background image

 .

Hemoglobin

Lec.3                                                                                    Nov. 2016

Objectives

1

.

Hemoglobin

Structure

Variation in structure of HB

Reactions

Normal level

Synthesis

O2 capacity of blood

Iron Metabolism

2

.

functions of RBC

3

.

Life span and destruction of RBC

4

.

Jaundice (Icterus

 :(

Structure of Hb

The   red,   oxygen-carrying   pigment   in   the   red   blood   cells   is
hemoglobin,   a   protein   with   a   molecular   weight   of   64,450.
Hemoglobin   is  a  globular  molecule   made   up  of  4  subunits.   Each
subunit contains a heme conjugated to a polypeptide (globin) i.e. Hb
consists of 4 protein chains and 4 heme groups. Each protein, called

globin, is bound to one heme

 .

Structure   of   Heme:Heme   is   a   chemical   structure   made   up   of   a
porphyrin ring with an iron atom inserted in the center. Each heme is a
red-pigment molecule containing one iron atom in ferrous state (Fe 

+2

).

The porphyrin ring is made up of  4 pyrrole  units Synthesis of heme

takes place in the mitochondria

 .

Structure of globin:The globin protein of the Hb is a protein (simple
polypeptide chains made up of amino acids). There are two Paris of
polypeptides in each Hb molecule, two of the subunits containing one

1


background image

type   of   polypeptide   and   two   containing   another.   Synthesis   of   globin

takes place in the ribosomes

.

Variation in the structure of Hb

More than 300 different variation of the Hb molecule have been

described

.

1

-

Normal variations

.

2

-

Abnormal variations

.

Normal   variations:  There   are   several   slight   variations   in   different
subunit  Hb  chains,  depending  on the  amino  acid  composition  of  the
polypeptide   protein.   The   different   types   of   chains   are   designated
alpha(a-chains) chains  beta (β) chains, gamma(   ) chains, and delta(  )

chains.4 types of normal hemoglobin

;

1

-

Embryonic Hb: this Hb occur early in gestation

:

a

-

Gower 1

.

b

-

Gower 2

.

c

-

Portland

.

2


background image

Embryonic Hb is replaced by

:

2

-

Fetal Hb (HbF):  which consist of two alpha(α  )– chains and two

gamma(    ) chains

.

Before birth, fetal Hb is gradually replaced by

3

-

Adult Hb (HbA): there are two types

:

1

.

HbA1: made up of two: alpha(α  )– chain – two and beta(β) –

chains

.

      

HbA1 is the important which accounts for about 97.5% of the

 

totalHbA

 .

2

.

HbA2: which consists of two alpha(α) – chains & two delta

 – 

chains.About 2.5% of adult Hb is HbA2

.

4

 .

Glycosylated Hb (HbA1c): its normal consists of a minor variation

of HbA1. It differs from normal HbA1 in that if has a molecule of

 

glucose attached to the N-terminal valine of the β  - chains. This test is

 

performed on patients suspected of having diabetes mellitus. The

normal level of HbA1c in adults is 5% of Hb (HbA1).In diabetics this

 

level is elevated

.

3


background image

Reactions of Hb

1

-

Reaction   of   Hb   with   O2:  the   most   important   feature   of  the   Hb
molecule is its ability to combine loosely and reversibly with O2. Hb
binds O2 to form oxyhemoglobin, O2 attaching to Fe

2+

 (ferrous iron) in

the heme. There are 4 iron atoms in each Hbmolecule, each of these
can bind with one molecule of O2, making a total of 4 molecules of O2
(or   8   O2   atoms)   that   can   be   transported   by   each   molecule.   This

oxyhemoglobin form of Hb is called oxyhemoglobin

 .

Hb containing no 02 is called deoxyhemoglobin

Hb4O6 + O2

 

Hb4O8

The affinity of Hb for O2 is affected by PH, temperature & the
concentration of 2, 3 diphosphoglycerate (2,3 – DPG). Embryonic

and HbF are more effective at binding O2 than in adult Hb (HbA

 .(

Abnormal Hb is less effective at attracting O2 than is normal Hb and

can results in anemia

.

Reaction of Hb with CO2:  CO2 is combine amino group of the
globin  molecule   &   not   with   iron   atom   and   form   carbamino

hemoglobin (carbaminoHb

.(

4


background image

2

-

CO   reachs   with   Hb   to   form   carboxyhemoglobin   (carbon
monoxyhemoglobin).
 The affinity of Hb for O2 is much lower than its
affinity for CO, which consequently displaces O2 on Hb, reducing the
O2   –   carrying   capacity   of   blood   e.g.   incomplete   combustion   of
gasoline produces carbon monoxide (CO) which combine with iron
and death occur. Cigarette smoke also produces CO and the blood of
heavy smokers can contain 5% - 15% carboxyHb. Carbon monoxide is

a poisonous substance

 .

