Оживление без сенсаций

Но посмотрим на этот вопрос с оптимистической стороны: да, конечно, каждую секунду в селезенке погибает 10 миллионов красных кровяных шариков, но в эту же секунду столько же новых, полных сил эритроцитов поступает в кровь из костного мозга! И в каждом эритроците размером всего 7 микрон 280 миллионов молекул гемоглобина, «самого удивительного вещества в мире», как назвал его Джозеф Баркрофт — один из основоположников науки о дыхании.

В последние годы интерес к гемоглобину непрерывно растет: примерно каждые два дня в мире выходит новая научная работа, посвященная его свойствам. И тем не менее виднейший советский «гемоглобиновед» профессор Л. И. Иржак пишет: «Несмотря на все достигнутое в изучении гемоглобина, представления о нем можно уподобить огромному портрету, на котором выписаны в совершенстве только глаза и кисть руки, а остальные детали сливаются с фоном».

Известно, что самой большой частью гемоглобина является белок глобин. Он состоит из четырех цепочек, завязанных в сложный узел. И на каждой цепочке глобина торчит, как пуговица, красное кольцо порфирина (от слова «порфирос» — пурпурный). В центре кольца — атом железа. У него шесть рук — координационных связей. Четырьмя связями атом железа держится изнутри за кольцо порфирина, пятой рукой он упирается в цепочку глобина, а шестой шарит в пространстве — ловит кислород. Как только поймает, гемоглобин превращается в оксигемоглобин: теперь он готов путешествовать из легких в ткани, где атом железа отпускает кислород, чтобы продуть им клетки. Оксигемоглобин становится обычным гемоглобином, током крови он возвращается обратно в легкие, размахивая по дороге освободившейся рукой — валентностью: он снова готов ловить кислород.

Как часто нас в природе поражает сочетание великого и малого: в 25 триллионах эритроцитов содержится всего 2,45 грамма железа, благодаря которым мы можем дышать! Маленький железный гвоздик, растворенный в нашей крови, позволяет нам жить! Каждый грамм гемоглобина может' удержать с помощью миллиардов своих железных ловцов 1,34 миллилитра кислорода. А поскольку в 100 миллилитрах нашей крови содержится 15—16 граммов гемоглобина, нетрудно подсчитать, что эти 100 кубиков крови могут принести тканям 20 миллилитров кислорода, т. е. почти в 70 раз больше, чем несла бы кровь («морская вода») без гемоглобина. Вот вам и гвоздик!

Кстати сказать, именно железо придает нашей крови красный цвет: у всех позвоночных животных, а также у дождевого червя, пиявок и некоторых моллюсков в цветных белках крови железо. А вот у скорпионов, пауков и спрутов вместо гемоглобина гемоцианин: в нем не железо, а медь, от которой кровь у них окрашивается в голубой цвет,— факт, вызывающий у биологов непреодолимое желание проводить всякого рода сатирические параллели.

Реаниматологи очень любят гемоглобин. Ведь именно он снабжает кислородом ткани, без его помощи в клетках возникало бы кислородное голодание, с которым врачу приходилось бы вступать в трудную борьбу. Реаниматологи ревностно следят за характером гемоглобина. Дело в том, что у него очень переменчивый характер, во многом зависящий от внешних обстоятельств. Когда кислорода много, а углекислоты мало, он становится жадным, и его железо держится за кислород, как Гобсек. Но зато когда тканям плохо и в них развивается гипоксия и гиперкапния, гемоглобин становится альтруистом и готов поделиться с клетками последним кислородом.

Иногда реаниматологу так и хочется взять фонендоскоп и, наклонясь над молекулой гемоглобина, обратиться к ней с типичной врачебной просьбой: «Дышите!.. Еще! Глубже, пожалуйста... Еще! Глубже вдохните!.. Повернитесь на другой бок!»

Врачу очень хочется выслушать «молекулярное легкое» — от его работы зависит жизнь человека с его легкими, сердцем, а главное, мозгом. Между тем «гемоглобиновое дыхание» и в норме, вне всякой болезни, работает весьма своеобразно.

Как мы помним, в молекуле гемоглобина четыре цепочки глобина, на каждой из которых торчит красная пуговица гема со своим железным центром.

Самое интересное в механизме работы «молекулярного легкого» заключается в том, что все четыре гема, принадлежащие одной молекуле гемоглобина, работают не порознь, а как бы совместно, кооперированно: каждую следующую молекулу кислорода гемоглобин захватывает (и отдает) легче, чем предыдущую. То есть каждый гем каким-то образом знает, присоединили гемы кислород или еще нет. Что-то происходит с громадной молекулой гемоглобина, когда она начинает связываться с кислородом. Лауреат Нобелевской премии Макс Перутц так сформулировал этот вопрос: как крошечная блоха (молекула О2) заставляет подпрыгивать слона (10 тысяч атомов гемоглобина)?

Как же объясняется согласованность в работе четырех субъединиц гемоглобина? Напрасно мы будем искать здесь аналогию с дружеской солидарностью. Каждая свободная субъединица жадно хватает кислород, а в ансамбле ее инициативу сковывают шесть солевых мостиков. Когда эти пути разрываются, присоединить кислород становится легче. Поясним это на простом примере.