Hemoglobin Hemoglobin a jeho role v oběhovém systému.

Mluvil jsme hodně o tom, jak je hemoglobin důležitý v našich červených krvinkách a tak jsme se rozhodl, že věnuji celé video hemoglobinu. Zaprvé, protože je to důležité, ale také proto, že to vysvětluje mnoho o tom, jak hemoglobin, nebo červené krvinky, ví, a to v uvozovkách. Nejsou to žádní vnímající tvorové, ale jak tedy vědí, kdy na sebe mají navázat kyslík, a kdy ho pustit? Tady máme obrázek hemoglobinu. To je hemoglobin. Je tvořen čtyřmi řetězci aminokyselin. Tohle je jeden z nich. A tady jsou ty zbylé dva. Nepůjdeme příliš do detailu, ale ty řetězce vypadají jako malé zkroucené stužky. Když si je představíte, jsou to chomáčky molekul a aminokyselin takhle zakroucené. To do jisté míry popisuje tvar. A v každé ze skupin nebo v každém z řetězců máte hemovou skupinu vyznačenou zeleně. Odtud se tedy bere hem v názvu hemoglobinu. Jsou tam 4 hemové skupiny a zbytek je v podstatě globin - bílkovinné struktury, čtyři peptidové řetězce. Tahle hemová skupina, a to je zajímavé, je vlastně porfyrinová struktura. Jestli jste viděli video o chlorofylu, budete si porfyrinovou strukturu pamatovat. V chlorofylu je uprostřed iont hořčíku, ale v hemoglobinu je uprostřed iont železa, a tam se váže kyslík. Na hemoglobinu jsou tedy čtyři hlavní místa, kam se může kyslík vázat. Tady je, tady, tady a potom tady. Kyslík se na hemoglobin váže velmi dobře, ale hemoglobin má vlastnosti, díky kterým velmi dobře zvládá vázat kyslík i ho odtrhnout, když ho potřebuje odtrhnout. Dělá něco, čemu se říká kooperativní vazba. Kooperativní vazba. Podle tohoto principu jakmile se naváže na molekulu kyslíku - řekněme že jedna molekula kyslíku se naváže přímo sem - změní tvar tak, že ostatní místa pravděpodobně naváží kyslík. Jedna vazba způsobí, že dubou pravděpodobně utvořeny i další vazby. Další vazby budou pravděpodobně utvořeny. Říkáte si, to je jasné. To z hemoglobinu dělá skvělého příjemce kyslíku, který cestuje vlásečnicemi v plicích, a kyslík je rozptýlen v plicních sklípcích. Hemoglobin dobře naváže kyslík, ale jak ví, kdy má kyslík odtrhnout? To je zajímavá otázka. Kdy odtrhnout kyslík. Nemá oči, ani žádný GPS systém, který by řekl, ten člověk právě běhá, takže právě produkuje hodně oxidu uhličitého v těchto vlásečnicích a potřebuje hodně kyslíku v těchto vlásečnicích okolo jeho stehenního svalu. Musím tedy doručit kyslík. Hemoglobin neví, že je potřeba pro stehenní sval. Jak tedy hemoglobin ví, že tam má kyslík upustit? A to je vedlejší produkt takzvané alosterické inhibice, což zní složitě, ale přitom je to celkem jednoduché. Alosterická inhibice. Když mluvíme o něčem alosterickém, často je to ve spojení s enzymy - mluvíme o tom, že se jejich části váží k ostatním částem. Allo znamená ostatní. Něco se váže k ostatním částem bílkoviny nebo enzymu - enzymy jsou bílkoviny - a ovlivní to schopnost bílkoviny nebo enzymu dělat to, co dělá normálně. Hemoglobin je tedy alostericky inhibitován oxidem uhličitým a protony. Oxid uhličitý se může vázat na další části hemoglobinu - a stejně tak se mohou vázat i protony. Pamatujte si, že kyselost znamená velkou koncentraci protonů. Když se nacházíte v kyselém prostředí, protony se mohou vázat. Nakreslím protony touhle růžovou. Protony - tedy atomy vodíku bez elektronů - se mohou vázat na některé části naší bílkoviny a to ztěžuje udržení kyslíku. Když jste v přítomosti velkého množství oxidu uhličitého nebo v kyselém prostředí, hemoglobin uvolní kyslík, který byl k němu navázaný. A nějak se stane, že se kyslík odtrhne ve správný čas. Vraťme se teď k