Welchem Fahrzeug entspräche ein Hämoglobin-Molekül, wenn seine Last die Größe eines Luftballons hätte?

a) Fahrrad
b) Motorrad
c) Auto
d) Lastwagen

Antwort:

Der Größenunterschied zwischen dem Sauerstoff-Überträger und seinem Transportgut ist gewaltig: Das Hämoglobin-Molekül entspräche einem Lastwagen, wenn seine Fracht das Ausmaß eines Luftballons einnähme.

Erklärung:

In den fünf Litern Blut eines Menschen zirkulieren ungefähr 25 Billionen flache, runde Scheiben mit einer Delle in der Mitte, gerade 3 Mikrometer dick und 7 bis 8,5 Mikrometer im Durchmesser: die roten Blutkörperchen oder Erythrozyten. Dennoch ist jede dieser winzigen Zellen voll gestopft mit etwa 250 Millionen Hämoglobin-Molekülen – einem knäuelartig aussehenden eisenhaltigen Protein, das quasi als Fähre Sauerstoff und Kohlendioxid zwischen der Lunge und den Geweben verschifft. Vom Größenverhältnis gleicht ein derartig beladener Erythrozyt einem mit Fußbällen gefüllten Fußballstadion. Um mehr Platz für die wichtigen "Inhaltsstoffe" zu schaffen, verzichten die roten Blutkörperchen der Säugetiere sogar auf den Zellkern – ein ungewöhnliches Merkmal. In dieser Hülle sind die Hämoglobin-Moleküle übrigens sicher verpackt. Würden sie frei gelöst im Blut herumschwimmen, wären sie in der benötigten hohen Konzentration für die Sauerstoff-Übertragung giftig.

Wie ein Schwamm saugt das Hämoglobin je nach Bedarf des Körpers Sauerstoff auf und sorgt so dafür, dass Blut die 70-mal mehr dieses Gases transportieren kann als Wasser. Im direkten Größenvergleich mit seiner Fracht erscheint das Hämoglobin-Molekül wie ein Riese. Bildlich gesprochen ähneln die Verhältnisse dem Einsatz eines Lastwagens, um einen einzigen Luftballon zu befördern. Doch diese übertrieben erscheinende Größe ist zwingend erforderlich, denn Hämoglobin muss seine chemischen Eigenschaften verändern können. Jedes Molekül ist aus vier Untereinheiten, vorwiegend aus jeweils zwei identischen alpha- und beta-Ketten, aufgebaut, in denen stets eine Hämgruppe verankert ist. An dieses ringförmige Anhängsel kann bei der hohen Sauerstoff-Konzentration in der Lunge je ein Sauerstoff-Molekül über ein Eisen-Atom andocken. Da jedes Hämoglobin bis zu vier Sauerstoff-Moleküle binden kann, vermag ein rotes Blutkörperchen rund eine Milliarde Sauerstoff-Moleküle zu transportieren.

Der Hämring und die großen Globinketten stellen jedoch die Weichen, dass sich Eisen und Sauerstoff nur zeitweise und abhängig vom Sauerstoff-Gehalt der Umgebung aneinander lagern. Je weniger Sauerstoff vor Ort vorrätig ist, desto mehr lockert sich die Verknüpfung. In Organen, die Sauerstoff rasant umsetzen, löst sich das Gas somit leicht vom Hämoglobin-Molekül ab und tritt in das Gewebe über. Hat der Transporteur seine Fracht abgeliefert, belädt er sich in den Geweben mit Kohlendioxid. Jene Moleküle stößt das Hämoglobin dann in der Lunge ab und bepackt sich erneut mit Sauerstoff.

Durchschnittlich 120 Tage kreisen die roten Blutkörperchen im Blutkreislauf, bevor sie steif, unflexibel oder überaltert aussortiert und von den Makrophagen verdaut werden. Auch das Hämoglobin-Molekül wird zerlegt, das wertvolle Eisen der Hämgruppen aber wiederverwendet: Eingebaut in neue Erythrozyten nimmt es seinen Dienst erneut auf.