Hämoglobin Ein wunderbares Molekül
Hämoglobin (von griechischhaíma, Blut, und lateinischglobus, Kugel) ist Laien zumeist als „roter Blutfarbstoff“ geläufig. Die wichtigste Funktion dieses eisenhaltigen Proteinkomplexes besteht darin, Sauerstoff im Blut zu binden, aber es transportiert auch Kohlenmonoxid und spielt eine Rolle bei der Aufrechterhaltung des Säure-Basen-Gleichgewichts des Körpers. Diese Aufgaben erfüllt es mit einer an Perfektion grenzenden Präzision.
Hämoglobin kann nicht frei im Blut wandern; es wird in roten Blutkörperchen getragen, die als Hämoglobinsäcke dienen. Rote Blutkörperchen haben fast keine andere Funktion, als Hämoglobin zu tragen. Sie verlieren sogar alle ihre Organellen, auch den Kern, um mehr Hämoglobin – und damit mehr Sauerstoff – transportieren zu können.
Hämoglobin wird im Knochenmark produziert, indem sich das Häm-Molekül mit dem Globin-Molekül verbindet. Der Häm-Teil wird in den Mitochondrien der roten Blutkörperchen gebildet. Zwei Moleküle des Succinyl-Coenzyms A und zwei Moleküle der Aminosäure Glycin verbinden sich zu Pyrrol. Vier Moleküle Pyrrol ergeben dann Protoporphyrin, das mit dem Eisenatom zu Häm reagiert. Vier Teile Häm reagieren wiederum mit vier Teilen Globin, einer Art Protein, um ein Hämoglobinmolekül zu produzieren. Da jedes Häm-Molekül ein Eisenatom besitzt, besitzt jedes Hämoglobin-Molekül vier Eisenatome. Und da sich jedes Sauerstoffatom mit einem Eisenatom verbindet, kann jedes Hämoglobin insgesamt vier Sauerstoffmoleküle – oder acht Sauerstoffatome – aufnehmen.
Hämoglobin funktioniert ähnlich wie ein LKW, der Sauerstoff transportiert. Das Blut zirkuliert zwischen Lunge und Gewebe dank der kontinuierlichen Arbeit des Herzens. Wenn sich Hämoglobin durch die Lunge bewegt, verbindet es sich mit Sauerstoff, und wenn es durch das Gewebe fließt, gibt es den Sauerstoff frei. Damit dieser Prozess funktioniert, darf die Bindung zwischen Sauerstoff und Hämoglobin weder zu stark noch zu schwach sein. Wenn sie zu stark wäre, könnte der Sauerstoff im Gewebe nicht freigesetzt werden und das Gewebe müsste ohne Sauerstoff auskommen. Wäre die Bindung zu schwach, könnte sich das Hämoglobin nicht mit genügend Sauerstoff in der Lunge binden, sodass das Gewebe wiederum keinen Sauerstoff bekäme.
Es gibt grundsätzlich zwei Arten von Hämoglobin. Die erste Art ist bei Föten zu finden, sie wird als fetales Hämoglobin (Hb-F) bezeichnet. Die zweite kommt beim erwachsenen Menschen vor und wird als adultes Hämoglobin (Hb-A) bezeichnet. Vor der Geburt erhält der Fötus Sauerstoff aus dem Mutterleib. Um mehr Sauerstoff von der Mutter zu bekommen, ist das fetale Hämoglobin so konzipiert, dass es sich stärker mit Sauerstoff verbindet. Man ist versucht zu fragen: Wird dem Gewebe des Fötus nicht der Sauerstoff entzogen, wenn sich das fetale Hämoglobin so stark mit dem Sauerstoff verbindet? Doch es gibt keinen Grund zur Sorge. Da bei Föten weniger Sauerstoff vorhanden ist als beim erwachsenen Menschen, löst sich dieses Hämoglobin leicht vom Sauerstoff in der sauerstoffarmen Umgebung. Nach der Geburt des Babys produziert der Körper Hb-A statt Hb-F, weil er durch die eigene Lunge zu atmen beginnt.
Hämoglobin transportiert 97 % des im Blut enthaltenen Sauerstoffs. 3 % des Sauerstoffs werden in gelöster Form im Plasma transportiert. Ein Anstieg des gelösten Sauerstoffs würde zu einer Sauerstoffvergiftung führen und ist deshalb nicht wünschenswert. Wenn man anstelle von Luft mit einem Anteil von 80 % Stickstoff reinen Sauerstoff aus einer Flasche einatmet, erhöht sich die Menge an gelöstem Sauerstoff im Blut, was zu einer Sauerstoffvergiftung führt.
Hämoglobin ist so konzipiert, dass es einen Teil des Sauerstoffs speichert. Im Ruhezustand befinden sich 20 ml Sauerstoff im Hämoglobin von 100 ml arteriellem Blut. Nur 5 ml dieses Sauerstoffs werden den Zellen zugeführt. Die restlichen 15 ml verbleiben im Hämoglobin. Mit anderen Worten: Nicht der gesamte Sauerstoff im Hämoglobin wird an das Gewebe des Körpers abgegeben. Dies ist eine Sicherheitsmaßnahme gegen mögliche Risiken. Für den Fall, dass die Lunge keinen Sauerstoff enthält, wird dieser gespeicherte Sauerstoff genutzt, um das Leben, wenn auch nur für kurze Zeit, aufrechtzuerhalten. Das Gleiche geschieht, wenn wir lange Zeit nicht atmen.
