हीमोग्लोबिन के लिये आक्सीजन पृथक्करण वक्र की सिग्मोइडल प्रकृति की व्याख्या कीजिए ।

हीमोग्लोबिन-ऑक्सीजन पृथक्करण वक्र की सिग्मोइडल प्रकृति

हीमोग्लोबिन-ऑक्सीजन पृथक्करण वक्र की सिग्मोइडल प्रकृति हीमोग्लोबिन की अद्वितीय आणविक संरचना और ऑक्सीजन के साथ इसके बंधन के तरीके का परिणाम है। यह 'S' आकार निम्नलिखित प्रमुख विशेषताओं और अंतर्निहित तंत्रों को दर्शाता है:

1. हीमोग्लोबिन की संरचना और सहकारी बंधन

• टेट्रामेरिक संरचना: हीमोग्लोबिन एक टेट्रामेरिक प्रोटीन है, जो चार पॉलीपेप्टाइड उप-इकाइयों (दो अल्फा और दो बीटा श्रृंखलाएं) से बना होता है। प्रत्येक उप-इकाई में एक हीम समूह होता है जिसमें एक लौह परमाणु (Fe²⁺) होता है, जो एक ऑक्सीजन अणु से बंध सकता है। इस प्रकार, एक हीमोग्लोबिन अणु में कुल चार ऑक्सीजन बंधन स्थल होते हैं।
• सहकारी बंधन (Cooperative Binding): यह सिग्मोइडल वक्र का सबसे महत्वपूर्ण कारण है। सहकारी बंधन का अर्थ है कि जब एक ऑक्सीजन अणु हीमोग्लोबिन की एक उप-इकाई से जुड़ता है, तो यह हीमोग्लोबिन की संरचना में एक अनुरूप परिवर्तन (conformational change) को प्रेरित करता है। यह परिवर्तन शेष खाली बंधन स्थलों के लिए ऑक्सीजन के प्रति हीमोग्लोबिन की आत्मीयता (affinity) को बढ़ा देता है।
  • पहला ऑक्सीजन अणु: हीमोग्लोबिन की ऑक्सीजन के प्रति प्रारंभिक आत्मीयता कम होती है, जिससे पहले ऑक्सीजन अणु का जुड़ना अपेक्षाकृत कठिन होता है।
  • बाद के ऑक्सीजन अणु: एक बार जब पहला ऑक्सीजन अणु जुड़ जाता है, तो हीमोग्लोबिन 'T-स्टेट' (टेंस) से 'R-स्टेट' (रिलैक्स्ड) में बदल जाता है, जिससे शेष तीन बंधन स्थलों पर ऑक्सीजन का जुड़ना आसान और तीव्र हो जाता है।
  • चौथा ऑक्सीजन अणु: चौथा ऑक्सीजन अणु बहुत आसानी से जुड़ता है। यह 'सकारात्मक सहकारिता' (positive cooperativity) वक्र को सिग्मोइडल आकार प्रदान करती है।

2. वक्र के विभिन्न भाग

सिग्मोइडल वक्र को समझने के लिए इसे तीन मुख्य भागों में विभाजित किया जा सकता है:

• निचला (तीव्र) भाग (कम pO₂ पर):
  • इस भाग में, pO₂ कम होता है (जैसे शरीर के ऊतकों में), और वक्र तेजी से ऊपर उठता है।
  • हीमोग्लोबिन की ऑक्सीजन के प्रति आत्मीयता कम होती है, जिससे ऊतकों में ऑक्सीजन का प्रभावी पृथक्करण (dissociation) हो सके, जहां इसकी आवश्यकता होती है।
  • यह दर्शाता है कि हीमोग्लोबिन कम ऑक्सीजन दबाव पर भी कुशलता से ऑक्सीजन छोड़ सकता है।
• मध्यम (मध्य) भाग:
  • जैसे-जैसे pO₂ बढ़ता है, वक्र की ढलान अधिक तीव्र हो जाती है।
  • यह सहकारी बंधन के कारण होता है, जहां एक ऑक्सीजन अणु के जुड़ने से दूसरों का बंधन आसान हो जाता है।
  • यह फेफड़ों में ऑक्सीजन के तेजी से जुड़ने को दर्शाता है।
• ऊपरी (पठार) भाग (उच्च pO₂ पर):
  • इस भाग में, pO₂ अधिक होता है (जैसे फेफड़ों में), और वक्र एक पठार (plateau) बनाता है।
  • यह दर्शाता है कि हीमोग्लोबिन लगभग पूरी तरह से ऑक्सीजन से संतृप्त हो जाता है (लगभग 97-98%)।
  • उच्च pO₂ पर, हीमोग्लोबिन लगभग सभी ऑक्सीजन बंधन स्थलों को भर लेता है। यह एक सुरक्षा तंत्र के रूप में कार्य करता है, यह सुनिश्चित करता है कि भले ही फेफड़ों में pO₂ में थोड़ी कमी हो, हीमोग्लोबिन अभी भी पर्याप्त ऑक्सीजन ले जाने में सक्षम होगा।

3. सिग्मोइडल आकार का महत्व

सिग्मोइडल वक्र शरीर के लिए अत्यधिक कार्यात्मक है:

• यह फेफड़ों में ऑक्सीजन के अधिकतम ग्रहण (उच्च आत्मीयता) और ऊतकों में ऑक्सीजन के कुशल विमोचन (कम आत्मीयता) के बीच संतुलन बनाता है।
• यह हीमोग्लोबिन को ऑक्सीजन के आंशिक दबाव में छोटे बदलावों के प्रति अधिक संवेदनशील बनाता है, जिससे आवश्यकतानुसार ऑक्सीजन की आपूर्ति को नियंत्रित किया जा सके।

4. वक्र को प्रभावित करने वाले कारक (संक्षिप्त में)

ऑक्सीजन-हीमोग्लोबिन पृथक्करण वक्र विभिन्न शारीरिक कारकों से प्रभावित हो सकता है, जिससे यह दाईं या बाईं ओर स्थानांतरित हो सकता है:

कारक	वक्र पर प्रभाव (शिफ्ट)	हीमोग्लोबिन की ऑक्सीजन के प्रति आत्मीयता	उदाहरण/प्रभाव
बढ़ा हुआ CO₂ (बोहर प्रभाव)	दाईं ओर	घट जाती है	ऊतकों में ऑक्सीजन का अधिक विमोचन
घटा हुआ pH (अम्लता)	दाईं ओर	घट जाती है	ऊतकों में ऑक्सीजन का अधिक विमोचन
बढ़ा हुआ तापमान	दाईं ओर	घट जाती है	मांसपेशियों में ऑक्सीजन का अधिक विमोचन (व्यायाम के दौरान)
बढ़ा हुआ 2,3-बिसफॉस्फोग्लिसरेट (BPG)	दाईं ओर	घट जाती है	उच्च ऊंचाई पर ऑक्सीजन अनुकूलन
घटा हुआ CO₂	बाईं ओर	बढ़ जाती है	फेफड़ों में ऑक्सीजन का अधिक बंधन
बढ़ा हुआ pH (क्षारीयता)	बाईं ओर	बढ़ जाती है	फेफड़ों में ऑक्सीजन का अधिक बंधन
घटा हुआ तापमान	बाईं ओर	बढ़ जाती है	फेफड़ों में ऑक्सीजन का अधिक बंधन