Функция на хемоглобина

Нека поговорим за това как точно кислород и въглероден диоксид влизат и излизат от белите дробове. Това, което рисувам, е алвеола в белия дроб. Това е най-малката камера с въздух, където белите дробове имат връзка с кръвоносните съдове. Това е нашият кръвоносен съд тук отдолу. Кислородът ще тръгне от тази алвеола и ще отиде в кръвоносния съд. А в кръвоносния съд ще отиде в тази малка червена клетка. Това тук е моята червена кръвна клетка. Тя се е запътила да достави първата си пратка кислород за деня. Ще вземе малко кислород. Кислородът ще влезе в червената кръвна клетка чрез процеса на дифузия. По този начин се вмъква вътре. И така, кислородът е достигнал вътре в червената кръвна клетка. И къде мислиш отива първо? Тази червена кръвна клетка може да разглеждаме като торбичка, пълна с хемоглобин. Има милиони и милиони белтъци хемоглобин. Това е нашият хемоглобин. Той е изграден от четири части. Всяка от тези части може да се свързва с кислород. Хемоглобин, ще го съкратя на Hb. Кислородът буквално ще се блъсне в някоя молекула хемоглобин. И ще се свърже, примерно тук. Първоначално това е малко трудно, защото кислородът не се чувства комфортно да се свърже с хемоглобина. Но след като веднъж една молекула кислород се е свързала, втората ще се свърже по-лесно. А после трета още по-лесно. Защото с добавяне на всяка молекула кислород се променя формата или конфигурацията на хемоглобина. И по този начин всеки следващ кислород се свързва по-лесно. Наричаме това кооперативност. Кооперативност, малко като кооперация или сътрудничество. Лесен начин за запомняне на кооперативността е, ако си на заведение с приятели, примерно. Много по-вероятно е да седнеш, където двама или трима от твоите приятели вече са седнали. Погледни на хемоглобина като на маса с четири стола. Вместо да седиш на маса самотно, тъй като първи си седнал там, ние предпочитаме да седим на една маса с приятели, а кислородът е една лесно сприятеляваща се молекула. И предпочита да се свързва на места, където има вече други молекули кислород. Кои са двата основни начина съгласно тази диаграма тук? Кои са двата основни начина, по които кислорода ще се транспортира в кръвта? Единият е чрез хемоглобин, свързан с кислород. Наричаме това HbO2. Hb за хемоглобин и О2 за кислород. И тази молекула, или този ензим, защото вече не може да се нарече хемоглобин, технически се нарича оксихемоглобин. Това е името. Друг начин, по който може да се транспортира кислород наоколо, е, че част от кислорода е разтворен в плазмата на кръвта. Част от кислорода е разтворен в кръвната плазма. И по този начин се придвижва из тялото. По-голямата част от кислорода ще се транспортира, чрез свързване с хемоглобин. Само малка част е разтворена в плазмата. Голямата част е свързана с хемоглобин. И така, тази червена кръвна клетка потегля с доставката си. Да речем, че ще достави кислород ето тук. Имаме и клетка от тъкан. Червената кръвна клетка не знае със сигурност къде ще отиде днес. Но ще се движи натам, накъдето я отнесе кръвта. Да речем, че ще мине покрай тази клетка в бедрото, някъде в горната му част. Тази клетка е произвеждала CO2. Запомни, че мислим понякога, че СО2 се отделя само тогава, когато мускулите работят активно. Но може да спиш. Може да правиш каквото и да е. И този СО2 си се произвежда, защото клетъчното дишане се случва непрекъснато. Нашата червена кръвна клетка е стигнала в капиляра, който е до тази бедрена клетка. Имаме ситуация, при която част от CO2 ще дифундира в червената кръвна клетка ето така. Какво се случва, след като влезе вътре? Нека нарисувам сега една гигантска версия на червената кръвна клетка. Да видим отблизо какво се случва. Намираме се в бедрото и има две условия при него, които трябва да имаме предвид. Едното е, че има голямо количество CO2 или високо парциално налягане на СО2. И той е разтворен в кръвта. А другият е, че има малко количество кислород. В тези тъкани има малко кислород. Да се фокусираме на втората точка. Няма много кислород в тези тъкани и знаем, че хемоглобинът постоянно се сблъсква с кислородните молекули и се свързва с тях. Едни молекули се отделят, а други се свързват на тяхно място. Това е един динамичен процес. Сега, след като няма много кислород наоколо, тези молекули кислород ще се откъснат, както винаги правят в динамична ситуация. Само че наоколо няма нови молекули кислород, с които да се свърже хемоглобинът. Защото има много малко кислород в тази област, и все по-малко свободен кислород, който да се сблъска с хемоглобина и да се свърже с него. Буквално ще започне да се отделя кислород от хемоглобина, защото парциалното налягане на кислорода е ниско. Една от причините кислородът да идва в клетките е ниското рО2. Това е една причина. Това тук ще е списъкът с причините. Ще ти дам и друга причина, затова пиша отгоре "Причини за доставка на О2". Едната от тях е просто да няма много кислород в тази област. А втората причина има връзка със самия СО2. Нека проследим какво се случва, когато СО2 започне да навлиза в червената кръвна клетка. Тази първа молекула СО2 ще се срещне с малко вода. Запомни, че в еритроцита има много вода. Даже по-голямата част от кръвта по същество е вода. За това не е трудно да си представим, че водна молекула ще се сблъска с този СО2. Тук има един ензим, наречен карбонанхидраза. Функцията му е да комбинира водата и СО2 в нещо наречено Н2СО3 или въглеродна киселина. Ако приемем че е киселина, припомни си какво правят киселините. Киселините ще освободят протон. И това ще стане HCO3 минус. И ще отдели протон. Забележи, че сега имаме бикарбонат и протон от тази страна. И този бикарбонат ще излезе навън. Бикарбонатът излиза извън клетката. А протонът се среща с един от тези оксихемоглобини. Един вид се намира с оксихемоглобина. Все пак има милиони от тях наоколо. И се свързва директно с хемоглобина. И изритва от там кислорода. Свързва се с хемоглобина, а кислородът се откъсва. Това е интересно, защото това е втора причина за доставка на кислород в тъканите. Причината е, че протоните се състезават с кислорода за свързване с хемоглобина. Те се конкурират за хемоглобина. Споменах, че има и друго нещо, което се случва с въглеродния диоксид. Кое е това друго нещо? Оказва се, че СО2 понякога независимо търси оксихемоглобин. Припомням пак, че има милиони от него. Ще намери един със сигурност. И ще направи същото нещо. Ще каже на хемоглобина: - Хей, защо не се свържеш с мен и да разкараш този кислород? Той също се конкурира за кислорода. Имаме известна конкуренция от протоните, и от въглеродния диоксид. А когато въглеродният диоксид се свърже, интересното е, че отделя протон. Познай какво се случва? Този протон може да щъка и да се състезава самостоятелно. Може да се конкурира с оксихеоглобина и да се опита да изрита някой и друг кислород. Тази система е наистина интересна, защото сега имаш няколко причини, за да има доставка на кислород. Имаш конкуриращи се протони. Имаш СО2, който се състезава с кислород. Имаме няколко конкурента. Имаме и условието, че просто няма много кислород наоколо. Това са причините за снабдяването с кислород. В този момент имаме кислород, който е доставен до клетките. Тези молекули хемоглобин се намират в клетката, те са си вътре в еритроцита. Тези молекули хемоглобин сега са свързани с различни неща. Вече не са свързани само с кислород. Не можем да ги наречем оксихемоглобин повече. Вместо това имат протони по тях. Може да имат и малко СОО минус на тях. Може да имат, момент да ги нарисувам в оранжевия цвят, запазен за СО2. Може да има различни неща, свързани с тях. В резултат на това кислородът го няма. Нашата система дотук изглежда добре. Сега да я видим в обратна посока. Ще задам въпроса: как закарваме СО2 от бедрото до белия дроб? Нека започна, като заменя думата бедро с бял дроб. Сега кръвта ни е се е върнала обратно в белия дроб. Въпросът е колко въглероден диоксид носи със себе си? И под какви различни форми идва този въглероден диоксид? Имаме няколко ситуации. Имаме голямо количество кислород тук. Имаме и малко количество СО2. Доста е различно от случващото се в бедрото. Когато кръвта напусне бедрото и се отправи към белите дробове, какво носи със себе си? Няколко неща. Първото е, че има хемоглобин свързан с въглероден диоксид. Това се нарича карбаминохемоглобин. Карбаминохемоглобин. Има и няколко протона, които са свързани с хемоглобин. Протоните са свързани с хемоглобин. Имай предвид, че за всеки протон свързан с хемоглобин, има и бикарбонат, разтворен в плазмата. Защото има съотношение 1:1 при тях. Значи, имаме и групичка бикарбонати в плазмата. Ограждам тези неща в скоби, за да не забравяме това. И последно, какво още има в кръвта? Имаме и малко СО2, който е разтворен директно в кръвната плазма. Звучи подобно на ситуацията, която имахме при кислорода, където имахме малко СО2 в плазмата. И това всичкото се носи от бедрото към белия дроб. Сега какво се случва в белия дроб? Имаш всичко това. Първото, което се случва, е, че имаш много кислород наоколо. Има много кислород в тъканта на белия дроб. Дифузира вътре в клетката, влиза в нея. И понеже има много кислород, той ще се опита да влезе в тези хемоглобини. Ще се опита да се свърже. Ако успее, това, което се случва с уравнението, е обратното на това, което се случваше преди в бедрото. Тук имаме много кислород. Тук имаме много кислород. И понеже това са обратими реакции, един вид тласкаме цялата тази реакция вляво. Сега имаме много кислород. И той се състезава за хемоглобина отново. Запомни, че преди това протоните отмъкваха хемоглобина от кислорода, а сега кислородът си го връща. Сега ще отмъкне този хемоглобин обратно. Сега ще отмъкне този хемоглобин обратно. И имаш този протон, който е изоставен сам. А от тази страна имаш този СО2, който е оставен на самотек. Случват се няколко интересни неща. Нека се подсигуря и ще ги запиша тук. Кои са причините, кои са някои от причините за доставка на СО2? Как се доставя обратно в белите дробове? Първият и най-очевиден начин е, че в белите дробовете има ниско съдържание на СО2. Просто имайки много малко СО2 наоколо, означава, че ще се дифузира в алвеолите. Каквото има в червените кръвни клетки, ще дифундира тук. Защото няма много СО2 наоколо. Вместо да дифундира в червената кръвна клетка, сега ще дифундира навън от нея. Втората причина, която е по-интересна, е че имаш кислород, който се конкурира с протони и СО2. Конкурира се с протоните и с СО2 за хемоглобина. Това показвах с уравнението долу. Общо взето пак стигаме тук до оксихемоглобина. Това е първото. Това вече сме го нарисували, ето тук, кислород свързан с хемоглобин. Тези малки СО2 се откъсват. Те се откъсват. Тези малки протони също се откъсват. И те отново са вътре в клетката. И те отново са вътре в клетката. Ако ти си СО2, можеш просто да дифундираш в алвеолата. Но да кажем, че си протон, който току-що се е отделил от хемоглобина, защото той е превзет от кислорода. В този случай този малък бикарбонат ще се върне обратно вътре. Този бикарбонат се връща вътре. И се комбинира с протон. И двете образуват, да позна, H2CO3. Запомни че това е обратимо. Те се връщат. И образуват H2CO3. Оказва се, че можеш да стигнеш от H2CO3 до тук, също използвайки карбонанхидраза. Извършваш цялата тази реакция наобратно. Виждаш, че сега има повече образуван СО2. Имаме бикарбонат, разтворен в кръвта или в плазмата, който един вид стои и чака. И в момента, в който тези протони се отделят от хемоглобина, те се свързват и образуват СО2. Имаме СО2 идващ от тук, от бикарбоната. Имаме СО2, идващ от карбаминохемоглобина. И имаме също СО2, разтворен в кръвната плазма. Това са три различни начина, по които СО2 се връща. И всичкият този СО2, който е стигнал белите дробове, ще дифундира директно в алвеолите, защото количеството на СО2 там е толкова ниско, че градиентът на дифузия отива в посока на алвеолите. От тези различни стратегии най-важната, тази, която ни дава максимум транспорт на СО2, е тази, която ограждам. Тази по средата, при която протоните се свързват с хемоглобин, и всичкият този бикарбонат се разтваря в плазмата. От трите начина за връщане на въглероден диоксид този е начинът, на който трябва да се обърне най-много внимание.