Krev
Krev (6/10) · 14:58

Hemoglobin přenáší O2 a CO2 Poznejte dva způsoby, jak se kyslík přenáší z plic do tkání, a tři způsoby přenosu oxidu uhličitého ze tkání do plic. Rishi je pediatr a pracuje pro Khan Academy.

Povězme si, jak přesně se kyslík a oxid uhličitý dostávají do a z našich plic. Toto jsou plicní sklípky (alveoly) v plících. To je ta nejposlednější komůrka dýchací soustavy, kde se vzduch setkává s krevním oběhem. Tohle dole je céva. Kyslík se přesune z alveolu do cévy. Ten pak jde z cévy do malé buňky – červené krvinky. Toto je moje červená krvinka (erytrocyt). Je připravena na první dodávku kyslíku, a tak nakládá nějaký kyslík, který se dovnitř erytrocytu dostane difuzí. Tak se tedy dostane dovnitř. Kyslík se tedy dostal do erytrocytu. Kam si myslíte, že bude putovat nejdříve? Toto je erytrocyt, červená krvinka. Občas ho označujeme jako sáček hemoglobinu. Obsahuje miliony a miliony bílkovin hemoglobinu. Toto je náš hemoglobin. Má čtyři části. Každá může navázat kyslík. Protein hemoglobin se často označuje zkratkou Hb. Kyslík doslova skočí do jednoho z těchto hemoglobinů a naváže se přímo tady. Zpočátku je to trošku složité, protože kyslíku se moc nezamlouvá vázání na hemoglobin. Ale jakmile se jeden kyslík naváže, další se naváže také. A pro třetí to bude ještě jednodušší, protože každý kyslík vlastně mění konformaci, tedy tvar hemoglobinu. Takže každý následující kyslík se navazuje snáz. Říkáme tomu kooperativnost. To slovo souvisí s kooperací, tedy spoluprací. Jednoduchý způsob, jak si kooperativnost představit (alespoň já si ji tak představuji), je situace, kdy si na večírku radši přisednete ke stolu, kde již dva nebo tři přátelé sedí. Když si to představíte jako stůl se čtyřmi židlemi. Je to lepší, než být první, kdo si ke stolu sám sedne. Takže rádi sedíme s přáteli a kyslík je přátelská molekula, takže si ráda přisedne nebo naváže tam, kde jsou již další kyslíky navázány. Na základě tohoto diagramu, který jsem nakreslil, jaké jsou dva hlavní způsoby přenosu kyslíku v krvi? Jednak navázáním kyslíku na hemoglobin. To jest HbO2. Hb je hemoglobin. O2 kyslík. A tato molekula, nebo tento enzym, už vlastně není hemoglobin. Je to oxyhemoglobin. Tak se to jmenuje. A další způsob, kterým je kyslík rozváděn, je fakt, že část toho kyslíku, a já to tu vlastně naznačil, je rozpuštěný kyslík v plazmě. Takže část kyslíku se vlastně rozpouští přímo v plazmě a spolu s ní se rozvádí po těle. Ale většina, drtivá většina, bude přenášena díky vazbám na hemoglobin. Takže jen malá část je rozpuštěna v plazmě. Většina je vázána na hemoglobin. Takže tato krvinka vyrazí na cestu. Řekněme, že dopraví kyslík třeba sem. A tady máme buňku tkáně. Samozřejmě netušíme, kam zrovna dneska půjde. Ale jde kamkoliv, kam jí odnese krev. Řekněme, že jí čeká cesta do vašeho stehna. Tato stehenní buňka vytvořila oxid uhličitý. Lidé si často myslí, že oxid uhličitý se tvoří jen když svaly pracují. Ale i když spíte, i když děláte cokoliv, vždycky se tvoří oxid uhličitý, protože vždycky probíhá buněčné dýchání. Takže tato červená krvinka byla přenesena do kapiláry přímo vedle této stehenní buňky. Máme takovou situaci, kdy nějaký oxid uhličitý se takhle difunduje do červené krvinky. Co se stane, jakmile se tam dostane? Nakreslím zvětšenou verzi krvinky, abyste lépe viděli, co se děje. Jsme ve stehně. Aby tento děj proběhl, musí být splněny dvě podmínky. První je, že ve svalu velké množství oxidu uhličitého, neboli vysoký parciální tlak CO2. Ten se rozpustí v krvi. Druhá je, že ve tkáni je málo kyslíku. Zaměřme se na ten druhý bod. Když ve tkáni není příliš kyslíku, a my víme, že se hemoglobin neustále navazuje na