Molekula hemoglobinu — Konstrukční zázrak

„Přestože dýchání vypadá velmi jednoduše, tento základní projev života zjevně vděčí za svou existenci vzájemné souhře mnoha druhů atomů v jedné obří, nesmírně složité molekule.“ Max F. Perutz, který v roce 1962 obdržel Nobelovu cenu za výzkum molekuly hemoglobinu

DÝCHÁNÍ je něco tak přirozeného, že se nad ním většina z nás jen málokdy zamyslí. Avšak samo o sobě by nás neudrželo naživu, kdyby neexistovala molekula hemoglobinu — komplexní, mistrovské dílo zkonstruované naším Stvořitelem. Hemoglobin, který je obsažen v každé z 30 bilionů červených krvinek, dopravuje kyslík z plic do jednotlivých tkání našeho těla. Bez hemoglobinu by tedy náš život nebyl možný.

 Jak to ale molekuly hemoglobinu dokážou, že ve správný okamžik zachytí drobné molekuly kyslíku, po správnou dobu je drží a ve správnou chvíli je zase pustí? Je to díky několika podivuhodným konstrukčním vlastnostem.

Maličké molekulární „taxíky“

Molekulu hemoglobinu byste si mohli představit jako maličký čtyřdveřový taxík, který má místo přesně pro čtyři „pasažéry“. Tento molekulární taxík nepotřebuje řidiče, protože cestuje uvnitř červené krvinky. Ta by se dala přirovnat k přepravnímu kontejneru plnému hemoglobinových molekul.

Hemoglobinový taxík začíná svou cestu ve chvíli, kdy se červené krvinky dostanou „na letiště“ — do plicních sklípků. Když do plic vdechneme vzduch, na letišti se objeví obrovské množství cestujících, molekul kyslíku, a začnou shánět dopravu. Tyto molekuly rychle pronikají do červených krvinek, ale hemoglobinové taxíky, které jsou uvnitř těchto „kontejnerů“, zatím mají zavřené dveře. Netrvá však dlouho a do každého taxíku se z chaotického zástupu protlačí jedna odhodlaná kyslíková molekula a usadí se v něm.

Teď se odehraje něco velmi zajímavého. Jakmile nastoupí první pasažér, molekula hemoglobinu uvnitř červené krvinky začíná měnit svůj tvar. Díky tomu se dveře taxíku automaticky otevírají a ostatní pasažéři mohou naskočit mnohem snáze. Tato spolupráce je tak účinná, že během doby, po kterou trvá jedno nadechnutí, se podaří obsadit 95 procent sedadel všech taxíků, které v červené krvince jsou. V jediné krvince je víc než čtvrt miliardy molekul hemoglobinu, které mohou dohromady přenášet asi miliardu molekul kyslíku. Za chviličku jsou červené krvinky se všemi taxíky na cestě, aby svůj vzácný náklad kyslíku dovezly do tkání. Co však kyslíkové molekuly drží uvnitř buňky, aby nevystoupily předčasně?

Kyslík je uvnitř každé molekuly hemoglobinu navázán na atomy železa. Ale pravděpodobně jste už někdy viděli, jak to dopadne, když se k sobě kyslík a železo dostanou za přítomnosti vody. Železo obvykle zoxiduje a vzniká rez. Když železo zrezne, kyslík je trvale uzavřen v pevném krystalu. Jak to, že je tedy hemoglobinová molekula schopná ve vodním prostředí červené krvinky spojovat a oddělovat železo a kyslík, aniž by vznikala rez?

Hemoglobin zblízka

Abychom tomu porozuměli, podívejme se na molekulu hemoglobinu podrobněji. Je tvořena asi 10 000 atomy vodíku, uhlíku, dusíku, síry a kyslíku, které jsou uspořádány kolem čtyř atomů železa. Proč potřebují pouhé čtyři atomy železa tak velkou podpěrnou konstrukci?

Jedním důvodem je, že mají elektrický náboj, a tak musí být pod kontrolou. Pokud by se totiž nabité atomy, zvané ionty, uvolnily, mohly by uvnitř buňky napáchat spoustu škod. Proto je každý z těchto čtyř iontů železa střežen uprostřed pevné destičky. * Tyto čtyři destičky navíc musí být do molekuly hemoglobinu pečlivě vestavěny takovým způsobem, aby se k iontům železa dostaly molekuly kyslíku, ale nedostaly se k nim molekuly vody. Bez vody krystaly rzi nevzniknou.

