הHill לא מבטא את חוזק הקישור. מקדם Hill הוא מדד לקואופרטיביות של התהליך – עד כמה קישור של מולקולת חמצן ישפיע על הקישור של המולקולה הבאה של חמצן.
מצב שנקרא DeOxy ומצב Oxy.
במצב Deoxy אין חמצן קשור להמוגלובין. במצב Oxy חמצן קשור להמוגלובין.
במצב Deoxy ההמוגלובין נוסע מהרקמות לריאות. במצב Oxy ההמוגלובין מסיע את החמצן מהריאות לרקמות. מצבים אלו הם הפיכים.
יש מצב המוגלובין שמתרחש כשנושמים גז CO – Carbon Monoxy. גז זה נקשר להמוגלובין יותר חזר מאשר חמצן. הרעלת CO היא מצב שבו ההמוגלובין נושא CO במקום חמצן, ומוביל למוות כתוצאה מחנק.
במצב של מעבר מoxy ל Deoxy, יש איזשהו ציר. בהשוואה בין שני מצבים אלו, אלפא-1 ובטא-1 מסתובב בזווית של 15 מעלות ביחס לאלפא-2 ובטא-2.
במצב Deoxy יש דבר חשוב נוסף: הC-טרמינל של התת יחידה בטא-2 לעומת C-טרמינל של בטא-1 נמצא בין חומצות האמינו 38 ו-41 של תת היחידה אלפא שנמצאת ליד. כאשר עוברים למצב Oxy הזנב מתרחק בצורה משמעותית מהחומצות 38 ו41.
אם מסתכלים על מצב הDeoxy טבעת ההם לא ישרה (לא מישורית) - הברזל שקשור להיסטידין הפרוקסימלי F8 נמצא מעליה. כאשר החמצן נקשר, מדברים על מצב של Transition (מצב מעבר). כשהחמצן נקשר הטבעת הופכת להיות ישרה (מישורית). כשהטבעת הופכת למישורית נוצרת הפרעה סטרית, והיא נוגעת בואלין FG5. הואלין זז כתוצאה מכך ימינה. מתזוזה זו אפשר למדוד שינוי של ההיסטידין ושל הברזל שקשור לחמצן. במצב הזה ההיסטידין מוטה 8 מעלות שמאלה. לבסוף, כתוצאה מקישור החמצן לברזל הם נמצאים על אותו ציר ורואים תזוזה של המבנה למצב הOxy.
אירוע נקודתי משפיע על כל מבנה ההמוגלובין. החמצן יכול לגרום לשינוי מבני בהמוגלובין כאשר הוא נקשר אליו.
בניסוי שעשו החליפו בהמוגלובין את ההיסטידין F8 בחומצת האמינו גליצין (מוטציה נקודתית מכוונת = SDN).
תיאורטית, אם אין קישור בין ההיסטדין לשרשרת ההליקס F, לא תהיה תזוזה.
כדי לבדוק זאת – הורידו את ההיסטדין והחליפו בגליצין. מבחינה כימית, צריך למצוא דרך לייצב את הברזל.
המולקולה Imidazole, שדומה בתכונותיה להיסטדין, נקשרת לברזל אך אינה נקשרת לשרשרת. מה שראו, זה שכאשר חמצן נקשר לברזל ולטבעת ההם, אין תזוזה של הF. מכך הסיקו שחייבים את ההיסטדין, ושאחד השינויים שהחמצן גרום להם הוא הזזת ההליקס F.
יש שני מודלים (ואחד נוסף בספר) לגבי קישור החמצן להמוגלובין ושינוי המבנה של תתי היחידות ממצב Deoxy למצב Oxy:
1. מודל KNF – Koshland, Nemethy & Filmer – לפיו אין חמצן באיזור וכולם במצב עגול. לאחר שחמצן מופיע ונקשר, הוא מייצב את מצב הoxy של ההמוגלובין ויוצר צורה של משולש במקום עיגול. מצב זה מעודד את התתי יחידות האלו שאינן קושרות חמצן, שליד אלו שקשרו חמצן, לעבור למצב מעבר לקראת מצב ה Oxy. זהו מצב Sequence.
