हीमोग्लोबिन प्रोटीन संरचना के चार स्तरों को कैसे दर्शाता है?

स्तनधारी अपने फेफड़ों के माध्यम से हवा से ऑक्सीजन लेते हैं। विभिन्न जैविक प्रक्रियाओं के लिए ऑक्सीजन को फेफड़ों से शरीर के बाकी हिस्सों में ले जाने के लिए एक मार्ग की आवश्यकता होती है। यह रक्त के माध्यम से होता है, विशेष रूप से प्रोटीन हीमोग्लोबिन, जो लाल रक्त कोशिकाओं में पाया जाता है। हीमोग्लोबिन अपनी प्रोटीन संरचना के चार स्तरों के कारण यह कार्य करता है: हीमोग्लोबिन की प्राथमिक संरचना, द्वितीयक संरचना और तृतीयक और चतुर्धातुक संरचनाएं।

टीएल; डीआर (बहुत लंबा; पढ़ा नहीं)

हीमोग्लोबिन लाल रक्त कोशिकाओं में प्रोटीन है जो इसे लाल रंग देता है। हीमोग्लोबिन पूरे शरीर में सुरक्षित ऑक्सीजन वितरण का आवश्यक कार्य भी करता है, और यह प्रोटीन संरचना के अपने चार स्तरों का उपयोग करके ऐसा करता है।

हीमोग्लोबिन लाल रक्त कोशिकाओं में पाया जाने वाला एक बड़ा प्रोटीन अणु है। वास्तव में, हीमोग्लोबिन वह पदार्थ है जो रक्त को उसका लाल रंग देता है। आणविक जीवविज्ञानी मैक्स पेरुट्ज़ ने 1959 में हीमोग्लोबिन की खोज की थी। पेरुट्ज़ ने हीमोग्लोबिन की विशेष संरचना को निर्धारित करने के लिए एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी का उपयोग किया। वह अंततः अपने डीऑक्सीजनेटेड रूप की क्रिस्टल संरचना के साथ-साथ अन्य महत्वपूर्ण प्रोटीन की संरचनाओं की खोज करेगा।

हीमोग्लोबिन शरीर में खरबों कोशिकाओं तक ऑक्सीजन का वाहक अणु है, जो लोगों और अन्य स्तनधारियों के रहने के लिए आवश्यक है। यह ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड दोनों का परिवहन करता है।

यह कार्य हीमोग्लोबिन के अद्वितीय आकार के कारण होता है, जो गोलाकार होता है और लोहे के समूह के चारों ओर प्रोटीन के चार उप-इकाइयों से बना होता है। हीमोग्लोबिन ऑक्सीजन ले जाने के अपने कार्य में इसे और अधिक कुशल बनाने में मदद करने के लिए अपने आकार में परिवर्तन करता है। हीमोग्लोबिन अणु की संरचना का वर्णन करने के लिए, किसी को यह समझना चाहिए कि प्रोटीन किस प्रकार व्यवस्थित होते हैं।

प्रोटीन छोटे अणुओं की एक श्रृंखला से बना एक बड़ा अणु होता है जिसे कहा जाता है अमीनो अम्ल. सभी प्रोटीनों में उनकी संरचना के कारण एक निश्चित संरचना होती है। बीस अमीनो एसिड मौजूद हैं, और जब वे एक साथ बंधते हैं, तो वे श्रृंखला में उनके अनुक्रम के आधार पर अद्वितीय प्रोटीन बनाते हैं।

अमीनो एसिड में एक अमीनो समूह, एक कार्बन, एक कार्बोक्जिलिक एसिड समूह और एक संलग्न साइडचेन या आर-समूह होता है जो इसे अद्वितीय बनाता है। यह आर-समूह यह निर्धारित करने में मदद करता है कि क्या एक एमिनो एसिड हाइड्रोफोबिक, हाइड्रोफिलिक, सकारात्मक चार्ज, नकारात्मक चार्ज या डाइसल्फाइड बॉन्ड वाला सिस्टीन होगा।

जब अमीनो एसिड आपस में जुड़ते हैं, तो वे एक पेप्टाइड बॉन्ड बनाते हैं और बनाते हैं a पॉलीपेप्टाइड संरचना. यह संक्षेपण प्रतिक्रिया के माध्यम से होता है, जिसके परिणामस्वरूप पानी का अणु होता है। एक बार जब अमीनो एसिड एक विशिष्ट क्रम में पॉलीपेप्टाइड संरचना बनाते हैं, तो यह क्रम बनाता है a प्राथमिक प्रोटीन संरचना.

