background image

Physiology of

 

Blood

 

Hemoglobin

 

By prof. Israa f. jaafar

 


background image

Learning objectives

 

Describe Hemoglobin structure and 

function 

 

Identify types of hemoglobin

 

To delineate the abnormal types of Hbs

 

To describe the synthesis and destruction 

of Hb

 


background image

Structure of Hb

 

*  4 Heme Molecules = 
*  4 Oxygen Molecules 

*Oxygenated Hemoglobin 

    Bright Red (systemic) 

*Deoxygenated Hemoglobin 

    Blue (venous circulation) 

HEMOGLOBIN 


background image

Hemoglobin Structure

 

Complex quaternary structure

 

Figure 19–3 


background image

Hemoglobin is the red, oxygen-carrying pigment in the 
red blood cells.  its molecular weight is  64,450 

 Hemoglobin is a globular molecule made up of four subunits 
Each subunit contains a heme moiety conjugated to a polypeptide. 
Heme is an iron-containing porphyrin derivative The polypeptides 
are referred to collectively as the globin portion of the hemoglobin 
molecule. 

ADULT Hb

  

 In normal adult human 

hemoglobin (hemoglobin A): (α 

2

 β 

2

).  

  

 

the two polypeptides α  chains, contains 141 amino acid residues, 

and  β 

 

  chains, each of which contains 146 amino acid residues.  

hemoglobin A

 2.5% of the hemoglobin is

(α 

2

 δ 

2

).

, in which β 

chains are replaced by δ chains which also contain 146 amino acid 
residues, but 10 individual residues differ from those in the β chains 

Hb1c

 has a glucose attached to the terminal valine in each chain 

and it increases in the blood of patients with poorly controlled 
diabetes mellitus 
  


background image

Fetal hemoglobin (hemoglobin F) ( β 

2

  γ  

2

): 

  

Its structure is similar to that of hemoglobin A except 

that  the      β  chains  are  replaced  by    γ    chains;  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 O

2

 content 

at  a  given  P

O

2

  is  greater  than  that  of  adult  hemoglobin 

because it binds 2,3-BPG less avidly.  
Hemoglobin  F  is  critical  to  facilitate  movement  of  O

2

 

from  the  maternal  to  the  fetal  circulation,  particularly 
at  later  stages  of  gestation  where  oxygen  demand 
increases  
In  young  embryos  there  are,  in  addition,    Gower  1 
hemoglobin, and Gower 2 hemoglobin. 


background image

background image

Reactions of Hemoglobin 

1.Hemoglobin binds O

2

 to form oxyhemoglobin

, O

2

 attaching to the Fe

2+

 in the 

heme. The affinity of Hb for O

2

 is affected by pH, temperature, and the 

concentration in the red cells of 2,3-bisphosphoglycerate (2,3-BPG). 2,3-BPG 
and H

+

 compete with O

2

 for binding to deoxygenated hemoglobin, decreasing 

the affinity of Hb for O

2

 . 

2.When blood isexposed to oxidizing agents the ferrous iron (Fe

2+

) is converted 

to ferric iron (Fe

3+

),

 forming methemoglobin.Methemoglobin is dark-colored, 

and when it is present in large quantities in the circulation, it causes a dusky 
discoloration of the skin resembling cyanosis. 
 Some oxidation of hemoglobin to methemoglobin occurs normally, but an 
enzyme system in the red cells, the dihydronicotinamide adenine dinucleotide 
(NADH)-methemoglobinreductase system, converts methemoglobin back to 
hemoglobin. Congenital absence of this system is one cause of hereditary 
methemoglobinemia. 

3.Carbon monoxide reacts with hemoglobin to form carbon 
monoxyhemoglobin  (carboxyhemoglobin). 

The affinity of hemoglobin for O

2

 is 

much lower than its affinity for carbon monoxide, which consequently 
displaces O

2

 on hemoglobin, reducing the oxygen-carrying capacity of blood . 


background image

Fetal Hemoglobin

 

Strong form of hemoglobin found in embryos

 

Takes oxygen from mother’s hemoglobin

 

         Carbaminohemoglobin

 

With low oxygen (peripheral capillaries):

 

hemoglobin releases oxygen

 

binds carbon dioxide and carries it to lungs

 

 


background image

hemoglobinopathies

,

 in which abnormal  globin polypeptide chains 

are  produced,  and  the 

thalassemias

  and  related  disorders,  in  which  the 

chains  are  normal  in  structure  but  produced  in  decreased  amounts  or 
absent because of defects in the regulatory portion of the globin genes. 
 
