جزيء الهيموغلوبين المذهل اعجوبة في التصميم

‏«تبدو عملية التنفس بسيطة جدا،‏ لكن هذا المؤشر الحيوي الاساسي قائم على تفاعل ذرَّات متنوعة عديدة داخل جزيء عملاق بالغ التعقيد».‏ —‏ ماكس ف.‏ بيرُتْس،‏ الحائز جائزة نوبل مناصفةً عام ١٩٦٢ عن دراساته حول جزيء الهيموغلوبين.‏

التنفس وظيفة تلقائية نادرا ما يعيرها احدنا اي اهتمام.‏ لكنها تعتمد على الهيموغلوبين كي تبقينا على قيد الحياة.‏ فهذه الرائعة الجزيئية المعقدة التي صممها خالقنا والموجودة داخل كل من كريات الدم الحمراء البالغ عددها ٣٠ تريليونا تنقل الاكسجين من الرئتين الى جميع الانسجة في الجسم.‏ فلولا جزيء الهيموغلوبين،‏ لمتنا في ثوانٍ معدودة.‏

وكيف تتمكن جزيئات الهيموغلوبين من التقاط جزيئات الاكسجين المتناهية الصغر في الوقت المناسب،‏ والمحافظة عليها ريثما يحين الوقت المناسب لإطلاقها؟‏ يتطلب الامر عددا من المعجزات الفذة في الهندسة الجزيئية.‏

‏«سيارات اجرة» جزيئية متناهية الصغر

يمكننا تشبيه كل جزيء هيموغلوبين في كرية الدم الحمراء بسيارة اجرة بالغة الصغر لها اربعة ابواب وتتسع لأربعة «ركاب» فقط.‏ ولا تحتاج هذه السيارة الجزيئية الى سائق لأنها تركب هي نفسها في الكرية الحمراء التي تشبه مستوعبا يدور في مجرى الدم مليئا بجزيئات الهيموغلوبين.‏

تبدأ رحلة جزيء الهيموغلوبين حين تصل الكريات الحمراء الى «المطار»،‏ اي الاسناخ (‏الحويصلات الهوائية)‏ الموجودة في الرئتين.‏ فعند الشهيق،‏ يدخل الهواء الى رئتينا وتبدأ الحشود الغفيرة من جزيئات الاكسجين البالغة الصغر الواصلة حديثا بالبحث عن سيارة تاكسي تقلّها.‏ وسرعان ما تمر هذه الجزيئات عبر جدران الاسناخ الى «المستوعبات»،‏ اي كريات الدم الحمراء.‏ في هذه المرحلة،‏ تكون ابواب تاكسيات الهيموغلوبين موصدة داخل كل كرية.‏ ولكن لا يمضي وقت طويل حتى يندسّ جزيء عنيد من جزيئات الاكسجين المزدحمة ويشغل احد المقاعد.‏

والآن يحدث امر مثير للعجب في الكرية الحمراء اذ يبدأ جزيء الهيموغلوبين بتغيير شكله.‏ فما ان يدخل اول راكب حتى تنفتح «ابواب» السيارة الاربعة تلقائيا مما يسهّل دخول الركاب الباقين.‏ وهذه العملية،‏ التي تُدعى التعاونية،‏ فعالة جدا لدرجة انه لا يكاد المرء يأخذ نفسا واحدا حتى تمتلئ ٩٥ في المئة من «المقاعد» في جميع سيارات الاجرة داخل الكرية الواحدة.‏ وهكذا،‏ فإن جزيئات الهيموغلوبين التي يفوق عددها ربع بليون في كل كرية حمراء تحمل حوالي بليون جزيء اكسجين!‏ وسرعان ما تنطلق الكرية حاملة كل السيارات كي توصل مخزون الاكسجين الثمين الى انسجة الجسم التي تحتاجه.‏ ولكن قد تتساءل:‏ ‹ماذا يمنع خروج جزيئات الاكسجين من كرية الدم الحمراء قبل الاوان؟‏›.‏

يكمن الجواب داخل جزيء الهيموغلوبين حيث يرتبط كل جزيء اكسجين بذرَّة حديد تنتظره.‏ ولكنك تعرف على الارجح ما يحدث حين يتحد الاكسجين والحديد بوجود الماء،‏ فالنتيجة عادة أُكسيد الحديد او الصدأ.‏ وحين يصدأ الحديد،‏ يُحتجَز الاكسجين نهائيا داخل بلورة.‏ فكيف يتمكن جزيء الهيموغلوبين من ربط الحديد والاكسجين وفصلهما في جو الكرية الحمراء الرطب دون انتاج الصدإ؟‏

