Чудесно устроената молекула на хемоглобина

„Дишането изглежда много просто, но явно тази основна проява на живота дължи съществуването си на взаимодействието на много видове атоми в една огромна и изключително сложна молекула.“ (Макс Перуц, носител на Нобелова награда през 1962 г. във връзка с изследванията му на молекулата на хемоглобина)

ДИШАНЕТО — какво би могло да бъде по–естествено от него? Повечето от нас рядко мислят за това. Но дишането не би могло да ни поддържа живи, ако не беше молекулата на хемоглобина, сложен молекулен шедьовър, направен от нашия Създател. Хемоглобинът, който се намира в нашите 30 билиона червени кръвни клетки, пренася кислорода от белите дробове до тъканите в тялото. Без хемоглобин щяхме да умрем почти веднага.

 Как молекулите на хемоглобина успяват да вземат малките кислородни молекули в подходящия момент, да ги държат на безопасно място до настъпването на подходящия момент и да ги освободят в подходящия момент? Необходими са няколко удивителни постижения на молекулното инженерство.

Миниатюрни молекулни „таксита“

Представи си, че всяка молекула на хемоглобина в клетката е миниатюрно такси с четири врати, в което има място за точно четирима „пътници“. Това молекулно такси не се нуждае от шофьор, понеже пътува в някоя червена кръвна клетка, която може да бъде представена като контейнер, пълен с такива молекули.

Пътуването на хемоглобиновата молекула започва с пристигането на червените кръвни клетки при алвеолите на белите дробове — „летището“. Когато поемаме въздух в белите си дробове, огромно множество миниатюрни пристигнали наскоро кислородни молекули започват да си търсят такси. Тези молекули нахлуват в червените кръвни клетки — „контейнерите“. В този момент вратите на хемоглобиновите таксита във всяка клетка са затворени. Но не след дълго една упорита кислородна молекула от оживеното множество се промъква вътре и се настанява в таксито.

Сега се случва нещо много интересно. Молекулата на хемоглобина в червената кръвна клетка започва да променя формата си. С влизането на първия пътник четирите „врати“ на хемоглобиновото такси започват да се отварят автоматично, което дава възможност на останалите пътници да се качат по–лесно. Този кооперативен процес е толкова ефективен, че за времето на едно–единствено вдишване биват заемани 95 процента от „местата“ в такситата в червената кръвна клетка. Всички повече от 250 милиона хемоглобинови молекули в една червена кръвна клетка могат да пренасят общо около един милиард кислородни молекули! Скоро червената кръвна клетка, съдържаща тези таксита, тръгва на път, за да достави на тъканите в тялото своя ценен запас от кислород, от който се нуждаят. Но може би се чудиш какво задържа кислородните атоми в клетката, така че да не я напуснат преждевременно.

Тайната е в това, че във всяка молекула на хемоглобина кислородните молекули се свързват с очакващи ги атоми желязо. Навярно си виждал какво става, когато кислород се свързва с желязо при наличието на вода. Обикновено се получава железен оксид, познат още като ръжда. Когато желязото ръждясва, кислородът е затворен трайно в кристал. Как тогава молекулата на хемоглобина успява да съединява и да разделя желязото и кислорода във водната среда на червената кръвна клетка, без да се образува ръжда?

Поглед отблизо

За да отговорим на този въпрос, нека погледнем по–отблизо молекулата на хемоглобина. Тя се състои от приблизително 10 000 атома водород, въглерод, азот, сяра и кислород, които са групирани внимателно около 4 атома желязо. Защо четирите атома желязо имат нужда от такава подкрепа?

Първо, тези атоми имат електрически заряд и трябва да бъдат контролирани внимателно. Атомите, които имат заряд, се наричат йони и могат да причинят голяма вреда във вътрешността на клетката, ако се движат свободно. Затова всеки един от четирите железни йона е закрепен здраво в средата на неподвижна предпазна рамка. * След това четирите рамки са внимателно събрани в молекулата на хемоглобина по такъв начин, че кислородните молекули да могат да стигнат до железните йони, а молекулите на водата да не могат. Без вода не е възможно да се образуват кристалите на ръждата.

