Hämmästyttävä hemoglobiini – suunnittelun ihme

”Hengittäminen on peruselintoiminto, mutta niin yksinkertaiselta kuin se vaikuttaakin, se näyttää olevan erittäin monimutkaisessa jättimolekyylissä toimivien monenlaisten atomien vuorovaikutuksen ansiota.” (Max Perutz, joka sai toisena osapuolena Nobelin palkinnon vuonna 1962 hemoglobiinimolekyyliä koskevista tutkimuksistaan)

MIKÄ voisikaan olla luonnollisempaa kuin hengittäminen! Useimmat meistä eivät juuri uhraa sille ajatustakaan. Hengitys ei kuitenkaan pitäisi meitä elossa ilman Luojan suunnittelemaa monimutkaista mestariteosta, hemoglobiinimolekyyliä. Kehomme 30 biljoonaa punasolua sisältävät hemoglobiinia, joka kuljettaa keuhkoista happea kaikkialle kudoksiin, joten ilman hemoglobiinia ihminen kuolisi nopeasti.

 Miten hemoglobiinimolekyylit onnistuvat poimimaan pienet happimolekyylit täsmälleen oikeaan aikaan, kuljettamaan ne turvallisesti määränpäähänsä ja vapauttamaan ne juuri oikealla hetkellä? Tähän liittyy monia hämmästyttäviä molekyylitason mekanismeja.

Pienet ”molekyylitaksit”

Kuvitellaanpa, että jokainen solussa oleva hemoglobiinimolekyyli on kuin pieni, neliovinen taksi, jossa on tilaa tasan neljälle matkustajalle. Se ei tarvitse kuljettajaa, sillä se kulkee elimistössä punasolun sisällä, joka on kuin liikkuva säiliö täynnä näitä hemoglobiinimolekyylejä.

Hemoglobiinimolekyylin matka alkaa, kun punasolut saapuvat ”lentokentälle”, keuhkorakkuloihin. Sisäänhengityksessä suuri määrä vastasaapuneita happimolekyylejä alkaa etsiä itselleen kyytiä, ja ne hajaantuvat nopeasti punasoluihin. Tässä vaiheessa punasolujen sisällä olevien hemoglobiinitaksien ovet ovat kiinni. Mutta ei aikaakaan, kun tulokkaiden vilskeessä jokin määrätietoinen happimolekyyli työntyy taksiin ja istuutuu paikalleen.

Saman tien tapahtuu jotain hyvin kiinnostavaa. Hemoglobiinimolekyyli alkaa muuttaa muotoaan. Ensimmäisen matkustajan tultua sisään taksin kaikki neljä ovea alkavat automaattisesti avautua, jolloin muiden matkustajien on helpompi hypätä kyytiin. Tämä kooperatiivinen eli yhteistoimintaan perustuva tapahtumasarja on niin tehokas, että yhden hengenvedon aikana 95 prosenttia kaikkien punasolun sisällä olevien taksien ”istuimista” täyttyy. Jo pelkästään yhden punasolun runsaat 250 miljoonaa hemoglobiinimolekyyliä voivat kuljettaa noin miljardi happimolekyyliä. Pian punasolu takseineen on matkalla luovuttamaan arvokkaan hapen sitä tarvitseville kudoksille. Mikä estää happiatomeja irtoamasta solusta ennen aikojaan?

Hemoglobiinimolekyylin sisällä happimolekyylit sitoutuvat siellä odottaviin rauta-atomeihin. Kun rauta ja happi joutuvat kosketuksiin toistensa kanssa veden läsnä ollessa, tuloksena on tavallisesti rautaoksidia eli ruostetta, jossa happi on tarttunut rautaan pysyvästi. Miten siis hemoglobiinimolekyyli onnistuu yhdistämään raudan ja hapen ja taas irrottamaan ne toisistaan punasolun kosteassa ympäristössä ilman että syntyy ruostetta?

Lähempi katsaus

Saadaksemme vastauksen on syytä tarkastella hemoglobiinimolekyyliä hieman tarkemmin. Se muodostuu noin 10 000:sta vety-, hiili-, typpi-, rikki- ja happiatomista, jotka ovat huolellisesti järjestäytyneinä vain neljän rauta-atomin ympärille. Miksi nämä neljä rauta-atomia tarvitsevat näin paljon tukea?

Ensinnäkin rauta-atomit ovat sähköisesti varautuneita ja niitä on valvottava tarkasti. Varautuneet atomit, ionit, voisivat irralleen päästyään aiheuttaa solun sisällä suurta vahinkoa. Siksi kutakin rautaionia ympäröi tukeva suojarengas. * Lisäksi nämä neljä rengasta sijaitsevat hemoglobiinimolekyylin sisällä siten, että happimolekyylit pääsevät kosketuksiin rautaionien kanssa mutta vesimolekyylit eivät. Tällä tavoin ilman vettä ei ruostetta pääse syntymään.

