Изванредно осмишљен молекул хемоглобина

„Премда дисање изгледа веома једноставно, могло би се рећи да тај основни показатељ живота не би био могућ без узајамног деловања многобројних атома у једном џиновском, изузетно сложеном молекулу“ (Макс Перуц, један од добитника Нобелове награде 1962, за проучавање структуре молекула хемоглобина)

ДИСАЊЕ је један од природних процеса о коме ретко ко размишља. Међутим, дисање нас не би могло одржавати на животу да нема молекула хемоглобина, сложеног минијатурног ремек-дела нашег Створитеља. Хемоглобин се налази у сваком од наших 30 билиона црвених крвних зрнаца и преноси кисеоник из плућа до ткива у целом телу. Без њега бисмо умрли скоро истог тренутка.

 Како молекули хемоглобина успевају да у право време вежу за себе сићушне молекуле кисеоника, безбедно их задрже до правог тренутка и ослободе их баш кад треба? За то је потребно неколико изузетних подухвата на молекуларном нивоу.

Сићушна молекуларна „такси возила“

Сваки молекул хемоглобина у ћелији могли бисмо упоредити с минијатурним таксијем који има четвора врата и места за тачно четири „путника“. Овом молекуларном таксију није потребан возач, пошто се налази унутар црвеног крвног зрнца, које би се могло описати као теретни контејнер пун молекула хемоглобина.

Молекул хемоглобина креће на пут кад црвена крвна зрнца (еритроцити) стигну у плућне алвеоле — на „аеродром“. Кад удахнемо и плућа нам се испуне ваздухом, мноштво новопридошлих сићушних молекула кисеоника почиње да тражи превоз таксијем. Ови молекули се брзо растрче по црвеним крвним зрнцима, „теретним контејнерима“. У овом тренутку, врата хемоглобинских таксија у свим еритроцитима су затворена. Међутим, убрзо се један сналажљив молекул кисеоника пробија кроз гужву и заузима место у једном таксију.

Затим се дешава нешто врло занимљиво. Унутар црвеног крвног зрнца, молекул хемоглобина почиње да мења облик. Чим први путник уђе у хемоглобински такси, сва четвора врата се аутоматски отварају, што омогућава преосталим путницима да лакше ускоче унутра. Овај процес, звани кооперативност, толико је ефикасан да је током само једног нашег удаха већ заузето 95 посто „седишта“ у свим таксијима унутар црвеног крвног зрнца. У једном црвеном крвном зрнцу се налази више од четврт милијарде молекула хемоглобина који носе укупно око милијарду молекула кисеоника! Црвено крвно зрнце испуњено такси возилима убрзо креће на пут да испоручи драгоцени кисеоник ткивима којима је потребан. Али можда се питате: ’Шта спречава атоме кисеоника унутар еритроцита да изађу пре времена?‘

Разлог је то што се молекули кисеоника везују за атоме гвожђа који се налазе у сваком молекулу хемоглобина. Вероватно сте видели шта се дешава када се кисеоник и гвожђе вежу у присуству воде. Резултат је обично оксид гвожђа, рђа. Када гвожђе зарђа, кисеоник је трајно везан у кристалима рђе. Како онда молекул хемоглобина успева да сједини и раздвоји гвожђе и кисеоник у воденој средини унутар црвеног крвног зрнца, а да се при том не створи рђа?

Поглед изблиза

Да бисмо одговорили на то питање, осмотримо мало боље молекул хемоглобина. Он се састоји од око 10 000 атома водоника, угљеника, азота, сумпора и кисеоника који су прецизно распоређени око само четири атома гвожђа. Због чега је атомима гвожђа потребна толика подршка?

Као прво, та четири атома су наелектрисана и зато морају бити под сталним надзором. Наелектрисани атоми, звани јони, могу направити приличну штету у ћелијама уколико се ослободе. Зато је сваки од четири јона гвожђа смештен усред једне врсте заштитног прстена. * Надаље, та четири заштитна прстена су прецизно постављена у молекул хемоглобина тако да молекули кисеоника могу доћи до јона гвожђа, али молекули воде не могу. А без воде није могуће стварање кристала рђе.

