人的胎兒型血紅蛋白(HbF)與成人型血紅蛋白(HbA)在與氧分子結合能力上的差異有什麼生理學意義?


謝邀。
不同的血紅蛋白要執行不同的功能,對氧的親和能力並不是越高越好的

下圖是不同血紅蛋白的氧離曲線 ,橫坐標表示氧分壓,縱坐標表示血紅蛋白與氧分子結合的飽和程度。

藍色線:HbF嬰兒血紅蛋白氧離曲線;綠色線:HbA成人血紅蛋白氧離曲線;紅色線:Mb肌紅蛋白氧離曲線
從氧離曲線可以看到,HbF對氧的親和能力的確高於HbA (隨氧分壓上升更快達到飽和,達到50%飽和度時的氧分壓分別是19和26.8)

胎兒所需的一切氧氣都來源於母體,但胎兒所需的氧並不是由母體的動脈血直接輸入胎兒體內而來的,胎兒與母體的循環系統是隔離開的,胎兒循環系統和母體循環系統發生物質交換的場所是胎盤
在胎盤處,母體血紅蛋白上的的氧分子通過自由擴散的形式傳入胎盤並被胎兒血紅蛋白結合
因此當HbF對氧分子結合力強於HbA時,有利於胎兒儘可能多地從母體獲得氧


那麼HbA相對於HbF又有什麼優點呢?
首先,可以保證胎兒的氧供給!

蛋似``````男人又不懷孕對吧為毛不用這麼牛逼閃閃的HbF用到死呢!= =
血紅蛋白的功能不僅是要在肺中大量結合氧分子,還需要在組織中快速釋放氧分子 (想像一下開一輛滿載食物的大卡車去災區然後發現卸不了貨= = )
在正常人組織中,氧分壓大約是20,在這個氧分壓下,同樣飽和的HbA能釋放出來的氧分子顯然比HbF多(請自行對照氧離曲線圖)

也就是說,胎兒使用HbF,是因為子宮內無法得到像肺那樣充沛的氧供應,只有採取加大親和程度的方式來盡量從母體獲取氧(運食品的大卡車裝不滿,盡量多裝提高運輸效率),而出生後,氧的供給充沛了,機體獲得樣的策略就可以改變了(運食品的大卡車輕鬆能裝滿,要考慮怎麼樣卸貨快)。

這裡插一句肌紅蛋白的情況:從氧離曲線圖上可以看出,肌紅蛋白的氧合能力相比它的兩個兄弟如同開了掛一般的強。那為毛機體不用肌紅蛋白來運輸氧氣呢?因為正常人組織中,氧分壓大約是20,它在這個氧分壓下飽和度幾乎還是滿的(卸不了貨的大卡車= =)。肌紅蛋白的作用是在組織中儲存氧,在組織極缺氧時快速釋放出來(儲備糧倉庫,平時只進不出,災荒時開門)。

此外,HbF與HbA之所以有這樣功能上的區別,是因為HbF上有一個氨基酸發生突變,使得HbF對血紅蛋白的別構調節物(所謂別構調節,可以理解為某些蛋白被某種小分子物質附體後,蛋白活性上升/下降,如裝食物的大卡車```````干我不知道怎麼用裝食物的大卡車來做這個比喻啦!!!!)BPG(2,3-二磷酸甘油酸)親和力下降,干我為什麼要提這茬這茬用人話很難寫的啊!!!!!。
BPG是幹啥用的呢?BPG的作用主要是促進氧從血紅蛋白上解離,降低氧親和力(裝食物的大卡車的卸貨小助手),
在正常情況下(空氣中氧分壓足夠高),BPG的存在不會影響肺部氣體交換時血紅蛋白的飽和度(貨足夠多反正裝得滿),而可以幫助血紅蛋白在組織中快速釋放氧。
缺氧環境下(如海拔4500m的高原),紅細胞中BPG濃度會迅速上升(由4.5mmol/L上升至7.5mmol/L),使得血紅蛋白氧合能力下降。
咦這是個什麼神奇的操作思路缺氧了不是應該讓血紅蛋白氧合能力上升才對嗎!
請參考下圖

在4500m海拔高原的氧分壓下,提高BPG濃度雖然使得肺中血紅蛋白的氧合能力有所下降,但是在高BPG濃度下血紅蛋白能向組織釋放的氧卻也更多 (卸貨小助手少的大卡車一次裝了10噸食物,但是到了災區只能卸掉5噸食物,卸貨小助手多的大卡車雖然只能裝8噸食物,但是到了災區卻能卸掉7噸食物,效率還是後者高)

通過調節卸貨小助手BPG的濃度從而改變血紅蛋白的氧合能力,人類就可以適應更加複雜的環境。而HbF對高氧合能力是來源於其與BPG結合能力的削弱,也就是說卸貨小助手BPG對HbF的幫助沒有那麼大,這在母體內極為穩定的環境下沒有問題,但出生後面臨更複雜的環境時,HbF的適應能力就沒那麼好了。

我已經盡量說人話了看不懂別怪我= =

以上內容主要參考以下資料
Fetal hemoglobin
2,3-Bisphosphoglyceric acid
《生物化學》第三版 上冊 王鏡岩主編


胎兒的hb對於2,3bpg的親和力減少了,因此更親氧了。從原因上來講要把氧氣從母體通過胎盤搶過來的確需要更大的親和力。


為什麼成人體內的血紅蛋白 HbA 反不如胎兒型血紅蛋白(HbF)更具有氧親和力?既然問為什麼,把教科書搬出來貼上,說自己看,顯然不對。
想當然,然後通俗的講,因為血紅蛋白的功能是從氧濃度(分壓)高的地方把氧搬運到需要氧氣的組織中,成人體內氧濃度比胎兒高,氧親和力低依然足以攜帶氧,同時氧親和力低也意味著能在氧分壓略高於胎兒中的需氧組織中釋放氧氣,完成氧氣的運輸。
BPG(2,3-二磷酸甘油酸)在這個問題里扯不上半毛錢關係,回答完畢。

PS.推測隱含的問題是血紅蛋白氧親和力不同為什麼都能運輸氧氣。


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