Den imponerande hemoglobinmolekylen – ett underverk i miniatyr

”Att andas verkar så enkelt, men av allt att döma är den här elementära livsyttringen helt beroende av samspelet mellan mängder av olika slags atomer i en gigantisk och oerhört komplicerad molekyl.” – Max F. Perutz, som delade nobelpriset i kemi 1962 för sina studier av hemoglobinmolekylen.

ATT ANDAS – vad skulle kunna vara mer naturligt? Det är en funktion som de flesta av oss nästan aldrig tänker på. Men faktum är att andningen inte skulle fungera om det inte vore för hemoglobinmolekylerna, komplexa små mästerverk utformade av vår Skapare. Hemoglobinet som finns i våra 30 000 miljarder röda blodkroppar transporterar syre från lungorna  till kroppens alla vävnader. Utan hemoglobinet skulle vi dö nästan omedelbart.

Hur kan hemoglobinmolekylerna lyckas fånga upp, hålla kvar och sedan släppa ifrån sig syremolekylerna i precis rätt ögonblick? Flera sinnrika mekanismer på molekylärnivå måste till.

”Taxiverksamhet” i liten skala

Man skulle kunna säga att varje hemoglobinmolekyl i en blodkropp är som en liten fyradörrarstaxi med plats för exakt fyra ”passagerare”. Den här molekylärtaxin behöver ingen chaufför eftersom den färdas inuti en röd blodkropp, som kan beskrivas som en container fullastad med hemoglobinmolekyler.

Hemoglobinmolekylens resa börjar när de röda blodkropparna anländer till alveolerna (små luftblåsor) i lungorna, själva ”flygplatsen”. När vi andas in börjar enorma klungor av nyanlända syremolekyler se sig om efter skjuts vidare in i kroppen. De sprider snabbt ut sig och tar sig in i de röda blodkropparna, ”containrarna”. I det här läget är alla dörrar till ”taxibilarna” stängda. Men en målmedveten syremolekyl i den myllrande skaran lyckas snart klämma in sig och ta plats i en av taxibilarna.

Nu händer något väldigt intressant. Inuti den röda blodkroppen börjar hemoglobinmolekylen ändra form. Taxins fyra ”dörrar” öppnas automatiskt när den första passageraren tränger sig in, och det gör att övriga passagerare lättare kan kliva ombord. Den här processen kallas kooperativitet och är så effektiv att alla taxibilar i en blodkropp fylls till 95 procent på en enda inandning. Det finns över 250 miljoner hemoglobinmolekyler i en röd blodkropp, och tillsammans kan de transportera ungefär en miljard syremolekyler! De röda blodkropparna med alla sina taxibilar ger sig snabbt i väg för att leverera sin värdefulla last till de kroppsvävnader som behöver syre. Men nu uppstår frågan: Vad hindrar syreatomerna från att lämna taxin för tidigt?

Svaret är att syremolekylerna i varje hemoglobinmolekyl fäster sig vid väntande järnatomer. Men har du sett vad som brukar hända när järn reagerar med syre och vatten? Det bildas järnoxid, dvs. rost. När järn rostar låses syret fast i en kristall. Så hur kan hemoglobinmolekylen binda och frigöra syre i den här vattenhaltiga miljön utan att det bildas rost?

En närmare titt

För att svara på den frågan ska vi se närmare på hemoglobinmolekylen. Den består av omkring 10 000 väte-, kol-, kväve-, svavel- och syreatomer som är omsorgsfullt utplacerade runt bara fyra järnatomer. Varför behöver de fyra järnatomerna så mycket uppbackning?

Järnatomerna är elektriskt laddade och måste därför kontrolleras mycket noga. Laddade atomer, joner, kan göra stor skada i blodkropparna om de släpps lösa. Så var och en av de fyra järnjonerna sitter fast i mitten av en skyddande stadig skiva. * Och intressant nog är de fyra skivorna utplacerade på ett sådant sätt att syremolekylerna kan ta sig till järnjonerna, men det kan däremot inte vattenmolekylerna. Och utan vatten kan det inte bildas några rostkristaller.

