განსაცვიფრებელი ჰემოგლობინის მოლეკულა შემოქმედების სასწაული

„ერთი შეხედვით სუნთქვა ადვილია, მაგრამ სიცოცხლის ეს მარტივი გამოვლინება თავის არსებობას მრავალი სახის ატომთა ურთიერთქმედებას უნდა უმადლოდეს, რაც რთული აგებულების ერთ დიდ მოლეკულაში მიმდინარეობს“ (მაქს პერუცი, ჰემოგლობინის მოლეკულის კვლევისთვის 1962 წელს დაჯილდოვდა ნობელის პრემიით).

სუნთქვაზე ადვილი არაფერია. უმეტესი ჩვენგანისთვის ეს ჩვეულებრივი მოვლენაა. მაგრამ რომ არა ჰემოგლობინის ურთულესი მოლეკულა — ღვთის შემოქმედების ერთ-ერთი სასწაული — სუნთქვა ავტომატურად ვერ გაგვხდიდა სიცოცხლისუნარიანს. ჰემოგლობინი, რომელიც ადამიანის სისხლში შემავალ 30 ტრილიონ წითელ უჯრედში გვხვდება, ფილტვებიდან ჟანგბადს აწვდის ქსოვილებს. ჰემოგლობინის გარეშე ვერ ვიარსებებდით.

როგორ ახერხებენ ჰემოგლობინის მოლეკულები ჟანგბადის პაწაწინა მოლეკულების თავის დროზე აყვანას, დანიშნულ დრომდე უსაფრთხოდ ტარებასა და თავის დროზე მათ გადმოსხმას? ამისათვის ისინი არაერთ საგმირო საქმეს სჩადიან.

პატარა „ტაქსი“

ჰემოგლობინის თითოეული მოლეკულა შეიძლება შევადაროთ ოთხკარიან ტაქსის, რომელშიც მგზავრებისთვის ზუსტად ოთხი ადგილია. ტაქსის მძღოლი არ სჭირდება, რადგან ის წითელ უჯრედში თავისითაც ადვილად გადაადგილდება. წითელი უჯრედი ჰემოგლობინის მოლეკულებით დატვირთულ მოძრავ კონტეინერს ჰგავს.

ჰემოგლობინის მოლეკულის მოგზაურობა იწყება იმ წუთიდან, როცა წითელი უჯრედები ფილტვების ალვეოლებში ჩააღწევს, რომელსაც შეიძლება აეროპორტი ვუწოდოთ. ჰაერის ჩასუთნქვისას ალვეოლებში მოხვედრილი ჟანგბადის უამრავი პაწაწინა მოლეკულა ტაქსიში ჩაჯდომისა და გამგზავრების მოლოდინშია. ეს მოლეკულები უმალ თავსდებიან კონტეინერებში ანუ სისხლის წითელ უჯრედებში. იმ მომენტისთვის თითოეულ წითელ უჯრედში მყოფი ჰემოგლობინის ანუ ტაქსის კარები დაკეტილია. მაგრამ, ცოტა ხანში ჟანგბადის ერთი მოლეკულა დანარჩენებს გამოეყოფა, გაძვრებ-გამოძვრება და ტაქსიში ჩასკუპდება.

ამის შემდეგ მოვლენები საინტერესოდ ვითარდება. წითელ უჯრედში ჰემოგლობინის მოლეკულა ფორმის შეცვლას იწყებს. როგორც კი ტაქსებში პირველი მგზავრები ჩასხდებიან, ტაქსების კარები ავტომატურად იღება, რაც დანარჩენ მგზავრებს ჩასხდომას უადვილებს. ამ პროცესს კოოპერაციული მუშაობა ეწოდება და იმდენად ეფექტურად მიმდინარეობს, რომ მხოლოდ ერთი ჩასუნთქვისას ყველა ტაქსიში ადგილების 95 პროცენტი უკვე შევსებულია. საერთო ჯამში, ერთ წითელ უჯრედში არსებულ 250 მილიონ ჰემოგლობინის მოლეკულას ჟანგბადის დაახლოებით ერთი მილიარდი მოლეკულა გადააქვს. და აი, დგება მომენტი, როცა ტაქსებით დატვირთული სისხლის წითელი უჯრედები გზას ადგებიან, რათა ქსოვილებს ჟანგბადი მიაწოდონ. მაგრამ იბადება კითხვა: რა აკავებს უჯრედში ჟანგბადის ატომებს, ტაქსიდან დროზე ადრე რომ არ გადმოვიდნენ?

