Хемоглобинот — дело на врвен инженер

„Дишењето изгледа толку едноставно, а сепак се чини дека овој неопходен животен процес е можен само поради меѓусебното дејство на многу видови атоми во една џиновска и неверојатно сложена молекула“ (Макс Ф. Перуц, добитник на Нобелова награда во 1962 год. за неговите истражувања на молекулата на хемоглобинот).

ДИШЕЊЕТО е толку нормално што повеќето од нас ретко размислуваат за тој процес. Меѓутоа, тоа не би нѐ одржувало во живот да не беше човечката молекула на хемоглобинот — сложено молекуларно ремек-дело на нашиот Творец. Хемоглобинот, кој се наоѓа во секоја од 30-те билиони црвени крвни клетки, го пренесува кислородот од белите дробови до сите ткива на телото. Без хемоглобин, би умреле речиси веднаш.

Како е можно молекулите на хемоглобинот да ги земат со себе ситните молекули на кислород во вистинскиот момент, да ги носат со себе до вистинскиот момент и да ги ослободат токму тогаш кога треба? Со помош на неколку процеси од кои се гледа дека овие молекули се вистинско инженерско чудо.

Минијатурни „такси-возила“

Секоја молекула на хемоглобин во крвната клетка би можела да се спореди со минијатурно такси со четири врати во кое има место за точно четири „патници“. На ова молекуларно такси не му треба возач бидејќи е сместено во својата црвена крвна клетка заедно со многу други молекули на хемоглобин.

Молекулата на хемоглобинот тргнува на пат кога црвените крвни клетки ќе стигнат до алвеолите во белите дробови, т.е. на „аеродромот“. Кога во белите дробови ќе влезе воздух, голем број нови, ситни молекули на кислород почнуваат да „бараат такси-превоз“. Овие молекули брзо навлегуваат во црвените крвни клетки, но во тој момент, „вратите“ на хемоглобинските „такси-возила“ во секоја клетка се затворени. И покрај тоа, за кратко време, некоја малку поупорна молекула на кислород од мноштвото успева да се пробие и да се пикне во хемоглобинското „такси“.

Тогаш се случува нешто многу интересно. Во црвената крвна клетка, молекулата на хемоглобинот почнува да ја менува својата форма. Сите четири „врати“ од ова такси се отвораат автоматски штом во него ќе влезе првиот патник, па така другите патници можат да влезат многу полесно. Овој процес, наречен кооперативност, е толку ефикасен што, додека да земеме здив, 95 отсто од „седиштата“ во сите „такси-возила“ на црвените крвни клетки се зафатени. Молекулите на хемоглобин во само една црвена крвна клетка — чиј број е поголем од 250 милиони — можат да понесат милијарда молекули на кислород! За кратко време, црвената крвна клетка во која се наоѓаат сите овие такси-возила е спремна да ја достави скапоцената пратка кислород до клетките во телото на кои им е потребна. Но, можеби се прашуваш: Зошто атомите на кислород не ја напуштаат клетката предвремено?

Одговорот е дека, во секоја молекула на хемоглобин, молекулите на кислород се врзуваат со атомите на железо. Веројатно си видел што се случува кога ќе се спојат кислород и железо во присуство на вода. Обично, резултатот е железо оксид, или ’рѓа. Кога железото ќе ’рѓоса, кислородот останува заробен во кристал. Тогаш, како молекулата на хемоглобинот успева да ги спои и да ги одвои железото и кислородот во водената средина на црвената крвна клетка без притоа да настане ’рѓа?

Поглед одблизу

За да одговориме на ова прашање, да ја разгледаме одблизу молекулата на хемоглобинот. Таа е составена од околу 10.000 атоми на водород, јаглерод, азот, сулфур и кислород кои се прецизно наредени околу само 4 атоми на железо. Зошто на четирите атоми на железо им се потребни толку многу атоми од други елементи?

Како прво, овие четири атоми се наелектризирани и мора внимателно да се контролираат. Наелектризираните атоми, наречени јони, можат многу да ги оштетат клетките ако се ослободат. Од таа причина, секој од четирите атоми на железо е сместен во заштитна цврста плочка.a Второ, четирите плочки се внимателно поставени во молекулата на хемоглобинот на таков начин што молекулите на кислород можат да дојдат до јоните на железо, но молекулите на водата не можат да дојдат до нив. А без вода, не можат да се формираат кристалите на ’рѓата.

