Hemoglobin
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0:00 - 0:04我已經對紅血細胞中的血基質的重要性講了很多
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0:04 - 0:06所以我將用一整集影片來專門講解血基質
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0:06 - 0:10首先因爲它很重要
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0:10 - 0:14而且它解釋很多有關血基質-
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0:14 - 0:17或血紅細胞的內容 根據你想要研究的程度而定
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0:17 - 0:19或所想“知道”的程度 我必須在引文中用“知道”
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0:19 - 0:23它們並不是有感知的生物
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0:23 - 0:26但它們怎麽知道什麽時候吸收氧氣和釋放氧氣？
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0:26 - 0:33這就是一張血基質的圖片
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0:36 - 0:40它由四個胺基酸鏈組成 這是其中一個
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0:40 - 0:44這是另外兩個 我們對其細節不予以深究
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0:44 - 0:45但這些看起來像卷曲的緞帶
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0:45 - 0:48你可以把它想象成一簇分子 一簇胺基酸分子
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0:48 - 0:49彎曲纏繞成這樣的形狀
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0:49 - 0:53在某種程度上 這樣就是它大體的形狀
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0:53 - 0:57在每一個這種鏈中 每一組中
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0:57 - 1:01你能發現一個綠色的血基質
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1:03 - 1:05這就是爲什麽hemoglobin中有hem這個詞綴
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1:05 - 1:08四個血基質以外 剩下的基本上就是蛋白質
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1:08 - 1:10其實就是肽鏈
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1:10 - 1:12四個肽鏈
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1:12 - 1:15血基質 很有趣
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1:15 - 1:19它實際上是紫質結構
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1:19 - 1:21如果你看過葉綠素的那一集
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1:21 - 1:24你會記得紫質結構 葉綠素的中央
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1:24 - 1:26是一個鎂離子
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1:26 - 1:28血基質的中央 是一個鐵離子
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1:28 - 1:36氧氣就在這地方被吸附住了
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1:36 - 1:39血基質對氧氣有四個主要吸附點
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1:39 - 1:43這兒有一處 或許靠後一點有一處
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1:43 - 1:45這裡和這裡也有
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1:45 - 1:51爲什麽血基質- 氧氣在這裡很容易被吸收
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1:51 - 1:54血基質有許多特性
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1:54 - 1:58使它善於吸附氧氣
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1:58 - 2:01也善於在需要釋放氧氣的時候將其釋放
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2:01 - 2:05這表現爲一種叫做協同鍵和的性質
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2:10 - 2:14原則上 一旦一個氧分子被吸附
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2:14 - 2:19假設一個氧分子與之結合在此處
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2:19 - 2:23它改變形狀 使得其它吸附點
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2:23 - 2:28更容易吸附氧氣 就是使它-
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2:28 - 2:34某一個結合會使其他的結合更加容易
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2:43 - 2:44現在你說 好吧
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2:44 - 2:47這樣使血基質成爲一個好的氧氣接收器
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2:47 - 2:52當它在肺毛細血管中穿行
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2:52 - 2:54氧氣從肺泡中擴散
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2:54 - 2:57這種機制使它容易獲得氧氣
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2:57 - 3:01但它怎麽知道什麽時候釋放氧氣？
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3:01 - 3:02這是一個有趣的問題
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3:05 - 3:08沒有眼睛或者GPS能告訴它
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3:08 - 3:14這家夥正在奔跑 他的毛細血管中
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3:14 - 3:17正在産生許多二氧化碳
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3:17 - 3:21他四頭肌周圍的毛細血管需要大量氧氣
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3:21 - 3:24我需要將氧氣送過去 但並不知道要送到四頭肌那裏
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3:24 - 3:28血基質怎麽知道要在那地方釋放氧氣？
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3:28 - 3:33這是我們所說的變構抑制的副產物
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3:33 - 3:34這是一個漂亮的詞
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3:34 - 3:37但概念實際上非常簡單
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3:40 - 3:45談到“變構” 通常要伴隨著酶
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3:45 - 3:48我們討論的是一部分物質與另一部分結合的內容
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3:48 - 3:52Allo意爲“其他的”
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3:52 - 3:56所以你正被綁在蛋白質或酶的其他部分
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3:56 - 4:00酶也是蛋白質