हालाँकि, पॉलीपेप्टाइड एक सीधी रेखा में नहीं रहते हैं, बल्कि वे झुकते और मुड़ते हैं और एक त्रि-आयामी आकार बनाते हैं जो या तो एक सर्पिल की तरह दिख सकता है। अल्फा हेलिक्स) या एक प्रकार का अकॉर्डियन आकार (a बीटा-प्लीटेड शीट). ये पॉलीपेप्टाइड संरचनाएं बनाती हैं a माध्यमिक प्रोटीन संरचना. ये हाइड्रोजन बांड के माध्यम से एक साथ जुड़े रहते हैं।

तृतीयक प्रोटीन संरचना एक कार्यात्मक प्रोटीन के अंतिम रूप का वर्णन करता है जिसमें इसकी माध्यमिक संरचना घटक शामिल होते हैं। तृतीयक संरचना में इसके अमीनो एसिड, अल्फा हेलिकॉप्टर और बीटा-प्लीटेड शीट के लिए विशिष्ट आदेश होंगे, जो सभी को स्थिर तृतीयक संरचना में जोड़ दिया जाएगा। तृतीयक संरचनाएं अक्सर अपने पर्यावरण के संबंध में बनती हैं, उदाहरण के लिए, प्रोटीन के आंतरिक भाग पर हाइड्रोफोबिक भाग और बाहरी पर हाइड्रोफिलिक (जैसे कि साइटोप्लाज्म में)।

जबकि सभी प्रोटीनों में ये तीन संरचनाएं होती हैं, कुछ में कई अमीनो एसिड श्रृंखलाएं होती हैं। इस प्रकार की प्रोटीन संरचना कहलाती है चतुर्धातुक संरचना, विभिन्न आणविक अंतःक्रियाओं के साथ कई श्रृंखलाओं का प्रोटीन बनाना। इससे एक प्रोटीन कॉम्प्लेक्स बनता है।

एक बार जब कोई हीमोग्लोबिन अणु की संरचना का वर्णन कर सकता है, तो यह समझना आसान हो जाता है कि हीमोग्लोबिन की संरचना और कार्य कैसे संबंधित हैं। हीमोग्लोबिन संरचनात्मक रूप से मायोग्लोबिन के समान है, जिसका उपयोग मांसपेशियों में ऑक्सीजन को स्टोर करने के लिए किया जाता है। हालांकि, हीमोग्लोबिन की चतुर्धातुक संरचना इसे अलग करती है।

हीमोग्लोबिन अणु की चतुर्धातुक संरचना में चार तृतीयक संरचना प्रोटीन श्रृंखलाएँ शामिल होती हैं, जो सभी अल्फा हेलिकॉप्टर हैं।

व्यक्तिगत रूप से, प्रत्येक अल्फा हेलिक्स अमीनो एसिड श्रृंखलाओं से बना एक माध्यमिक पॉलीपेप्टाइड संरचना है। अमीनो एसिड बदले में हीमोग्लोबिन की प्राथमिक संरचना है।

चार माध्यमिक संरचना श्रृंखलाओं में एक लोहे का परमाणु होता है जिसे a. कहा जाता है हीम समूह, एक अंगूठी के आकार की आणविक संरचना। जब स्तनधारी ऑक्सीजन में सांस लेते हैं, तो यह हीम समूह में लोहे से बंध जाता है। हीमोग्लोबिन में ऑक्सीजन को बांधने के लिए चार हीम साइट हैं। अणु एक लाल रक्त कोशिका के अपने आवास द्वारा एक साथ रखा जाता है। इस सुरक्षा जाल के बिना, हीमोग्लोबिन आसानी से अलग हो जाएगा।

हीम के लिए ऑक्सीजन के बंधन से प्रोटीन में संरचनात्मक परिवर्तन शुरू हो जाते हैं, जिससे पड़ोसी पॉलीपेप्टाइड सबयूनिट भी बदल जाते हैं। पहला ऑक्सीजन बंधन के लिए सबसे चुनौतीपूर्ण है, लेकिन तीन अतिरिक्त ऑक्सीजन तब जल्दी से बंधने में सक्षम होते हैं।

हीम समूह में लोहे के परमाणु से ऑक्सीजन के बंधन के कारण संरचनात्मक आकार बदलता है। यह अमीनो एसिड हिस्टिडीन को बदल देता है, जो बदले में अल्फा हेलिक्स को बदल देता है। अन्य हीमोग्लोबिन सबयूनिट्स के माध्यम से परिवर्तन जारी है।

