Hemoglobin

Struktur och sammansättning

En funktionell hemoglobinmolekyl består av fyra subenheter, eller polypeptidkedjor, som binder samman. Varje subenhet har en hemgrupp bunden till sig. Hemgruppen är en organisk molekyl som innehåller en järnjon i sitt centrum, inbäddad i en kolvätestruktur som kallas porfyrin. Järnjonen binder till fyra kväveatomer i porfyrinringen. Varje hemgrupp kan binda en syrgasmolekyl, vilket innebär att en hel hemoglobinmolekyl kan transportera upp till fyra syremolekyler samtidigt.

Hos vuxna människor är den dominerande formen hemoglobin A, som består av två alfa-subenheter och två beta-subenheter. Dessa subenheter har en liknande struktur och en molekylvikt på ungefär 16 000 dalton vardera, vilket ger hela komplexet en vikt på cirka 64 000 dalton. Subenheterna hålls samman genom vätebindningar och hydrofoba interaktioner. Hos foster finns istället fetalt hemoglobin, hemoglobin F, där beta-subenheterna är utbytta mot gamma-subenheter. Denna typ binder syre starkare, vilket är avgörande för att fostret ska kunna ta upp syre från moderns blod.

Funktion och syrgastransport

Hemoglobinets primära uppgift är att transportera syrgas från andningsorganen, som lungor eller gälar, till kroppens alla vävnader. I vävnaderna släpper det syret för att möjliggöra aerob respiration, som driver metabolismen. Processen är reversibel och styrs av de lokala förhållandena. I lungorna, där pH är högt och koldioxidhalten låg, binder hemoglobin syre och bildar oxihemoglobin. I vävnaderna, där förhållandena är surare och koldioxidhalten högre, släpper det syret och blir deoxihemoglobin.

En viktig egenskap är kooperativ bindning. När en syrgasmolekyl binder till en av de fyra subenheterna, inducerar det en konformationsförändring, en formförändring, i hela proteinet. Denna förändring gör det lättare för de återstående subenheterna att också binda syre. Detta samarbete ger upphov till en karakteristisk S-formad kurva när syremättnadsgraden plottas mot syrgashalten. Hemoglobin ökar blodets totala syrebärande kapacitet med sjuttiofald jämfört med om syret endast var upplöst i blodplasman.

Bindning av andra gaser och störningar

Förutom syrgas transporterar hemoglobin andra gaser. Ungefär 20 till 25 procent av kroppens koldioxid transporteras som karbaminohemoglobin, där CO2 binder till globindelen av proteinet. Molekylen transporterar också signalsubstansen kväveoxid, som släpps samtidigt som syret. För att kunna binda syrgas måste järnjonen i hemgruppen vara i tvåvärt tillstånd (Fe2+). Vissa ämnen som kvävedioxid kan oxidera järnet till trevärt tillstånd (Fe3+), vilket skapar methemoglobin som inte kan binda syrgas.

Kolmonoxid (CO) är särskilt farligt eftersom det binder till samma plats på hemoglobinet som syrgas, men med 200 till 250 gånger starkare affinitet. Hemoglobin som bundit kolmonoxid kallas karboxihemoglobin. Denna starka bindning gör kolmonoxid till ett potent gift som försämrar syrtransporten. Mycket höga halter kan leda till död genom kvävning. Även låga halter, som i cigarettrök, kan blockera en betydande del av hemoglobinets bindningsplatser.

Forskningens historia

Att blod transporterar syre har varit känt sedan minst 1794, men syrebindande egenskapen hos hemoglobin beskrevs specifikt av Hünefeld år 1840. År 1851 publicerade den tyske fysiologen Otto Funke en serie artiklar där han beskrev hur man kunde odla hemoglobin-kristaller. Den reversibla syrebindningen beskrevs några år senare av Felix Hoppe-Seyler. År 1825 upptäckte Johann Friedrich Engelhart att förhållandet mellan järn och protein var identiskt i hemoglobin från flera arter, och han beräknade därför proteinets molekylvikt.

Genom utvecklingen av röntgenkristallografi blev det möjligt att lösa proteinstrukturer. År 1959 bestämde Max Perutz den molekylära strukturen av hemoglobin, ett arbete som belönades med Nobelpriset i kemi 1962, vilket han delade med John Kendrew. Den franske fysiologen Claude Bernard bidrog till att klargöra hemoglobinets roll i blodet. Namnet hemoglobin härstammar från orden 'hem' (som refererar till den järninnehållande hemgruppen) och 'globin' (som refererar till det globulära proteinet).

Genetik och evolution

Hemoglobin består av proteinsubenheter vars aminosyrasekvens bestäms av gener. Hos människor kodas hemoglobin A av generna HBA1, HBA2 och HBB. Alfasubenheterna kodas av gener på kromosom 16, medan betasubenheten kodas av en gen på kromosom 11. Aminosyrasekvenserna skiljer sig mellan arter, och skillnaderna ökar med det evolutionära avståndet. Till exempel är hemoglobinsekvenserna identiska mellan människor, bonobos och schimpanser, medan människa och gorilla skiljer sig med en aminosyra.