3

-

When the blood is exposed to various drug and other oxidizing agents
in   vitro   or   in   vivo,   the   ferrous   iron   (Fe

2+

)   in   the   Hb   molecule   is

converted   to   ferric   iron   (Fe

3+

)   forming  methemoglobin   (metHb).

MetHb is dark – colored and when it is present in large quantities in
the circulation, it causes a dusky discoloration of the skin resembling

cyanosis

 .

Level of Hb in the blood

 

   

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

in women

 .

O2 carrying power of the blood i.e. O2 capacity of blood

:

  

O2 capacity of blood defined as the maximum amount of O2 that can
combine with Hb of the blood .One gram of Hb can bind with 1.34 mL
of O2. Whole blood in health adults contains 15g of Hb per dl of blood

thus

.

O2 capacity of blood = 1.34 mL O2 x gHb/vol. of blood

.

 =

1.34

 

mL O2/gHb x 15gHb/dL blood

.

=                            

20.1

 

mL O2 combine with Hb/dl.blood

Synthesis of Hb

Synthesis   of   Hb   begins   in   the   proerythroblasts   and   continue
slightly   even   into   the   reticulocyte   stage   because   when   the

reticulocytes leaves the bone marrow and pass into the blood stream

.,

5


background image

The heme portion of Hb molecule is synthesized inmitochondria   and

globin in ribosomes

.

Iron Metabolism

:

Iron is necessary for the normal function of Hb because each O2
molecule that is transported in associated with an iron atom. Iron is
also important for formation of myoglobin, cytochromes. If blood is
lost   from  the   body   and   the   iron   deficiency   is   not   corrected,   iron

deficiency anemia results

.

Iron   metabolism  include:  dietary   allowance;  sources;  absorption;

transport; storage; daily loss or excretion

 .

1

 .

Dietary   allowances:  the   total   iron   content   of   the   adult   is
approximately 55 mg/kg body weight or about 4g in 70 kg man. About
65% of which is in the form of Hb, 4% is in the form of myoglobin,
1% is in the form of the various heme compounds, 15 – 30% is stored
in the liver cells in the form of ferritin, and 0.1% is combined blood
plasma. Recommended daily intake of iron is 10-20 mg for females,
because female lose additional iron as a result of menstrual bleeding
and therefore require more dietary iron than do males. Average  adult

male needs1-1.5 mg of dietary iron each day

.

2

 .

Sources:

 

The main sources are vegetables, cereals, fruits, molasses,
iron – fortified food and eggs. Organ meats, red meats and myoglobin

from animal muscle tissues, are essential sources of dietary heme iron

 .

Milk and milk products are poor sources. In the dietary food iron is in

the form of ferric (Fe

3+

) form

.

3

 .

Absorption:  The primary absorption site for iron is in the duodenum

 

and jejunum of the small intestine. Iron can cross the intestinal cell

 

membrane only in the ferrous (Fe

2+

) form

.

factors that enhance iron absorption include:1.Vitamin C

 .

  

2

 .

Ascorbic   acid.   3.HCl   in   gastric   juice.(  Note:  Gastric   secretion
dissolve the iron and permit it to form soluble complexes with ascorbic

6


background image

acid and other substances that aid its reduction to the Fe

2+

 (ferrous) form.

The importance of this function in humans is indicated by the fact that
iron   deficiency   anemia   is   troublesome   and   frequent   complication   of

partial gastroectomy).  4. Fish. 5. red meat

.

factors that inhibit iron absorption include: a.Calcium (an individual

consuming a high calcium diet could develop iron deficiency anemia

.(

Milk. c. Drugs such as tetracycline and antacid. d. Tannins in tea and
polyphenol   in   coffee.     E.geophagia.   f..Phytic   acid   in

cereals.g.Pancreatic secretion

.

a

.

Regulation   of   total   body   iron   by   controlling   rate   of   absorption:
when the body has become saturated with iron the rate of absorption of
iron from the intestinal tract becomes greatly decreased. On the other
hand, when the iron stores have been depleted of iron, the rate of iron
can becomes accelerated to five times as great as when iron stores are

saturated e.g. iron deficiency anemia

.

4

 .

