Hämoglobin

Hemoglobin and its role in the circulatory system

Ich habe bereits viel über die Bedeutung von Hämoglobin

in unseren roten Blutzellen geredet, deshalb widme nun Hämoglobin

ein gesamtes Video.

Erstens, weil es wichtig ist, aber es erklärt auch eine Menge

darüber wie Hämoglobin - oder die rote Blutzellen,

abhängig auf welchen Stand du bist, "wissen", und ich verwende

"wissen" in Anführungszeichen.

Dies sind keine fühlenden Wesen, aber wie "wissen" sie, wann

sie Sauerstoff aufnehmen und wann sie es abgeben?

Also, dieses Bild hier zeigt

ein Hämoglobinprotein.

Es besteht aus vier Aminosäurenketten.

Dies ist eine von ihnen.

Das sind die beiden anderen.

Wir werden hier nicht ins Detail gehen, aber sie sehen aus

wie kleine gelockte Schleifen.

Stell dir vor, sie bestehen aus einem Haufen Molekülen und Aminosäuren

und sie sind so gedreht wie dies hier.

Also, auf einer gewissen Ebene beschreibt dies seine Form.

und in jeder dieser Gruppen oder Ketten,

befindet sich eine Häm, hier in grün zu sehen.

Daher kommt das "Häm" in "Hämoglobin".

Es gibt vier Häme und die Globine

beschreiben den Rest davon: Proteinstrukturen,

vier Peptidketten.

Nun, dieses Häm ist besonders interessant.

Es ist eine Porphyrinstruktur.

Falls du das Video über Chorophyll gesehen hast, kannst du dich

an die Porphyrinstruktur erinnern, aber in der Mitte,

von Chlorophyll, hatten wir ein Magnesiumion, aber in der inneren

Mitte von Hämoglobin, haben wir ein Eisenion und dort

bindet sich der Sauerstoff.

In diesem Hämoglobin gibt es vier Hauptbindungsstellen

für Sauerstoff.

Hier gibt es eine, ein wenig

dahinter, hier und hier.

Nun, warum ist Hämoglobin - Sauerstoff kann auch hier gebunden werden, aber

Hämoglobin hat einige Eigenschaften, die

es besonders gut Sauerstoff binden lassen und auch besonders gut

Sauerstoff abgeben können, wenn es es abgeben muss.

Es besitzt etwas, was sich der "Kooperative Effekt" nennt.

Dies ist einfach nur das Prinzip, dass wenn es

ein Sauerstoffmolekül gebunden hat, sagen wir ein Sauerstoffmolekül

genau hier, verändert sich seine Form so,

dass andere Stellen, besser Sauerstoff binden können.

Also, ein Binden von Sauerstoff,

erleichtert das Binden an einer anderen Stelle.

Nun denkst du, ok, das ist gut.

Dies macht es zu einem sehr guten Sauerstofftransporteur, wenn es

durch die Lungenkapillaren wandert und

Sauerstoff aus den Lungenbläschen diffundiert.

Dies macht es besonders gut darin, den Sauerstoff aufzunhemen. Aber wie,

weiß es, wann es ihn abgeben muss?

Das ist eine interessante Frage.

Es hat keine Augen oder eine Art GPS, das sagt

dieser Mensch läuft gerade und produziert daher viel

Kohlendioxid in diesen Kapillaren und er braucht

sehr viel Sauerstoff in den Kapillaren in seinen

Oberschenkelmuskel.

Ich muss Sauerstoffen bringen.

Es weiß nicht, dass es im Oberschenkelmuskel ist.

Woher weiß es, dass es Sauerstoff hier abgeben muss?

Und das ist ein Nebenerzeugnis von dem, was wir allosterische Hemmung nennen,

dies ein kompleziertes Wort ist, aber das Konzept

ist ziemlich einfach.

Wenn von etwas "allostersichem" spricht, ist es häuftig

im Zusammenhang mit Enzymen, man spricht über die Idee

dass Dinge sich an andere Teile binden.

Allo beudetet "anderes"

Etwas bindet sich an andere Stellen des Proteins oder

der Enzyme, und Enzyme sind schießlich Proteine, und es beeinflußt

die Fähigkeit des Proteins oder der Enzyme das zu tun,

was es normalerweise tut.