tomu běhajícímu člověku. Buňky v jeho stehenním svalu vykonávají činnost. Vypouštějí oxid uhličitý do krevních vlásečnic. V tom momentě postupují z tepen do žil a potřebují hodně kyslíku, což je ten správný okamžik, aby zde hemoglobin upustil svůj kyslík. Čili je dobře, že hemoglobin je alostericky inhibitovaný oxidem uhličitým. Oxid uhličitý se naváže na některé jeho části. Začíná se zbavovat svého kyslíku, ale přesně tam, kde tělo kyslík potřebuje. Teď si asi říkáte, počat. A co kyselé prostředí? Jakou tam hraje roli? Ukazuje se, že oxid uhličitý je z velké části disociovaný. Disociuje se. Jde do plazmy, kde se přemění na kyselinu uhličitou. Napíšu sem vzorec. Když máte CO2, který se smíchá s vodou - většina naší krve, plazma, je voda. Vezmete oxid uhličitý, rozpustíte ho ve vodě a je v přítomnosti enzymu, který se nachází v krevních buňkách. Říká se tomu karbonická anhydráza. Karbonická anhydráza. Látky zreagují a vznikne kyselina uhličitá. Získáme H2CO3 H2CO3 Vše je vyvážené. Máme tři atomy kyslíku, dva vodíku, jeden uhlíku. Jmenuje se kyselina uhličitá protože snadno odevzdává protony vodíku. Kyseliny se velmi snadno disociují na bázi a protony vodíku. Tím pádem se kyselina uhličitá také velmi snadno disociuje. Je to kyselina, i když sem napíšu něco jako rovnost. Jestli jste z toho zápisu zmatení, nebo vás zajímá více detailů, podívejte se na videa z chemie o disociaci kyselin a chemické rovnováze, ale jednoduše se jeden vodík může odtrhnout, nicméně pouze proton, elektron z vodíku zůstane. Takže vám zbyde proton z vodíku, a - odevzali jste jeden vodík - takže máte jen jeden vodík. To je vlastně hydrogenuhličian. Hydrogenuhličitan. Odevzdal pouze proton, elektron zůstal, takže máte znaménko -. Náboj se sečte a ve výsledku bude neutrální. Když bych byl vlásečnice v noze, počkejte, nakreslím to. Řekněme, že jsem vlásečnice v noze. Nakreslím to tělovou barvou. Tohle je vlásečnice mojí nohy. Přiblížil jsem část vlásečnice. Vždy se větví. A tady mám chomáč svalových buněk, které produkují hodně oxidu uhličitého a potřebují kyslík. Co se tedy stane? Proudí tady červené krvinky. Červené krvinky jsou zajímavé - jejich průměr je o 25% větší než nejmenší vlásečnice. Když prochází vlásečnicí, musí se zmáčknout, což jim pomáhá, jak mnozí věří, vypustit jejich obsah, a možná nějaký kyslík, který v sobě mají. Máme tedy červenou krvinku. Vmáčkne se do vlásečnice, tady. Nese nějaký hemoglobin, a když říkám nějaký, myslím tím, jak možná víte, že každá červená krvinka má 270 milionů molekul hemoglobinu. Když sečtete množství hemoglobinu v celém těle, je to opravdu hodně, protože máme 20 až 30 bilionů červených krvinek. 20 až 30 bilionů četvených krvinek. Každá z těchto 20 až 30 bilionů červených krvinek má v sobě 270 milionů molekul hemoglobinu. Čili máme opravdu hodně hemoglobinu. Červené krvinky představují přibližně 25% všech buněk v našem tělě. Máme okolo 100 bilionů, nebo možná trochu více. Nikdy jsem je nepočítal. Každopádně, máme 270 milionů molekul hemoglobinu v každé červené krvince. To vysvětluje, proč červené krvinky musí vypuzovat jádro, aby uvolnily místo pro všechny tyto molekuly hemoglobinu. Nesou kyslík. Tady nakreslím tepnu, ano? Vychází ze srdce. Červená krvinka jde tím směrem, a poté se zbaví svého kyslíku a stane se žílou. Teď tady máme oxid uhličitý. Ve svalové buňce je oxid uhličitý vysoce koncentrovaný. Nakonec se rozptýlí, nakreslím to stejnou barvou, a skončí v plazmě, takhle, a část z něj se dostane skrz membránu do červené krvinky. V červené krvince proběhne karbonická anhydráza, která způsobí, že se oxid