საქმე ისაა, რომ ჰემოგლობინის თითოეულ მოლეკულაში არსებული ჟანგბადის მოლეკულები რკინის ატომებს უერთდება. ალბათ გინახავთ, რა ხდება, როცა რკინა და ჟანგბადი ერთმანეთს ხვდება წყლიან გარემოში. როგორც წესი, რკინა იჟანგება. რკინის დაჟანგვისას, ჟანგბადი სამუდამოდ კრისტალდება. მაშ, როგორ ახერხებს ჰემოგლობინის მოლეკულა რკინისა და ჟანგბადის ატომების მიერთებასა და გამოცალკევებას სისხლის წითელი უჯრედების წყლიან გარემოში ისე, რომ არ მოხდეს ჟანგვითი პროცესი?

ახლოდან დანახული ჰემოგლობინი

ზემოხსენებულ კითხვას რომ ვუპასუხოთ, მოდი უფრო ახლოდან შევხედოთ ჰემოგლობინის მოლეკულას. ის შედგება დაახლოებით 10 000 ატომისგან — წყალბადის, ნახშირბადის, აზოტის, გოგირდისა და ჟანგბადის ატომებისგან, რომლებიც რკინის ოთხი ატომის გარშემოა თავმოყრილი. რაში სჭირდება რკინის ოთხ ატომს ამდენი დამცველი?

რკინის ოთხივე ატომი ელექტრულად დამუხტულია და ამიტომ მათი კონტროლი აუცილებელია. თუ დამუხტული ატომები, რომლებსაც იონები ეწოდება, გაიფანტება, უჯრედებს სერიოზულად დააზიანებს. ამიტომ, რკინის ოთხივე იონი დამცავი ფირფიტისa შუაშია მოქცეული. გარდა ამისა, ოთხივე ფირფიტა ისეა ჩამჯდარი ჰემოგლობინის მოლეკულაში, რომ ჟანგბადის მოლეკულებმა რკინის იონებთან მიერთება შეძლოს, წყლის მოლეკულებმა კი — არა. წყლის გარეშე კი ჟანგვა არ ხდება.

ჰემოგლობინის მოლეკულაში არსებულ რკინას თავისით არ შეუძლია ჟანგბადის მიერთება ან გამოთავისუფლება. მაგრამ, რომ არა ოთხი დამუხტული რკინის ატომი, ჰემოგლობინის მოლეკულა გამოუსადეგარი იქნებოდა. ჰემოგლობინის მოლეკულა ჟანგბადს სისხლძარღვებში მხოლოდ იმ შემთხვევაში გადაიტანს, თუ რკინის იონები სრულყოფილად შეერწყმება ჰემოგლობინის მოლეკულას.

ჟანგბადის ჩამოცლა

როგორც კი არტერიიდან წამოსული სისხლის წითელი უჯრედები ქსოვილებში განაწილებულ კაპილარებამდე მიაღწევს, წითელი უჯრედის გარშემო ტემპერატურა მატულობს ფილტვების ტემპერატურასთან შედარებით. ჟანგბადის რაოდენობა მცირდება, ხოლო წითელი უჯრედის გარშემო ნახშიროჟანგის წარმოქმნის შედეგად მატულობს მჟავიანობა. ეს ჰემოგლობინის მოლეკულებისთვის იმის სიგნალია, რომ ჟანგბადის ჩამოცლის დროა.

მას შემდეგ, რაც ჰემოგლობინის მოლეკულა ჟანგბადის მოლეკულებს იქ გადმოსვამს, სადაც ყველაზე მეტად არიან საჭირონი, ის კიდევ ერთხელ იცვლის ფორმას და ხურავს კარებს. ამასთანავე, დაკეტილი კარები იმის გარანტიას იძლევა, რომ ჰემოგლობინი გზააბნეულ ჟანგბადის მოლეკულას შემთხვევით უკანა გზაზე, ფილტვებში არ გაიყოლებს. უკანა გზაზე მას ნახშიროჟანგის მოლეკულები მიჰყავს.

