מולקולת ההמוגלובין — יצירת מופת מדהימה

‏”‏פעולת הנשימה נראית כל כך פשוטה,‏ אולם נדמה כי היבט בסיסי זה של חיים חייב את קיומו ליחסי הגומלין השוררים בין סוגים רבים של אטומים בתוך מולקולה ענקית ומורכבת להפליא”‏.‏ (‏מקס פ.‏ פרוץ,‏ שזכה ב־1962 ביחד עם שותף נוסף בפרס נובל בעקבות מחקריו על מולקולת ההמוגלובין)‏.‏

נשימה — מה יכול להיות יותר טבעי מזה?‏ רובנו כמעט ולא מקדישים לכך כל מחשבה.‏ אולם פעולה זו לא הייתה יכולה להחזיק אותנו בחיים ללא מולקולת ההמוגלובין,‏ יצירת מופת מולקולרית מורכבת — פרי תכנונו של הבורא.‏ ההמוגלובין,‏ הנמצא בתוך כל אחד מ־30 טריליון תאי הדם האדומים שבגופנו,‏ מעביר את החמצן מהריאות לרקמות הגוף כולו.‏ ללא המוגלובין,‏ היינו מתים כמעט בו במקום.‏

כיצד מצליחות מולקולות ההמוגלובין לאסוף מולקולות חמצן זעירות בזמן המתאים,‏ להחזיק בהן בבטחה עד הרגע המתאים ואז לשחררן בדיוק בזמן המתאים?‏ לשם כך נדרשות מספר פעולות מדהימות של הנדסה מולקולרית.‏

‏”‏מונית”‏ מולקולרית זעירה

תוכל לדמיין שכל מולקולת המוגלובין בתא היא מונית זעירה עם ארבע דלתות,‏ ושיש בה מקום בדיוק לארבעה ”‏נוסעים”‏.‏ במונית מולקולרית זו אין צורך בנהג כיוון שהיא מובלת בתוך תא דם אדום.‏ ניתן לתאר תא דם אדום זה כמכולה ניידת המלאה במולקולות המוגלובין.‏

מסעה של מולקולת ההמוגלובין מתחיל כאשר תא דם אדום מגיע לנאדיות הריאה — ”‏שדה התעופה”‏.‏ כאשר אנו שואפים אוויר לתוך הריאות,‏ המוני מולקולות חמצן זעירות שזה עתה הגיעו מתחילות לחפש מונית שתסיע אותן.‏ מולקולות אלה חודרות במהירות לתאי הדם האדומים — ה”‏מכולות”‏.‏ בשלב זה דלתות מוניות ההמוגלובין הנמצאות בכל תא עדיין סגורות.‏ אולם כעבור זמן קצר אחת ממולקולות החמצן הנמרצות נדחקת בנחישות לתוך מונית ההמוגלובין ותופסת את מקומה.‏

עכשיו קורה דבר מאוד מעניין.‏ בתוך תא הדם האדום,‏ מתחילה מולקולת ההמוגלובין לשנות את צורתה.‏ כל ארבע ”‏דלתות”‏ מונית ההמוגלובין מתחילות להיפתח אוטומטית כאשר הנוסעים הראשונים נכנסים פנימה,‏ דבר המאפשר לשאר הנוסעים להיכנס פנימה ביתר קלות.‏ תהליך זה,‏ הנקרא שיתופיות,‏ כל כך יעיל שבזמן שלוקח לנשום נשימה אחת,‏ נתפסים 95 אחוז מ”‏המושבים”‏ בכל המוניות שנמצאות בתא דם אדום.‏ בתא דם אדום בודד יש למעלה מרבע מיליארד מולקולות המוגלובין,‏ והן יכולות לשאת ביחד כמיליארד מולקולות חמצן!‏ תוך זמן קצר תא הדם האדום המכיל את כל המוניות האלה יוצא לדרכו כדי להביא את החמצן היקר לרקמות הגוף הזקוקות לו.‏ אולם אתה עשוי לתהות,‏ ’‏מה מונע מאטומי החמצן הנמצאים בתוך התא מלצאת החוצה לפני הזמן המתאים?‏’‏

