Det forbløffende hæmoglobinmolekyle — et underfuldt design

„Det at trække vejret virker så simpelt, men alligevel ser det ud til at dette elementære tegn på liv skyldes samspillet mellem mange forskellige atomer i et gigantisk og yderst komplekst molekyle.“ — Max F. Perutz, der modtog en delt nobelpris i 1962 for sin forskning i hæmoglobinmolekylet.

HVAD kunne være mere naturligt for os end at trække vejret? De færreste af os skænker det en tanke. Men åndedrættet kunne ikke holde os i live hvis ikke det var for det menneskelige hæmoglobinmolekyle, et komplekst molekylært mesterværk fra Skaberens hånd. Hæmoglobinet som findes inden i hvert af vores 30 billioner røde blodlegemer, transporterer ilten fra lungerne ud i kroppens forskellige typer væv. Uden hæmoglobin ville vi dø næsten øjeblikkelig.

 Hvordan lykkes det hæmoglobinmolekylerne at opsamle de meget små iltmolekyler på det rigtige tidspunkt, opbevare dem sikkert og så frigive dem på det rigtige tidspunkt? Det forudsætter flere fascinerende molekylære ingeniørbedrifter.

Bittesmå molekylære „taxaer“

Man kan forestille sig at hvert hæmoglobinmolekyle i et blodlegeme er som en lillebitte firedørs taxa med plads til nøjagtig fire „passagerer“. Denne molekylære taxa har ikke brug for en chauffør, da den bliver transporteret inden i et rødt blodlegeme, der kunne beskrives som en transportcontainer fuld af hæmoglobinmolekyler.

Rejsen for et hæmoglobinmolekyle begynder når røde blodlegemer ankommer til lungealveolerne — „lufthavnen“. Når vi trækker luft ned i lungerne, vil de store skarer af bittesmå, nyligt ankomne iltmolekyler begynde at se sig om efter en taxa. Disse molekyler strømmer hurtigt ind i de røde blodlegemer, „containerne“. På dette tidspunkt er hæmoglobintaxaernes døre inden i de enkelte blodlegemer lukkede. Det tager dog ikke lang tid før et målbevidst iltmolekyle i den travle vrimmel kæmper sig ind og tager plads i en hæmoglobintaxa.

Nu sker der noget meget interessant. Inden i det røde blodlegeme begynder hæmoglobinmolekylet at ændre facon. Alle fire „døre“ i hæmoglobintaxaen begynder at åbne automatisk når den første passager er kommet ind, og det gør det lettere for de resterende passagerer at springe på. Denne proces, der kaldes kooperativitet, er så effektiv at 95 procent af „sæderne“ i alle taxaerne i et rødt blodlegeme bliver optaget på den tid det tager at trække vejret en enkelt gang. I alt kan de mere end 250 millioner hæmoglobinmolekyler i et enkelt rødt blodlegeme transportere omkring en milliard iltmolekyler! Snart er de røde blodlegemer der indeholder alle disse taxaer, på vej ud for at aflevere deres værdifulde last af ilt til kroppens væv. Men måske tænker du: ’Hvad holder på iltatomerne inden i blodlegemet så de ikke slipper ud for tidligt?’

Svaret er at iltmolekylerne inden i hvert af hæmoglobinmolekylerne binder sig til ventende jernatomer. Du har sikkert set hvad der sker når ilt og jern går i forbindelse med hinanden i fugtige omgivelser. Så opstår der som regel jernoxid, eller rust. Når jern ruster, bliver ilten permanent bundet i et krystal. Hvordan lykkes det da hæmoglobinmolekylet at få jern og ilt til skiftevis at binde sig til hinanden og slippe hinanden i det røde blodlegemes vandige miljø uden at der dannes rust?

Vi går tættere på

For at besvare det spørgsmål vil vi se hæmoglobinmolekylet på lidt nærmere hold. Det består af cirka 10.000 brint-, kulstof-, kvælstof-, svovl- og iltatomer som er omhyggeligt samlet omkring blot fire jernatomer. Hvorfor har fire jernatomer brug for så mange andre atomer?

For det første er de fire jernatomer elektrisk ladede og må holdes under nøje kontrol. Ladede atomer, der kaldes ioner, kan forårsage stor skade inden i blodlegemerne hvis de rives løs. Hver af de fire jernioner fastholdes derfor midt i en beskyttende hård plade. * For det andet er de fire plader omhyggeligt anbragt på en sådan måde i hæmoglobinmolekylet at iltmolekylerne kan komme i forbindelse med jernionerne, men samtidig sådan at vandmolekylerne ikke kan nå dem. Uden vand kan der ikke dannes rustkrystaller.

