A bámulatos hemoglobinmolekula – A tervezés csodája

„Olyan egyszerűnek tűnik a légzés, pedig úgy néz ki, hogy az életnek ez az alapvető megnyilvánulása egy óriási és hihetetlenül bonyolult molekulában számos különféle atom között végbemenő kölcsönhatásnak köszönhető” (Max F. Perutz, aki 1962-ben megosztott Nobel-díjat kapott a hemoglobinmolekula tanulmányozásában elért eredményeiért).

LÉGZÉS – mi sem természetesebb! A legtöbb embernek szinte eszébe sem jut, hogy lélegzik. Ám hiába vennénk levegőt, ha a Teremtőnk nem alkotta volna meg azt a komplex molekuláris remekművet, amit hemoglobinnak nevezünk. A 30 billió vörösvérsejtünkben lévő hemoglobin szállítja el az oxigént a tüdőből a test szöveteibe. Hemoglobinok nélkül szinte azonnal meghalnánk.

 Hogyan tudják a hemoglobinmolekulák pont a megfelelő időben felvenni a parányi oxigénmolekulákat, megakadályozni, hogy leváljanak útközben, és pont a megfelelő időben leadni őket? Bámulatos molekuláris bravúrok egész sora áll a háttérben.

Parányi molekuláris „taxik”

Gondoljunk a sejtben lévő hemoglobinmolekulákra úgy, mint aprócska, négyajtós taxikra, melyekben pontosan négy „utas” számára van férőhely. Ennek a molekuláris taxinak nincs szüksége sofőrre, mivel a vörösvérsejtben utazik. A vörösvérsejt olyan, mint egy „tartály”, amely tele van hemoglobinmolekulával.

A hemoglobinmolekula utazása a tüdő léghólyagocskáiban kezdődik – a „repülőtéren”. Ide futnak be a vörösvérsejtek. Amikor levegőt veszünk, beözönlenek a tüdőnkbe az újonnan érkezett parányi oxigénmolekulák, és mind megpróbál taxit fogni magának. Gyorsan szétszóródnak, és bemennek a vörösvérsejtekbe, a „tartályba”. A sejtekben a hemoglobintaxik ajtajai ekkor még be vannak csukva. De a nagy tömegben egy-egy elszánt oxigénmolekulának mégis sikerül gyorsan befurakodnia egy taxiba.

Ekkor egy nagyon érdekes dolog történik. Amikor az első utas beszáll, a vörösvérsejtben a hemoglobinmolekula alakot változtat, és mind a négy „ajtó” magától kitárul. Ennek köszönhetően a többi utas könnyűszerrel be tud pattanni a maradék ülőhelyekre. Ezt a folyamatot kooperativitásnak nevezzük. A kooperatív viselkedés annyira hatékony, hogy egy levegővételnyi idő alatt a taxikban az „ülőhelyek” 95 százaléka megtelik. Az a több mint negyedmilliárd hemoglobinmolekula, amely egyetlen vörösvérsejtben található, együttesen mintegy egymilliárd oxigénmolekulát tud szállítani. A vörösvérsejt a rengeteg taxival együtt máris útjára indul, hogy elszállítsa az értékes oxigénrakományt a test szöveteihez, oda, ahol szükség van rájuk. De megfordult a fejedben, hogy mi tartja benn az oxigénatomokat a sejtben, hogyhogy nem „szállnak ki” idő előtt?

A hemoglobinmolekulákban az oxigénmolekulák hozzákapcsolódnak az ott várakozó vasatomokhoz. Biztos láttad már, mi történik, amikor az oxigén és a vas víz jelenlétében érintkeznek egymással. A vas általában oxidálódik, és rozsda keletkezik. Rozsdásodáskor az oxigén véglegesen egyesül a vassal, és egy kristályos szerkezet jön létre. Akkor hogyan tudja a hemoglobinmolekula rozsdaképződés nélkül egymáshoz kötni a vasat és az oxigént a vörösvérsejt vizes közegében, majd feloldani ezt a kötést?

A hemoglobin közelebbről

Hogy választ kapjunk erre a kérdésre, nézzük meg közelebbről a hemoglobint. Körülbelül 10 000 atom alkotja: hidrogén-, szén-, nitrogén-, kén- és oxigénatomok. Ezek mindössze 4 vasatom köré csoportosulnak, meghatározott módon. Miért kell, hogy a négy vasatomot ennyi atom vegye körül?

Először is azért, mert a négy vasatom elektromos töltésű, így folyamatos ellenőrzés alatt kell tartani őket. Ha a töltött atomok, az úgynevezett ionok, szabadon vannak, nagy kárt tehetnek a sejtekben. Ezért mind a négy vasiont egy merev, gyűrűs váz veszi körül. * Ez a négy vázszerkezet pedig olyan ügyesen van beillesztve a hemoglobinmolekulába, hogy az oxigénmolekulák hozzáférnek a vasionokhoz, a vízmolekulák azonban nem. Víz nélkül nem képződik rozsda.