Само по себе си желязото в молекулата на хемоглобина не може да се свързва с кислорода или да го освобождава. Но без четирите заредени железни атома останалата част от молекулата на хемоглобина би била безполезна. Единствено когато тези железни йони са съвършено събрани в молекулата на хемоглобина, може да се осъществява преносът на кислород чрез кръвообращението.

 Освобождаване на кислорода

Когато червената кръвна клетка напусне артериите и навлезе в тънките капиляри в тъканите на тялото, средата около нея се променя. Там е по–топло, отколкото в белите дробове, има по–малко кислород и поради въглеродния диоксид около клетката киселинността е по–висока. Тези сигнали казват на хемоглобиновите молекули, или такситата, в клетката, че е време да освободят своите ценни пътници, кислородните молекули.

Когато кислородът излезе от молекулата на хемоглобина, тя отново променя формата си. Така „вратите се затварят“ и кислородът остава отвън, където е най–необходим. Това не позволява на хемоглобина да върне обратно към белите дробове заблудили се кислородни молекули. В замяна той с готовност взема за там въглероден диоксид.

Скоро бедните на кислород червени кръвни клетки са отново в белите дробове, където молекулите на хемоглобина ще освободят въглеродния диоксид и ще бъдат презаредени с поддържащия живота кислород — процес, който се повтаря хиляди пъти по време на продължаващото около 120 дни съществуване на червената кръвна клетка.

Ясно е, че молекулата на хемоглобина не е обикновена. Както беше споменато в началото на тази статия, тя е „огромна и изключително сложна“. Несъмнено сме изпълнени със страхопочитание и благодарност към нашия Създател поради великолепното и прецизно микроинженерство, което прави живота възможен!

[Бележка под линия]

[Блок/Таблица на страница 28]

ГРИЖИ СЕ ДОБРЕ ЗА ХЕМОГЛОБИНА СИ!

Изразът „бедна на желязо кръв“, който е често използван на някои места, в действителност означава бедна на хемоглобин кръв. Без четирите изключително важни железни атома в молекулата на хемоглобина останалите 10 000 атома са безполезни. Затова е необходимо да приемаш достатъчно желязо, като ядеш здравословна храна. В приложената таблица са посочени някои ценни източници на желязо.

В добавка на приема на храни, богати на желязо, трябва да прилагаш следните съвети: 1. Редовно прави подходящи упражнения. 2. Не пуши. 3. Избягвай пасивното пушене. Защо пушенето на тютюн под формата на цигари или на нещо друго е толкова опасно?

Това е така, понеже димът от пушенето съдържа въглероден оксид — същата отрова, която бива отделяна от ауспусите на автомобилите. Въглеродният оксид е причина за смърт при нещастни случаи, а някои го използват, за да сложат край на живота си. Въглеродният оксид се свързва с железните атоми в хемоглобина над 200 пъти по–лесно, отколкото кислородът. Така пушенето на цигари бързо се отразява неблагоприятно на пушача, като намалява притока на кислород в тялото му.

[Таблица]

ХРАНА (100 г) ЖЕЛЯЗО (мг)

Маково семе 22

Пшенични кълнове 9,4

Какао 7,2

Боб 7

Пилешки дробчета 6,5

Леща 5

Спанак 4

Пуешко месо 2,5

Яйца 1,8

Говеждо месо 1,6

Броколи 1

[Диаграма/Снимка на страница 26]

(Цялостното оформление на текста виж в печатното издание)

Белтъчна структура

Кислород

Железен атом

Хем

В богатата на кислород среда в белите дробове кислородната молекула се свързва с хемоглобина

След свързването на първата кислородна молекула лека промяна във формата на хемоглобина позволява на още три кислородни молекули да се свържат бързо с него

Хемоглобинът пренася кислородните молекули от белите дробове до местата в тялото, където са необходими