Izvanredno osmišljen molekul hemoglobina

„Premda disanje izgleda veoma jednostavno, moglo bi se reći da taj osnovni pokazatelj života ne bi bio moguć bez uzajamnog delovanja mnogobrojnih atoma u jednom džinovskom, izuzetno složenom molekulu“ (Maks Peruc, jedan od dobitnika Nobelove nagrade 1962, za proučavanje strukture molekula hemoglobina)

DISANJE je jedan od prirodnih procesa o kome retko ko razmišlja. Međutim, disanje nas ne bi moglo održavati na životu da nema molekula hemoglobina, složenog minijaturnog remek-dela našeg Stvoritelja. Hemoglobin se nalazi u svakom od naših 30 biliona crvenih krvnih zrnaca i prenosi kiseonik iz pluća do tkiva u celom telu. Bez njega bismo umrli skoro istog trenutka.

 Kako molekuli hemoglobina uspevaju da u pravo vreme vežu za sebe sićušne molekule kiseonika, bezbedno ih zadrže do pravog trenutka i oslobode ih baš kad treba? Za to je potrebno nekoliko izuzetnih poduhvata na molekularnom nivou.

Sićušna molekularna „taksi vozila“

Svaki molekul hemoglobina u ćeliji mogli bismo uporediti s minijaturnim taksijem koji ima četvora vrata i mesta za tačno četiri „putnika“. Ovom molekularnom taksiju nije potreban vozač, pošto se nalazi unutar crvenog krvnog zrnca, koje bi se moglo opisati kao teretni kontejner pun molekula hemoglobina.

Molekul hemoglobina kreće na put kad crvena krvna zrnca (eritrociti) stignu u plućne alveole — na „aerodrom“. Kad udahnemo i pluća nam se ispune vazduhom, mnoštvo novopridošlih sićušnih molekula kiseonika počinje da traži prevoz taksijem. Ovi molekuli se brzo rastrče po crvenim krvnim zrncima, „teretnim kontejnerima“. U ovom trenutku, vrata hemoglobinskih taksija u svim eritrocitima su zatvorena. Međutim, ubrzo se jedan snalažljiv molekul kiseonika probija kroz gužvu i zauzima mesto u jednom taksiju.

Zatim se dešava nešto vrlo zanimljivo. Unutar crvenog krvnog zrnca, molekul hemoglobina počinje da menja oblik. Čim prvi putnik uđe u hemoglobinski taksi, sva četvora vrata se automatski otvaraju, što omogućava preostalim putnicima da lakše uskoče unutra. Ovaj proces, zvani kooperativnost, toliko je efikasan da je tokom samo jednog našeg udaha već zauzeto 95 posto „sedišta“ u svim taksijima unutar crvenog krvnog zrnca. U jednom crvenom krvnom zrncu se nalazi više od četvrt milijarde molekula hemoglobina koji nose ukupno oko milijardu molekula kiseonika! Crveno krvno zrnce ispunjeno taksi vozilima ubrzo kreće na put da isporuči dragoceni kiseonik tkivima kojima je potreban. Ali možda se pitate: ’Šta sprečava atome kiseonika unutar eritrocita da izađu pre vremena?‘

Razlog je to što se molekuli kiseonika vezuju za atome gvožđa koji se nalaze u svakom molekulu hemoglobina. Verovatno ste videli šta se dešava kada se kiseonik i gvožđe vežu u prisustvu vode. Rezultat je obično oksid gvožđa, rđa. Kada gvožđe zarđa, kiseonik je trajno vezan u kristalima rđe. Kako onda molekul hemoglobina uspeva da sjedini i razdvoji gvožđe i kiseonik u vodenoj sredini unutar crvenog krvnog zrnca, a da se pri tom ne stvori rđa?

Pogled izbliza

Da bismo odgovorili na to pitanje, osmotrimo malo bolje molekul hemoglobina. On se sastoji od oko 10 000 atoma vodonika, ugljenika, azota, sumpora i kiseonika koji su precizno raspoređeni oko samo četiri atoma gvožđa. Zbog čega je atomima gvožđa potrebna tolika podrška?

Kao prvo, ta četiri atoma su naelektrisana i zato moraju biti pod stalnim nadzorom. Naelektrisani atomi, zvani joni, mogu napraviti priličnu štetu u ćelijama ukoliko se oslobode. Zato je svaki od četiri jona gvožđa smešten usred jedne vrste zaštitnog prstena. * Nadalje, ta četiri zaštitna prstena su precizno postavljena u molekul hemoglobina tako da molekuli kiseonika mogu doći do jona gvožđa, ali molekuli vode ne mogu. A bez vode nije moguće stvaranje kristala rđe.