2. מודל Concerted – MWC – Monod Wyman & Changeux – כולם מראש נכנסים לאותו מצב. במודל זה, בצורה הטבעית, בחלק קטן מהזמן, מולקולות ההמוגלובין הופכות למצב של Deoxy לחלקיק שניה. תמיד חלק מהמולקולה יהיה במצב Oxy כלשהו.
R – Oxy
T = Tense - Deoxy
יכול להיות שהתא במצב T אך עדיין קושר חמצן. החמצן ייקשר לT אך בצורה חלשה מאוד.
באינטראקציה בין המוגלובין לחמצן - כאשר הPH יורד, החמצן קשור חלש יותר להמוגלובין. בריאות יש אחוז גבוה של רוויה של קישור חמצן.
PH באזור 7.6, אחוז הרוויה הוא 70% ו30% השתחרר.
PH של 7.2, אחוז הרוויה הוא כ50% ו50% השתחרר.
ככל שהPH יודר, הזיקה של החמצן להמוגלובין יורדת.
ההיסטדין 146 שנמצא בקצה תת היחידה בטא, מסוגל ליצור גשר מלח עם החומצה האספרטית מס' 94 כל עוד הוא טעון חיובית. זה קורה במצב Deoxy.
במצב Oxy אין יצירת גשר מלח. הגשר מלח מייצב את הצורה הטעונה של ההיסטדין, ולכן הPKa של ההיסטדין עולה במצב Deoxy.
חשוב לזכור: פרוטונציה של היסטדין 146 מייצבת את המצב הdeoxy.
עליה בריכוז הפרוטונים גורמת לירידה בPH, ויש שחרור מוגבר יותר של חמצן.
יצירה של חומצה לקטית תוריד את הPH (כתוצאה ממאמץ יתר) גם גורמת לשחרור חמצן ברקמות.
Hb-4O2 +
ההשפעה של הפרוטונים איננה רק על ההיסטדין (יש ח. אמינו נוספות שמושפעות מהשינוי בחומציות) אך אנו נתייחס רק להשפעה על ההיסטדין 146.
האפקט של שחרור חמצן מוגבר נקרא אפקט בור (Bohr Effect).
איך הCO2 מגיע לריאות ויוצא?
הCO2 לא נקשר באותו אתר של החמצן. הוא יכול לעבור בדיפוזיה בדם. ביקרבונט נמצא בדם ומגיע עד הריאות, ובריאות מתבצעת תגובה לכיוון ההפוך והCO2 משתחרר.
ש תגובה חשובה שנקראת קרבמאט: CO2 שהפך לביקרבונאט יכול להקשר ישירות להמוגלובין. בשרשרת הפוליפפטידית של ההמוגלובין שיירים של +NH3 שפוגשים ביקרבונאט, הH והO נופלים ונוצר קרבמאט: -NCOO. נוצר גם פרוטון וגם מים. הפרוטון מוריד את הPH ברקמות, מה שמגביר את אפקט בור.
צורה הקרבמאט מיוצבת במצב Deoxy, וכאשר מגיעים לריאות ויש מעבר ממצב Deoxy לoxy התגובות הולכות לכיוון קליטה של פרוטון ומים, עליה בPH ויצירה של ביקרבונטא שיחל את התהליך שוב. הCO2 בריאות ישתחרר, וכך הוא מסולק.
לאנשים מעשנים יש רמות גבוהות של BPG בגוף – Bisphosphoglicerate.
זו תרכובת שנקשרת למצב Deoxy של המוגלובין ומייצבת אותו. מצב זה מעודד שחרור חמצן. מתברר שבמקומות גבוהים הגוף מרגיש בזה, ומייצר BPG בדם.
בריאות עדיין נוכל לקלוט חמצן, אך ברקמות יש פחות חמצן, ולכן יש יעול של שחרור החמצן בעזרת ייעול המצב הdeoxy.
Fetal Respiration
ההמוגלובין של העובר שונה מזה של אדם בוגר – הוא מורכב מ2 שרשראות אלפא ו2 שרשראות גמא (במקום בטא). הגמא פחות מושפע מהBPG ולכן הוא יותר במצב Oxy והוא יוכל לקחת חמצן מאימו בקלות (אפיניות גבוהה).
במהלך ההיריון יש הרבה שרשראות אלפא, הרבה גמא ומעט בטא. לאחר כ9 חודשים אין יותר גמא בדם של אישה הרה.
