Molekula hemoglobínu — obdivuhodný konštrukčný zázrak

„Dýchanie vyzerá jednoducho, no zdá sa, že tento základný prejav života je možný vďaka vzájomnej súhre mnohých druhov atómov v gigantickej, mimoriadne zložitej molekule.“ ​(Max F. Perutz, ktorému bola v roku 1962 spolu s ďalším vedcom udelená Nobelova cena za výskum molekuly hemoglobínu)

DÝCHANIE. Existuje ešte niečo prirodzenejšie? Väčšina z nás sa len zriedka zamýšľa nad týmto procesom. Dýchanie by nás však neudržiavalo pri živote, nebyť molekuly hemoglobínu, zložitého diela, ktoré na molekulárnej úrovni majstrovsky naprojektoval náš Stvoriteľ. Hemoglobín nachádzajúci sa v každej z našich 30 biliárd červených krviniek prenáša kyslík z pľúc do jednotlivých tkanív. Bez neho by sme takmer okamžite zomreli.

 Ako dokážu molekuly hemoglobínu v správnom čase naviazať nepatrné molekuly kyslíka, bezpečne ich skladovať a v správnom čase ich uvoľniť? Je to vďaka niekoľkým úchvatne premysleným procesom prebiehajúcim v jednotlivých molekulách.

Miniatúrne molekulárne „taxíky“

Každú molekulu hemoglobínu v krvinke si môžete predstaviť ako miniatúrny štvordverový taxík, v ktorom je miesto pre štyroch „pasažierov“. Tento taxík nepotrebuje šoféra, pretože sa vezie v červenej krvinke, v akomsi putujúcom kontajneri plnom molekúl hemoglobínu.

Púť molekuly hemoglobínu sa začína v okamihu, keď červené krvinky dorazia na „letisko“, ktorým sú vlastne pľúcne mechúriky (alveoly). Keď sa človek nadýchne a vzduch sa mu dostane do pľúc, obrovské davy mikroskopických, práve docestovaných molekúl kyslíka začínajú hľadať taxík, ktorý by ich odviezol. Rýchlo sa roztratia do červených krviniek — kontajnerov. No v krvinkách sú dvere hemoglobínových taxíkov ešte pozatvárané. Netrvá však dlho a molekula kyslíka z rušného davu sa odhodlane natlačí do hemoglobínového taxíka a usadí sa v ňom.

Teraz sa udeje niečo veľmi zaujímavé. Molekula hemoglobínu v červenej krvinke začne meniť tvar. Ihneď po tom, ako nastúpia prví pasažieri, všetkých štvoro dverí hemoglobínového taxíka sa začne automaticky otvárať, čo umožní ostatným ľahšie nastúpiť. Tento proces nazývaný kooperativita je taký účinný, že za ten čas, čo sa nadýchneme, vo všetkých taxíkoch v červenej krvinke sa obsadí 95 percent miest. Vyše štvrť miliardy molekúl hemoglobínu obsiahnutých v jedinej krvinke dokáže preniesť asi miliardu molekúl kyslíka! Červená krvinka so všetkými taxíkmi je zakrátko na ceste za tkanivami, ktoré potrebujú dodávku vzácneho kyslíka. Ale možno si kladiete otázku: ‚Ako to, že sa atómy kyslíka neuvoľnia z bunky predčasne?‘

Je to preto, že na molekuly kyslíka čakajú v každej molekule hemoglobínu atómy železa a na tie sa potom kyslík naviaže. Pravdepodobne ste videli, čo sa stane, keď sa za prítomnosti vody zlúči kyslík so železom. Zvyčajne vznikne oxid železitý, teda hrdza. Keď železo zhrdzavie, kyslík je trvalo uväznený v kryštáli. Ako je teda možné, že v molekule hemoglobínu sa železo s kyslíkom zlučuje a oddeľuje bez toho, aby vznikla hrdza, hoci hemoglobín je v červenej krvinke obklopený vodou?

Hemoglobín zblízka

Odpoveď na uvedenú otázku získame tak, že sa najprv bližšie pozrieme na molekulu hemoglobínu. Túto molekulu tvorí asi 10 000 atómov vodíka, uhlíka, dusíka, síry a kyslíka, ktoré sú starostlivo usporiadané okolo štyroch atómov železa. Prečo štyri atómy železa potrebujú toľko zabezpečenia?