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4:00 - 4:04它影響蛋白質或酶正常工作的能力
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4:04 - 4:08血基質就被二氧化碳和氫離子
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4:08 - 4:13變構抑制著
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4:13 - 4:16二氧化碳可與血基質的其它部分形成化學鍵
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4:16 - 4:20我不知道具體位置 氫離子也是這樣
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4:20 - 4:23記住 酸性只是高濃度的氫離子
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4:23 - 4:26酸性環境中 質子可形成化學鍵
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4:26 - 4:29也許我要用粉紅色來表示氫離子
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4:29 - 4:32氫離子 也就是沒有電子的氫原子
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4:32 - 4:36氫離子可以同蛋白質的某些部分形成化學鍵
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4:36 - 4:39這使得它們難以維持對氧氣的吸附
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4:39 - 4:43所以在二氧化碳多或酸性環境中
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4:43 - 4:48血基質將釋放氧氣
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4:48 - 4:49事實正是這樣的
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4:49 - 4:52這正是釋放氧氣的好時候
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4:52 - 4:53讓我們回到奔跑的例子
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4:55 - 4:59他的四頭肌的細胞中有很多活動
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4:59 - 5:04它們向毛細血管中釋放大量二氧化碳
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5:05 - 5:09這時候 它們從動脈流向靜脈
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5:09 - 5:12它們需要大量氧氣 這正是血基質
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5:12 - 5:14釋放氧氣的好時候
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5:14 - 5:18所以二氧化碳對血基質的變構抑制
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5:18 - 5:20非常好
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5:20 - 5:23二氧化碳與它的某些部分成鍵
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5:23 - 5:25它開始釋放氧氣 而這地方
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5:25 - 5:27正是身體需要氧氣的地方 現在你說 等一下
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5:27 - 5:30酸性環境又怎麽樣呢？它又是怎樣影響這個機制的？
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5:30 - 5:33大部分二氧化碳是處於離子態的
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5:33 - 5:36它實際上處於離子態
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5:36 - 5:38二氧化碳進入血漿
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5:38 - 5:40它實際上被變成了碳酸
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5:40 - 5:43我在這寫一個小公式
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5:43 - 5:50二氧化碳和水
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5:50 - 5:53我的意思是 我們血液的主要部分 血漿 是水
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5:53 - 5:56二氧化碳和水混合
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5:56 - 6:00而紅血細胞中又有酶存在
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6:00 - 6:05叫做碳酸酐酶
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6:09 - 6:16一個反應將會發生 你將得到碳酸
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6:16 - 6:21我們得到H2CO3
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6:21 - 6:24這樣就守恒了 三個氧原子 兩個氫原子 一個碳原子
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6:24 - 6:28叫它碳酸是因爲它很輕易的釋放氫離子
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6:28 - 6:33酸很容易就分解爲
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6:33 - 6:35共轭堿和氫離子
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6:35 - 6:42所以碳酸很容易就分解 它是酸
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6:42 - 6:45盡管我要在這兒寫一種化學平衡
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6:45 - 6:48如果你對這些概念感到困惑 或者你想要知道
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6:48 - 6:52更多細節 觀看一些有關酸分解
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6:52 - 6:54和平衡狀態反應及其它有關這部分的影片
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6:54 - 6:56但基本上它會釋放這些氫原子中的一個
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6:57 - 7:00但釋放的僅僅是氫離子 沒有電子
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7:00 - 7:03所以留下的只是帶單位正電的氫離子
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7:03 - 7:05釋放一個氫原子 留下一個氫原子
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7:05 - 7:09這實際上是碳酸氫根離子
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7:12 - 7:13但是它僅釋放氫離子
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7:13 - 7:15保留電子 所以有一個負號
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7:15 - 7:20所以所有電荷相加呈電中性 那裏是電中性
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7:20 - 7:25如果我在一條毛細血管中- 讓我看一下能否畫出來
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7:25 - 7:30假設在我的腿的一條毛細血管中 我使用一種中性顏色
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7:30 - 7:32這是我的腿的一條毛細血管
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7:32 - 7:34我剛剛把毛細血管的一部分放大了
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7:34 - 7:36毛細血管總是分叉
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7:36 - 7:41在這兒 就在這兒我們有一簇肌肉細胞
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7:41 - 7:48它們正在産生大量的二氧化碳 它們需要氧氣
