Ubuni Wenye Kustaajabisha wa Molekuli ya Hemoglobini

“Huenda kupumua kukaonwa kuwa ni kazi rahisi, lakini tendo hilo linaloonyesha kwamba mtu yuko hai linawezekana tu kwa sababu ya utendaji wa atomu za aina nyingi zilizo ndani ya molekuli kubwa sana yenye kutatanisha.” —Max F. Perutz, alishinda Tuzo ya Nobeli katika mwaka wa 1962 kwa sababu ya uchunguzi wake kuhusu molekuli ya hemoglobini.

JE, KUNA kitu kingine rahisi kuliko kupumua? Wengi wetu hatufikiri kuhusu jambo hilo. Lakini, kupumua tu hakungetufanya tuendelee kuwa hai ikiwa hatungekuwa na molekuli inayoitwa hemoglobini, molekuli tata iliyobuniwa kwa ustadi na Muumba wetu. Hemoglobini inayopatikana ndani ya kila moja ya chembe nyekundu za damu trilioni 30 zilizo katika mwili wetu husafirisha oksijeni kutoka kwenye mapafu hadi kwenye tishu zetu zote. Bila hemoglobini, tungekufa mara moja.

 Molekuli za hemoglobini zinafaulu jinsi gani kuchukua molekuli ndogo za oksijeni kwa wakati unaofaa, kuzibeba vizuri hadi wakati unaofaa, na kuziachilia kwa wakati unaofaa? Kuna mambo kadhaa yenye kustaajabisha yanayofanya hilo liwezekane.

“Teksi” Ndogo za Molekuli

Wazia kila molekuli ya hemoglobini katika chembe kuwa kama teksi ndogo yenye milango minne ambayo inaweza kutoshea “abiria” wanne tu. Teksi hiyo ya molekuli haihitaji kuwa na dereva kwa kuwa inasafiri ndani ya chembe nyekundu ya damu, ambayo inaweza kufafanuliwa kuwa kontena iliyojaa molekuli hizo za hemoglobini.

Safari ya molekuli za hemoglobini huanza chembe nyekundu za damu zinapofika kwenye vilengelenge (alveoli) vya mapafu—“uwanja wa ndege.” Tunapovuta hewa ndani ya mapafu, molekuli nyingi ndogo za oksijeni zilizofika kwenye “uwanja wa ndege” huanza kutafuta teksi. Molekuli hizo hupenya upesi ndani ya chembe nyekundu za damu, yaani, “kontena.” Wakati huo, milango ya teksi za hemoglobini ndani ya kila chembe hufungwa. Hata hivyo, haichukui muda mrefu kabla ya molekuli ya oksijeni kujipenyeza ndani na kuketi ndani ya teksi, yaani, hemoglobini.

Sasa jambo fulani lenye kupendeza hutukia. Ndani ya chembe nyekundu, molekuli ya hemoglobini huanza kubadili umbo lake. “Milango” yote minne ya teksi ya hemoglobini huanza kufunguka na abiria wa kwanza huingia wakifuatiwa na wale wengine. Hatua hizo hutukia kwa njia yenye kustaajabisha sana hivi kwamba unapovuta hewa mara moja tu, asilimia 95 ya “viti” katika teksi zote ndani ya chembe nyekundu ya damu huwa vimekaliwa. Molekuli zaidi ya 250,000,000 zilizo ndani ya chembe moja nyekundu ya damu zinaweza kubeba molekuli bilioni moja hivi za oksijeni! Punde si punde, chembe hiyo nyekundu ya damu iliyo na teksi hizo zote huondoka ili kufikisha oksijeni ambayo ni muhimu sana kwenye tishu za mwili. Lakini huenda ukajiuliza, ‘Ni nini huzuia atomu za oksijeni zisitoke ndani ya chembe kabla ya wakati?’

Jibu ni kwamba ndani ya kila molekuli ya hemoglobini, molekuli za oksijeni hujiunganisha na atomu za chuma zinazosubiri. Huenda tayari umeona kile kinachotukia oksijeni na chuma zinapoungana kunapokuwa na maji. Matokeo ni kwamba oksidi ya chuma hufanyizwa, yaani, kutu. Chuma kinapoliwa na kutu oksijeni hufungiwa kabisa ndani ya fuwele. Kwa hiyo, molekuli ya hemoglobini inafaulu jinsi gani kuungana na kutengana na chuma na oksijeni katika mazingira yenye maji ya chembe nyekundu ya damu bila kuwa na kutu?

Kuchunguza kwa Ukaribu

Ili kujibu swali hilo, acheni tuchunguze molekuli ya hemoglobini kwa ukaribu zaidi. Imefanyizwa kwa atomu 10,000 hivi za hidrojeni, kaboni, nitrojeni, salfa, na oksijeni ambazo zimeunganishwa kwa atomu 4 tu za chuma. Kwa nini atomu nne tu za chuma zinahitaji utegemezo mwingi kadiri hiyo?

Kwanza, atomu hizo nne za chuma zinatendeshwa kwa umeme na lazima zidhibitiwe kwa uangalifu. Atomu zilizotendeshwa, zinazoitwa ion zinaweza kuharibu chembe sana iwapo zitaachiliwa. Kwa hiyo, kila moja ya atomu hizo nne imeshikiliwa katikati ya visahani vigumu vya kuzilinda. * Kisha, visahani hivyo vinne hutiwa ndani ya molekuli ya hemoglobini kwa njia ya kwamba molekuli za oksijeni zinaweza kufikia ion za chuma, lakini molekuli za maji haziwezi kuzifikia. Bila maji, kutu haiwezi kutokea.

