جزيء الهيموغلوبين المذهل اعجوبة في التصميم
جزيء الهيموغلوبين المذهل اعجوبة في التصميم
«تبدو عملية التنفس بسيطة جدا، لكن هذا المؤشر الحيوي الاساسي قائم على تفاعل ذرَّات متنوعة عديدة داخل جزيء عملاق بالغ التعقيد». — ماكس ف. بيرُتْس، الحائز جائزة نوبل مناصفةً عام ١٩٦٢ عن دراساته حول جزيء الهيموغلوبين.
التنفس وظيفة تلقائية نادرا ما يعيرها احدنا اي اهتمام. لكنها تعتمد على الهيموغلوبين كي تبقينا على قيد الحياة. فهذه الرائعة الجزيئية المعقدة التي صممها خالقنا والموجودة داخل كل من كريات الدم الحمراء البالغ عددها ٣٠ تريليونا تنقل الاكسجين من الرئتين الى جميع الانسجة في الجسم. فلولا جزيء الهيموغلوبين، لمتنا في ثوانٍ معدودة.
وكيف تتمكن جزيئات الهيموغلوبين من التقاط جزيئات الاكسجين المتناهية الصغر في الوقت المناسب، والمحافظة عليها ريثما يحين الوقت المناسب لإطلاقها؟ يتطلب الامر عددا من المعجزات الفذة في الهندسة الجزيئية.
«سيارات اجرة» جزيئية متناهية الصغر
يمكننا تشبيه كل جزيء هيموغلوبين في كرية الدم الحمراء بسيارة اجرة بالغة الصغر لها اربعة ابواب وتتسع لأربعة «ركاب» فقط. ولا تحتاج هذه السيارة الجزيئية الى سائق لأنها تركب هي نفسها في الكرية الحمراء التي تشبه مستوعبا يدور في مجرى الدم مليئا بجزيئات الهيموغلوبين.
تبدأ رحلة جزيء الهيموغلوبين حين تصل الكريات الحمراء الى «المطار»، اي الاسناخ (الحويصلات الهوائية) الموجودة في الرئتين. فعند الشهيق، يدخل الهواء الى رئتينا وتبدأ الحشود الغفيرة من جزيئات الاكسجين البالغة الصغر الواصلة حديثا بالبحث عن سيارة تاكسي تقلّها. وسرعان ما تمر هذه الجزيئات عبر جدران الاسناخ الى «المستوعبات»، اي كريات الدم الحمراء. في هذه المرحلة، تكون ابواب تاكسيات الهيموغلوبين موصدة داخل كل كرية. ولكن لا يمضي وقت طويل حتى يندسّ جزيء عنيد من جزيئات الاكسجين المزدحمة ويشغل احد المقاعد.
والآن يحدث امر مثير للعجب في الكرية الحمراء اذ يبدأ جزيء الهيموغلوبين بتغيير شكله. فما ان يدخل اول راكب حتى تنفتح «ابواب» السيارة الاربعة تلقائيا مما يسهّل دخول الركاب الباقين. وهذه العملية، التي تُدعى التعاونية، فعالة جدا لدرجة انه لا يكاد المرء يأخذ نفسا واحدا حتى تمتلئ ٩٥ في المئة من «المقاعد» في جميع سيارات الاجرة داخل الكرية الواحدة. وهكذا، فإن جزيئات الهيموغلوبين التي يفوق عددها ربع بليون في كل كرية حمراء تحمل حوالي بليون جزيء اكسجين! وسرعان ما تنطلق الكرية حاملة كل السيارات كي توصل مخزون الاكسجين الثمين الى انسجة الجسم التي تحتاجه. ولكن قد تتساءل: ‹ماذا يمنع خروج جزيئات الاكسجين من كرية الدم الحمراء قبل الاوان؟›.
يكمن الجواب داخل جزيء الهيموغلوبين حيث يرتبط كل جزيء اكسجين بذرَّة حديد تنتظره. ولكنك تعرف على الارجح ما يحدث حين يتحد الاكسجين والحديد بوجود الماء، فالنتيجة عادة أُكسيد الحديد او الصدأ. وحين يصدأ الحديد، يُحتجَز الاكسجين نهائيا داخل بلورة. فكيف يتمكن جزيء الهيموغلوبين من ربط الحديد والاكسجين وفصلهما في جو الكرية الحمراء الرطب دون انتاج الصدإ؟
نظرة عن كثب
للاجابة عن هذا السؤال، لنلقِ نظرة ادق على جزيء الهيموغلوبين. يتألف هذا الجزيء من حوالي ٠٠٠,١٠ ذرَّة من الهيدروجين، الكربون، النتروجين، الكبريت، والاكسجين، وهي مركبة بدقة حول ٤ ذرَّات حديد فقط. فما الحاجة الى احاطة ذرَّات الحديد بمثل هذا التركيب؟
تحمل ذرَّات الحديد الاربع شحنة كهربائية تجعل من الضروري ضبطها بإحكام. فالذرَّات المشحونة، التي تسمى إيونات، تسبب ضررا بالغا داخل الخلايا اذا ما تُركت طليقة. لذا تُثبَّت كل من ذرَّات الحديد الاربع وسط بنية حلقية مسطّحة متينة. * وهذه البُنى الواقية الاربع مرتَّبة بدورها في جزيء الهيموغلوبين بدقة بحيث تصل جزيئات الاكسجين الى إيونات الحديد على عكس جزيئات الماء. ودون الماء، لا تتكون بلورات الصدإ.