Also, Hämoglobin ist allosterisch gehemmt durch

Kohlendioxid und durch Protonen.

Kohlendioxid kann sich an andere Stellen des

Hämoglobin binden. Ich kenne nicht die exakten

Stellen. Dies können auch Protonen.

Wie du dich erinnerst, bedeutet Säure einfach, eine hohe

Konzentration an Protonen.

In einer säurehaltigen Umgebung, können Protonen sich anbinden.

Ich färbe die Protonen in Pink.

Protonen sind übrigens nur Wasserstoff ohne Elektronen.

Protonen können sich an bestimmten Stellen des Proteins anbinden

und das macht es für sie schwerer, den Sauerstoff gebunden zu halten.

Wenn also besonders viel Kohlendioxid oder

Säure vorhanden ist, lassen sie los von

ihrem Sauerstoff.

Und dies ist zufällig ein besonders guter Zeitpunkt,

vom Sauerstoff loszulassen.

Zurück zum rennenden Menschen.

In diesen Zellen hier, herrscht besonders viel Aktivität, hier in

seinem Oberschenkelmuskel.

Sie geben besonders viel Kohlendioxid ab in die

Kapillaren.

An diesem Punkt, gehen sie von den Arterien in die Venen und

brauchen sehr viel Sauerstoff, was ein guter Zeitpunkt ist für das

Hämoglobin, den Sauerstoff abzugeben.

Es also sehr gut, dass Hämoglobin allosterisch

gehemmt ist durch Kohlendioxid.

Kohlendioxid bindet sich an bestimmte Stellen des Hämoglobins.

Es lässt seinen Sauerstoff los, das ist genau dort

im Körper, wo der Sauerstoff gebraucht wird.

Nun denkst du, halt.

Was ist mit der säurehaltgen Umgebung?

Wofür spielt es eine Rolle?

Nun, es stellt sich herraus, dass das meiste Kohlendioxid

gelöst ist.

Es ist gelöst.

Es geht in das Plasma, aber es wird zu

Kohlensäure.

Also schreibe ich hier eine kleine Formel.

Wenn du CO2 in Wasser mischst,

- und der Großteil deines Blutes, das Plasma, besteht aus Wasser.

Wenn du Kohlendioxid mit

Wasser mischst und Enzyme vorhanden sind

, und diese Enzyme befinden sich in den roten Blutkörperchen,

dann nennt sich das "Carboanhydrase".

Es kommt zu einer Reaktion, haupsächlich ist das Resultat

Kohlensäure.

Wir haben H2CO3.

Es ist ausgewogen.

Es gibt drei Sauerstoffteilchen, zwei Wasserstoffteilchen und ein Kohlenstoffteilchen.

Es nennt sich Kohlensäure, denn es gibt sehr einfach

Protonen ab.

Säuren lösen sich schnell in ihre konjugierte Base und

Protonen auf.

Köhlensäure dissoziiert also sehr schnell.

Es ist eine Säure, auch wenn ich es hier in einer Art

Gleichgewicht schreibe.

Wenn dich einige dieser Schreibweisen hier verwirren oder du noch mehr

Details benötigst, schau dir einige von den Chemievideos über Säure,

Dissoziierung und chemisches Gleichgewicht an, aber

es kann grundsätzlich eins dieser Wasserstoffteilchen abgeben, aber

nur das Proton und es behält das Elektron des Wasserstoffteilchens.

Es bleibt also ein Proton plus, also

es wurde ein Wasserstoffteilchen abgegeben, daher bleibt nur eins.

Dies ist ein Hydrogencarbonat.

Aber es hat nur das Proton abgeben, das Elektron behalten,

und daher ergibt es ein Minuszeichen.

Die gesamte Rechnung führt zu Neutralität, und das hier drüben

ist neutral.

Wenn ich also in der Kapillare des Beins bin, mal schauen,

ob ich das malen kann.

Also nehmen wir an, ich bin in der Kapillare des Beins,

Ich wähle eine neutrale Farbe.

So, dies ist die Kapillare des Beins.

Ich habe nur auf einen Teil der Kapillare gezoomt.

Es ist immer verzweigt.

