Imetlusväärselt kavandatud hemoglobiinimolekul

„Hingamine paistab olevat nii lihtne, ometi ilmneb, et see elementaarne eluavaldus on olemas tänu ülikeerukas hiigelmolekulis paiknevate väga erinevate aatomite vastastiktoimele.” (Max Ferdinand Perutz, 1962. aasta Nobeli auhinna laureaat hemoglobiinimolekuli uuringute eest)

HINGAMINE – mis võiks olla veel loomulikum? Nii mõtlebki enamik meist sellele üsna harva. Ent vaevalt suudaks hingamine meid elus hoida, kui poleks olemas inimese hemoglobiinimolekuli, Looja kavandatud keerukat molekulaarset meistriteost. Kõigis meie 30 triljonis punalibles sisalduv hemoglobiin transpordib kopsudest kogu keha kudedesse hapnikku. Ilma hemoglobiinita sureksime peaaegu kohe.

 Kuidas oskavad hemoglobiinimolekulid haarata tillukesi hapnikumolekule täpselt õigel ajal ning hoida neid endas turvaliselt, kuni saabub just õige aeg, et need ära anda? Selleks läheb vaja tervet rida hämmastavaid molekulaartehnilisi lahendusi.

Tillukesed molekulaarsed „taksod”

Raku igat hemoglobiinimolekuli võiks kujutada miniatuurse nelja uksega taksona, kuhu mahub täpselt neli „reisijat”. See molekulaartakso ei vaja juhti, sest see sõidab punalible sees, mida võiks iseloomustada kui hemoglobiinimolekule täis kaubakonteinerit.

Hemoglobiinimolekuli reis algab, kui punalibled jõuavad kopsualveoolidesse – „lennujaama”. Kui me õhku kopsudesse tõmbame, hakkab taksos küüti otsima hiigelhulgal tillukesi äsjasaabunud hapnikumolekule. Need molekulid hajuvad kiiresti punalibledesse – „konteineritesse”. Sel momendil on igas rakus hemoglobiinitaksode uksed kinni. Kuid üsna pea topib otsusekindel hapnikumolekul sagiva rahvamassi hulgast end hemoglobiinitaksosse ja võtab istet.

Nüüd leiab aset midagi ülimalt huvitavat: punalibles sisalduva hemoglobiinimolekuli kuju hakkab muutuma. Esimeste reisijate sisse pääsedes hakkavad hemoglobiinitakso kõik neli ust avanema automaatselt, et ülejäänud reisijad saaksid hõlpsamini koha sisse võtta. See kooperatiivsuseks kutsutav protsess on niivõrd tõhus, et vaid ühe hingetõmbe ajal on kõikides punalibles paiknevates taksodes 95 protsenti „istekohti” täis. Üheainsa punalible ühtekokku enam kui veerand miljardit hemoglobiinimolekuli on suutelised vedama umbes miljardit hapnikumolekuli! Peagi on kõiki neid taksosid sisaldav punaliblerakk toimetamas kallihinnalist hapnikuvaru organismi kudedesse, mis seda vajavad. Kuid võib tekkida küsimus, mis takistab hapnikuaatomeid enne õiget aega rakust välja pääsemast?

Vastus kõlab, et igas hemoglobiinimolekulis kinnituvad hapnikumolekulid juba ootevalmis rauamolekulidele. Küllap oleme näinud, mis juhtub, kui hapnik ja raud vee olemasolul kokku puutuvad. Tulemuseks on raudoksiid ehk rooste. Kui raud roostetab, sulgub hapnik püsivalt kristalli. Niisiis, kuidas õnnestub hemoglobiinimolekulil punalible vesises keskkonnas rauda ja hapnikku sidudes ning lahti sidudes roostest hoiduda?

Uurigem lähemalt

Vastuse saamiseks uurigem hemoglobiinimolekuli lähemalt. See koosneb umbes kümnest tuhandest vesiniku-, süsiniku-, lämmastiku-, väävli- ja hapnikuaatomist, mis on hoolikalt koondunud ümber kõigest nelja raua-aatomi. Miks vajavad neli raua-aatomit nii tugevat turvamist?

Esiteks on need neli raua-aatomit elektriliselt laetud ning vajavad hoolikat ohjes hoidmist. Laetud aatomid nimetusega ioonid võivad lahti pääsedes tekitada rakkudes palju kahjustusi. Nii ongi kõik neli rauaiooni ümbritsetud range kaitsekilbiga. * Teiseks on need neli kilpi seatud hemoglobiinimolekuli sellise hoolikusega, et hapnikumolekulid jõuavad rauaioonideni, veemolekulid aga mitte. Vee puudumisel roostekristalle ei moodustu.

