Хемоглобин

Говорих доста за това колко важен е хемоглобинът в нашите червени кръвни телца, затова реших да му посветя цял клип . Първо – защото е важно, но също обяснява много за това как хемоглобинът, или червените кръвни телца, в зависимост от това на какво ниво искаш да го разглеждаш... и трябва използвам кавички, когато говоря за тях, защото това не са съзнателни същества. Но как тогава те знаят кога да натоварят кислорода и кога да го разтоварят? Това тук е изображение на хемоглобинов протеин. Изграден е от четири вериги аминокиселини. Това е една от тях. Това са другите две. Няма да задълбаваме, но тези изглеждат като навити панделки. Ако си ги представим, това са дължи молекули от аминокиселини и са навити така. Това горе-долу описва формата. Във всяка от тези групи или вериги има хем-група, тук е в зелено. Оттам идва хем-оглобин. Имаме четири хем-групи и глобините описват останалото – протеиновите структури, четирите пептидни вериги. Тази група хем е много интересна. Всъщност е структура от порфирин. Ако гледаш клипа за хлорофила, ще си спомниш, че там има порфиринова структура, но в центъра ѝ при хлорофила има магнезиев йон, а в центъра на хемоглобина има железен йон, с който се свързва кислородът. При този хемоглобин има четири основни места за свързване. Има там, може би ето там, малко отзад, точно там и точно там. Защо хемоглобинът... кислородът ще се свърже много добре тук, но хемоглобинът има няколко свойства, заради които се свързва много добре с кислорода, и също така го отделя, когато се налага. Проявява нещо, наречено кооперативно свързване. Принципът е, че щом веднъж се свърже с една молекула кислород, нека кажем, че една молекула кислород се свързва точно тук, тогава променя формата си така, че другите части са по-склонни да се свържат с кислород. Едно свързване прави другите свързвания по-вероятни. Сега си казваш: " Добре, хубаво. Това го прави много добър приемник на кислород, когато се движи из белодробните капиляри и кислородът дифундира от алвеолите. Това го прави много добър в улавянето на кислорода, но как знае кога да освободи кислорода? Това е интересен въпрос. Няма очи или някаква GPS система, която да каже: Виж, той тича точно сега и произвежда много въглероден диоксид в капилярите, и има нужда от много кислород в капилярите около четириглавия мускул. Трябва да доставя кислород. Не знае, че е в четириглавия мускул. Как хемоглобинът знае, че трябва да освободи там кислорода? Това е страничен ефект от т.нар. алостерично инхибиране, което е много засукана дума, но всъщност концепцията е много проста. Алостерично инхибиране. Когато наречем нещо алостерично, обикновено говорим за ензими, говорим за това, че нещата се свързват с други части. "Ало" значи друг. Т.е. свързваш се с други части на протеина или ензима, а ензимите са просто протеини – и това влияе на свойството на протеина или на ензима да прави това, което обикновено прави. Хемоглобинът е алостерично-възпрепятстван от въглеродния диоксид и от протони. Въглеродният диоксид може да се свърже с други части на хемоглобина – не знам точните места, също така могат и протоните. Запомни, киселинността означава просто висока концентрация на протони. Затова ако става въпрос за киселинна среда, протоните могат да се свързват. Може би ще направя протоните в розово. Протоните са само водород без електрони, които могат да се свързват с различни части от нашия протеин и им става по-трудно да задържат кислорода. Когато присъства много въглероден диоксид или средата е киселинна, хемоглобинът ще освободи кислорода си. И това е наистина подходящият момент да се освободи кислорода. Да се върнем към тичащия човек. Клетките в неговия квадрицепс са много активни. Изпускат много въглероден диоксид в капилярите. В този момент отиват от артериите във вените и имат нужда от много кислород, което е страхотен момент за хемоглобина да освободи кислорода. Много добре е, че хемоглобинът е алостерично- инхибиран от въглероден диоксид. Въглеродният