Und hier drüben habe ich einige Muskelzellen,

die viel Kohlenstoffdioxid produzieren

und sie brauchen Sauerstoff.

Also, was passiert?

Die roten Blutkörperchen kommen angeschwebt.

Es ist übrigens interessant, dass ihr Durchmesser

25% größer ist als der, der kleinsten Kapillaren.

Also quetschen sie sich eigentlich durch

die kleinsten Kapillaren. Viele Leute glauben, dass es ihnen hilft

ihren Inhalt zu abzugeben und eventuell etwas von ihrem Sauerstoff,

den sie in sich haben.

Also das rote Blutkörperchen kommt vorbei.

Es quetscht sich durch diese Kapillare.

Es hat einen Haufen Hämoglobin dabei und damit meine ich,

dass jedes Blutkörperchen

270 Millionen Hämoglobinproteine hat.

Und wenn du das gesamte Hämoglobin des Körpers zusammenrechnest,

ist das sehr viel, denn wir haben 20 bis 30

Trillionen rote Blutkörperchen.

Und alle dieser 20 bis 30 roten Blutkörperchen haben

270 Millionen Hämoglobinproetine in sich.

Wir haben also eine Menge Hämoglobin in uns.

Also,

rote Blutkörperchen machen ungefähr 25% aller Zellen

in unserem Körper aus.

Wir haben 100 Trillion oder ein wenig

mehr oder weniger.

Ich habe sie noch nie alle gezählt.

Naja, also, wir haben 270 Hämoglobinpartikel

oder Proteine in jedem roten Blutkörperchen, das erklärt weshalb rote

Blutkörperchen ihren Zellkern abgegeben haben, um Platz zu machen

für all das Hämoglobin.

Sie tragen Sauerstoff.

Wir haben uns hiermit beschäftigt, dies

ist eine Arterie.

Sie kommt aus den Herzen.

Die rote Blutzelle kommt aus dieser Richtung und dann

wirft sie ihren Sauerstoff ab und dann

wird es eine Vene.

Nun, das passiert, wenn du dieses Kohlendioxid hast.

Du hast eine hohe Konzentration an Kohlendioxid in der

Muskelzelle.

Es geht irgendwann, nur durch Diffusion,

lass mich dies in der gleichen Farbe zeigen, in das Blutplasma,

so wie hier und ein Teil schafft es durch die

Membran in die eigentliche rote Blutzelle.

In der roten Blutzelle hast du die Carboanhydrase,

die das Kohlenstoffteilchen dazu bringt, sich zu lösen oder

eigentlich dazu, Kohlensäure zu werden, die

schließlich die Protonen abgeben kann.

Wie wir gerade gelernt haben, können diese Protonen allosterisch

die Sauerstoffaufnahme des Hämoglobins hemmen.

Diese Protonen beginnen also, sich an andere Stellen zu binden,

das Kohlenstoffdioxid, das nicht reagiert hat, kann

auch das Hämoglobin allosterisch hemmen.

Es bindet sich also auch an andere Stellen.

Und das verändert die Forn des Hämoglobinproteins, nur

soviel, dass es nicht seine Sauerstoffteilchen halten kann und

sie loslässt.

Und genauso, wie wir gesagt haben, gibt es eine kooperative Bindung, desto mehr

Sauerstoffteilchen es gibt, umso besser kann es neue

aufnhemen - das Gegenteil passiert.

Wenn der Sauerstoff losgelassen wird, wird es schwerer

die anderen zu behalten.

Dann wird also aller Sauerstoff losgelassen.

Dies ist, zumindest meiner Meinung nach, ein brillianter, brillianter

Mechanismus, denn der Sauerstoff wird genau dort losgelassen,

wo er gebraucht wird.

Es sagt nicht einfach, ich habe die Arterie verlassen und

nun bin ich in einer Vene.

Vielleicht, bin ich durch einige Kapillaren hier gegangen und

gehe zurück zu einer Vene.

Lass mich meinen Sauerstoffabgeben, denn dann würde es einfach

den Sauerstoff wohl oder übel im ganzen Körper abgeben.