Jernet i hæmoglobinmolekylet kan ikke af sig selv binde og frigive ilt. Ikke desto mindre ville resten af hæmoglobinmolekylet være ubrugeligt hvis det ikke var for de fire ladede jernatomer. Det er kun når disse jernioner er kommet helt rigtigt på plads i hæmoglobinmolekylet, at ilttransporten gennem blodbanen kan finde sted.

Ilten frigives

Når et rødt blodlegeme forlader arterierne og bevæger sig ind i de bittesmå kapillærer dybt  inde i kropsvævet, ændrer omgivelserne sig for det røde blodlegeme. Her er der varmere end i lungerne, og der er et mindre iltindhold og en større surhedsgrad på grund af den kuldioxid der omgiver blodlegemet. Det er et signal til hæmoglobinmolekylerne, eller taxaerne, inden i blodlegemet om at tiden er inde til at deres dyrebare passagerer, ilten, skal sættes af.

Når iltmolekylerne kommer ud af hæmoglobinmolekylet, ændrer det endnu en gang facon. Ændringen er lige præcis stor nok til at „dørene lukkes“ og ilten bliver efterladt udenfor, hvor der er mest behov for den. Når dørene er blevet lukket, hindrer det også hæmoglobinet i at transportere vildfarne iltmolekyler tilbage til lungerne. I stedet tages kuldioxid med retur.

Snart er de afiltede røde blodlegemer tilbage i lungerne, hvor hæmoglobinmolekylerne frigiver kuldioxiden og igen bliver fyldt med livsopretholdende ilt — en proces der bliver gentaget tusindvis af gange i løbet af et rødt blodlegemes levetid på omkring 120 dage.

Det er tydeligt at hæmoglobin ikke er noget helt almindeligt molekyle. Som nævnt i begyndelsen af denne artikel er det „et gigantisk og yderst komplekst molekyle“. Vi er fulde af forundring og taknemmelighed mod Skaberen over det fint afstemte mikroingeniørarbejde der har gjort livet muligt!

[Fodnote]

[Illustration på side 28]

PAS GODT PÅ DIT HÆMOGLOBIN!

Hvis man taler om at en person lider af blodmangel, er der ofte tale om jernmangel eller at personen i virkeligheden har blod med et lavt hæmoglobinindhold. Uden de fire uundværlige jernatomer i et hæmoglobinmolekyle ville de øvrige 10.000 atomer i molekylet være ubrugelige. Det er derfor vigtigt at få nok jern gennem en sund kost. Til højre ses en liste over nogle fødevarer der indeholder en hel del jern.

Ud over at spise en jernholdig kost bør man følge disse råd: 1. Få regelmæssig og passende motion. 2. Lad være med at ryge. 3. Undgå passiv rygning. Hvorfor er cigaretrøg og anden tobaksrøg så farlig?

Det er fordi tobaksrøg indeholder meget kulilte, hvilket er den samme gift som findes i bilers udstødning. Kulilte er årsag til dødsulykker og bruges også i forbindelse med selvmord. Kulilte har over 200 gange lettere ved at binde sig til jernatomerne i hæmoglobinet end ilt har. Cigaretrøg har derfor en meget hurtig skadevirkning på et menneske, da den hæmmer optagelsen af ilt.

[Oversigt]

FØDEVARE INDHOLD AF JERN (mg pr. 100 g)

Hvedeklid 19,0

Linser 6,5

Kikærter 6,4

Tørrede abrikoser 6,0

Leverpostej 5,6

Hvide bønner 5,5

Rå spinat 4,5

Oksekød 2,2

Rugbrød (mørkt) 1,7

Tun i olie 1,4

Broccoli 0,7

© Fødevaredatabanken, version 7, 2008

[Diagram/​illustration på side 26]

(Tekstens opstilling ses i den trykte publikation)

Proteinstruktur

Ilt

Jernatom

Hæm

I de iltrige omgivelser i lungerne vil et iltmolekyle binde sig til hæmoglobinet

Efter at det første iltmolekyle har bundet sig til et jernatom, sker der en lille ændring af hæmoglobinets facon der bevirker at yderligere tre iltmolekyler hurtigt gør det samme

Hæmoglobin transporterer iltmolekylerne væk fra lungerne og frigiver dem derefter hvor der er behov for dem i kroppen