Hemoglobiinimolekulis sisalduv raud ise pole suuteline hapnikku siduma ja lahti siduma. Ent ilma nelja elektriliselt laetud raua-aatomita poleks ülejäänud hemoglobiinimolekulist mingit kasu. Hapniku transport vereringes saab toimuda vaid siis, kui need rauaioonid on veatult paigutunud hemoglobiinimolekuli.

Hapniku vabastamine

Kui punalible lahkub arterist ja liigub sügaval organismi kudedes asetsevatesse tillukestesse kapillaaridesse, muutub teda  ümbritsev keskkond. Nüüd on keskkond soojem kui kopsudes ning punaliblet ümbritseb vähem hapnikku ja rohkem süsinikdioksiidist tulenevat happelisust. Need signaalid ütlevad punalibles paiknevatele hemoglobiinimolekulidele ehk taksodele, et aeg on kallihinnalised reisijad ehk hapnik välja lubada.

Kui hapnikumolekulid hemoglobiinimolekulist välja pääsevad, muutub selle kuju taas. Muutusest piisab just selleks, et „uksed sulgeda” ja jätta hapnik väljapoole, sinna, kus seda kõige enam vaja läheb. See, et uksed on sulgunud, takistab hemoglobiini transportimast juhuslikku hapnikku tagasi kopsudesse. Selle asemel võtab ta tagasiteel meeleldi peale süsinikdioksiidi.

Peagi on hapnikust vabanenud punalibled tagasi kopsudes, kus hemoglobiinimolekulid vabastavad süsinikdioksiidi ja saavad uueks koormaks elu ülalhoidva hapniku. See protsess kordub punalible umbes 120-päevase eluea jooksul mitmeid tuhandeid kordi.

Ilmselgelt pole hemoglobiin mingi tavaline molekul. See on „ülikeerukas hiigelmolekul”, nagu artikli algul mainitud. Elutegevust võimaldav geniaalne ja detailselt välja töötatud mikrotehnoloogia, mida on rakendanud Looja, täidab meid kahtlemata aukartuse ja tänulikkusega.

[Allmärkus]

[Kast/teabegraafika lk 28]

HOOLITSE OMA HEMOGLOBIINI EEST!

„Vere rauavaegus”, väljend, mida mõnes paigas tihti kuulda võib, räägib tegelikult hemoglobiini vähesusest veres. Ilma nelja väga olulise raua-aatomita hemoglobiinimolekulis on teised seal paiknevad 10 000 aatomit kasutud. Seega on tähtis tervislikult toitudes piisavalt rauda saada. Paljud sellised toiduained nagu kõrval toodud on head rauaallikad.

Lisaks rauarikaste toiduainete tarbimisele tuleks teha järgmist: 1) olla regulaarselt ja kohasel määral kehaliselt aktiivne, 2) mitte suitsetada, 3) hoiduda passiivsest suitsetamisest. Miks on sigaretid ja muud tubakasuitsu vormid nii ohtlikud?

Sest neis on palju süsinikmonooksiidi, sama mürkainet, mida eraldub autode heitgaasidena. Süsinikmonooksiid on ootamatute surmajuhtude põhjuseks ning samuti sooritab mõni selle abil enesetapu. Süsinikmonooksiid seob hemoglobiini raua-aatomeid hapnikust enam kui 200 korda kärmemini. Niisiis tekitab sigaretisuits inimesele kiiresti kahju, takistades hapniku omastamist.

[Teabegraafika]

100 GRAMMIS TOIDUAINES RAUDA MILLIGRAMMIDES

nisuidud 9,4

kakao 7,2

kuivatatud oad 7,0

kanamaks 6,5

kuivatatud läätsed 5,0

spinat 4,0

kalkuniliha 2,5

muna 1,8

veiseliha 1,6

spargelkapsas 1,0

[Joonis/pilt lk 26]

(Kujundatud teksti vaata trükitud väljaandest.)

Valgustruktuur

Hapnik

Raua-aatom

Heem

Hapnikumolekul seondub kopsude hapnikurikkas keskkonnas hemoglobiiniga

Pärast esimese hapnikumolekuli seondumist võimaldab väike muutus hemoglobiini kujus veel kolmel hapnikumolekulil kiiresti seonduda

Hemoglobiin veab hapnikumolekulid kopsudest minema ja vabastab need seal, kus organism seda vajab