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Sauerstoff-Transport im Muskel und Blut

Die allosterische Regulation von Hämoglobin durch kooperative Sauerstoff-Bindung

Myoglobin hat eine höhere Affinität zum Sauerstoff als Hämoglobin - eine Eigenschaft, die physiologisch betrachtet Sinn macht, da der Sauerstoff-Partialdruck in der Lunge (wo Hämoglobin Sauerstoff bindet) größer ist als im Gewebe (wo Hämoglobin Sauerstoff abgibt und Myoglobin Sauerstoff bindet). Die Sauerstoff-Affinität beider Sauerstoff-Carrier kann durch eine Sauerstoff-Dissoziationskurve beschrieben werden.

Sauerstoff-Dissoziationskurven für Hämoglobin und Myoglobin im Vollblut

Die Sättigung (Y) ist definiert als Grad der Belegung der Sauerstoff-bindenden Zentren. Eine Sättigung von 1 bedeutet, dass alle Zentren mit Sauerstoff belegt sind, bei Y=0 sind alle Sauerstoff bindenden Zentren leer. Bei gegebenem Sauerstoff-Partialdruck ist die Sättigung (Y) von Myoglobin immer höher als die von Hämoglobin, d.h. die Sauerstoff-Affinität von Myoglobin ist also größer. Die Sauerstoff-Affinität wird auch durch die Größe P50 charakterisiert. Dieser Wert gibt den Sauerstoff-Partialdruck an, bei dem 50 % aller Sauerstoff-bindenden Zentren belegt sind (an dem also Y=0,5 ist). Für Myoglobin ist der P50 = 1 Torr, für Hämoglobin ist der P50 = 26 Torr.

Abb.1
Die Sauerstoff-Bindungskurve

Kooperativität der Bindung

Auch die beiden Kurvenverläufe in der Abbildung oben unterscheiden sich erheblich: während Myoglobin eine hyperbolische Bindungskurve hat, ist die Kurve für Hämoglobin sigmoid. Der sigmoide Verlauf einer Kurve deutet auf eine kooperative Bindung von Sauerstoff hin. Kooperative Bindung heißt, dass die Bindung eines Moleküls Sauerstoff an Hämoglobin die Bindung von weiteren Molekülen Sauerstoff an das gleiche Hämoglobin erleichtert.

In der Grafik zeigt Hämoglobin eine Steigung von 2,8 (sog. Hill-Koeffizient) und bindet damit Sauerstoff kooperativ. Im Gegensatz dazu ist die Bindung von Sauerstoff an Myoglobin mit einer Steigung von 1,0 nicht kooperativ.

Abb.2
Die Kooperativität der Sauerstoff-Bindung

Näheres zum Hill-Koeffizienten

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