Техника - молодёжи 1973-12, страница 12

НА ПЕРЕДНЕМ HPAE НАУКИ

ГЕМОГЛОБИН—

молекулярное легкое

М. ПЕРУТЦ. лауреат Нобелевской премии (Англия)

Своей яркой окраской наша кровь обязана именно гемоглобину — он входит в состав ее красных телец. В 1 куб. мм крови насчитывается до 5 млн. таких телец, и в каждом из них содержится 280 млн. молекул этого исключительно важного для организма белкового соединения. Впрочем, белка в гемоглобине 96%, а остальные 4% прихрдятся на долю красящего вещества — гема.

Загрузка в оба конца

Поразительно, что герой нашего повествования выполняет в организме сразу две жизненно важные функции: забирает из легких кислород, отдает его тканям и уносит углекислоту — конечный продукт внутриклеточного обмена веществ — снова в легкие. Присоединение кислорода превращает синеватыи оттенок венозной крови в ярко-красный цвет артериальной.

Еще в начале века физиологи обнаружили, что артериальная кровь связывает кислород прочнее, чем венозная. Отдача кислорода тканям прекращается, когда в крови появляются молочная кислота и углекислота; кровь при этом становится щелочной.

Кроме того, выяснилось, почему гемоглобин как транспортное средство загружается в оба конца: он относится к веществам, содержащим и кислотные, и щелочные группы. Каждая его молекула, как оказалось, смонтирована почти из 10 тыс атомов углерода, кислорода. азота, водорода и серы. Но в это число входят еще 4 (только четыре!) атома железа, которые важнее, чем все остальные, вместе взятые.

Каждый атом железа находится в центре одного из плоских колец геминовой группы, сообщающей

крови красный цвет. И каждый может «ухватить» в легких молекулу кислорода воздуха.

«Будет отнято и то, что имеет...»

Загадка различий в способности артериальной и венозной крови присоединять кислород решается крайне необычно. Эта способность зависит от количества кислородных молекул, уже присоединенных к молекуле гемоглобина. Дело обстоит почти так, как в библейской притче об имущем и неимущем: «У кого есть много, тому будет дано еще больше, а у кого мало, у того будет отнято и то, что имеет».

Пусть у нас есть две молекулы гемоглобина — А и Б. Пусть А содержит 3 молекулы кислорода, а Б — ни одной. С какой соединится попавшаяся им на пути кислородная молекула?

Шансы распределяются так — 70: 1 в пользу молекулы А. Напротив, если бы в ней было 4 атома кислорода, а в молекуле Б только один, то будет 70 против 1 за то, что Б потеряет свой единственный кислородный атом, прежде чем А отдаст свои 4. И все потому, что 4 атома железа в молекуле гемоглобина «действуют» не изолированно друг от друга, а как некий единый коллектив. Если 3 из них присоединяют по одному атому кислорода, то это способствует привлечению кислорода и к четвертому. И наоборот, если 3 атома железа отдали по одному атому кислорода, это облегчает утрату его и для четвертого.

Физиологическое значение такого эффекта — вовсе не в скорейшем захвате кислорода в легких. Проблемы тут нет. Все дело в рациональной передаче его тканям. Если бы в крови не было гемогло

бина, то в 1 л ее могло бы раствориться только 3 мл кислорода. При таком его количестве ни у одного крупного животного нет никаких шансов выжить. А гемоглобин повышает мизерную норму 3 мл в 70 раз. Если бы сродство гемоглобина к кислороду не падало вместе с выделением последнего, то мы задохнулись бы даже при нормальном дыхании. Ибо там, где кислород нужен, он поступал бы лишь в ничтожных дозах.

Почему же после передачи кислорода тканям кровь становится щелочной? Потому что таким способом нейтрализуется углекислота — продукт обмена веществ. А продукт нейтрализации (бикарбонат) легко растворим и уносится венозной кровью.

Итак, физиологическая роль молекул гемоглобина постепенно выяснялась. Зато с химической точки зрения они оставались полной загадкой. Ни одно из веществ с известным составом не давало ни малейших указаний на то, как может функционировать сложнейший механизм, составленный из 10 тыс. атомов. Меня эта проблема глу-

Как показывает снимок в заголовке ' статьи, сделанный с помощью электронного микроскопа, в красных кровяных тельцах содержатся гемогло-биновые молекулы, причем в очень высокой концентрации: в каждом тельце около 280 млн. молекул. Они обеспечивают кислородный обмен в клетках тканей.

Схематический разрез красного кровяного тельца. В нем наряду с молекулами гемоглобина содержится вода (маленькие точки) и глюкоза (кружки).

м. V*

I ё.

Hi Ш

■В

i ч

8