Железото во хемоглобинот не може само да го врзе и да го ослободи кислородот. Па сепак, без четирите наелектризирани атоми на железо, другите делови од молекулата на хемоглобинот би биле бескорисни. Овие јони на железо можат да пренесуваат кислород низ крвотокот само ако се совршено вклопени во молекулата на хемоглобинот.

Ослободување на кислородот

Кога црвената крвна клетка ќе ја напушти артеријата и ќе премине во ситните капилари длабоко во ткивата на телото, средината околу неа се менува. Таму е потопло отколку во белите дробови и има помалку кислород, а повеќе киселост поради јаглеродниот диоксид околу црвената крвна клетка. Сето ова служи како сигнал за такси-возилата, односно за молекулите на хемоглобинот во клетката, дека е време да ги остават своите скапоцени патници — молекулите на кислородот.

Кога тие ќе излезат од молекулата на хемоглобинот, тој повторно ја менува формата. Оваа промена е доволна само за „да ги затвори вратите“ и да го ослободи кислородот надвор, онаму каде што е најпотребен. Повторното затворање на вратите спречува хемоглобинот да врати некоја залутана молекула кислород назад во белите дробови. Наместо тоа, на враќање тој веднаш го зема со себе јаглеродниот диоксид.

За кратко време, црвените крвни клетки во кои веќе нема кислород се враќаат во белите дробови, каде што молекулите на хемоглобинот ќе го ослободат јаглеродниот диоксид и ќе земат од животворниот кислород. Овој процес се повторува илјадници пати во текот на животниот век на една црвена крвна клетка, кој обично трае околу 120 денови.

Јасно е дека хемоглобинот во никој случај не е обична молекула. Напротив, како што беше кажано во почетокот на оваа статија, таа е „џиновска и неверојатно сложена молекула“. Несомнено сме исполнети со восхит и благодарност кон нашиот Творец за овој генијален и прецизен микроинженерски потфат без кој животот би бил невозможен.

[Фуснота]

[Рамка/табела на страница 28]

ВОДИ СМЕТКА ЗА СВОЈОТ ХЕМОГЛОБИН

Кога некој има ниски вредности на железо во крвта, нему всушност му недостига хемоглобин. Без четирите неопходни атоми на железо, другите 10.000 атоми во молекулата на хемоглобинот не можат исправно да функционираат. Затоа е важно да внесуваме доволно железо така што ќе се храниме здраво. Во придружната табела се наведени некои прехранбени продукти кои се богат извор на железо.

Освен што ќе внесуваме храна богата со железо, добро е да ги земеме предвид и следниве совети: 1. Вежбај редовно. 2. Немој да пушиш. 3. Избегнувај и да вдишуваш чад од цигари. Зошто цигарите и другите облици на чад од цигари се толку опасни?

Затоа што таквиот чад изобилува со јаглероден моноксид, отров што го има и во издувните гасови од автомобилите. Јаглеродниот моноксид е причинител за несреќни смртни случаи, а некои го користат и за да извршат самоубиство. Тој се врзува со атомите на железото од хемоглобинот 200 пати побрзо од кислородот. Според тоа, чадот од цигарите дејствува брзо врз организмот спречувајќи го да прими доволно кислород.

[Табела]

ХРАНА (100 г) ЖЕЛЕЗО (мг)

Афионово семе 22,0

Пченични никулци 9,4

Какао 7,2

Пилешки џигер 6,5

Леќа 5,0

Спанаќ 4,0

Леблебија 4,0

Мисиркино месо 2,5

Јајце 1,8

Говедско месо 1,6

Брокола 1,0

[Графикон/слика на страница 26]

атом на железо

протеинска структура

кислород

хем

Во белите дробови, во кои влегува огромна количина кислород, молекулите на кислородот се врзуваат со хемоглобинот

Штом ќе се врзе првата молекула на кислород, една мала промена на формата на хемоглобинот овозможува веднаш да се врзат уште три молекули на кислород

Хемоглобинот ги зема молекулите на кислород од белите дробови и ги ослободува онаму каде што му се потребни на телото