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7:48 - 7:50將會發生什麽呢？
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7:50 - 7:53我的紅血細胞流過
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7:53 - 7:55紅血細胞實際上非常有趣
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7:55 - 8:01它的直徑比最小的毛細血管的直徑要大25%
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8:01 - 8:04所以基本上它們通過小毛細血管時它們是被擠過去的
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8:04 - 8:08許多人相信這樣幫助血紅細胞釋放它們物質
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8:08 - 8:12或許在它們內部有一些氧氣
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8:12 - 8:14一個血紅細胞正來到這裡
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8:14 - 8:18它就在這兒被擠過這條毛細血管
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8:18 - 8:22這個血紅細胞有一群血基質- 當我說“一群”的時候
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8:22 - 8:24現在你或許應知道
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8:24 - 8:29每個血紅細胞有兩億七千萬個血基質
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8:30 - 8:32如果你將整個身體的血基質加起來
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8:32 - 8:41這個數字是巨大的因爲我們有二百到三百億血紅細胞
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8:45 - 8:50這二百億到三百億的血紅細胞每一個都含有
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8:50 - 8:57兩億七千萬血基質 所以我們有很多血基質
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8:57 - 8:59總之 這有點兒- 實際上
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8:59 - 9:03紅血細胞大約占我們身體所有細胞的25%
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9:03 - 9:06我們大約有一千億或稍多一點的細胞 允許誤差
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9:06 - 9:07我從來沒有坐下數過它們
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9:07 - 9:13但是不管怎樣 我們的每一個血紅細胞有兩億七千萬血基質
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9:13 - 9:16這解釋了血紅細胞爲什麽
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9:16 - 9:19必須丟棄它們的核來爲那些血基質騰出空間
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9:19 - 9:21血基質輸運氧氣
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9:21 - 9:26這兒我們來處理- 這是一條動脈 對吧？
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9:26 - 9:28它從心髒發出
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9:28 - 9:29血紅細胞正流向那個方向
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9:29 - 9:31然後它就釋放它所輸運的氧氣
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9:31 - 9:34然後這條動脈就變成了一條靜脈
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9:34 - 9:39現在將會發生的是 你有了二氧化碳
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9:39 - 9:42在這肌肉細胞中你有高濃度的二氧化碳
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9:42 - 9:45最終 通過擴散梯度 到達-
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9:45 - 9:54讓我使用同一種顏色 像這樣到達血漿中
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9:54 - 9:57一些二氧化碳可以穿過細胞膜
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9:57 - 10:00真正進入到紅血細胞中
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10:00 - 10:04在血紅細胞中 你有這碳酸酐酶
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10:04 - 10:07碳酸酐酶使得二氧化碳分解爲-
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10:07 - 10:10或基本上變成碳酸
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10:10 - 10:18碳酸又可以釋放氫離子 這些氫離子 剛剛學過
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10:18 - 10:22能夠通過變構抑制讓血基質吸收氧氣
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10:22 - 10:25這些氫離子開始與不同的部分成鍵
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10:25 - 10:27甚至那些沒有發生反應的二氧化碳-
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10:27 - 10:31也能變構抑制血基質
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10:31 - 10:32所以它也同不同的部分成鍵
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10:32 - 10:37這些化學反應使血基質的形狀發生足夠的變化
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10:37 - 10:40它不能有效地維持住它的氧氣 它開始釋放氧氣
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10:40 - 10:43正如我們之前說的 我們有協同鍵和作用
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10:43 - 10:47你有越多的氧氣 就越容易吸收更多的-
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10:47 - 10:49相反的事情也會發生 當你開始釋放氧氣
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10:49 - 10:51吸收其它氧氣變得困難
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10:51 - 10:52然後所有的氧氣被釋放
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10:52 - 10:56這在我看來 是一個非常卓越的機制
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10:56 - 11:00因爲氧氣在需要被釋放的地方得到釋放
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11:00 - 11:07它不僅僅說 我離開一條動脈 我現在在一條靜脈
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11:07 - 11:09或許我已流過這兒的一些毛細血管
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11:09 - 11:11我將流回一條靜脈 讓我釋放氧氣-
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11:11 - 11:13因爲不管願不願意 它都將在整個身體釋放氧氣
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11:13 - 11:16這一係統 通過二氧化碳的變構抑制
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11:16 - 11:20和酸性環境
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11:20 - 11:23在最需要氧氣的地方