نظرة عن كثب

للاجابة عن هذا السؤال،‏ لنلقِ نظرة ادق على جزيء الهيموغلوبين.‏ يتألف هذا الجزيء من حوالي ٠٠٠‏,١٠ ذرَّة من الهيدروجين،‏ الكربون،‏ النتروجين،‏ الكبريت،‏ والاكسجين،‏ وهي مركبة بدقة حول ٤ ذرَّات حديد فقط.‏ فما الحاجة الى احاطة ذرَّات الحديد بمثل هذا التركيب؟‏

تحمل ذرَّات الحديد الاربع شحنة كهربائية تجعل من الضروري ضبطها بإحكام.‏ فالذرَّات المشحونة،‏ التي تسمى إيونات،‏ تسبب ضررا بالغا داخل الخلايا اذا ما تُركت طليقة.‏ لذا تُثبَّت كل من ذرَّات الحديد الاربع وسط بنية حلقية مسطّحة متينة.‏a وهذه البُنى الواقية الاربع مرتَّبة بدورها في جزيء الهيموغلوبين بدقة بحيث تصل جزيئات الاكسجين الى إيونات الحديد على عكس جزيئات الماء.‏ ودون الماء،‏ لا تتكون بلورات الصدإ.‏

ان الحديد في جزيء الهيموغلوبين لا يمكن ان يتحد بالاكسجين وينفصل عنه بمفرده.‏ وبالمقابل،‏ دون ذرَّات الحديد الاربع المشحونة كهربائيا،‏ يكون باقي جزيء الهيموغلوبين عديم الجدوى.‏ فلا يمكن نقل الاكسجين عبر مجرى الدم الا اذا كانت إيونات الحديد مركبة في مكانها المثالي داخل جزيء الهيموغلوبين.‏

اطلاق الاكسجين

حين تغادر كرية الدم الحمراء الشرايين وتنتقل الى الاوعية الشعرية المتناهية الصغر المتغلغلة في انسجة الجسم،‏ يتغير الجو المحيط بها.‏ فيصبح ادفأ من جو الرئتين ويقل الاكسجين كما تزداد الحموضة بفعل ثاني اكسيد الكربون حولها.‏ وكل ذلك يعطي اشارة لجزيئات الهيموغلوبين ان الوقت قد حان لإنزال ركابها:‏ جزيئات الاكسجين الثمينة.‏

عندما تخرج جزيئات الاكسجين من الهيموغلوبين،‏ يغيِّر هذا الاخير شكله مرة اخرى.‏ وهذا التغيير كافٍ «لتنغلق الابواب» كي يبقى الاكسجين خارجا حيث الحاجة اليه ماسّة.‏ كما ان اغلاق الابواب يمنع الهيموغلوبين من اعادة اي اكسجين الى الرئتين،‏ فيأخذ معه ثاني اكسيد الكربون في طريق العودة.‏

سرعان ما تصل كريات الدم الحمراء التي نُزع منها الاكسجين الى الرئتين حيث تطلق جزيئات الهيموغلوبين ثاني اكسيد الكربون وتتزود بالاكسجين الداعم للحياة.‏ وهذه العملية تتكرر آلاف المرات في مدى حياة الكرية الحمراء الذي يبلغ حوالي ١٢٠ يوما.‏

من الواضح ان الهيموغلوبين ليس جزيئا عاديا،‏ بل «جزيء عملاق بالغ التعقيد» حسبما ورد في مستهل المقالة.‏ ولا شك ان هذه الهندسة الفذة الفائقة الدقة التي تجعل الحياة ممكنة تبث فينا الرهبة والامتنان لخالقنا العظيم!‏

‏[الحاشية]‏

‏[الرسم/‏الصورة في الصفحة ٢٦]‏

‏(‏اطلب النص في شكله المنسَّق في المطبوعة)‏

وحدة بروتينية

اكسجين

ذرَّة حديد

يحمور

داخل الرئتين الغنيتين بالاكسجين،‏ يتحد جزيء اكسجين بالهيموغلوبين

بعد اتحاد اول جزيء اكسجين بالهيموغلوبين،‏ يحدث تغيير طفيف في شكل الاخير يسرّع اتحاد ثلاثة جزيئات اخرى

ينقل الهيموغلوبين جزيئات الاكسجين من الرئتين ثم يطلقها حيثما يحتاج اليها الجسم