 Mutant  genes  that  cause  the  production  of  abnormal  hemoglobins  are 
widespread,  and  over  1000  abnormal  hemoglobins  have  been  described 
in  humans.  In  one  of  the  most  common  examples, 

hemoglobin  S,

  the 

chains  are  normal  but  the  chains  have  a  single  substitution  of  a  valine 
residue  for  one  glutamic  acid,  leading  to  sickle  cell  anemia  .  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  the  hemoglobin  is  abnormal.  It  is  theoretically 
possible  to  inherit  two  different  abnormal  hemoglobins,  one  from  the 
father and one from the mother.  


background image

Hemoglobin Structure

 

4 globular protein subunits:

 

each with 1 molecule of 

heme

 

each heme contains 1 iron ion

 

Iron ions easily:

 

associate with oxygen (

oxyhemoglobin

 

or dissociate from oxygen (

deoxyhemoglobin

)  

 


background image

Synthesis of Hemoglobin 

The average normal hemoglobin content of 
blood  is  16  g/dL  in  men  and  14  g/dL  in 
women, all of it in red cells. In the body of 
a  70-kg  man,  there  are  about  900  g  of 
hemoglobin,  and  0.3  g  of  hemoglobin  is 
destroyed and 0.3 g synthesized every hour  
The  heme  portion  of  the  hemoglobin 
molecule  is  synthesized  from  glycine  and 
succinyl-CoA. 


background image

Hemoglobin Recycling

 

Phagocytes break hemoglobin into 

components: 

 

globular proteins to amino acids

 

heme to 

biliverdin

 

 

Iron

 

             Iron Recycling

 

To transport proteins (

transferrin

 

To storage proteins (

feritin

 and 

hemosiderin

 


background image

Breakdown of Biliverdin

 

Biliverdin

 (green) is converted to 

bilirubin

 

(yellow)

 

Bilirubin is:

 

excreted by liver (bile)

 

jaundice

 is caused by bilirubin buildup

 

converted by intestinal bacteria to 

urobilins

 and 

stercobilins

 


background image

Iron 

In adults, the amount of iron lost from the body is relatively small. The 
losses  are  generally  unregulated,  and  total  body  stores  of  iron  are 
regulated by changes in the rate of absorbtion from the intestine.  
Men lose about 0.6 mg/d, largely in the stools. Women losses twice this 
value because of the additional iron lost during menstruation.  
The average daily iron intake in the United States and Europe is about 20 
mg,  but  the  amount  absorbed  is  equal  only to  the  losses.  the  amount  of 
iron absorbed is about 3–6% of the amount ingested.  
 dietary factors affect the availability of iron for absorption; 
1.  phytic  acid  found  in  cereals  reacts  with  iron  to  form  insoluble 
compounds in the intestine, as do phosphates and oxalates. 
2.Most of the iron in the diet is in the ferric (Fe

3+

) form, whereas it is the 

ferrous (Fe

2+

) form that is absorbed. Fe

3+

 reductase activity is associated 

with the iron transporter in the brush borders of the enterocytes . 
Gastric  secretions  dissolve  the  iron  and  permit  it  to  form  soluble 
complexes with ascorbic acid and other substances that aid its reduction 
to the Fe

2+

 form.  


background image

Almost all iron absorption occurs in the duodenum

Some is stored in 

ferritin, 

and the remainder is transported out of the 

enterocytes  by  a  basolateral  transporter  named  ferroportin  1  it 
facilitates  basolateral  transport.  In  the  plasma,  Fe

2+

  is  converted  to 

Fe

3+ 

and bound to the iron transport protein 

transferrin

. transferrin is 

about  35%  saturated  with  iron,  and  the  normal  plasma  iron  level  is 
about 130   g/dL in men, and 110   g/dL  in women. 
70% of  iron in the body is in hemoglobin, 3% in myoglobin, and the 
rest in ferritin, which is present in enterocytes, and other cells.  
 
Ferritin  molecules  in  lysosomal  membranes  may  aggregate  in 
deposits that contain as much as 50% iron. These deposits are called 
hemosiderin. 
Intestinal absorption of iron is regulated by three factors: 
1. recent dietary intake of iron. 
2.  the state of the iron stores in the body.  
3.  the state of erythropoiesis in the bone marrow.  


background image

Disorders of Iron uptake 

 

Iron deficiency causes anemia. Conversely, 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"), cirrhosis of the liver, a high 
incidence of hepatic carcinoma, and gonadal atrophy.  
If the abnormality is diagnosed before excessive amounts 
of iron accumulate in the tissues, life expectancy can be 
prolonged by repeated withdrawal of blood.  




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 9 أعضاء و 203 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