התשובה היא שבתוך כל מולקולת המוגלובין,‏ נקשרות מולקולות החמצן לאטומי ברזל פנויים.‏ סביר להניח שראית מה קורה כאשר חמצן וברזל נפגשים בסביבה מימית.‏ התוצאה היא בדרך כלל היווצרות של תחמוצת ברזל,‏ כלומר חלודה.‏ כאשר ברזל מחליד,‏ נלכד החמצן אחת ולתמיד בתוך מבנה גבישי.‏ אם כן,‏ כיצד מצליחה מולקולת ההמוגלובין לקשור ולשחרר ברזל וחמצן בסביבתו המימית של תא הדם האדום מבלי שתיווצר חלודה?‏

מבט מקרוב

כדי להשיב על כך הבה נבחן מקרוב את מולקולת ההמוגלובין.‏ מולקולה זו מורכבת מכ־000,‏10 אטומי מימן,‏ פחמן,‏ חנקן,‏ גופרית וחמצן המאורגנים בקפידה מסביב ל־4 אטומי ברזל בלבד.‏ מדוע ארבעה אטומי ברזל זקוקים לכל כך הרבה תמיכה?‏

קודם כול,‏ ארבעת אטומי הברזל טעונים במטען חשמלי ויש לשמור עליהם בקפידה.‏ אטומים בעלי מטען חשמלי,‏ המכונים יונים,‏ עלולים לגרום לנזק רב בתוך התאים אם הם משתחררים.‏ לכן כל אחד מארבעת יוני הברזל מוחזק במרכזו של מעין מבנה טבעתי השומר עליו.‏a כמו כן,‏ ארבעת המבנים הללו ממוקמים בדייקנות בתוך מולקולת ההמוגלובין בדרך המאפשרת למולקולות החמצן להגיע ליוני הברזל,‏ מבלי לאפשר זאת למולקולות המים.‏ ללא מים לא נוצרת חלודה.‏

הברזל הנמצא במולקולת ההמוגלובין אינו יכול לקשור או לשחרר חמצן בכוחות עצמו.‏ אך מולקולת ההמוגלובין אינה יכולה לשאת חמצן בלי ארבעת אטומי הברזל הטעונים.‏ הובלת חמצן במחזור הדם אפשרית רק כאשר יוני ברזל אלה ממוקמים בדיוק במקום הנכון בתוך מולקולת ההמוגלובין.‏

שחרור החמצן

כאשר תא דם אדום עוזב את העורקים ונע אל עבר הנימים הזעירים הנמצאים עמוק בתוך רקמות הגוף,‏ מתחילים התנאים הסובבים את תא הדם האדום להשתנות.‏ עכשיו הסביבה חמה יותר מאשר בריאות,‏ יש פחות חמצן ובשל הפחמן הדו־חמצני מסביב לתא החומציות גבוהה יותר.‏ תנאים אלה מסמנים למולקולות ההמוגלובין,‏ כלומר למוניות,‏ שהגיע הזמן לשחרר את הנוסעים היקרים שלהן,‏ את החמצן.‏

כאשר מולקולות החמצן משתחררות ממולקולת ההמוגלובין,‏ היא משנה שוב את צורתה.‏ שינוי זה מספיק כדי ”‏לסגור את הדלתות”‏ ולהשאיר את החמצן בחוץ,‏ במקום שבו הוא כה נחוץ.‏ בנוסף,‏ סגירת הדלתות אינה מאפשרת למולקולת ההמוגלובין לקחת בדרכה חזרה לריאות מולקולת חמצן כלשהי שאיבדה את דרכה.‏ במקום זאת,‏ היא אוספת ”‏ברצון”‏ פחמן דו־חמצני בדרכה חזרה.‏