диоксид се свързва с определени части от него. Започва да изпуска кислорода си, точно там в тялото, където е нужен кислородът. Сега си казваш: "Чакай малко!" Ами киселинната среда? Каква роля играе тя? Оказва се, че по-голямата част от въглеродния диоксид всъщност е дисоцииран. Влиза в плазмата, но всъщност се превръща във въглеродна киселина. Ще напиша една малка формула. Ако имаш CO2 и го смесиш с вода – имам предвид, че по-голямата част от кръвта ни, плазмата, е вода. Взимаме въглероден диоксид и го разбъркваме с вода в присъствието на ензим, като този ензим съществува в червените кръвни телца. Нарича се карбоанхидраза. Ще протече реакция и в крайна сметка получаваме въглеродна киселина. Получава се H2CO3. Всичко е изравнено. Имаме три кислорода, два водорода, един въглерод. Нарича се въглеродна киселина, защото отделя много лесно водородни протони. Киселините се дисоциират на тяхната конюгирана основа и водородни протони много лесно. Въглеродната киселина се дисоциира много лесно. Киселина е, въпреки че ще поставя знак за равновесие. Ако някое от тези понятия те обърква, или искаш повече информация по въпроса, гледай клипчетата по химия за дисоциация на киселини и изравняване на реакции и всичко това. Значи може да отдели един от тези водороди, но само протона, и задържа електрона на водорода, и така оставаме с протон или водород плюс: отдали сме един от водородите и затова имаме само един. Това всъщност е бикарбонатен йон. Той отдаде само протона, задържа електрона, затова има знак минус. Зарядите се компенсират и става неутрално и това тук е неутрално също. Ако съм в капиляр на крака – да видим, дали мога да нарисувам това. Нека кажем че съм в капиляр на крака ми. Ще използвам неутрален цвят. Това е капиляр в крака ми. Увеличил съм само една част от капиляра. Винаги се разклонява. И тук има няколко мускулни клетки, които произвеждат много въглероден диоксид и те имат нужда от кислород. Е, какво ще се случи? Червените кръвни телца се носят навсякъде. Всъщност е интересно – червените кръвни телца – диаметърът им е 25% по-голям от най-малките капиляри. Те биват смачквани, докато преминават през малките капиляри, което според много хора им помага да изпускат тяхното съдържание и може би малко от кислорода, който съдържат. Тук навлиза червено кръвно телце. Бива смачкано през капиляра точно тук. Има няколко хемоглобина – и като казвам няколко по-добре да знаеш отсега, всяко червено кръвно телце има 270 милиона хемоглобинови протеина. И ако съберем хемоглобина в цялото тяло, той е огромно количество, защото имаме от 20 до 30 трилиона червени кръвни телца. И всяко от тези 20 до 30 трилиона червени кръвни телца имат 270 милиона хемоглобинови протеина в тях. Т.е. имаме много хемоглобин. Както и да е, това e малко... всъщност червените кръвни телца изграждат около 25% от всички клетки в нашето тяло. Имаме около 100 трилиона или малко повече, кажи-речи. Никога не съм сядал да ги броя. Имаме 270 милиона хемоглобинови частици или протеини във всяко червено кръвно телце – това обяснява защо червените кръвни телца трябва да свият ядрото си, за да има място за всичкия този хемоглобин. Те пренасят кислород. Сега си имаме работа с... това е артерия, нали? Идва от сърцето. Червеното кръвно телце отива в тази посока и после ще освободи кислорода си и после ще стане вена. Сега имаме този въглероден диоксид. Има висока концентрация на въглероден диоксид в мускулната клетка. В крайна сметка, само поради дифузионния градиент, отива в... нека го направя в същия цвят... отива в кръвната плазма ето така, и част от него може да мине през мембраната в червеното кръвно телце. В червеното кръвно телце има карбоанхидраза която кара въглеродния диоксид да се дисоциира до... или да се превърне във въглеродна киселина, която може да отдава протони. Ще напиша протоните. Тези протони, за които току-що научихме, могат алостерично да инхибират свързването на кислорода с хемоглобина. Протоните започват да се прикрепят