Mutationer i hemoglobingenerna kan leda till olika varianter, och vissa orsakar ärftliga sjukdomar som kallas hemoglobinopatier. Den mest kända är sicklecellanemi (seglcellsanemi), som var den första mänskliga sjukdomen vars mekanism förstods på molekylär nivå. En annan grupp sjukdomar, talassemier, innebär underproduktion av normalt hemoglobin. Globinproteiner har ett mycket gammat evolutionärt ursprung. Även växter har en form av globin som kallas leghemoglobin, vilket delar omkring 15 procent av sin sekvens med hemoglobin och har en mycket liknande tredimensionell struktur, vilket tyder på ett gemensamt ursprung.

Nivåer, mätning och nedbrytning

Koncentrationen av hemoglobin i blodet, ofta kallat blodvärde, mäts vanligtvis via ett blodprov. Det är ett mått på blodets förmåga att transportera syre. Normala värden varierar. För vuxna män ligger intervallet vanligtvis mellan 138 och 180 gram per liter, för vuxna kvinnor mellan 121 och 151 gram per liter. För barn och gravida kvinnor är värdena något lägre. Dessa nivåer kan påverkas av faktorer som vätskebalansen i blodomloppet.

När en röd blodkropp når slutet på sin livslängd, cirka 120 dagar, bryts hemoglobinet ned. Järnjonen återvinns och återanvänds, medan porfyrinstrukturen bryts ner i en serie reaktioner. Under denna process bildas flera mellanprodukter med olika färger. Den slutliga avfallsprodukten heter bilirubin, som sedan utsöndras till gallan av levern. Förutom i röda blodkroppar finns hemoglobin också i andra celltyper som makrofager, lungceller och njurceller, där det bland annat fungerar som en antioxidant och reglerar järnmetabolismen.

Vanliga frågor om Hemoglobin

Vad är hemoglobin och vad gör det?

Hemoglobin är ett protein som finns i de röda blodkropparna och är absolut centralt för syrgastransporten i kroppen. Dess huvuduppgift är att binda syrgas i lungorna, transportera det via blodomloppet till alla kroppens vävnader, som muskler och hjärna, och där släppa syret. På tillbakavägen tar det upp avfallsprodukten koldioxid för att frakta den tillbaka till lungorna och ut ur kroppen. Proteinets järninnehållande hemgrupp ger också blodet dess röda färg.

Hur är hemoglobin uppbyggt?

En hemoglobinmolekyl består av fyra delar, så kallade subenheter eller globinkedjor. Varje subenhet har en liten, icke-proteindel bunden till sig som kallas en hemgrupp. I mitten av varje hemgrupp sitter en järnjon, och det är denna järnjon som faktiskt binder syrgasmolekylen. Eftersom det finns fyra subenheter kan en hemoglobinmolekyl binda upp till fyra syremolekyler samtidigt. Hos vuxna är den vanligaste typen hemoglobin A, som består av två alfa- och två beta-subenheter.

Varför är kolmonoxid så farligt för hemoglobin?

Kolmonoxid är extremt farligt eftersom det binder till exakt samma ställe på hemoglobinets järnjon som syrgas gör, men det gör det med mycket större styrka. Hemoglobin har ungefär 200 till 250 gånger högre affinitet för kolmonoxid än för syrgas. När kolmonoxid binder bildas karboxihemoglobin, som inte kan transportera syre. Detta blockerar bindningsplatserna och försämrar kroppens syrtransport dramatiskt. Även låga halter, som de som finns i cigarettrök, kan blockera en betydande del av hemoglobinets kapacitet.

Vad är skillnaden mellan vanligt och fetalt hemoglobin?

Foster har en speciell typ av hemoglobin som kallas hemoglobin F (fetalt hemoglobin). Den stora skillnaden är att i hemoglobin F är de två beta-subenheterna utbytta mot gamma-subenheter. Denna struktur gör att fetalt hemoglobin binder syre mycket starkare än vuxet hemoglobin (hemoglobin A). Detta är en livsviktig anpassning, eftersom fostret måste kunna ta upp syre från moderns blodcirkulation via placentan. Den högre bindningsstyrkan säkerställer att syret överförs effektivt från modern till fostret.

Vem upptäckte hemoglobins struktur och när?

Den tredimensionella molekylära strukturen av hemoglobin löstes av den österrikisk-brittiske biologen Max Perutz med hjälp av röntgenkristallografi. Han presenterade denna struktur, som var ny för sin tid, 1959. För detta arbete tilldelades han Nobelpriset i kemi 1962, som han delade med John Kendrew, som hade bestämt strukturen för det närbesläktade proteinet myoglobin. Detta var ett milstolpe i biokemin och möjliggjorde en detaljerad förståelse för hur proteinet fungerar.

Vilka sjukdomar är kopplade till hemoglobin?

Mutationer i generna som kodar för hemoglobin kan leda till en grupp av ärftliga blodsjukdomar som kallas hemoglobinopatier. Den mest kända är sicklecellanemi (seglcellsanemi), där en specifik mutation gör att hemoglobinmolekylerna klumpar ihop sig och ger de röda blodkropparna en onormal form. En annan grupp är talassemier, som kännetecknas av en underproduktion av normala hemoglobinsubenheter, vilket leder till anemi. Å andra sidan kan överproduktion av röda blodkroppar och hemoglobin leda till en sjukdom som kallas polycytemi.

Källor: Wikipedia (sv), Wikipedia (en). Senast uppdaterad 2026-10-17.