მალე ჟანგბადისგან დაცლილი წითელი უჯრედები კვლავ ფილტვებს უბრუნდებიან, სადაც ჰემოგლობინის მოლეკულები ნახშიროჟანგს ჩამოცლიან და ხელახლა დაიტვირთებიან სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანი ჟანგბადით. ეს პროცესი რამდენიმე ათასჯერ მეორდება მანამ, სანამ წითელი უჯრედი ცოცხალია. მისი სიცოცხლის ხანგრძლივობა დაახლოებით 120 დღეს შეადგენს.

აშკარაა, რომ ჰემოგლობინი ჩვეულებრივი მოლეკულა არ არის. როგორც სტატიის დასაწყისში აღინიშნა, ის საკმაოდ რთული აგებულებისაა. ჩვენ ვალში ვართ შემოქმედთან, რომელმაც შექმნა მიკროინჟინერიის ეს შედევრი, ურომლისოდაც ვერ ვიცოცხლებდით!

[სქოლიო]

[ჩარჩო⁄ცხრილი 28 გვერდზე]

იზრუნეთ თქვენს ჰემოგლობინზე

„რკინადეფიციტური ანემია“ — ასე უწოდებენ ზოგ ქვეყანაში რკინით ღარიბ ჰემოგლობინს. რკინის ოთხი ძირითადი ატომის გარეშე ჰემოგლობინის მოლეკულაში არსებული სხვა 10 000 ატომი უსარგებლო იქნებოდა. ამიტომ მნიშვნელოვანია, რომ იკვებოთ ჯანსაღი საკვებით და მიიღოთ საკმარისი რაოდენობით რკინა. ამ ჩარჩოში მოცემული იმ პროდუქტების სია, რომლებშიც რკინა მოიპოვება.

რკინით მდიდარი საკვების მიღების გარდა, უნდა გაითვალისწინოთ შემდეგი: 1) რეგულარულად გააკეთეთ კარგად შერჩეული ვარჯიშები. 2) არ მოსწიოთ. 3) მოერიდეთ ისეთ ადგილებს, სადაც ეწევიან. რატომ არის თამბაქო ჯანმრთელობისთვის საშიში? იმიტომ, რომ მასში დიდი რაოდენობით არის ნახშირბადის მონოქსიდი. ეს ის მომწამლავი ნივთიერებაა, რომელსაც ავტომობილის გამონაბოლქვი შეიცავს. ნახშირბადის მონოქსიდი ადამიანის მოულოდნელი სიკვდილის მიზეზი ხდება ხოლმე. ზოგი ამ ნივთიერებას თვითმკვლელობის მიზნით იყენებს. ნახშირბადის მონოქსიდი ჰემოგლობინში რკინის ატომებს 200-ჯერ უფრო სწრაფად უერთდება, ვიდრე ჟანგბადი. აქედან გამომდინარე, სიგარეტის კვამლი უმალ ახდენს არასასურველ გავლენას ადამიანის ჯანმრთელობაზე, კერძოდ, აფერხებს ორგანიზმში ჟანგბადის მიწოდებას.

[ცხრილი]

100 გრამ საკვებ პროდუქტში რკინის შემცველობა (მლ-ში.)

შავი ქლიავის ჩირი 13,0

გაღივებული ხორბალი 9,4

კაკაო 7,2

ლობიო 7,0

ქათმის ღვიძლი 6,5

ოსპი 5,0

ისპანახი 4,0

ინდაურის ხორცი 2,5

კვერცხი 1,8

საქონლის ხორცი 1,6

ბროკოლი 1,0

[დიაგრამა⁄სურათი 26 გვერდზე]

(სრული ტექსტი იხილეთ პუბლიკაციაში)

ცილის სტრუქტურა

ჟანგბადი

რკინის ატომი

ჰემი

ჟანგბადით სავსე ფილტვებში ჟანგბადის მოლეკულა ჰემოგლობინის მოლეკულას უერთდება

მას შემდეგ, რაც ჟანგბადის ერთი მოლეკულა ჰემოგლობინის მოლეკულას შეუერთდება, ეს უკანასკნელი ოდნავ იცვლის ფორმას, რაც ჟანგბადის დანარჩენ სამ მოლეკულას დაუყოვნებლივ მიერთების საშუალებას აძლევს

ჰემოგლობინს ფილტვებიდან ჟანგბადის მოლეკულები ქსოვილებში გადააქვს