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11:23 - 11:25在二氧化碳最多的地方
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11:25 - 11:28在呼吸最旺盛的地方 釋放氧氣
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11:30 - 11:33所以這是非常令人著迷的機制
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11:33 - 11:34爲了更好的理解這一機制
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11:34 - 11:37我這兒有一個小圖表
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11:37 - 11:41它顯示了血基質對氧氣的吸收和它怎樣可以飽和
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11:41 - 11:44在你的生物課上你或許能看到這樣的圖表
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11:44 - 11:45所以理解這一圖表非常有益
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11:45 - 11:49在這兒 在X軸或水平軸上
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11:49 - 11:51我們有氧氣的分壓
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11:51 - 11:55如果你觀看過講授分壓的化學課
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11:55 - 11:56你會知道分壓意味著
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11:56 - 11:59你多麽頻繁地被氧氣撞到
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11:59 - 12:03壓力由撞到你的氣體或分子産生
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12:03 - 12:06它並不一定是氣體 只要是撞到你的分子就可以
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12:06 - 12:10氧氣的分壓就是
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12:10 - 12:12撞到你的氧分子産生的量
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12:12 - 12:14設想你向右走
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12:14 - 12:16你周圍有越來越多的氧氣
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12:16 - 12:19你愈加頻繁地被氧氣撞擊到
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12:19 - 12:20這本質上就是說
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12:20 - 12:24沿水平軸的右向 有多少氧氣在你周圍？
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12:24 - 12:26然後垂直軸告訴你
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12:26 - 12:29你的血基質分子飽和的程度
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12:29 - 12:33100%意味著所有的血基質分子
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12:33 - 12:38都拴住了氧氣
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12:38 - 12:40零意味著沒有血基質拴住氧氣
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12:40 - 12:43在一個氧氣很少的環境中-
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12:43 - 12:46這實際上顯示了協同鍵和的作用 讓我們說
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12:46 - 12:50我們正在考慮一個氧氣很少的環境
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12:50 - 12:53一旦很少的氧氣被拴住 血基質將更加容易
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12:53 - 12:56拴住更多氧氣
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12:56 - 12:59只要一點點 這也是爲什麽斜率在增長
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12:59 - 13:01我不想在這裡引入代數和微積分
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13:01 - 13:04但正如你所看到的 我開始斜率有點平 然後增加
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13:04 - 13:06當我們拴住一些氧氣
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13:06 - 13:08這使得血基質更加容易拴住更多的氧氣
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13:08 - 13:12在某些點 氧氣直接撞進血基質分子
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13:12 - 13:14很困難
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13:14 - 13:17但是你可以看到大約在這兒它有點兒加速了
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13:17 - 13:23現在 如果我們有一個含大量二氧化碳的酸性環境
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13:23 - 13:25血基質被變構抑制著
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13:25 - 13:29它就不像這樣好了 所以在酸性環境中
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13:29 - 13:33對於各種層級的氧氣分壓或任何數量的氧氣
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13:33 - 13:37我們都將有較少的拴住氧氣的血基質
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13:37 - 13:38讓我用另外一種顏色來表示
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13:38 - 13:41曲線看起來將會像這樣
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13:45 - 13:47飽和曲線看起來將會像這樣
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13:51 - 13:55這是一酸性環境
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13:55 - 13:57也許這兒有一些二氧化碳
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13:57 - 14:06血基質正被變構抑制著
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14:06 - 14:10它很有可能在這一點上釋放氧氣 我不知道
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14:10 - 14:13我不知道你們是否對此感到興奮 但是我認爲它非常卓絕
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14:13 - 14:16因爲這些東西是在需要氧氣的地方釋放氧氣的
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14:16 - 14:19最簡單的方法 不需要GPS
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14:19 - 14:21不需要機器人說
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14:21 - 14:25現在在四頭肌內 這家夥正在奔跑 讓我來釋放氧氣
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14:25 - 14:27它只是自然地這樣做 因爲這是一個酸性的環境
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14:27 - 14:29有更多的二氧化碳 血基質被抑制
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14:29 - 14:33然後氧氣被釋放 準備被呼吸作用所利用
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David Chiu added a translation |