background image

 

 

 بسم هللا الرحمن الرحيم

Lecture -2                                      Medical Physiology 

2

nd

 stage                                     Dr. Suroor Mohammed 

Hemoglobin and Hemoglobinopathies 

Hemoglobin structure 

The red, oxygen-carrying pigment in the RBCs  is hemoglobin, a protein with a 

molecular weight of 64,450. Hb  is a globular molecule made up of 4 subunits 
.Each subunit contains a heme moiety conjugated to a polypeptide. Heme is an 
iron-containing derivative while the polypeptides are referred to  the globin portion 
of the hemoglobin molecule .  

There are two pairs of polypeptides in each hemoglobin molecule

1. (hemoglobin A is  α2 β2 ) the normal adult human hemoglobin ; the two types 

of polypeptide are called the α chains, each of which contains 141 amino acid 
residues, and the β chains, each of which contains 146 amino acid residues. 
Thus, hemoglobin A is designated α2β2.  

2. hemoglob

in A2 (α2δ2). this forms about 2.5% of the hemoglobin, in which β 

chains are replaced by δ chains (α2δ2). The δ chains also contain 146 amino acid 
residues, but 10 individual residues differ from those in the β chains. 

  

3.There are small amounts of hemoglobin A derivatives closely associated with 
hemoglobin A that represent glycated hemoglobins., hemoglobin A1c (HbA1c), 
has a glucose attached to the terminal valine in each β chain and is of special 
interest because the quantity in the blood increases in poorly controlled diabetes 
mellitus . 

4.Hemoglobin in the Fetus  

1.The blood of the human fetus normally contains fetal hemoglobin (hemoglobin F 
hemoglobin F is( α2 γ2). The γ chains also contain 146 amino acid residues but 
have 37 that differ from those in 

the β chain. Fetal hemoglobin is normally 

replaced by adult hemoglobin soon after birth. In the body, its O2 content at a 


background image

 

 

given PO2 is greater than that of adult hemoglobin , this facilitates movement of 
O2 from the maternal to the fetal circulation 

2. In  

early embryonic life  there are, ζ and ε chains, forming Gower 1 hemoglobin 

(ζ2ε2) and Gower 2 hemoglobin (α2ε2).  

The  normal hemoglobin content of blood is 16 g/dL in men and 14 g/dL in 

women, all of it in red cells.  

Function of Hb  

1-Carriage of O2

………Hb reversibly bind O2 to form oxyhemoglobin   affect by 

pH, temperature,    H + concentration   

2-Carriage of CO2

………….Hb bind CO2 = carboxyhemaglobin                           

3-Buffer system 

 

Abnormality in the polypeptide chain - abnormal Hb 
(hemoglobinopathies) e.g thalassemias, sickle cell  

The amino acid sequences in the polypeptide chains of hemoglobin are 

determined by globin genes. There are two major types of inherited disorders the 
hemoglobinopathies,  

 as the * thalassemias disorders,  the chains are normal in structure but 
produced in decreased amounts or absent because of defects in the regulatory 
portion of the globin genes. The 

α thalassemias are defined by decreased or 

absent α polypeptides. The β thalassemias are defined by decreased or absent 
α and β polypeptides. 


background image

 

 

* Sickle cell disease  

. hemoglobin S, the α chains are normal but the β chains 

are abnormal, because among the 146 amino acid residues in each β polypeptide 
chain, one glutamic acid residue has been replaced by a valine residue . 

When an abnormal gene inherited from one parent dictates formation of an 

abnormal hemoglobin

—ie, when the individual is heterozygous—half the 

circulating hemoglobin is abnormal and half is normal. When identical abnormal 
genes are inherited from both parents, the individual is homozygous and all of the 
hemoglobin is abnormal. It is theoretically possible to inherit two different 
abnormal hemoglobins, one from the father and one from the mother.
  

hemoglobin S

 polymerizes at low O2 tensions, it forms elongated crystals 

inside the RBCs that not allowed to pass through  tiny capillaries with the spiked 
ends of the crystals that lead  to rupture the cell membranes( hemolyze) ,  form 
aggregates that block blood vessels and cause to sickle cell anemia.  

The  result  is  the  severe  hemolytic  anemia  known  as  sickle  cell  anemia,  

homozygous  individuals  develop  the    sickle  crisis  .  The  sickle  cell  gene  is  an 
example  of  a  gene  that  has  persisted  and  spread  in  the  population.  
Hemoglobin  F  has  the  ability  to  decrease  the  polymerization  of  deoxygenated 
hemoglobin S, and hydroxyurea causes hemoglobin F to be produced in children 
and adults 

 

Destruction of Hemoglobin. 