Chuma kilicho ndani ya molekuli ya hemoglobini hakiwezi kuunganisha na kutenganisha oksijeni bila msaada. Hata hivyo, bila atomu nne za chuma zilizotendeshwa, sehemu inayosalia ya molekuli ya hemoglobini haina faida. Ni wakati tu chuma hicho kinapotiwa kwa usahihi kabisa ndani ya molekuli ya hemoglobini ndipo oksijeni inaweza kusafirishwa katika damu.

 Kuachilia Oksijeni

Chembe nyekundu ya damu inapotoka katika ateri na kuingia katika mishipa midogo iliyo ndani ya tishu, eneo linalozunguka chembe nyekundu ya damu hubadilika. Eneo hilo huwa na joto zaidi ya mapafu, na kuna oksijeni chache na asidi nyingi zaidi kutokana na kaboni dioksidi inayozunguka chembe. Ishara hizo huonyesha molekuli za hemoglobini, au teksi, zilizo ndani ya chembe hiyo kwamba ni wakati wa kushusha abiria wao, yaani, oksijeni.

Molekuli za oksijeni zinapotoka katika molekuli ya hemoglobini, inabadili umbo tena. Badiliko hilo linatosha “kufunga milango” na kuacha oksijeni nje, ambako inahitajika sana. Kufungwa kwa milango huzuia hemoglobini isirudi na oksijeni yoyote kwenye mapafu. Badala yake, inabeba kaboni dioksidi inaporudi.

Chembe hizo nyekundu za damu zisizo na oksijeni zinarudi kwenye mapafu ambako molekuli za hemoglobini hushusha kaboni dioksidi na kubeba oksijeni inayoendeleza uhai—na mzunguko huo unarudiwa mara nyingi sana katika maisha yenye urefu wa siku 120 hivi ya chembe nyekundu za damu.

Kwa kweli, hemoglobini ni molekuli ya pekee sana. Kama ilivyoelezwa mwanzoni mwa habari hii, hiyo ni “molekuli kubwa sana yenye kutatanisha.” Bila shaka, tunastaajabishwa na kumshukuru sana Muumba wetu kwa ubuni huo wenye ustadi na wa hali ya juu unaoendeleza uhai!

[Maelezo ya Chini]

[Sanduku/Picha katika ukurasa wa 28]

TUNZA HEMOGLOBINI YAKO!

“Damu haina madini ya chuma,” ni maneno ambayo husemwa katika maeneo fulani ingawa kwa kweli ni damu ambayo imekosa hemoglobini. Bila atomu nne muhimu za chuma katika molekuli ya hemoglobini, atomu zile nyingine 10,000 katika molekuli hiyo hazina faida. Kwa hiyo, ni muhimu sana kupata madini ya chuma cha kutosha kwa kula mlo wenye lishe. Baadhi ya vyakula vyenye madini ya chuma vimeonyeshwa katika chati iliyoonyeshwa.

Mbali na kula vyakula vyenye madini mengi ya chuma, tunapaswa kufuata ushauri huu: 1. Fanya mazoezi ya kutosha na kwa ukawaida. 2. Usivute sigara. 3. Epuka moshi wa sigara kutoka kwa mtu mwingine. Kwa nini sigara na aina nyingine ya moshi wa tumbaku ni hatari sana?

Kwa sababu moshi kama huo umejaa kaboni monoksidi, sumu ileile iliyo kwenye moshi wa magari. Kaboni monoksidi husababisha vifo visivyokusudiwa na pia ni njia ambayo watu fulani hutumia kujiua. Kaboni monoksidi ina uwezo unaozidi ule wa oksijeni kwa mara 200 wa kujiunganisha kwenye atomu za chuma ndani ya hemoglobini. Kwa hiyo, moshi wa sigara humwathiri mtu vibaya kwa kuzuia kiasi cha oksijeni anachopata.

[Chati]

CHAKULA KIASI CHUMA(mg)

Molasi Kijiko 1 kikubwa 5.0

Kiazi Kimoja kikubwa 3.2

Dengu 1/2 kikombe 3.3

Nyama ya ng’ombe Gramu 90 3.2

Mbegu za ufuta (simsim) Vijiko 2 vikubwa 1.0

Maharagwe mekundu 1/2 kikombe 2.6

Mtama Kikombe 1 1.1

Njegere 1 kikombe 2.5

Sukuma wiki 1 kikombe 2.1

Batamzinga Gramu 90 2.0

Spinachi Kikombe 1 zikiwa mbichi 0.8

[Mchoro/Picha katika ukurasa wa 26]

(Ona mpangilio kamili katika nakala iliyochapishwa)

Muundo wa protini

Oksijeni

Atomu ya chuma

“Heme”

Ndani ya eneo lenye oksijeni nyingi la mapafu, molekuli ya oksijeni itaunganishwa na hemoglobini

Baada ya molekuli ya kwanza ya oksijeni kuungana, badiliko dogo katika umbo la hemoglobini hufanya molekuli tatu nyingine za oksijeni kuunganishwa upesi

Hemoglobini husafirisha molekuli za oksijeni mbali na mapafu kisha inaziachilia mahali zinapohitajika mwilini