A hemoglobin vasatomjai nem képesek önmaguk megkötni az oxigént, sem feloldani a kötést. De ha nem lenne ez a négy töltött vasatom, akkor a hemoglobinmolekula hasznavehetetlen lenne. Csak úgy mehet végbe az erekben az oxigénszállítás, ha a vasionok tökéletesen beleilleszkednek a hemoglobinmolekulába.

 Az oxigén leadása

Amikor a vörösvérsejtek elhagyják az artériákat, és belépnek a szövetekben lévő hajszálerekbe, másfajta környezetbe kerülnek. Itt melegebb van, mint a tüdőben, kevesebb az oxigén, és a szén-dioxid miatt savasabb a közeg. Ezek mind jelzik a hemoglobintaxiknak, hogy itt az idő, hogy kiengedjék értékes utasaikat, az oxigénmolekulákat.

Amikor a hemoglobin leadja az oxigénmolekulákat, ismét változtat az alakján, de csak annyira, hogy az „ajtók” bezáródhassanak, és az oxigén kint maradjon, mert ott van rá szükség. A zárt ajtók azt is biztosítják, hogy a hemoglobin egyetlen kóbor oxigént se szállítson vissza a tüdőbe. A szén-dioxidot viszont könnyedén felveszi a visszaúton.

Az oxigénjüket vesztett vörösvérsejtek hamarosan megint a tüdőben vannak. Ott a hemoglobinmolekulák leadják a szén-dioxidot, és újból megtelnek az életadó oxigénnel. A folyamat több ezerszer ismétlődik meg egy vörösvérsejt élete során, mely körülbelül 120 napig tart.

Világos, hogy a hemoglobin nem egy közönséges molekula, hanem ahogyan a cikk elején láttuk, óriási és hihetetlenül bonyolult. Bámulatba ejt minket ez a briliánsan és rendkívüli aprólékossággal megtervezett molekula, és hálásak vagyunk érte a Teremtőnknek. Ha nem lenne hemoglobin, mi sem lennénk!

[Lábjegyzet]

[Kiemelt rész/​táblázat a 28. oldalon]

FIGYELJ ODA A HEMOGLOBINODRA!

Amikor „vashiányos vérszegénységről” beszélünk, akkor igazából hemoglobinban szegény vérről van szó. A hemoglobinmolekula négy létfontosságú vasatomja nélkül a molekula többi 10 000 atomja is használhatatlan lenne. Ezért fontos, hogy egészséges étrenddel megfelelő mennyiségű vasat juttassunk a szervezetünkbe. A táblázatban találsz néhány vasban gazdag élelmiszert.

A magas vastartalmú élelmiszerek fogyasztása mellett jó, ha a következő tanácsokat is megfogadjuk: 1. ne hanyagoljuk el a rendszeres és megfelelő testmozgást; 2. ne dohányozzunk; 3. kerüljük a passzív dohányzást. Miért olyan veszélyes a cigaretta és az egyéb dohányfélék füstje?

Azért, mert tele van szén-monoxiddal, ugyanazzal a méreggel, amit a gépjárművek kipufogógáza tartalmaz. Többen is meghaltak már szénmonoxid-mérgezésben, sőt néhányan úgy követnek el öngyilkosságot, hogy szén-monoxidot lélegeznek be. A hemoglobin vasatomjai a szén-monoxidot több mint 200-szor könnyebben megkötik, mint az oxigént. Ezért mivel a cigarettafüst csökkenti az oxigénfelvételt, azonnal rossz hatással van az emberre.

[Táblázat]

ÉLELMISZER (100 g) VASTARTALOM (mg)

Mák 22,0

Búzacsíra 9,4

Kakaó 7,2

Bab (száraz) 7,0

Csirkemáj 6,5

Lencse (száraz) 5,0

Spenót 4,0

Pulykahús 2,5

Tojás 1,8

Marhahús 1,6

Brokkoli 1,0

[Ábra/kép a 26. oldalon]

(A teljes beszerkesztett szöveget lásd a kiadványban.)

Fehérje

Oxigén

Vasatom

Hem

Az oxigénben gazdag tüdőben a hemoglobin megköt egy oxigénmolekulát

Amikor a hemoglobin megköti az első oxigénmolekulát, az alakja némileg megváltozik, így három másik oxigénmolekula is gyorsan hozzákapcsolódhat

A hemoglobin elszállítja a tüdőből az oxigénmolekulákat, és leadja őket ott, ahol a testnek szüksége van rájuk