تغييرات ساختاري و طيف جذبي هموگلوبين انسان در طي استرس اكسيداتيو ايجاد شده توسط آهن

Structural and spectroscopic changes of human hemoglobin during iron-mediated oxidative stress

چكيده زمينه و هدف: تحقيقات بيوشيميايي نشان داده است كه آهن از طريق فرآيندهاي هابر-ويز و فنتون، باعث ايجاد گونه‎هاي اكسيژن فعال مي‎شود. هدف از تحقيق حاضر، بررسي نقش آهن در اكسيداسيون هموگلوبين انسان و تغييرات ساختاري اين پروتيين در گلبول‎هاي قرمز است. مواد و روش‎ها: اين مطالعه از نوع تجربي است. گلبول‎هاي قرمز افراد سالم، در شرايط هوازي در محيط كشت حاوي سيستم اكسيداسيون فلزي و در حضور غلظت‎هاي 036/0، 7/0، 14/0، 28/0، 57/0، 14/1، 27/2، 55/4، 09/9 و 18/18 ميكرومولار يون آهن قرار داده شد. براي مطالعه تغييرات ساختاري، طيف جذبي هموگلوبين در محدوده طول موج‎هاي 300 تا 650 نانومتر بررسي گرديد. هم‎چنين اندازه‎گيري گروه‎هاي كربنيل به منظور سنجش اكسيداسيون پروتيين در زنجيره‎هاي گلوبين انجام شد. يافته‎ها: بر اساس نتايج اين تحقيق، غلظت اكسي هموگلوبين به ميزان 68 درصد كاهش يافته بود. كاهش در نسبت جذب نوري در طول موج‎هاي542 و 577 نشان دهنده تبديل اكسي هموگلوبين به مت هموگلوبين بود. هم‎چنين، غلظت مت هموگلوبين، 7/4 برابر همي كروم بود. پس از 24 ساعت انكوباسيون، غلظت اكسي هموگلوبين به ميزان 50 درصد تقليل و ميزان مت هموگلوبين به ميزان 85 درصد افزايش يافت. افزايش غلظت آهن نيز موجب افزايش معني‎داري در ميزان گروه‎هاي كربنيل در هموگلوبين گرديد. نتيجه گيري: اين نتايج نشان مي‎دهد كه اكسيداسيون هموگلوبين به جاي اكسيژناسيون آن، منجر به كم خوني و هيپوكسي مي‎شود. يافته‎هاي اين تحقيق ممكن است در ارزيابي وضعيت اكسيداسيون در مبتلايان به كم خوني و افراد تحت درمان با آهن مفيد واقع گردد. واژگان كليدي: اريتروسيت، استرس اكسيداتيو، طيف جذبي، هموگلوبين انسان

Abstract Background: Biochemical studies have shown that iron produces reactive oxygen species via Haber-Weiss and Fenton reactions. The goal of this study is to examine the role of iron in oxidation of human hemoglobin and its structural changes in erythrocytes. Materials and Methods: In this experimental study, blood samples from healthy subjects were incubated aerobically with the iron containing metal catalyzed oxidation (MCO) system in the presence of 0.036, 0.7, 0.14, 0.28, 0.57, 1.14, 2.28, 4.55, 9.09, and 18.18 micromole of iron. Structural changes in Hb were followed by spectrophotometric analysis from 300 to 650 nm. In addition, carbonyl assay was performed for estimation of protein oxidation in globin chains. Results: Based on the results, oxy-Hb decreased up to 68% in iron-treated erythrocytes. Decrease in the absorbance ratio (A577, A542 wavelength) indicated the conversion of oxy-Hb to met-Hb. Also, met-Hb concentration was 4.7 fold of hemichrome. After 24 hours of incubation, oxyHb concentration decreased up to 50% and metHb concentration increased up to 85%. Moreover, increase in iron concentration resulted in significant carbonyl formation in hemoglobin. Conclusion: These findings indicate that Hb oxidation instead of its oxygenation leads to anemia and hypoxia. The findings of this study may be directly applicable to oxidation states during hemolytic diseases and iron treatment. Keywords: Erythrocyte, Human hemoglobin, Oxidative stress, Spectroscopic, Absorption