Са̂мо по себи, гвожђе у молекулу хемоглобина не може везати и ослободити кисеоник. С друге стране, без четири наелектрисана атома гвожђа, остатак молекула хемоглобина не би могао да преноси кисеоник. Пренос кисеоника кроз крвоток је могућ само када се та четири атома налазе на правом месту у молекулу хемоглобина.

Ослобађање кисеоника

Кад црвено крвно зрнце изађе из артерија и пређе у сићушне капиларе дубоко у  ткивима, оно долази у другачију средину. Ту је топлије него у плућима, има мање кисеоника и више киселости због угљен-диоксида који окружује ћелије. Ти сигнали показују молекулима хемоглобина, то јест таксијима у црвеном крвном зрнцу, да је време да омогуће излаз својим цењеним путницима, молекулима кисеоника.

Када молекули кисеоника изађу из молекула хемоглобина, он још једном мења свој облик. Та промена је довољна таман да се „затворе врата“ и кисеоник остави напољу, тамо где је најпотребнији. Поред тога, затворена врата спречавају да кисеоник поново уђе у хемоглобин и крене назад до плућа. Уместо тога, на повратно путовање таксијем укрцава се угљен-диоксид.

Црвена крвна зрнца без кисеоника се убрзо враћају у плућа, где ће молекули хемоглобина ослободити угљен-диоксид и поново се напунити животодајним кисеоником. Овај процес се понавља на хиљаде пута током животног века црвеног крвног зрнца који износи око 120 дана.

Очигледно, хемоглобин је по много чему посебан. Као што је речено на почетку овог чланка, то је ’џиновски, изузетно сложен молекул‘. Нема сумње да смо испуњени страхопоштовањем и захвални Створитељу који је предивно и беспрекорно створио микрочестице без којих не би било живота!

[Фуснота]

[Оквир/Табела на 28. страни]

КАКО ПОВЕЋАТИ НИВО ХЕМОГЛОБИНА

Познат израз „недостатак гвожђа у крви“ заправо означава недостатак хемоглобина у крви. Кад у молекулу хемоглобина не би било четири важна атома гвожђа, осталих 10 000 атома не би правилно функционисали. Зато је здрава исхрана неопходна да бисмо у организам унели довољно гвожђа. У пропратној табели су наведене неке намирнице које садрже доста гвожђа.

Осим узимања хране богате гвожђем, треба се придржавати следећих савета: 1. Редовно се бавите одговарајућом физичком активношћу. 2. Немојте пушити. 3. Клоните се дуванског дима. Због чега су цигарете и дувански дим толико опасни?

Дувански дим је пун угљен-моноксида, отровног гаса који испуштају и аутомобили. Угљен-моноксид је узрок смрти у несрећним случајевима и неки људи су га користили да би извршили самоубиство. Он се везује за атоме гвожђа у хемоглобину преко 200 пута брже од кисеоника. Дим цигарете штетно утиче на организам јер моментално смањује унос кисеоника.

[Табела]

НАМИРНИЦА (100g) ГВОЖЂЕ (mg)

Сусам 10,0

Пшеничне клице 9,3

Соја у зрну 8,4

Пасуљ 6,7

Пилећа џигерица 6,5

Индијски орах 6,2

Суве смокве 4,2

Говеђе месо 3,7

Спанаћ 2,7

Тамно ћуреће месо 2,4

Броколи 1,4

[Дијаграм/Слика на 26. страни]

(За комплетан текст, види публикацију)

Протеинска структура

Кисеоник

Атом гвожђа

Хем

У плућима испуњеним кисеоником, молекул кисеоника се везује за хемоглобин

Након што се за хемоглобин веже први молекул кисеоника, он незнатно мења свој облик чиме се омогућава брзо везивање још три молекула кисеоника

Хемоглобин преноси молекуле кисеоника од плућа до ткива којима је потребан