ان الحديد في جزيء الهيموغلوبين لا يمكن ان يتحد بالاكسجين وينفصل عنه بمفرده. وبالمقابل، دون ذرَّات الحديد الاربع المشحونة كهربائيا، يكون باقي جزيء الهيموغلوبين عديم الجدوى. فلا يمكن نقل الاكسجين عبر مجرى الدم الا اذا كانت إيونات الحديد مركبة في مكانها المثالي داخل جزيء الهيموغلوبين.
اطلاق الاكسجين
حين تغادر كرية الدم الحمراء الشرايين وتنتقل الى الاوعية الشعرية المتناهية الصغر المتغلغلة في انسجة
الجسم، يتغير الجو المحيط بها. فيصبح ادفأ من جو الرئتين ويقل الاكسجين كما تزداد الحموضة بفعل ثاني اكسيد الكربون حولها. وكل ذلك يعطي اشارة لجزيئات الهيموغلوبين ان الوقت قد حان لإنزال ركابها: جزيئات الاكسجين الثمينة.عندما تخرج جزيئات الاكسجين من الهيموغلوبين، يغيِّر هذا الاخير شكله مرة اخرى. وهذا التغيير كافٍ «لتنغلق الابواب» كي يبقى الاكسجين خارجا حيث الحاجة اليه ماسّة. كما ان اغلاق الابواب يمنع الهيموغلوبين من اعادة اي اكسجين الى الرئتين، فيأخذ معه ثاني اكسيد الكربون في طريق العودة.
سرعان ما تصل كريات الدم الحمراء التي نُزع منها الاكسجين الى الرئتين حيث تطلق جزيئات الهيموغلوبين ثاني اكسيد الكربون وتتزود بالاكسجين الداعم للحياة. وهذه العملية تتكرر آلاف المرات في مدى حياة الكرية الحمراء الذي يبلغ حوالي ١٢٠ يوما.
من الواضح ان الهيموغلوبين ليس جزيئا عاديا، بل «جزيء عملاق بالغ التعقيد» حسبما ورد في مستهل المقالة. ولا شك ان هذه الهندسة الفذة الفائقة الدقة التي تجعل الحياة ممكنة تبث فينا الرهبة والامتنان لخالقنا العظيم!
[الحاشية]
^ الفقرة 12 هذه البنية الحلقية جزيء مستقل يُدعى اليحمور. واليحمور غير مصنوع من البروتين ولكنه مدمج في تركيب الهيموغلوبين البروتيني.
[الاطار/الجدول في الصفحة ٢٨]
اعتنِ جيدا بالهيموغلوبين في دمك!
تشير عبارة «فقر الدم بعوز الحديد» الى نقص الحديد الضروري لتركيب الهيموغلوبين. فالحديد جزء لا يتجزأ من الهيموغلوبين، ودون ذرَّات الحديد الاربع تكون باقي الذرَّات الـ ٠٠٠,١٠ في جزيء الهيموغلوبين عديمة الجدوى. لذلك من المهم ان نحصل على حاجتنا من الحديد بتناول غذاء صحي. وتُدرج في اللائحة المرافقة بعض اصناف الطعام الغنية به.
اضافة الى تناول الاطعمة الغنية بالحديد، يحسن تطبيق النصائح التالية: ١- مارس التمارين الرياضية الملائمة بانتظام. ٢- لا تدخن. ٣- تجنب التدخين غير المباشر. ولكن لمَ يشكِّل دخان السيجارة وأنواع التبغ الاخرى خطرا على الصحة؟
السبب هو ان هذا الدخان مليء بأول أكسيد الكربون، السم نفسه الذي تطلقه عوادم السيارات. وهو وسيلة يستعملها البعض للانتحار، كما انه يؤدي الى وفيات عَرَضية. فارتباط ذرَّات الحديد بأول أكسيد الكربون اسهل بنحو مئتي مرة منه بالاكسجين. ولهذا السبب يؤذي دخان السيجارة المرء بسرعة اذ يحول دون امتصاص الاكسجين.
[الجدول]
الطعام الكمية الحديد (ملغ)
رقائق النخالة ١٠٠ غرام ٠,٢٠
المحار ١٠٠ غرام ٦,١٣
كبد الدجاج ١٠٠ غرام ٥,٦
لوز كوب واحد ٩,٤
تين مجفف ١٠ حبات ٢,٤
سردين بالزيت ١٠٠ غرام ٠,٣
فاصولياء نصف كوب ٦,٢
حمص نصف كوب ٤,٢
مشمش مجفف ٥ حبات ٧,١
تونة بالزيت ١٠٠ غرام ٦,١
لحم بقر ١٠٠ غرام ٦,١
سبانخ نيئة كوب ٨,٠
[الرسم/الصورة في الصفحة ٢٦]
(اطلب النص في شكله المنسَّق في المطبوعة)
وحدة بروتينية
اكسجين
ذرَّة حديد
يحمور
داخل الرئتين الغنيتين بالاكسجين، يتحد جزيء اكسجين بالهيموغلوبين
بعد اتحاد اول جزيء اكسجين بالهيموغلوبين، يحدث تغيير طفيف في شكل الاخير يسرّع اتحاد ثلاثة جزيئات اخرى
ينقل الهيموغلوبين جزيئات الاكسجين من الرئتين ثم يطلقها حيثما يحتاج اليها الجسم