Blóðrauðasameindin er mikil undrasmíð

„Öndunin er svo einföld að sjá, en þó virðist þessi einfalda birtingarmynd lífsins eiga tilveru sína að þakka samspili margs konar atóma í gríðarlega flókinni risasameind.“ — Max F. Perutz. Hann hlaut nóbelsverðlaun árið 1962 ásamt John Kendrew fyrir rannsóknir á byggingu blóðrauða.

ER HÆGT að hugsa sér nokkuð eðlilegra en að draga andann? Fæstir leiða nokkurn tíma hugann að þessu fyrirbæri. En öndunin héldi ekki í okkur lífinu án blóðrauðans — margbrotinni sameind sem er meistaralega hönnuð af hendi skaparans. Í mannslíkamanum eru 30 milljón milljón rauðkorn og í hverju þeirra er blóðrauði sem flytur súrefni frá lungunum til allra vefja líkamans. Án blóðrauðans myndum við deyja næstum á augabragði.

Hvernig fer blóðrauðasameindin að því að grípa örsmáar súrefnissameindir á réttu augnabliki, halda þeim hæfilega lengi og sleppa þeim svo á réttu augnabliki? Þar kemur til margþætt og undraverð sameindatækni.

Agnarsmáir „leigubílar“

Við getum hugsað okkur hverja blóðrauðasameind sem agnarsmáan fernra dyra leigubíl með rými fyrir nákvæmlega fjóra „farþega“. Og þessir leigubílar þurfa ekki ökumann því að þeir eru inni í rauðkornunum og ferðast með þeim. Það mætti líkja rauðkornunum við flutningagáma sem eru fullir af blóðrauðasameindum.

Ferð blóðrauðasameindar hefst þegar rauðkornin koma að lungnablöðrunum — „flugstöðinni“ sem við skulum kalla svo. Þegar við öndum að okkur þyrpast inn í lungnablöðrurnar súrefnisatóm sem eru „nýlent“ og taka að leita sér að fari með „leigubíl“. Þau flæða með hraði yfir í nærstödd rauðkorn, það er að segja „gámana“. Dyr leigubílanna (blóðrauðasameindanna í rauðkornunum) eru lokaðar á þessu stigi. En áður en varir er einbeitt súrefnissameind í þvögunni búin að troða sér inn fyrir og fá sér sæti.

Nú hefst stórmerkileg atburðarás. Blóðrauðasameindin inni í rauðkorninu breytir um lögun. Allar fernar „dyr“ leigubílsins opnast sjálfkrafa þegar fyrsti farþeginn fær sér sæti þannig að hinir farþegarnir eiga þá auðveldara með að setjast inn í „bílinn“. Þessi samvinna er svo skilvirk að 95 prósent allra „sæta“ í öllum leigubílum rauðkornanna fyllast meðan við drögum andann einu sinni. Í hverju rauðkorni eru rösklega 250 milljón blóðrauðasameindir, og þær geta borið um einn milljarð súrefnissameinda. Innan skamms eru rauðkornin, með alla leigubílana innanborðs, lögð af stað til að flytja vefjum líkamans nauðsynlegt súrefni. En hvað skyldi koma í veg fyrir að súrefnissameindirnar yfirgefi rauðkornin of snemma?

Inni í hverri blóðrauðasameind eru járnatóm sem binda súrefnið. Þú hefur sennilega séð hvað gerist þegar súrefni og járn sameinast í snertingu við vatn. Úr því verður venjulega járnoxíð, það er að segja ryð. Þegar járn ryðgar binst súrefnið járninu til frambúðar í kristal. Hvernig tekst þá blóðrauðasameindinni að binda súrefni og járn án þess að mynda ryð, og losa síðan um bindinguna í vatnsbaði inni í rauðkornunum?

Lítum nánar á málið

Til að svara spurningunni skulum við líta nánar á blóðrauðasameindina. Hún er gerð úr um það bil 10.000 atómum vetnis, kolefnis, köfnunarefnis, brennisteins og súrefnis sem er raðað vandlega í kringum aðeins 4 atóm af járni. Af hverju þurfa járnatómin fjögur þessa miklu umgjörð?

Í fyrsta lagi eru járnatómin fjögur rafhlaðin og því þarf að hafa góða stjórn á þeim. Atóm með rafhleðslu, sem eru kölluð jónir, geta valdið miklum skaða inni í frumum ef þau fá að leika lausum hala. Járnatómin fjögur eru því kirfilega fest hvert við sína öryggisplötu inni í blóðrauðasameindinni.a Í öðru lagi er plötunum komið þannig fyrir inni í sameindinni að súrefnissameindir komast að járnjóninni en vatn ekki. Án vatns myndast ekki ryðkristallar.