Železo samo o sobě by tedy v molekule hemoglobinu nedokázalo kyslík vázat a pak uvolňovat. A bez čtyř nabitých atomů železa by zase byl k ničemu zbytek hemoglobinové molekuly. V krevním řečišti proto může docházet k přepravě kyslíku pouze díky tomu, že jsou ionty železa v molekule hemoglobinu dokonale umístěny.

Uvolňování kyslíku

Když červená krvinka projde tepnami a dostane se do drobných vlásečnic hluboko  ve tkáních, ocitne se v jiném prostředí. To je nyní teplejší než v plicích, obsahuje méně kyslíku a je kyselejší, což je způsobeno větším množstvím oxidu uhličitého. Tyto signály jsou pro hemoglobinové taxíky uvnitř buňky upozorněním, že je čas vzácné pasažéry v podobě kyslíku vysadit.

Jakmile molekuly kyslíku molekulu hemoglobinu opustí, její tvar se opět změní. Tato změna stačí k tomu, aby se dveře taxíku zavřely a kyslík zůstal venku, kde je ho nejvíc potřeba. Zavřené dveře brání i tomu, aby hemoglobin při svém návratu do plic nepřepravoval nějaký zatoulaný kyslík. Namísto toho s sebou při zpáteční cestě ochotně sveze oxid uhličitý.

Červené krvinky se brzy dostávají zpátky do plic, kde hemoglobin uvolní oxid uhličitý a opět naváže životodárný kyslík. Tento proces se po dobu asi 120 dní, po kterou červená krvinka žije, opakuje mnohotisíckrát.

Je vidět, že hemoglobin je neobyčejná molekula. Jak bylo uvedeno na začátku článku, dá se o ní mluvit jako o „obří, nesmírně složité molekule“, bez níž by život nebyl možný. Když o tomto skvělém miniaturním díle našeho Stvořitele přemýšlíme, vzbuzuje v nás úžas a vděčnost.

[Poznámka pod čarou]

[Rámeček a tabulka na straně 28]

PEČUJTE O SVŮJ HEMOGLOBIN

Jestliže má někdo chudokrevnost z nedostatku železa, znamená to, že jeho tělo nemůže vytvářet dostatek hemoglobinu. Pokud by totiž v molekule hemoglobinu čtyři nezbytné atomy železa chyběly, ostatních 10 000 atomů molekuly by nemělo význam. Proto je důležité přijímat dostatek železa prostřednictvím zdravé stravy. Některé potraviny, které jsou dobrým zdrojem železa, uvádíme v tabulce.

Kromě konzumace potravin bohatých na železo je dobré se řídit také následujícími radami: 1. Mějte dostatek vhodného pohybu. 2. Nekuřte. 3. Vyhýbejte se pasivnímu kouření. Proč je kouř z cigaret a z jiných tabákových výrobků tak nebezpečný?

Důvodem je to, že obsahuje velké množství oxidu uhelnatého, stejné jedovaté látky, která je ve výfukových plynech. Oxid uhelnatý je příčinou smrtelných neštěstí a také ho lidé někdy používají ke spáchání sebevraždy. Tento plyn se váže na atomy železa v hemoglobinu 200krát snadněji než kyslík. Cigaretový kouř proto člověka rychle přiotráví tím, že v jeho těle omezí přenos kyslíku.

[Tabulka]

POTRAVINA VELIKOST PORCE ŽELEZO (mg)

Třtinová melasa 1 lžíce 5,0

Přírodní tofu 1/2 hrnku 4,0

Hovězí plec 100 gramů 3,8

Čočka 1/2 hrnku 3,3

Červené fazole 1/2 hrnku 2,6

Pšeničné klíčky 1/4 hrnku 2,6

Cizrna 1/2 hrnku 2,4

Tmavé krůtí maso 100 gramů 2,4

Brokolice 1 středně velká 2,1

Rozinky 1/2 hrnku 1,6

Čerstvý špenát 1 hrnek 0,8

[Nákres a obrázek na straně 26]

(Úplný, upravený text — viz publikaci)

Bílkovina

Kyslík

Atom železa

Hem

V plicích, kde je prostředí bohaté na kyslík, se molekuly kyslíku vážou na hemoglobin

Poté co se naváže první molekula kyslíku, dojde k nepatrné změně tvaru hemoglobinu, což umožní, aby se další tři kyslíkové molekuly navázaly velmi rychle

Hemoglobin přepravuje kyslíkové molekuly z plic do různých částí těla a uvolňuje je tam, kde jsou zapotřebí