ऑक्सीजन सांस लेता है और फेफड़ों के माध्यम से रक्त में हीमोग्लोबिन से बांधता है। हीमोग्लोबिन उस ऑक्सीजन को रक्तप्रवाह में ले जाता है, जहां भी जरूरत होती है वहां ऑक्सीजन पहुंचाता है। जैसे-जैसे शरीर में कार्बन डाइऑक्साइड बढ़ता है और ऑक्सीजन का स्तर घटता है, ऑक्सीजन निकलती है और हीमोग्लोबिन का आकार फिर से बदल जाता है। अंततः सभी चार ऑक्सीजन अणु मुक्त हो जाते हैं।

हीमोग्लोबिन न केवल रक्त प्रवाह के माध्यम से ऑक्सीजन ले जाता है, यह अन्य अणुओं के साथ भी बांधता है। नाइट्रिक ऑक्साइड हीमोग्लोबिन के साथ-साथ हीम समूहों में सिस्टीन को बांध सकता है। वह नाइट्रिक ऑक्साइड रक्त वाहिकाओं की दीवारों को छोड़ता है और रक्तचाप को कम करता है।

दुर्भाग्य से, कार्बन मोनोऑक्साइड भी एक खतरनाक रूप से स्थिर विन्यास में हीमोग्लोबिन से बंध सकता है, ऑक्सीजन को अवरुद्ध कर सकता है और कोशिकाओं के घुटन का कारण बन सकता है। कार्बन मोनोऑक्साइड इसे जल्दी से करता है, जिससे यह बहुत खतरनाक हो जाता है, क्योंकि यह एक जहरीली, अदृश्य और गंधहीन गैस है।

हीमोग्लोबिन केवल स्तनधारियों में ही नहीं पाया जाता है। फलियों में एक प्रकार का हीमोग्लोबिन भी होता है, जिसे लेगहीमोग्लोबिन कहा जाता है। वैज्ञानिकों को लगता है कि इससे बैक्टीरिया को फलियों की जड़ों में नाइट्रोजन को ठीक करने में मदद मिलती है। यह मुख्य रूप से इसके लौह-बाध्यकारी हिस्टिडीन अमीनो एसिड के कारण मानव हीमोग्लोबिन के समान है।

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, हीमोग्लोबिन की संरचना ऑक्सीजन की उपस्थिति में बदल जाती है। एक स्वस्थ व्यक्ति में, हीमोग्लोबिन की अमीनो एसिड विन्यास की प्राथमिक संरचना में कुछ व्यक्तिगत अंतर होना सामान्य है। आबादी में आनुवंशिक भिन्नताएं स्वयं प्रकट होती हैं जब हीमोग्लोबिन संरचना के साथ समस्याएं होती हैं।

में दरांती कोशिका अरक्तता, अमीनो एसिड अनुक्रम में एक उत्परिवर्तन से डीऑक्सीजनेटेड हीमोग्लोबिन का झुरमुट होता है। यह लाल रक्त कोशिकाओं के आकार को तब तक बदल देता है जब तक कि वे एक दरांती या अर्धचंद्राकार आकृति के समान न हो जाएं।

यह आनुवंशिक भिन्नता हानिकारक साबित हो सकती है। सिकल सेल लाल रक्त कोशिकाएं क्षति और हीमोग्लोबिन के नुकसान की चपेट में हैं। इसके परिणामस्वरूप एनीमिया, या कम आयरन होता है। सिकल सेल हीमोग्लोबिन वाले व्यक्तियों को मलेरिया की संभावना वाले क्षेत्रों में लाभ होता है।

थैलेसीमिया में, अल्फा हेलिकॉप्टर उसी तरह नहीं बनते हैं, जो हीमोग्लोबिन को नकारात्मक रूप से प्रभावित करते हैं।

रक्त के भंडारण और रक्त के प्रकार के मिलान में चुनौतियों के कारण, शोधकर्ता कृत्रिम रक्त बनाने का एक तरीका तलाश रहे हैं। बनाने का काम जारी है नए हीमोग्लोबिन प्रकार, जैसे कि दो ग्लाइसिन अवशेषों के साथ जो इसे एक सुरक्षात्मक लाल रक्त कोशिका की अनुपस्थिति में अलग होने के बजाय समाधान में एक साथ बांधे रखते हैं।

हीमोग्लोबिन में प्रोटीन संरचना के चार स्तरों को जानने से वैज्ञानिकों को इसके कार्य को बेहतर ढंग से समझने में मदद मिलती है। बदले में, यह भविष्य में फार्मास्यूटिकल्स और अन्य चिकित्सा उपचारों के नए लक्ष्यीकरण को जन्म दे सकता है।