uhličitý disociuje a stane se z něj kyselina uhličitá, která může vypouštět protony. Tady nakreslím protony. Protony, jak jsme si řekli, mohou alostericky inhibitovat předání kyslíku hemoglobinem. Protony se začnou vázat na různé části a i oxid uhličitý který s ničím nereagoval, může skoro alostericky inhibitovat hemoglobin. Váže se k ostatním částem. A to změní tvar molekuly hemoglobinu dostatečně na to, že nemůže udržet své kyslíky a začne je pouštět. Jak jsme si říkali o kooperativní vazbě, čím více kyslíků máme, tím lépe se příjímají další. Když se kyslík začne odtrhávat, stává se těžší si udržet ty ostatní. A tak se odtrhnou všechny kyslíky. To je úžasný mechanismus, protože kyslík se dostane tam, kde je potřeba. Neřekne: opustil jsem tepnu a teď jsem v žíle. Možná jsem prošel nějakými vlásečnicemi a poté šel zpátky do žíly. Neřekne: tady vypustím kyslík, protože pak by chtě nechtě vypouštěl kyslík v celém těle. To, že je alostericky inhibitován oxidem uhličitým a kyselým prostředím, mu dovoluje vypustit kyslík tam, kde je nejvíce potřeba, kde je nejvíce oxidu uhličitého, kde dýchání probíhá nejintenzivněji. Je to fascinující. Abyste tomu lépe porozumněli, mám tady tabulku, která ukazuje příjem kyslíku hemoglobinem. Možná jste se s tím setkali ve škole, je dobré to pochopit. Tady na ose x, na hotizontální ose, máme parciální tlak kyslíku. Pokud jste viděli viea o parciálním tlaku, víte, že to znamená, jak často do vás narazí kyslík? Tlak vzniká plyny nebo molekulami, které do vás narážejí. Nemusí to být přímo plyny, prostě molekuly, narážející do vás. Parciální tlak kyslíku je tvořen molekulami kyslíku, které do vás naráží. Představte si, že tady je čím dál tím více kyslíku, takže ho více a více do vás narazí. Zkrátka vám to říká, kolik kyslíku je okolo vás. Vertikální osa vám říká, jak nasycené jsou molekuly hemoglobinu. 100% by znamenalo, že všechny hemové skupiny na všech molekulách hemoglobinu se navázaly na kyslík. 0 by znamenala, že se nenavázala žádná. Když jste v prostředí s velmi malým množstvím kyslíku, a to ukazuje kooperativní vazbu, řekněme že jsme v prostředí s velmi malým množstvím kyslíku. Jakmile se jen malá část kyslíku naváže, je pravděpodobnější, že se naváže i další kyslík. Proto graf stoupá strměji. Nechci se teď zabývat algebrou, ale jak vidíte, nejdříve se křivka zvedá pomalu, a poté je čím dál strmější. Protože se část kyslíku navázala, stalo se pravděpodobnější, že se ho naváže více. V určitý moment je pro kyslík těžké se navázat na ty správné molekuly hemoglobinu, ale jak můžete vidět, tady se to zrychlí. Pokud máme kyselé prostředí s velkým obsahem oxidu uhličitého, takže hemoglobin je alostericky inhibitován nebude proces probíhat tak hladce. V kyselém prostředí tato křivka pro jakoukoliv hodnotu parciálního tlaku a jakékoliv množsví kyslíku, ukáže méně navázaného hemoglobinu. Nakreslím to jinou barvou. Poté křivka bude vypadat takhle. Křivka zobrazující nasycení bude vypadat takhle. To je tedy kyselé prostředí. Tady je nějaký oxid uhličitý. Hemoglobin je alostericky inhibitován, takže je pravděpodobné, že v tento moment kyslík uvolní. Nevím. Nevím jak zábavné vám to připadalo, ale mně to přijde úžasné, protože je to nejjednodušší způsob, jak upustit kyslík přesně tam, kde je ho potřeba. Žádnou GPS ani robota nepotřebujeme. Teď si představte, že jsme ve stehenním svalu a ten člověk běží. Uvolním tam kyslík. Stane se to přirozeně, protože je to kyselejší prostředí s větší koncentrací oxidu uhličitého. Dojde k inhibitaci a poté se kyslík uvolní a je připraven pro použití při dýchání.