Dadurch, dass dieses System allosterisch gehemmt wird durch

Kohlenstoffdioxid und einer säurehaltige Umgebung, erlaubt es

Sauerstoff abzugeben, wo es am meisten gebrauch wird, dort wo am meisten

Kohlenstoffdioxid ist, wo die meiste Atmung herrscht.

Es ist ein fasznierendes System.

Und nur um es besser zu verstehen, genau

hier habe ich diese kleine Tabelle, die die

Sauerstoffaufnahme von Hämoglobin zeigt oder wie viel es aufnehmen kann.

Das hast du vielleicht schon in deiner Biologieklasse gesehen,

es ist gut das zu verstehen.

Hier, haben wir auf der X-Achse oder der horizontalen Achse

den Partialdruck von Sauerstoff.

Und wenn du das Video über

Partialdruck gesehen hast, weißt du dass es einfach bedeutet,

wie oft Sauerstoff in dich gepumpt wird.

Druck wird erzeugt durch Gase oder Moleküle, die auf dich stoßen.

Es muss nicht unbedingt Gas sein, aber Moleküle,

die auf dich treffen.

Und dann ist der Partialdruck von Sauerstoff die Menge von

dem, was durch Sauerstoffmoleküle produziert wird,

die auf dich stoßen.

Du kannst dir also vorstellen, dass wenn du nach rechts gehts

mehr und mehr Sauerstoff da ist, sodass immer mehr und mehr

Sauerstoff auf dich trifft.

Es sagt also aus, wie viel Sauerstoff

vorhanden ist, wenn du der Achse nach rechts folgst.

Und die vertikale Acshe sagt dir, wie viel

deine Hämoglobinmoleküle aufnehmen können.

Die 100% würde heißen, das alle Häme auf allen

Hämoglobinmolekülen oder -proteinen mit Sauerstoff beladen wären.

Null bedeutet keine sind es. Wenn du also eine Umgebung hast,

mit sehr wenig Sauerstoff, und das zeigt eigentlich den

Kooperativen Effekt. Gehen wir davon aus, es handelt sich um

eine Umgebung mit sehr wenig Sauerstoff.

Sobald ein wenig Sauerstoff sich bindet, dann macht es

umso wahrscheinlicher, dass mehr Sauerstoff sich binden wird.

Dies passiert schnell, deshalb ist der Graph steil.

Ich will dies jetzt nicht mathematisch vertiefen, aber

wir du sehen kannst, wird er flacher und

dann nimmt die Kurve zu.

Wenn wir also Sauerstoff aufnehmen, wird es wahrscheinlicher,

dass wir noch mehr aufnehmen werden.

Und ab einem bestimmten Punkt , wird es schwer für Sauerstoff genau richtig

auf die Hämoglobinmoleküle zu treffen, aber du kannst sehen

dass es hierherum sehr stark zunimmt.

Nun, wenn wir eine säurehaltige Umgebung haben mit viel

Kohlenstoffdioxid, sodass Hämoglobin allosterisch

gehemmt wird, wird es nicht so gut wie dieses hier.

In einer säurehaltigen Umgebung haben wir also, für irgendeinen Wert von

Partialdruck von Sauerstoff oder Sauerstoffgehalt,

weniger gebundenes Hämoglobin.

Lass mich das in einer anderen Farbe zeigen.

Dann würde die Kurve also so ausehen.

Die Sättigungskurve würde so ausehen.

Dies ist eine säurehaltige Umgebung.

Vielleicht ist genau hier Kohlenstoffdioxid.

Das Hämoglobin ist allosterisch gehemmt, sodass

es wahrscheinlicher ist den Sauerstoff abzugeben an diesem Punkt.

Also, ich weiß es nicht.

Ich weiß nicht, wie interessant du das findest, aber ich finde es

brilliant, denn es ist wirklich der einfachste Weg für diese

Dinger ihren Sauerstoff abzugeben, wo er gebraucht wird.

Kein GPS wird gebraucht, kein Roboter, der sagen muss: Ich bin nun im

Oberschenkelmuskel und der Mensch rennt.

Lass mich meinen Sauerstoffabgeben.

Es tut es einfach nur, weil es eine säurehaltigere

Umgebung mit mehr Kohlenstoff ist.

Es wird gehemmt und dann wird der Sauerstoff abgeben und ist bereit,

für die Atmung wiederverwendet zu werden.