Transport:  When the iron is absorbed from the small intestine it
immediately   combines   in   the   blood   plasma   with  β–   globulin
transferrin.   The   major   role   of   transferrin   is   to   transport   iron   from
reticulendothlelial system (R-E-S) & the small intestine to the bone

marrow for fetal need; to all cells for iron – containing enzymes

.

5

 .

Storage:

 

Iron   in   excess   of   need   is   stored   intracellularly   as
ferritin &     hemosiderin. Ferritin can store about 4500 atoms of
iron per molecule. Small amount of iron are stored in theform of

hemosiderin

 .

6

.

Daily loss of iron i.e. excretion of iron:  Under normal conditions
the amounts excreted in the urine is small. Excretion of iron in urine
ranges from o.2 – 0.3 mg / day. About 5 – 25 mg or more is excreted in
feces / day. Iron also through the skin. In the women the mean monthly
menstrual loss of iron is about  16mg / month  and the average is 0.5
mg/day, it can be higher in those with menorrhagia who may become

iron deficient

.

7


background image

Function of red blood cells

        

The major function of erythrocytes (RBC’s) is to carry blood
gases. The primary functions of erythrocyte are to transport O2 from
the lungs to the various tissues of the body and also to transport
carbon dioxide (CO2) from the tissue to the lungs. These functions
are accomplished mainly by the protein hemoglobin which is ideally
suited   to   carry   O2   and   CO2   i.e.   hemoglobin   makes   RBC’s   such

efficient carrier of blood gases

.

1

 .

Approximately 98.5% of the O2 transported in the blood from the
lungs   to   the   tissue   is   transported   in   combination   with   Hb   in   the

erythrocytes

 .

2

 .

About   23%   of   CO2   is   transported   in   combination   with   blood

protein (mostly Hb

.(

3

 .

The erythrocytes have other functions besides transport of Hb. For
instance, they contain a large quantity of carbonic anhydrase which
catalyzes   the   reaction   between   carbon   dioxide   (CO2)   and   water,
increasing the rate of this reversible reaction several thousand fold.
The rapidity of this reaction makes it possible for the water in blood
to react with large quantities of CO2 and there by transport it from
the tissue to the lungs in the form of HCO3

-

  carbonic anhydrase

(C.A) is located primarily within erythrocytes

 .

        

CA

CO2 + H2O

      H

2

CO3

    

      H

+

 + HCO3

          

Carbonic Acid

4

.

Hb in the erythrocytes is an excellent acid-base buffer so that
the RBC’s are responsible for most of the buffering power of

whole blood

.

Hb

-

 + H

+

HHb

8


background image

Life span and destruction of RBC :Erythrocytes normal stay in the
circulation for about 120 days in males and 110 days in females. As their
proteins,   enzymes,   cell   membrane   components,   and   other   structures
degenerate,   the   erythrocytes   become   old   and   abnormal   in   form   and
function.   Erythrocytes   can   also   be   damaged   in   various   ways   while
passing through the circulation. Old damaged erythrocytes are removed
from the blood by macrophages located in the spleen, liver and other
lymphatic   tissue.  Within   the   macrophages,   lysosomal   enzymes   break
open erythrocytes and being to digest Hb. Globin is broken down into its
components amino acids, most of which are reused in the production of
other proteins. In humans most of the biliverdin is converted to bilirubin
and   excreted   in   the   bile.  The   iron   from   the   heme   is   reused   for   the

hemoglobin synthesis

.

9


background image

Jaundice (Icterus

 :(

Jaundice means a yellowish staining of the skin & sclera by bile
pigments, associated with a buildup of bilirubin in the circulation and
interstitial spaces. The normal total plasma bilirubin concentration is 0.5
mg/dL  and   the   jaundice   is   usually   detectable   when   the   total   plasma

bilirubin is greater than 2mg/dL (hyperbilirubinamia). Types

 

1

 .

Hemolytic jaundice: for example sickle cell anemia; hereditary

spherocytosis; erythroblastosisfetalis

 .

2

.

Obstructive jaundice: e.g. hepatitis (damage to hepatic cells

.(

Treatment of jaundice

:

Phototherapy (exposure to light) is of value in treating infants with
jaundice   due   to   hemolysis.   Exposure   of   the   skin   to   white   light
converts bilirubin to lumirubin, which has a  shorter half-life than

bilirubin

.

BY : Ody Drd 

 

10




رفعت المحاضرة من قبل: Oday Duraid
المشاهدات: لقد قام 24 عضواً و 124 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