към различни части и дори въглеродният диоксид, с който не е осъществена реакция също алостерично инхибира хемоглобина. Свързва се и с други части. Това променя формата на протеина на хемоглобина точно толкова, че да не може да задържи кислорода и започва да го изпуска. И както казахме, че при кооперативното свързване колкото повече кислород има, толкова по-лесно приема още... сега се случва точно обратното. Когато започне да изпуска кислород, става по-трудно да задържи останалия такъв. И тогава се отделя целия кислород. Това, според мен, е брилянтен, брилянтен механизъм, защото кислородът бива освободен точно там, където трябва да отиде. Не е като да казва: "Току що излязох от артерия, и сега съм във вена. Може би съм преминал през няколко капиляра и ще се върна обратно във вената. Нека освободя кислорода си, защото тогава бих освободил кислорода на произволно място в тялото." Тук, тъй като е алостерично инхибиран от въглеродния диоксид и е в киселинна среда, позволява да го освободи там, където е най-необходим, където има най-много въглероден диоксид, където дишането е най-активно. Наистина невероятно. И за да разберем по-добре, тук имам тази малка схема, която показва свързването на кислород от хемоглобина или колко наситен може да бъде. Може да видиш това в час по биология например, така че е хубаво да го разбереш. Това е оста х или хоризонтала, на която е изобразено парциалното налягане на кислорода. И ако си гледал/а лекциите по химия на тема парциално налягане, знаеш, че това означава колко често се блъска кислородът в теб. Налягането се създава от газове или молекули, които се блъскат в теб. Не е задължително да е газ, може да са просто молекули, които се блъскат в теб. Парциалното налягане на кислорода е количеството от това, което се произвежда от молекулите на кислорода, които се блъскат в теб. Можеш да си представиш като отиваш надясно, че има все повече и повече кислород. Така кислородът ще се блъска повече и повече в теб. Това принципно означава колко кислород има около теб, докато се движиш по оста надясно. И вертикалната ос ти казва колко наситени са молекулите ти хемоглобин. Тези 100% означават, че всички групи хем на всички молекули или протеини хемоглобин са се свързали с кислород. 0 означава, че никои не са се свързали. Когато се намираш в атмосфера с много малко кислород – и това всъщност показва кооперативното свързване – нека кажем, че си имаме работа със среда с много малко кислород. Веднъж щом малко кислород се свърже, прави по-вероятно още и още кислород да се свърже. Веднага щом малко... затова наклонът се увеличава. Не искам да навлизам в алгебрата и висшата математика, но както виждаш, тук е леко плоско, и тогава наклонът се увеличава. Свързвайки кислород, ставаме по-склонни да свържем още повече. В някакъв момент е трудно на кислорода да се блъсне точно в правилните молекули хемоглобин, но можеш да видиш, че се ускорява някъде точно тук. Ако имаме киселинна среда с много въглероден диоксид, така че хемоглобинът да е алостерично инхибиран, той няма да е така добър в свързването на нов кислород. В киселинна среда кривата за каквото и да е ниво на парциално налягане на кислорода, на каквото и да е количество кислород, ще имаме по-малко свързан хемоглобин. Нека го оцветя различно. Кривата би изглеждала така. Кривата на наситеността би изглеждала така. Това е киселинна среда. Може да има въглероден диоксид тук. Хемоглобинът е алостерично инхибиран, така че е по-вероятно да изпусне кислорода в този момент. Не знам. Не знам колко интересно ти се видя това, но аз го намирам за брилянтно, защото е най-лесният начин за тези неща да освободят кислорода там, където е нужен. Няма нужда от GPS, няма изкуствен интелект, който казва: "Сега съм в четириглавия мускул и моят човек тича. Нека да освободя кислорода си." Прави го естествено, защото средата е киселинна и съдържа повече въглероден диоксид. Той се инхибира и кислородът бива освободен и е готов да се използва за дишане.