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Sauerstoff-Transport im Muskel und Blut

Die Kohlenmonoxid-Vergiftung

Bei Wohnungsbränden sterben relativ wenige Menschen am Feuer an sich, in den meisten Fällen ist es eine Rauch- (Kohlenmonoxid-) Vergiftung, die zum Tode führt. Kohlenmonoxid (CO) entsteht immer dann, wenn Kohlenstoff-Verbindungen unter unzureichender Sauerstoff-Zufuhr verbrennen. Schon 0,01 % CO reichen aus, um Vergiftungssymptome hervorzurufen. Dabei kommt es zunächst zu Kopfschmerzen, dann Übelkeit, Müdigkeit und schließlich zur Bewusstlosigkeit. CO verbindet sich mit Ferromyoglobin sowie Ferrohämoglobin und hemmt so den Sauerstoff-Transport beider Moleküle. Die Häm-Gruppe im Protein hat eine 200fach höhere Affinität zu CO als zu Sauerstoff. Ohne den Einfluss des Proteins wären schon erheblich geringere Konzentrationen dieses Gases tödlich für einen Menschen, denn in wässriger Lösung hat eine isolierte Häm-Gruppe eine noch höhere Affinität und bindet CO etwa 20.000fach stärker als Sauerstoff.

Die spezielle Geometrie der CO-Bindung im Häm.

Die reduzierte Affinität von CO beruht auf der speziellen Geometrie der CO-Bindung im Protein: Während CO an isoliertes Häm in Lösung linear binden kann, zwingt das distale Histidin im Myoglobin oder Hämoglobin CO zu einer abgewinkelten Bindung. Dieses schwächt die Wechselwirkung von CO mit der Häm-Gruppe und bewirkt, dass die Affinität von CO zu Myoglobin und Hämoglobin reduziert wird.

Abb.1
Abb.2
Abb.1
Abb.2

CO hat eine deutlich reduzierte Affinität für proteingebundenes Häm.

Die herabgesetzte Affinität von CO für proteingebundenes Häm ist biologisch sehr wichtig. Kohlenmonoxid ist ein Gift, das auch im Körper selbst entsteht. Beim Abbau von Häm wird immerhin so viel CO gebildet, dass ca. 1 % der Myoglobin- und Hämoglobin-Bindungsstellen im Organismus mit CO besetzt sind. Wäre die Affinität von CO an die Häm-Gruppe höher, würde schon das endogen produzierte CO zu einer tödlichen Vergiftung führen! CO entsteht im Organismus durch den Abbau von Häm zu Biliverdin.

Abb.3
Endogene CO-Produktion

Das Häm wird im Körper durch die Häm-Oxygenase in Gegenwart von NADPH zu Biliverdin umgebaut, wobei NADP+1)und CO entstehen. Die NADPH-abhängige Biliverdin-Reduktase baut dann Biliverdin weiter zu Bilirubin ab.

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Abb.4
Sauerstoff-Bindung
Abb.5
Kohlenmonoxid-Bindung
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