When red blood cells burst and release their hemoglobin, the hemoglobin is 

phagocytized almost immediately by macrophages in many parts of the body, but 
especially by the Kupffer cells of the liver and macrophages of the spleen 
and bone marrow.
 During the next few hours to days, the macrophages release 
iron from the hemoglobin and pass it back into the blood, to be carried by 
transferring either to the bone marrow for the production of new red blood cells or 
to the liver and other tissues for storage in the form of ferritin. 


background image

 

 

Fate of Hemoglobin 

•      Heme is degraded to a yellow pigment called bilirubin 

•      The liver secretes bilirubin into the intestines as bile 

•      The intestines metabolize it into urobilinogen  

•      This degraded pigment leaves the body in feces, in a pigment called 

stercobilin 

•      Globin is metabolized into amino acids and is released into the circulation 

  

Iron metabolism 

 

Iron is needed for  the synthesis of haemoglobin, myoglobin cytochrome 

oxsidase, peroxidase & catalase( heame iron) 

Total Iron in the body = 4-5g 

65% ….. Haemoglobin  

5% …….. other hems( myoglobin)  

1% ……. bound to transferrin (betaglobulin) in blood 

15-

30% … stored iron in the form of ferritin in the liver, spleen and bone marrow. 

Iron absorption 

Iron in food mostly in oxidized form (Ferric, F+3). Better absorbed in reduced 

form (Ferrious, F+2 )mainly in duodenum part of small intestine. Iron in stomach is 
reduced by gastric acid, Vitamin C. Rate of iron absorption depend on the amount 
of iron stored 

* Recommended dietary allowance 10-15 mg , 10-50 mg in the diet (only 10-15% 

is normally absorbed).

 

Daily loss of iron is 0.6 mgm in male & 1.3mgm/day in 

females 

Transport and storage of iron 

Iron is transport in plasma in the  form of Transferrin (apotransferrin+iron) 

Iron is stored in two forms: Ferritin (apoferritin+iron) & Haemosiderin (insoluble 

complex molecule, in liver, spleen, bone marrow) 


background image

 

 

Iron overload causes hemosiderin to accumulate in the tissues, producing 

hemosiderosis. Large amounts of hemosiderin can damage tissues, causing 
hemochromatosis. This syndrome is characterized by pigmentation of the skin, 
pancreatic damage with diabetes 

("bronze diabetes"), 

 

Anemias: 

Anemia means deficiency of hemoglobin in the blood, which can be caused by 

either too few red blood cells or too little hemoglobin in the cells.  

A.Defeciency of substrates 

which are necessary for RBC or Hb production like: 

1. Iron deficiency anaemia(increase loss* hemorhge , or decrease intake) 

2.folic acid deficiency anaemia(low intake) folic a. is necessary for DNA    

formation and maturation of RBCs. 

3 B12 defeciency anaemia. B12 is necessary for DNA formation of RBCs. 

defeciency due to low intake as in vegans  or intrinsic factor deficiency (pernicious 
anaemia). 

B. membrane defects  

as in hereditary spherocytosis or elliptocytosis. 

Haemolytic anaemia eg:autoimmune Haemolytic anaemia,erythroblastosis fetalis. 

C.Hemoglobinopathies

.Thalassaemiaand sickle cell anaemia. 

D . bone morrow infiltration 

like aplastic anaemia(Bone marrow aplasia means 

lack of functioning bone marrow, as exposed to gamma ray radiation can  lead to 
complete destruction of bone marrow, followed in a few weeks by lethal anemia)  

E. Anaemia of chronic disease 

.like chronic renal failure. 

Effect of anemia on circulation: 

 1.Decrease the viscosity of blood. 

 2.Increase work load on the heart (PALPITATION &  TIREDNESS) 

3. In exercise there will be tissue hypoxia that leads to heart failure. 


background image

 

 

 

 

Blood Indiceses : size of RBC , Hb / or HCT.

 

Polycythemia : 

Increase production of RBCs (count 6-8 milio/mm3)its of 2 types: 

1.primarypolycythemia vera(count7-8 milio/mm3) 

2.Secondary due to tissue hypoxia like in high altitude or chronic smokers 

1- Secondary Polycythemia. When the tissues become hypoxic because of too 

little oxygen in the breathed air, such as at high altitudes, or because of failure of 


background image

 

 

oxygen delivery to the tissues, such as in cardiac failure, the blood-forming 
organs automatically produce large quantities of extra red blood cells. 

2- Polycythemia Vera (Erythremia) :. It a pathological condition, in which the red 

blood cell count may be 7 to 8 million/mm3 and the hematocrit may be 60 to 70 
per cent instead of the normal 40 to 45 per cent. Polycythemia vera is caused by 
a genetic aberration in the hemocytoblastic cells that produce the blood cells. The 
blast  cells  no  longer  stop  producing  red  cells  when  too  many  cells  are  already 
present. 

Effect of polycythemia  on circulation 

1. increases the viscisity of blood leads to sluggish circulation this leads to 

thrombosis.  

2.Blood pressure increases , increase work load on the heart leads to heart 

failure.  

Tretment by venesection 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Good Luck

 


background image

 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Mubark Wilkins
المشاهدات: لقد قام 4 أعضاء و 134 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل