Die indrukwekkende hemoglobienmolekule—’n Wonder van ontwerp

“Asemhaling lyk so eenvoudig, en tog wil dit voorkom asof hierdie basiese lewensfunksie sy bestaan te danke het aan die wisselwerking tussen baie soorte atome in ’n reusemolekule wat uiters kompleks is.”—Max F. Perutz, ’n mede-Nobelpryswenner in 1962 vir sy studie van die hemoglobienmolekule.

ASEMHALING is een van die natuurlikste dinge op aarde. Tog dink die meeste van ons selde daaraan. Maar asemhaling sou ons nie aan die lewe kon hou sonder die menslike hemoglobienmolekule nie, ’n komplekse molekulêre meesterstuk wat deur ons Skepper ontwerp is. Die hemoglobien wat binne elkeen van ons 30 biljoen rooibloedselle is, vervoer die suurstof van die longe af na weefsels in die hele liggaam. Sonder hemoglobien sal ons byna onmiddellik sterf.

Hoe kry hemoglobienmolekules dit reg om klein suurstofmolekules op die regte tyd op te tel, dit tot die regte tyd veilig te bewaar en op die regte tyd vry te stel? Verskeie wonders van molekulêre ontwerp is nodig.

Klein molekulêre “taxi’s”

Jy kan elke hemoglobienmolekule in ’n sel vergelyk met ’n klein vierdeurtaxi, met plek vir presies vier “passasiers”. Hierdie molekulêre taxi het nie ’n bestuurder nodig nie, aangesien dit vervoer word binne ’n rooibloedsel, wat beskryf kan word as ’n bewegende houer wat gevul is met hierdie hemoglobienmolekules.

Die reis van ’n hemoglobienmolekule begin wanneer rooibloedselle by die longblasies—die “lughawe”—aankom. Wanneer ons lug in ons longe inasem, begin die groot getalle klein suurstofmolekules wat pas daar aangekom het, vir ’n saamrygeleentheid in ’n taxi soek. Hierdie molekules versprei vinnig in die rooibloedselle, die “houers”. Op hierdie stadium is die deure van die hemoglobientaxi’s in elke sel toe. Maar dit neem nie lank voordat ’n vasbeslote suurstofmolekule in die woelige skare die hemoglobientaxi binnedring en ’n sitplek inneem nie.

Nou gebeur iets baie interessants. Binne die rooibloedsel begin hierdie hemoglobienmolekule van vorm verander. Al vier “deure” van die hemoglobientaxi maak outomaties oop wanneer die eerste passasier inklim, wat die ander passasiers in staat stel om makliker in te klim. Hierdie proses is so doeltreffend dat 95 persent van die “sitplekke” in al die taxi’s wat in ’n rooibloedsel is, ingeneem word in die tyd wat dit neem om een keer in te asem. Die meer as ’n kwartmiljard hemoglobienmolekules in ’n enkele rooibloedsel kan altesaam sowat ’n miljard suurstofmolekules vervoer! Die rooibloedsel wat al hierdie taxi’s bevat, is gou op pad om sy kosbare suurstofvoorraad af te lewer by die liggaamsweefsels wat dit nodig het. Maar jy wonder dalk: ‘Wat keer dat suurstofatome die sel te vroeg verlaat?’

Wel, binne elke hemoglobienmolekule verbind suurstofmolekules met ysteratome wat daar wag. Jy het waarskynlik al gesien wat gebeur wanneer suurstof en yster in die teenwoordigheid van water verbind. Die resultaat is gewoonlik ysteroksied, oftewel roes. Wanneer yster roes, word die suurstof permanent in ’n kristal vasgevang. Hoe slaag die hemoglobienmolekule dus daarin om yster en suurstof, in die vogtige omgewing van die rooibloedsel, te verbind en te ontbind sonder dat roes ontstaan?

’n Kykie van naderby

Om dié vraag te beantwoord, kan ons die hemoglobienmolekule van naderby beskou. Dit bestaan uit sowat 10 000 atome waterstof, koolstof, stikstof, swael en suurstof wat sorgvuldig om net 4 ysteratome gerangskik is. Waarom het vier ysteratome soveel ondersteuning nodig?

In die eerste plek het die vier ysteratome ’n elektriese landing en moet dit goed beheer word. Gelaaide atome, wat ione genoem word, kan baie skade binne selle aanrig as hulle loskom. Daarom word elkeen van die vier ysterione in die middel van ’n beskermende onbuigsame plaat vasgehou.a Ook pas die vier plate op so ’n wyse in die hemoglobienmolekule dat suurstofmolekules by die ysterione kan uitkom, maar dat watermolekules nie daarby kan uitkom nie. Sonder water kan roeskristalle nie vorm nie.

Die yster in die hemoglobienmolekule kan suurstof nie vanself bind en ontbind nie. Maar sonder die vier gelaaide ysteratome sal die res van die hemoglobienmolekule nutteloos wees. Slegs wanneer hierdie ysterione presies op die regte plek in die hemoglobienmolekule pas, kan suurstof deur die bloedstroom vervoer word.

Vrystelling van suurstof

Wanneer ’n rooibloedsel die slagare verlaat en by die klein haarvate diep in die liggaamsweefsels inbeweeg, verander die omgewing om die rooibloedsel. Nou is die omgewing warmer as in die longe, en daar is minder suurstof en ’n hoër suurgehalte as gevolg van die koolstofdioksied om die sel. Hierdie tekens is ’n aanduiding vir die hemoglobienmolekules, of taxi’s, binne die sel dat dit tyd is om hulle kosbare passasiers, suurstof, vry te stel.

Wanneer die suurstofmolekules die hemoglobienmolekule verlaat, verander laasgenoemde weer van vorm. Die verandering is net genoeg om “die deure toe te maak” en die suurstof buite te los, waar dit die nodigste is. Omdat die deure toe is, kan die hemoglobien ook nie enige suurstof terugneem na die longe toe nie. Dit laai eerder koolstofdioksied geredelik op vir die terugtog.

Die rooibloedselle wat nie meer suurstof bevat nie, is kort voor lank weer terug in die longe, waar hemoglobienmolekules die koolstofdioksied sal vrystel en lewegewende suurstof weer sal opneem—’n proses wat duisende kere gedurende ’n rooibloedsel se lewensduur van ongeveer 120 dae herhaal word.

Hemoglobien is beslis nie sommer ’n gewone molekule is nie. Dit is, soos aan die begin van hierdie artikel genoem is, “’n reusemolekule wat uiters kompleks is”. Ons word sekerlik met ontsag vervul en is dankbaar teenoor ons Skepper vir die briljante en noukeurige molekulêre ontwerp wat lewe moontlik maak!

[Voetnoot]

[Venster/Tabel op bladsy 28]

SIEN GOED OM NA JOU HEMOGLOBIEN!

’n Ystertekort in bloed is in werklikheid ’n hemoglobientekort in bloed. Sonder die vier noodsaaklike ysteratome in ’n hemoglobienmolekule is die ander 10 000 atome in die molekule nutteloos. Dit is dus belangrik om genoeg yster in te kry deur ’n gesonde dieet te volg. ’n Paar goeie bronne van yster verskyn in die bygaande tabel.

Ons moenie net kos eet wat ryk is aan yster nie, maar moet ook die volgende raad volg: 1. Oefen gereeld en doen die regte oefening. 2. Moenie rook nie. 3. Vermy tweedehandse rook. Waarom is sigaret- en ander vorme van tabakrook so gevaarlik?

Dit is omdat hierdie rook vol koolstofmonoksied is, dieselfde gifstof wat motors afgee. Koolstofmonoksied is die oorsaak van onvoorsiene sterftes, en sommige gebruik dit ook om selfmoord te pleeg. Koolstofmonoksied verbind 200 keer makliker as suurstof met ysteratome in hemoglobien. Sigaretrook het dus gou ’n nadelige uitwerking op ’n persoon omdat dit sy suurstofinname belemmer.

[Tabel]

KOSSOORT PORSIE YSTER(mg)

Dik, donker melasse 1 eetlepel 5,0

Rou tofoe 1/2 koppie 4,0

Lensies 1/2 koppie 3,3

Beesdikrib 85 gram 3,2

Gedroogde perskes 5 halwes 2,6

Nierbone 1/2 koppie 2,6

Koringkiem 1/4 koppie 2,6

Keker-ertjies 1/2 koppie 2,4

Broccoli 1 medium stingel 2,1

Donker kalkoenvleis 85 gram 2,0

Spinasie 1 koppie (rou) 0,8

[Diagram/Prent op bladsy 26]

(Sien publikasie vir oorspronklike teksuitleg)

Proteïen-struktuur

Suurstof

Ysteratoom

Heem

In die suurstofryke omgewing van die longe sal ’n suurstofmolekule met die hemoglobien verbind

Nadat die eerste suurstofmolekule verbind het, maak ’n klein verandering in die vorm van die hemoglobien dit moontlik vir nog drie suurstofmolekules om gou te verbind

Hemoglobien vervoer die suurstofmolekules van die longe af weg en stel dit dan vry waar dit in die liggaam benodig word