molekuly kyslíku, pak se zase uvolňuje a navazuje na nové. Čili je to dynamický proces, Takže když v okolí není mnoho kyslíku, tyto navázané molekuly kyslíku se uvolní, tak jako vždycky v tomto dynamickém ději. Kromě toho, že nové molekuly se nenavážou, protože v okolí je tak málo kyslíku, že méně a méně kyslíku je volného, schopného naskočit, tedy navázat se na hemoglobin. Takže vám kyslík doslova vyskočí z hemoglobinu. Jednoduše proto, že parciální tlak kyslíku v okolí je nízký. Takže jeden důvod pro přesun kyslíku do buňky je nízký pO2. To je jeden důvod a já vám ukážu další, proto píšu důvody, pro přesun kyslíku. Takže jeden z nich je prostě nedostatek kyslíku v té oblasti. Druhý důvod má co do činění s oxidem uhličitým samotným. Sledujme, co se stane s oxidem uhličitým poté, co se dostane do červené krvinky. Toto je první molekula oxidu uhličitého, ta se potká s vodou. Pamatujte, že v krvince je spousta vody. Voda je vlastně všude v krvi. Vlastně celá krev je zejména z vody. Takže není tak těžké si představit, že by se molekula vody mohla setkat s molekulou CO2. V krvi je eznym, který se jmenuje karbonát-anhydrasa. Ta spojuje vodu a oxid uhličitý za vzniku kyseliny uhličité, kterou označujeme jako H2CO3. Je-li to kyselina, zkusme si vzpomenout, co kyseliny dělají. Kyseliny odštěpují proton. Takže se z H2CO3 stane HCO3(-) a odštěpí proton H(+). Všimněte si, že teď jsou hydrogenuhličitan i proton na této straně. A ten hydrogenuhličitan se uplatní venku. Hydrogenuhličitan opustí buňku. A proton potká jeden z těch oxyhemoglobinů. Najde oxyhemoglobin, uvědomte si, že jich jsou všude okolo miliony, a naváže se na hemoglobin, čímž přímo vyrazí kyslík Takže se naváže na hemoglobin a kyslík se vyloučí. To je zajímavé, protože to je druhý důvod, proč se kyslík uvolňuje ve tkáních. A tak protony soutěží s kyslíky o vazby v hemoglobinu. Takže soutěží o hemoglobin. Teď jsem řekl, že s oxidem uhličitým se může stát ještě něco jiného. Ukázalo se, že oxid uhličitý si vlastně občas sám najde oxyhemoglobin. Znovu si uvědomte, že jich tu jsou miliony. Tak si jeden najde a provede to samé. Řekne: „Hele, ty hemoglobine, proč se prostě nesvážeš se mno a nezbavíš se toho kyslíku?“ Takže taky soutěží s kyslíkem. Máte tedy několik soutěží s protony, několik s oxidem uhličitým, a když se oxid uhličitý skutečně naváže, zajímavé je, že to vyrobí proton. Hádejte, co se stane! Ten proton může vyrazit a zase soutěžit sám za sebe. Může soutěžit s oxyhemoglobinem a pokusit se vyrazit další kyslík. Tento systém je skutečně zajímavý, protože teď máme už několik důvodů pro přenos kyslíku do tkání. Máme soutěživé protony, soutěživý oxid uhličitý, ti všichni soutěží s kyslíkem… To už je panečku soutěž. A samozřejmě máte ještě ten jednoduchý fakt, že v okolí není moc kyslíku. To jsou důvody pro přenos kyslíku. Takže v tuto chvíli máte kyslík, který je dopraven do buněk. A ty molekuly hemoglobinu jsou pořád v našich krvinkách. A tyto na tyto molekuly hemoglobinu se navázaly různé věci. Nejsou tudíž již vázany kyslíkem, a tak jim už nemůžeme říkat oxyhemoglobin. Místo toho mají protony, jako tady, nebo mohou mít na sobě nějaké COO(-). Já to vlastně udělám původní oranžovou barvou. V zásadě mají dvě různé věci, které mohou navázat. A výsledek toho všeho je, že kyslík byl úspěšně předána náš systém zatím vypadá dobře. Ale podívejme se na to z druhé strany. Zeptám se: „Jak přenášíme oxid uhličitý ze stehna zpět do plic?