Järnet i hemoglobinmolekylen kan inte självt binda och frisätta syre. Men utan de fyra laddade järnatomerna skulle resten av hemoglobinmolekylen vara helt oanvändbar. Det är bara när järnjonerna finns på plats och sitter exakt som de ska i hemoglobinmolekylen som syret kan transporteras ut i kroppen.

Dags för avstigning

När en röd blodkropp lämnar artärerna och fortsätter in i de små kapillärerna djupt inne i vävnaderna, förändras miljön runt  blodkroppen. Det är nu varmare än det var i lungorna. Syrenivån är lägre, och surhetsgraden är högre på grund av all koldioxid. De här signalerna gör att hemoglobinmolekylen förstår att det är dags att släppa ifrån sig de värdefulla syremolekylerna.

När hemoglobinet har lämnat av syret ändrar det återigen form. Den här lilla förändringen gör att ”dörrarna stängs” så att syret blir kvar utanför, där det behövs som mest. Detta gör också att inga vilsekomna syreatomer av misstag följer med till lungorna igen. I stället plockar hemoglobinet snabbt upp koldioxid som får följa med på tillbakaresan.

De syretömda röda blodkropparna är snart tillbaka i lungorna, där hemoglobinet lämnar av koldioxid och laddas om med nytt livsuppehållande syre. Den här processen upprepas tusentals gånger under den röda blodkroppens livscykel, som varar i omkring 120 dagar.

Hemoglobinmolekylen är verkligen något utöver det vanliga. Som det sades i inledningen är den ”en gigantisk och oerhört komplicerad molekyl”. Vi känner verkligen förundran och tacksamhet när vi tänker på hur vår Skapare har utformat allt så fantastiskt in i minsta detalj och på så sätt gjort livet möjligt!

[Fotnot]

[Ruta/Tabell på sidan 28]

TA HAND OM DITT HEMOGLOBIN!

Man talar ofta om järnbrist. Det man då egentligen menar är att blodet har ett lågt hemoglobinvärde. Utan de fyra nödvändiga järnatomerna i en hemoglobinmolekyl fungerar inte de övriga 10 000 atomerna i molekylen som de ska. Det är därför viktigt att man får i sig tillräckligt med järn genom att äta hälsosamt. Här bredvid finns några exempel på järnrika livsmedel.

Förutom att äta sådant som innehåller mycket järn bör man följa dessa råd: 1. Motionera regelbundet. 2. Rök inte. 3. Undvik passiv rökning. Varför är tobaksröken så farlig?

Det beror på att den innehåller stora mängder kolmonoxid (koloxid), samma giftiga gas som finns i bilavgaser. Kolmonoxid orsakar många dödsolyckor, och en del har tagit livet av sig genom att andas in den här gasen. Det är mer än 200 gånger lättare för hemoglobinets järnatomer att ta upp kolmonoxid än syre. Att andas in cigarettrök ger snabbt negativa effekter eftersom syret trängs undan av kolmonoxiden.

[Tabell]

LIVSMEDEL (100 g) JÄRN (mg)

Vetegroddar 8,0

Kidneybönor, torkade 7,0

Kikärter, torkade 6,9

Linser, torkade 6,8

Cashewnötter 6,0

Persikor, torkade 4,1

Nötfärs 2,4

Spenat 2,0

Tofu (sojabönsost) 1,9

Kycklinglår 1,0

Broccoli 0,7

[Diagram/Bild på sidan 26]

(För formaterad text, se publikationen)

Proteinstruktur

Syre

Järnatom

Hem

I den syrerika miljön i lungorna binder sig en syremolekyl till hemoglobinet.

När den första syremolekylen binder sig till hemoglobinet förändras det en aning så att tre andra syremolekyler snabbt kan göra detsamma.

Hemoglobinet transporterar syremolekylerna från lungorna och släpper ifrån sig dem där de behövs i kroppen.