Hemoglobiinin sisältämä rauta ei omin neuvoin kykene sitomaan happea eikä irrottamaan sitä itsestään. Toisaalta ilman noita neljää sähköisesti varautunutta rauta-atomia muu osa hemoglobiinimolekyylistä olisi hyödytön. Vasta kun rautaionit ovat tarkoin omilla paikoillaan hemoglobiinimolekyylissä, veri pystyy kuljettamaan happea.

Hapen luovuttaminen

Kun punasolu etenee valtimoa pitkin  hiussuoneen syvälle kudoksiin, sen ympäristö muuttuu. Lämpötila on korkeampi kuin keuhkoissa, happea on vähemmän, ja solua ympäröivän hiilidioksidin vuoksi happamuus on suurempi. Tästä solun sisällä olevat taksit, hemoglobiinimolekyylit, tietävät, että niiden on aika luovuttaa arvokkaat matkustajansa, happimolekyylit.

Tässä vaiheessa hemoglobiinimolekyylien muoto muuttuu jälleen. Muutos saa taksien ovet sulkeutumaan, jolloin happi jää ulkopuolelle, missä sitä eniten tarvitaan, eikä kulkeudu hemoglobiinin mukana takaisin keuhkoihin. Paluumatkalle napataankin nyt mukaan hiilidioksidia.

Punasolut ovat pian taas keuhkoissa, missä hemoglobiini luovuttaa hiilidioksidin ja ottaa jälleen kyytiin elämää ylläpitävää happea. Tämä prosessi toistuu tuhansia kertoja punasolujen elinaikana, joka on noin 120 vuorokautta.

Hemoglobiini ei selvästikään ole mikään tavallinen molekyyli, vaan, kuten kirjoituksen alussa todettiin, ”erittäin monimutkainen jättimolekyyli”. Nämä nerokkaat, mikroskooppisen pienet mekanismit ja rakenteet, jotka tekevät elämän mahdolliseksi, herättävät meissä epäilemättä kiitollisuutta ja kunnioittavaa pelkoa Luojaamme kohtaan.

[Alaviite]

[Tekstiruutu/Taulukko s. 28]

PIDÄ HYVÄÄ HUOLTA HEMOGLOBIINISTASI!

Verenvähyys eli anemia on todellisuudessa hemoglobiinin ja usein myös punasolujen vähyyttä veressä, ja sen syynä voi olla raudanpuute. Ilman hemoglobiinimolekyylin neljää rauta-atomia sen 10 000 muuta atomia olisivat hyödyttömiä. Siksi on tärkeää varmistaa riittävä raudansaanti syömällä terveellisesti. Ohessa on mainittu muutamia hyviä rautalähteitä.

Rautapitoisen ravinnon nauttimisen lisäksi tulisi muistaa seuraavat neuvot: 1. Harrasta säännöllisesti liikuntaa. 2. Älä tupakoi. 3. Vältä passiivista tupakointia. Miksi tupakansavu on niin vaarallista?

Tupakansavu sisältää suuren määrän hiilimonoksidia eli häkää, samaa myrkyllistä kaasua kuin on autojen pakokaasuissa. Häkä aiheuttaa tapaturmaisia kuolemia, ja sen avulla tehdään myös itsemurhia. Häkä sitoutuu hemoglobiinin rauta-atomeihin yli kaksisataa kertaa lujemmin kuin happi, joten tupakansavu vahingoittaa ihmistä nopeasti heikentämällä hänen hapensaantiaan.

[Taulukko]

RUOKA-AINE MÄÄRÄ RAUTAA (mg)

Vehnäleseet 100 g 18,6

Kuivatut linssit 100 g 11,1

Poronpaisti 100 g 9,6

Kuivatut soijapavut 100 g 8,4

Ruisnäkkileipä 100 g 6,1

Kananmuna 100 g 5,5

Tonnikala öljyssä 100 g 4,8

Naudanpaisti 100 g 3,1

Rusinat 100 g 2,4

Tofu 100 g 1,9

Parsakaali 100 g 1,1

[Kaavio/Kuva s. 26]

(Ks. painettu julkaisu)

Proteiini

Happi

Rauta-atomi

Hemi

Happimolekyyli sitoutuu hemoglobiiniin keuhkojen happipitoisessa ympäristössä.

Ensimmäisen happimolekyylin sitouduttua hemoglobiinimolekyyliin tämän muoto muuttuu hieman, jolloin kolme muuta happimolekyyliä voivat sitoutua siihen nopeasti.

Hemoglobiini kuljettaa hapen keuhkoista kudoksiin.