“ Bude to opačně než ve stehně. Místo stehno napíšu plíce.Takže nyní se naše krev dostala zpět do plic. Otázka je, kolik oxidu uhličitého vzala s sebou? A v jakých různých formách přichází? Máme několik situací. Máme tu vysoké množství kyslíku a málo oxidu uhličitého. Čili je to přesně opačně než ve stehně Když krev opouští stehno směrem k plicím, co má s sebou? No, má hned několik věcí. Jednou je hemoglobin, na nějž je vázán oxid uhličitý. Tomu se říká karbaminohemoglobin. Také má protony, které jsou navázány na hemoglobin. Tedy samy protony jsou připojeny k hemoglobinu. A vzpomeňme si, že každému protonu připojenému k hemoglobinu odpovídá také hydrogenuhličitan rozpuštěný v plazmě. Poměr těchto částic je 1 : 1. Máte tedy spoust hydrogenuhličitanů v plazmě. Dám to do závorky jen abychom to nezapomněli. A nakonec, co ještě je v krvi? Máme nějaký oxid uhličitý, který se rozpustil přímo do plazmy. Je to podobné jako s kyslíkem, kdy jsme měli část kyslíku rozpuštěnou přímo v plazmě. A tohle všechno putuje zpět do plic. A co se stane? To už dáme dohromady. Jednak máme v okolí dost kyslíku. Dost kyslíku v plicní tkáni. Ten se difunduje do buňky. Přesune se do buňky. Kyslík, protože je ho tu tolik, se pokusí navázat na hemoglobin. Pokusí se najít své místečko. A když ho najde, proběhne pravý opak rovnice toho, co jsme tu měli před tím. Nyní máme spoustu kyslíku tady, spoustu kyslíku tady. A protože to jsou vratné reakce, jednoduše přesuneme celou rovnici doleva. Čili nyní máme spoustu kyslíku, který přirozeně soutěží zase o ten hemoglobin. Vzpomeňme na situaci, kdy se naopak protony snažili sebrat hemoglobin kyslíku. A tak kyslík vrací úder. Říká: „Seberu si ten hemoglobin hezky zpátky!“ Máme ten proton, který zůstal sám, a na této straně máme CO2, který zůstal sám. A teď se stane několik zajímavých věcí. Snad se moc nezakecám. Jaké jsou důvody pro přesun oxidu uhličitého? Jak se přesune zpátky do plic? Za prvé to nejzjevnější. Řekli jsme si, že v plicích je málo oxidu uhličitého. Jednoduše, když máme málo oxidu uhličitého v okolí, jakýkoliv oxid tady se difunduje do alveol. Cokoliv je v červené krvince se difunduje sem jen proto,že v okolí není dostatek oxidu uhličitého. Takže místo přenosu do krvinky se to teď difunduje ven. Druhý důvod, a to je zajímavější, je, že kyslík zase soutěží s protony a oxidem uhličitým o hemoglobin A to je co jsme popsali tady dole rovnicí. Čili se jednoduše přeměňuje zase na oxyhemoglobin. To je první věc, to jsme tu již popsali. Nakreslili jsme kyslík navzaný na hemoglobin. To znamená, že oxid uhličitý se odštěpil, protony se odštěpily a jsou zpátky uvnitř buňky. Takže kdybyste byli oxidem uhličitým, difundovali byste zpátky do alveolů. Ale představte si že byste byli protonem, který právě opustil hemoglobin, protože ho vyrazil kyslík. A pak se tenhle malý hydrogenuhličitan vrátí dovnitř buňky a spojí se s protonem. Ti dva vytvoří – uhodli jste – H2CO3. Vzpomeňte si, že to je také vratné. Takže znovu vytvoří kyselinu uhličitou. A ukáže se, že se můžete dostat z H2CO3 sem také pomocí karbonát-anhydrasy. Tak v zásadě projdete celou touhle reakcí pozpátku a můžete vidět, že jsme vyrobili další oxid uhličitý. Ještě jednou. Máme hydrogenuhličitan rozpuštěný v plazmě, jen tak tam polehává a čeká. A jak jen nějaký proton vyskočí z hemoglobinu, spojí se s ním a vytvoří CO2. Máme tedy CO2 z hydrogenuhličitanu, CO2 z karbaminohemoglobinu, a také CO2 rozpuštěné v plazmě. Tři různé způsoby návratu oxidu uhličitého zpět. Jakmile se oxid uhličitý dostane do plic, přenese se přímo do alveol díky difuznímu gradientu, protože v plicích je zatraceně málo CO2. A ze všech možností, ta nejdůležitější cesta oxidu uhličitého je tahle, ta prostřední, v níž se protony navážou na hemoglobin a všechny hydrogenuhličitany jsou rozpuštěny v plazmě. Této jedné byste měli věnovat největší pozornost.
video