V prvom rade preto, lebo majú elektrický náboj a musia byť starostlivo držané pod kontrolou. Keby sa elektricky nabité atómy, nazývané tiež ióny, vymkli spod kontroly, mohli by v bunkách narobiť veľa škody. Preto je každý zo štyroch iónov železa umiestnený uprostred ochrannej konštrukcie. * Tieto štyri konštrukcie zapadajú do molekuly hemoglobínu tak presne, že k iónom železa sa môžu dostať molekuly kyslíka, no nie molekuly vody. A bez vody sa hrdza tvoriť nemôže.

Železo v molekule hemoglobínu nedokáže samo viazať a uvoľňovať kyslík. Keby však nebolo štyroch nabitých atómov železa, celá molekula hemoglobínu by bola zbytočná. Iba keď tieto ióny železa dokonale zapadajú do molekuly hemoglobínu, môže v krvnom obehu prebiehať transport kyslíka.

 Ako sa kyslík uvoľňuje

Keď červená krvinka opustí tepny a dostane sa do vlásočníc v tkanivách, ocitne sa aj v odlišnom prostredí. Je tu teplejšie ako v pľúcach, menej kyslíka a nachádza sa tu viac molekúl oxidu uhličitého, takže je toto prostredie kyslejšie. To je pre molekuly hemoglobínu v krvinke jasný pokyn, že je čas vysadiť svoju vzácnu posádku, kyslík.

Keď molekuly kyslíka „vystúpia“, molekula hemoglobínu znovu zmení tvar. Vďaka tomu sa „zavrú dvere“ a kyslík zostane vonku, tam, kde ho treba najviac. Zavreté dvere tiež bránia, aby hemoglobín neodviezol cestou do pľúc aj nejaký zatúlaný kyslík. Na svojej spiatočnej ceste však bez váhania zbiera oxid uhličitý.

Onedlho sú červené krvinky, ktoré odovzdali kyslík, naspäť v pľúcach, kde molekuly hemoglobínu uvoľnia oxid uhličitý a znovu so sebou zoberú životne dôležitý kyslík. Za život červenej krvinky, ktorý trvá približne 120 dní, sa tento proces opakuje tisíce ráz.

Je zjavné, že hemoglobín nie je obyčajná molekula. Ako sa písalo v úvode článku, je to ‚gigantická, mimoriadne zložitá molekula‘. Nepochybne cítime bázeň pred naším Stvoriteľom a sme mu vďační, keď vidíme, ako brilantne a do detailov vytvoril systémy umožňujúce život!

[Poznámka pod čiarou]

[Rámček/tabuľka na strane 28]

DOBRE SA STARAJTE O SVOJ HEMOGLOBÍN!

Keď sa povie, že niekto má „málo železa v krvi“, v podstate to znamená, že má v krvi málo hemoglobínu. Bez štyroch dôležitých atómov železa je ostatných 10 000 atómov v molekule hemoglobínu zbytočných. Preto je dôležité zdravo sa stravovať, aby sme mali dostatočný prísun železa. Niektoré potraviny, ktoré sú naň bohaté, uvádzame v tabuľke.

Okrem jedenia potravín bohatých na železo by sme mali dbať aj na tieto zásady: 1. Pravidelne a primerane cvičiť. 2. Nefajčiť. 3. Vyhnúť sa pasívnemu fajčeniu. Prečo je fajčenie cigariet a iných tabakových výrobkov také nebezpečné?

Preto, lebo tabakový dym je presýtený oxidom uhoľnatým, jedom, ktorý obsahujú výfukové plyny automobilov. Oxid uhoľnatý spôsobuje smrteľné nehody a niektorí ľudia jeho vdychovaním spáchali samovraždu. Na atómy železa v hemoglobíne sa viaže vyše 200 ráz rýchlejšie než kyslík. Teda cigaretový dym človeku rýchlo škodí, lebo telo nedokáže prijímať kyslík.

[Tabuľka]

POTRAVINA (100 g) OBSAH ŽELEZA (mg)

Mak 22,0

Naklíčená pšenica 9,4

Kakao 7,2

Sušené marhule 6,0

Ovsené vločky 4,0

Roštenka 3,8

Šošovica 3,3

Fazuľa 2,9

Čerstvý špenát 2,7

Tmavé morčacie mäso 2,4

Brokolica 1,4

[Nákres/obrázok na strane 26]

(Úplný, upravený text — pozri publikáciu)

bielkovinová štruktúra

kyslík

atóm železa

hém

Molekula kyslíka sa v prostredí pľúc bohatom na kyslík naviaže na hemoglobín

Keď sa naviaže prvá molekula kyslíka, hemoglobín nepatrne zmení tvar, čo umožní, aby sa rýchlo naviazali ďalšie tri molekuly

Hemoglobín odnáša molekuly kyslíka z pľúc a uvoľňuje ich tam, kde sú potrebné