Járnið í blóðrauðanum getur ekki af sjálfu sér bundið eða losað súrefni. Án járnjónanna fjögurra væri blóðrauðinn hins vegar gagnslaus. Og jónirnar þurfa að vera nákvæmlega rétt staðsettar í blóðrauðasameindinni til að hún geti flutt súrefni eftir blóðrásinni.

Súrefnið losað

Þegar rauðkornin yfirgefa slagæðarnar og renna sér eftir örmjóum háræðum í vefjum líkamans breytist umhverfið. Þarna er hlýrra en í lungunum og umhverfið er súrara vegna koldíoxíðs kringum frumurnar. Þetta eru boð til blóðrauðasameindanna inni í rauðkornunum um að nú sé kominn tími til að skila farþegunum, það er að segja dýrmætu súrefninu.

Þegar súrefnið yfirgefur blóðrauðasameindina breytir hún aftur um lögun. Breytingin er rétt nægileg til að „loka dyrunum“ og skilja súrefnið eftir þar sem mest þörf er fyrir það. Með því að loka dyrunum er líka komið í veg fyrir að laust súrefni taki sér far aftur til lungnanna. Í staðinn tekur blóðrauðinn fúslega með sér koldíoxíð á leiðinni til baka.

Áður en varir eru rauðkornin komin aftur til lungnanna þar sem blóðrauðinn losar sig við koldíoxíðið og getur á nýjan leik tekið með sér farm af lífsnauðsynlegu súrefni. Þetta ferli endurtekur sig mörg þúsund sinnum á lífsferli rauðkornanna en það er um 120 dagar.

Ljóst er að blóðrauðinn er ekkert venjulegt efnasamband. Eins og sagt var í upphafi greinarinnar er um að ræða ,gríðarlega flókna risasameind‘. Það er ekki annað hægt en að fyllast lotningu og þakklæti til skaparans fyrir stórsnjalla og vandvirknislega hönnun hinna agnarsmáu þátta lífsins.

[Neðanmáls]

[Rammi/Tafla á bls. 20]

HUGSAÐU VEL UM BLÓÐRAUÐANN

Þegar talað er um að einhver sé „blóðlítill“ er oftast átt við skort á blóðrauða. Það er því mikilvægt að fá nægilegt járn með því að borða hollan mat. Í töflunni hér til hliðar eru taldar upp nokkrar járnauðugar fæðutegundir.

Auk þess að borða fæðutegundir sem eru auðugar af járni ættum við að gera eftirfarandi: 1. Fá reglulega og viðeigandi hreyfingu. 2. Reykja ekki. 3. Forðast óbeinar reykingar. Af hverju er tóbaksreykur hættulegur?

Ástæðan er sú að hann inniheldur mikið af kolmónoxíði, eitraðri lofttegund sem er einnig að finna í útblæstri bíla. Sumir deyja af slysförum vegna kolmónoxíðeitrunar og sumir velja líka þá leið til að binda enda á líf sitt. Kolmónoxíð binst blóðrauða meira en 200 sinnum fastar en súrefni. Sígarettureykur hefur skjót og skaðleg áhrif með því að takmarka súrefnisupptöku blóðsins.

[Tafla]

FÆÐUTEGUND JÁRN (mg í 100 g)

Apríkósur (þurrkaðar) 6,0

Lambalifur (steikt) 5,9

Haframjöl 4,7

Spínat 4,5

Rúsínur 3,8

Linsubaunir (soðnar) 3,5

Nýrnabaunir (soðnar) 2,5

Lambalæri (fitusnyrt, ofnbakað) 2,4

Ungnautahakk (8-12% fita) 2,1

Svínakjöt (magurt, steikt) 1,4

[Skýringarmynd/mynd á bls. 18]

(Sjá uppsettan texta í ritinu)

Prótíneining

Súrefni

Járnatóm

Hem

Súrefnissameind binst blóðrauða í súrefnisríku umhverfi lungnanna.

Eftir að fyrsta súrefnissameindin er bundin breytist lögun blóðrauðans örlítið sem veldur því að þrjár súrefnissameindir í viðbót eru bundnar með hraði.

Blóðrauði flytur súrefnissameindir frá lungunum og sleppir þeim síðan þar sem þeirra er þörf í líkamanum.