כעבור זמן קצר חוזרים לריאות תאי הדם האדומים שרוקנו מחמצן.‏ שם ישחררו מולקולות ההמוגלובין את הפחמן הדו־חמצני ויאספו עוד מולקולות חמצן החיוניות לקיום חיים.‏ תהליך זה חוזר על עצמו אלפי פעמים במחזור חייו של תא דם אדום,‏ הנמשך כ־120 יום.‏

אין ספק שההמוגלובין הינו מולקולה בלתי רגילה.‏ מולקולה זו,‏ כפי שנאמר בתחילת המאמר,‏ היא ”‏מולקולה ענקית ומורכבת להפליא”‏.‏ אנו ללא ספק חשים יראת כבוד והערכה כלפי בוראנו על שיצר פלא הנדסי מבריק ומדויק זה,‏ המאפשר את קיום החיים!‏

‏[‏הערת שוליים]‏

‏[‏תיבה/‏טבלה בעמוד 28]‏

שמור על ההמוגלובין שלך!‏

”‏חוסר ברזל בדם”‏ הוא למעשה חוסר המוגלובין בדם.‏ בלי ארבעת אטומי הברזל החיוניים במולקולת ההמוגלובין,‏ שאר 000,‏10 האטומים במולקולה חסרי תועלת.‏ לכן חשוב לצרוך מספיק ברזל על־ידי אכילת מזון בריא.‏ בטבלה המצורפת מופיעים מספר מקורות טובים לברזל.‏

בנוסף לאכילת מזון עשיר בברזל,‏ עלינו לשים לב לעצות הבאות:‏ 1.‏ עסוק בקביעות בפעילות גופנית מתאימה.‏ 2.‏ אל תעשן.‏ 3.‏ הימנע מעישון פסיבי.‏ מדוע עשן הסיגריות וכן סוגים אחרים של עשן טבק כל כך מסוכנים?‏

הסיבה לכך היא שעשן זה רווי בפחמן חד־חמצני,‏ אותו רעל הנפלט מצינור הפליטה של מכוניות.‏ תאונות קטלניות נגרמות עקב שאיפת פחמן חד־חמצני,‏ ובנוסף יש המשתמשים בו כדי להתאבד.‏ הזיקה של הפחמן החד־חמצני לאטומי הברזל שבהמוגלובין גבוהה פי יותר מ־200 מזיקתו של החמצן לאטומים אלה.‏ לכן עשן הסיגריה משפיע במהירות לרעה על האדם על־ידי צמצום צריכת החמצן שלו.‏

‏[‏טבלה]‏

המזון גודל המנה ברזל (‏מ״ג)‏

עדשים 2/‏1 כוס 3.‏3

בשר שריר בקר 85 גרם 2.‏3

תפוח אדמה 1 גדול 2.‏3

אפרסקים מיובשים 5 חצאים 6.‏2

שעועית 2/‏1 כוס 6.‏2

נבט חיטה 28 גרם (‏4/‏1 כוס)‏ 6.‏2

גרגירי חומוס 2/‏1 כוס 4.‏2

ברוקולי גבעול בינוני 1.‏2

בשר הודו אדום 85 גרם 0.‏2

צימוקים 2/‏1 כוס 6.‏1

תרד 1 כוס (‏טרי)‏ 8.‏0

‏[‏תרשים/‏תמונה בעמוד 26]‏

‏(‏לתרשים מעומד,‏ ראה המהדורה המודפסת)‏

מבנה חלבון

חמצן

אטום ברזל

הֶם

בסביבה העשירה בחמצן שבריאות,‏ נקשרת מולקולת חמצן להמוגלובין

לאחר שמולקולת החמצן הראשונה נקשרת,‏ שינוי קל המתחולל בצורת ההמוגלובין מאפשר לשלוש מולקולות חמצן נוספות להיקשר במהירות

ההמוגלובין לוקח את מולקולות החמצן מהריאות ואז משחרר אותן במקומות שבהם הן נחוצות בגוף