Einmal tief Luft holen

Von Iris Rapoport , Boston und Berlin

Zeichnung: Ekkehard Müller
Zeichnung: Ekkehard Müller

Ernstlich - atmen Sie bitte einmal tief ein. Ob bewusst oder nicht - soeben haben Sie etwa einen halben Liter Luft eingesogen. Luft, die zu 21 Prozent aus Sauerstoff besteht. Ein Viertel davon wird in der Lunge zurückgehalten. Natürlich nicht als perlendes Gas, denn das wäre der Tod! Auch nicht einfach im Blut gelöst. Sauerstoff löst sich darin schlecht. Sondern auf raffinierte Weise von den roten Blutzellen aufgenommen, aus denen fast die Hälfte des Blutes besteht. Gut 20 Milliliter Sauerstoff pro Atemzug. Das klingt nicht viel. Doch auf den Tag gerechnet kommen wenigstens 400 Liter zusammen.

Die roten Blutzellen, auch Erythrozyten genannt, sind ganz auf Gastransport spezialisiert. Während ihrer Reifung entledigen sie sich allem, was dazu nicht notwendig ist: der Mitochondrien, denn die würden selbst Sauerstoff verbrauchen, des Zellkerns, denn dessen Masse zwänge das Herz stärker zu pumpen. So wird Platz frei. Platz, der vor allem für jenes Protein dringend benötigt wird, das den Sauerstoff transportiert: Hämoglobin. Fast ein ganzes Kilo davon ist in Abermilliarden elegant bikonkav geformter Erythrozyten enthalten. Doch ein Protein allein könnte den Sauerstoff nicht bändigen. Deshalb hat die Evolution zusätzlich Eisen rekrutiert. Das bildet mit einem kleinen organischen Ringmolekül einen Häm genannten Komplex. In diesem Komplex kann Eisen den Sauerstoff reversibel binden. Das Häm ist fest in einem Hohlraum des Proteins eingeschlossen. Es verleiht dem Hämoglobin (und damit dem Blut) nicht nur sein leuchtendes Rot, sondern lockt auch den Sauerstoff in diese Höhle. So kann das Gas nicht perlen und schäumen und lässt sich gefahrlos transportieren. Die Beladung geschieht in der Lunge. Alle Organe werden über den Kreislauf beliefert, denn ohne ständige Versorgung mit Sauerstoff läuft im Stoffwechsel nichts. Während die Erythrozyten sich durch die engsten Blutgefäße quetschen, flutet der Sauerstoff in das Gewebe. Im Gegenzug strömt Kohlendioxid ins Blut. Das entsteht bei der Nährstoffverwertung. Doch auch dieses Gas löst sich schlecht. Trotzdem darf es im Blut keinesfalls wie Mineralwasser sprudeln. Ein wenig wird zwar vom Hämoglobin gebunden, aber der effiziente Transport in der Höhle des Häms ist chemisch nicht möglich. Und dennoch spielen die roten Blutzellen auch für den Kohlendioxidtransport eine zentrale Rolle. Sie enthalten ein weiteres für den Gastransport unverzichtbares Protein - das Enzym Carboanhydrase. Das bannt die Gefahr, indem es eine chemische Reaktion des Kohlendioxids mit dem Wasser katalysiert. Dabei entsteht Kohlensäure. Das bei ihrer Dissoziation sich bildende Hydrogenkarbonat ist sehr gut wasserlöslich. So ist auch für dieses Gas das Transportproblem gelöst.

In der Lunge sorgt übrigens dieselbe Carboanhydrase für den umgekehrten Prozess. Das Kohlendioxid entweicht. Und wenn Sie jetzt - am Ende dieser Biolumne - tief ausatmen, verlässt Ihre Atemluft mit vier Prozent Kohlendioxid angereichert den Körper. 20 Milliliter pro Atemzug. Auch wieder mindestens 400 Liter am Tag.

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