin membawa karbon monoksida; karena ituteroksidasi
mengacu pada oksigen tunggal
9.Dalam struktur kuaterner hemoglobin, rantai globin
bergabung menjadi:
A."Tetramer di beberapa sel dan # tetramer di sel lain
B.Campuran " tetramer dan # tetramer
C."Dimer dan #dimer D.Dua "# dimer
10.Bagaimana susunan gen rantai globin?
A.Dengan " gen dan # gen pada kromosom yang sama,
termasuk dua " gen dan dua # gen
B.Dengan " gen dan # gen pada kromosom terpisah,
termasuk dua " gen pada satu kromosom dan satu # gen pada kromosom berbeda
C.Dengan " gen dan # gen pada kromosom yang sama,
termasuk empat " gen dan empat # gen
D.Dengan " gen dan # gen pada kromosom terpisah,
termasuk empat " gen pada satu kromosom dan dua # gen pada kromosom berbeda
11.Sifat interaksi antara 2,3-BPG dan hemoglobin adalah 2,3-BPG:
A.Mengikat bagian heme, menghalangi pengikatan
oksigen
B.Mengikat secara bersamaan dengan oksigen untuk memastikan oksigen tetap terikat hingga mencapai jaringan, ketika kedua molekul dilepaskan dari hemoglobin
C.Mengikat asam amino rantai globin, berkontribusi terhadap perubahan konformasi yang menghambat pengikatan oksigen ke heme
D.Mengoksidasi besi hemoglobin, mengurangi pengikatan oksigen dan meningkatkan pengiriman oksigen ke jaringan
REFERENSI
9. Zhou, D., Liu, K., Sun, CW, dkk. (2010). KLF1 mengatur ekspresi BCL11A dan peralihan gamma ke beta-globin.Nat Genet,42, 742–744.
10. Allen, BW, Stamler, JS, & Piantadosi, CA (2009). Hemoglobin, oksida nitrat dan mekanisme molekuler vasodilatasi hipoksia.
Tren Mol Med,15,452–460.
11. Steinberg, MH (2014). Hemoglobin dengan afinitas oksigen berubah, hemoglobin tidak stabil, M-hemoglobin, dan dyshemoglobinemia.
Dalam Greer, JP, Arber, DA, Glader, B., dkk. (Edisi),Hematologi Klinis Wintrobe.(edisi ke-13, hal. 914–926). Filadelfia: Lippincott Williams &
Wilkins.
12. Benz, EJ, Jr., & Ebert, BL (2018). Varian hemoglobin yang terkait dengan anemia hemolitik mengubah afinitas oksigen, dan methemoglobinemia.
Dalam Hoffman, R., Benz, EJ, Silberstein, LE, dkk. (Edisi), Prinsip dan Praktek Dasar Hematologi.(edisi ke-7, hal. 608–615). Filadelfia: Elsevier.
13. Skold, A., Cosco, DI, & Klein, R. (2011). Methemoglobinemia:
patogenesis, diagnosis, dan manajemen.Med Selatan J,104, 757–
761.
14. Vajpayee, N., Graham, SS, & Bem, S. (2017). Pemeriksaan dasar darah dan sumsum tulang. Dalam McPherson, RA, & Pincus, MR (Eds.),Diagnosis dan Penatalaksanaan Klinis Henry dengan Metode Laboratorium.(Edisi ke-23, hal. 510–539). St.Louis: Elsevier.
15. Guzman, JA (2012). Keracunan karbon monoksida.Klinik Perawatan Kritikus,28,537–548.
16.CLSI. (2000).Referensi dan Prosedur Pilihan untuk Penentuan Kuantitatif Hemoglobin dalam Darah. (Edisi ke-3rd, pedoman CLSI H15-A3). Wayne, PA: Institut Standar Klinis dan Laboratorium.
1. Quigly, JG, Berarti, RT, Jr., & Glader, B. (2014). Kelahiran, kehidupan dan kematian sel darah merah: eritropoiesis, sel darah merah matang dan penghancuran sel. Dalam Greer, JP, Arber, DA, Glader, B.,
dkk. (Edisi),Hematologi Klinis Wintrobe. (Edisi ke-13, hlm.
83–124). Filadelfia: Lippincott Williams & Wilkins.
2. Steinberg, MH, Benz, EJ, Jr, Adewoye, AH, dkk. (2018). Patobiologi eritrosit manusia dan hemoglobinnya. Dalam Hoffman, R., Benz, EJ, Silberstein, LE, dkk. (Edisi),Prinsip dan Praktek Dasar Hematologi.(edisi ke-7, hal. 447–457). Filadelfia: Elsevier.
3. Natrajan, K., & Kutlar, A. (2016). Gangguan struktur hemoglobin:
anemia sel sabit dan kelainan terkait. Dalam Kaushansky K., Lichtman MA, Prchal JT, dkk. (Edisi),Hematologi Williams. (Edisi ke-9, hlm. 759–788). New York: McGraw-Hill.
4. Perutz, MF, Rossmann, MG, Cullis, AF, dkk. (1960). Struktur hemoglobin: sintesis Fourier tiga dimensi pada resolusi 5,5A yang diperoleh dengan analisis sinar-x.Alam,185, 416–422.
5. Chow, A., & Frenette, PS (2014). Asal dan perkembangan sel darah.
Dalam Greer, JP, Arber, DA, Glader, B., dkk. (Edisi),Hematologi Klinis Wintrobe.(edisi ke-13, hlm. 65–82). Filadelfia: Lippincott Williams &
Wilkins.
6. Donze, D., Jeancake, PH, & Townes, TM (1996). Aktivasi ekspresi gen delta-globin oleh faktor mirip eritroid Krüpple:
pendekatan potensial untuk terapi gen penyakit sel sabit.
Darah, 88, 4051–4057.
7. Tallack, MR, & Perkins, AC (2013). Tiga jari pada saklar:
regulasi faktor 1 mirip Krüppel dari peralihan gen a-globin ke #-globin.Opin Curr Hematol,20, 193–200.
8. Tolhuis, B., Palstra, RJ., Splinter, E., dkk. (2002). Perulangan dan interaksi antara situs hipersensitif di lokus #-globin aktif.Sel Molekuler,10, 1453–1465.
