Diffusion und rote Blutkörperchen

Von Dr. Catherine Shaffer, Ph.D.Überprüft von Chloe Barnett, BSc

Tiere atmen Sauerstoff ein, der dann zu allen Organen im Körper transportiert werden muss. An diesem Prozess sind rote Blutkörperchen und Diffusion beteiligt.

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Rote Blutkörperchen

Rote Blutkörperchen (RBC) sind eine Art von Blutzellen, deren Aufgabe es ist, Sauerstoff von der Lunge zu den peripheren Geweben des Körpers zu transportieren. Der Sauerstoff diffundiert aus den Lungenbläschen in die Erythrozyten, wo er sich an das Hämoglobin bindet. Ein Molekül Hämoglobin kann vier Moleküle Sauerstoff (O2) binden.

Der Partialdruck des Sauerstoffs bestimmt die Affinität des Hämoglobins für Sauerstoff. In der Lunge ist der Sauerstoffpartialdruck hoch, und das Hämoglobin hat eine hohe Affinität für Sauerstoff. In anderen Geweben ist der Sauerstoffpartialdruck niedriger, und das Hämoglobin gibt seine Sauerstoffmoleküle ab.

Dieser Unterschied in den Affinitäten ist wichtig, damit der Sauerstoff dorthin gelangt, wo er gebraucht wird. Rote Blutkörperchen haben die Form einer abgeflachten Scheibe, die eine große Oberfläche für die Diffusion von Sauerstoff bietet. Da ihre einzige Aufgabe darin besteht, Sauerstoff durch den Körper zu transportieren, fehlen ihnen viele typische Zellstrukturen, einschließlich eines Zellkerns.

Hämoglobin

Rote Blutkörperchen sind mit Hämoglobin gefüllt. Hämoglobin ist ein kugelförmiges Protein, das aus vier Polypeptidketten mit einer eisenbindenden Gruppe namens Häm an jeder Kette besteht. Die Häm-Gruppe hat eine Affinität für Sauerstoff, und wenn Sauerstoff vorhanden ist, ist es rot, aber wenn es keinen Sauerstoff hat, ist es bläulich. Hämoglobin bindet auch überschüssiges Kohlendioxid für den Rücktransport in die Lunge, doch geschieht dies nicht an der Häm-Bindungsstelle.

Fötales Hämoglobin

Ein sich entwickelnder Fötus erhält Sauerstoff durch die Blutversorgung der Mutter. Fötales Hämoglobin hat eine höhere Affinität für Sauerstoff als mütterliches Blut, damit der Sauerstoff erfolgreich von den mütterlichen roten Blutkörperchen durch die Plazenta auf die fötalen roten Blutkörperchen übertragen werden kann.

Der Grund dafür, dass fötales Hämoglobin eine höhere Affinität für Sauerstoff hat, ist, dass ihm die Fähigkeit fehlt, mit 2,3-Bisphosphoglycerat (2,3-BPG) zu interagieren, das in erwachsenen Zellen die Affinität für Sauerstoff verringert. Der Unterschied ist auf eine einzige Aminosäureänderung in der 2,3-BPG-Bindungstasche zurückzuführen.

Diffusion innerhalb der Erythrozyten

Die Geschwindigkeit, mit der die Erythrozyten Sauerstoff und Kohlendioxid austauschen können, ist ein Maß für die Fitness der Zellen. Um Gase auszutauschen, durchlaufen die Zellen eine Reihe von Schritten, darunter die Gaspermeation durch die Zellmembran und die Hämoglobinbindung. Im Falle von CO2 werden die Moleküle in HCO3- und H+-Ionen umgewandelt.

Die HCO3–Ionen werden durch den Anionenaustauscher AE1 transportiert und die H+-Ionen werden durch Hämoglobin gepuffert. Die zytoplasmatische Diffusion innerhalb der Zelle verbindet alle diese Prozesse. Die Effizienz des Gasaustauschs hängt vom proteinunterstützten Membrantransport ab, einschließlich des Transports von HCO3-Ionen durch AE1 und der durch Membranproteine unterstützten Gaspermeation.

Man nimmt an, dass die abgeflachte Form der Erythrozyten den Gasaustausch erleichtert, indem sie das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen vergrößert und die Weglänge für die zytoplasmatische Diffusion verringert, wodurch die durch die zytoplasmatische Diffusion verursachten Verzögerungen reduziert werden. Diese Vorteile haben sich jedoch als bescheiden erwiesen.

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Geschrieben von

Dr. Catherine Shaffer

Catherine Shaffer ist eine freiberufliche Wissenschafts- und Gesundheitsjournalistin aus Michigan. Sie hat für eine Vielzahl von Fach- und Verbraucherpublikationen über biowissenschaftliche Themen geschrieben, insbesondere im Bereich der Arzneimittelforschung und -entwicklung. Sie hat einen Doktortitel in biologischer Chemie und begann ihre Karriere als Laborforscherin, bevor sie sich dem Schreiben von wissenschaftlichen Texten zuwandte. Sie schreibt und veröffentlicht auch Belletristik, und in ihrer Freizeit macht sie gerne Yoga, fährt Rad und kümmert sich um ihre Haustiere.

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