Sâmo po sebi, gvožđe u molekulu hemoglobina ne može vezati i osloboditi kiseonik. S druge strane, bez četiri naelektrisana atoma gvožđa, ostatak molekula hemoglobina ne bi mogao da prenosi kiseonik. Prenos kiseonika kroz krvotok je moguć samo kada se ta četiri atoma nalaze na pravom mestu u molekulu hemoglobina.

Oslobađanje kiseonika

Kad crveno krvno zrnce izađe iz arterija i pređe u sićušne kapilare duboko u  tkivima, ono dolazi u drugačiju sredinu. Tu je toplije nego u plućima, ima manje kiseonika i više kiselosti zbog ugljen-dioksida koji okružuje ćelije. Ti signali pokazuju molekulima hemoglobina, to jest taksijima u crvenom krvnom zrncu, da je vreme da omoguće izlaz svojim cenjenim putnicima, molekulima kiseonika.

Kada molekuli kiseonika izađu iz molekula hemoglobina, on još jednom menja svoj oblik. Ta promena je dovoljna taman da se „zatvore vrata“ i kiseonik ostavi napolju, tamo gde je najpotrebniji. Pored toga, zatvorena vrata sprečavaju da kiseonik ponovo uđe u hemoglobin i krene nazad do pluća. Umesto toga, na povratno putovanje taksijem ukrcava se ugljen-dioksid.

Crvena krvna zrnca bez kiseonika se ubrzo vraćaju u pluća, gde će molekuli hemoglobina osloboditi ugljen-dioksid i ponovo se napuniti životodajnim kiseonikom. Ovaj proces se ponavlja na hiljade puta tokom životnog veka crvenog krvnog zrnca koji iznosi oko 120 dana.

Očigledno, hemoglobin je po mnogo čemu poseban. Kao što je rečeno na početku ovog članka, to je ’džinovski, izuzetno složen molekul‘. Nema sumnje da smo ispunjeni strahopoštovanjem i zahvalni Stvoritelju koji je predivno i besprekorno stvorio mikročestice bez kojih ne bi bilo života!

[Fusnota]

[Okvir/Tabela na 28. strani]

KAKO POVEĆATI NIVO HEMOGLOBINA

Poznat izraz „nedostatak gvožđa u krvi“ zapravo označava nedostatak hemoglobina u krvi. Kad u molekulu hemoglobina ne bi bilo četiri važna atoma gvožđa, ostalih 10 000 atoma ne bi pravilno funkcionisali. Zato je zdrava ishrana neophodna da bismo u organizam uneli dovoljno gvožđa. U propratnoj tabeli su navedene neke namirnice koje sadrže dosta gvožđa.

Osim uzimanja hrane bogate gvožđem, treba se pridržavati sledećih saveta: 1. Redovno se bavite odgovarajućom fizičkom aktivnošću. 2. Nemojte pušiti. 3. Klonite se duvanskog dima. Zbog čega su cigarete i duvanski dim toliko opasni?

Duvanski dim je pun ugljen-monoksida, otrovnog gasa koji ispuštaju i automobili. Ugljen-monoksid je uzrok smrti u nesrećnim slučajevima i neki ljudi su ga koristili da bi izvršili samoubistvo. On se vezuje za atome gvožđa u hemoglobinu preko 200 puta brže od kiseonika. Dim cigarete štetno utiče na organizam jer momentalno smanjuje unos kiseonika.

[Tabela]

NAMIRNICA (100g) GVOŽĐE (mg)

Susam 10,0

Pšenične klice 9,3

Soja u zrnu 8,4

Pasulj 6,7

Pileća džigerica 6,5

Indijski orah 6,2

Suve smokve 4,2

Goveđe meso 3,7

Spanać 2,7

Tamno ćureće meso 2,4

Brokoli 1,4

[Dijagram/Slika na 26. strani]

(Za kompletan tekst, vidi publikaciju)

Proteinska struktura

Kiseonik

Atom gvožđa

Hem

U plućima ispunjenim kiseonikom, molekul kiseonika se vezuje za hemoglobin

Nakon što se za hemoglobin veže prvi molekul kiseonika, on neznatno menja svoj oblik čime se omogućava brzo vezivanje još tri molekula kiseonika

Hemoglobin prenosi molekule kiseonika od pluća do tkiva kojima je potreban