HEMOGLOBİN, DERS KİTAPLARININ SÖYLEDİĞİNDEN DAHA AZ KOOPERATİF OLABİLİR

Kanımızda oksijen taşıyan protein olan hemoglobin, aynı zamanda kooperatifliğin (cooperativity) ders kitabı örneğidir: bir oksijen molekülünü bağladıktan sonra sonrakileri, dörde kadar, daha kolay bağlar. Akciğerlerde tamamen yüklenip dokularda yükünü boşaltabilmesini sağlayan budur. Bunu iki klasik model açıklar: L. Pauling’in 1935’te önerdiği, dört bağlanma bölgesinin birbirine yardım ettiği model ve 1965 tarihli, tüm molekülün oksijeni daha sıkı ya da daha gevşek tutan iki biçim arasında geçiş yaptığı Monod-Wyman-Changeux (MWC) modeli.

İkisi de genellikle aynı çerçevede hesaplanır: bir basınçla betimlenen, serbest oksijen moleküllerinden oluşan bir rezervuara daldırılmış tek bir hemoglobin molekülü. Fizikçiler buna “büyük kanonik topluluk” (grand canonical ensemble) der. Doyma eğrisi — hemoglobinin her basınçta ne kadar oksijen tuttuğu — buradan çıkar ve kooperatiflik bu eğriden okunur.

Orada olmayan bir rezervuar

Ermenistan’daki Alikhanyan Ulusal Laboratuvarı’ndan ve Erivan Devlet Üniversitesi’nden A. E. Allahverdyan ve meslektaşları, bir alyuvarın içinde böyle bir rezervuarın bulunmadığına dikkat çekiyor. Hücrede çözünmüş serbest oksijen, hemoglobine bağlı oksijenden en az 100 kat daha seyrektir — hemoglobinin var olma nedeni de tam olarak budur. Her serbest oksijen molekülüne karşılık yaklaşık 30 hemoglobin molekülü düşer. Atardamar kanında bile hemoglobin moleküllerinin çoğunun yakınında hiç serbest oksijen yoktur: her biri yalnızca tuttuğu dört molekülü görür.

Bu yüzden ekip durumu farklı betimliyor: sabit bir hacimde bir hemoglobin ve bir avuç oksijen molekülü — en fazla beş, yani “kanonik topluluk”. Bu hacim, hemoglobinin hücrede ne kadar sıkı paketlendiğine göre belirleniyor: molekülün kendi hacminin yaklaşık dört katı, bir kenarı 6,93 nanometre olan bir küp. Bu tabloda oksijen, istatistiksel olarak hangi düzenlemenin yeğlendiğinin bir ölçüsü olan serbest enerjideki farklara göre içeri girer ya da dışarı çıkar.

Küçük bir kutuda dört oksijen molekülüyle bir hemoglobini, çok sayıda serbest oksijen molekülü arasındaki bir hemoglobini ve oksijen alışverişi yapan komşu iki hemoglobini karşılaştıran şemalar.

(a) Yeni tablo: dört oksijen molekülüyle birlikte bir hemoglobin (daire), kendi hacminin yaklaşık dört katı bir hacimde. (b) Olağan tablo: çok sayıda serbest oksijen molekülünden oluşan bir rezervuardaki bir hemoglobin. (c) Komşu iki hemoglobin oksijen alışverişi yapabilir. — Şekil 1, Allahverdyan ve ark. (2026), arXiv:2611.00824.

Daha zayıf bir kooperatiflik

Ekip, iki klasik modeli de hemoglobinin oksijen basıncı düştükçe oksijeni nasıl bıraktığına dair standart verilere uydurdu: ilk molekül 80 ile 40 torr arasında, sonuncusu 20 ile 7,5 torr arasında ayrılıyor.

Pauling’in modelinde kooperatiflik çarpanı (1, hiç kooperatiflik olmaması demek) yeni çerçevede 1,88 çıkıyor; aynı verilere uydurulan olağan çerçevede ise 6,32. Pauling’in kendi uydurması, daha eski verilerle, 12 vermişti.
MWC modelinde iki biçimin oksijen ilgileri arasındaki oran — molekülün basit, bağımsız bağlanmadan ne kadar saptığının bir ölçüsü — yaklaşık 4,7 çıkıyor; olağan çerçevede ise 95,4.

Yine de bir miktar kooperatiflik gerekli. O olmasaydı hemoglobin akciğerlerde yüklenebilirdi, ama yalnızca dinlenme hâlindeki dokulara hizmet edebilirdi.

Bağlı oksijen molekülü sayısına karşı dört serbest enerji düzeyinin yatay bantlarla birlikte grafiği; siyah üçgenler her bandın içine düşüyor.

Pauling modelinde bir ila dört bağlı oksijen molekülü için serbest enerji düzeyleri. Yatay çizgiler fizyolojik aralıkları gösteriyor; yalnızca en iyi uydurma (siyah üçgenler, kooperatiflik 1,88) hepsinin içine düşüyor. Diğer renkler daha güçlü kooperatifliği (eflatun, kahverengi) ve hiç kooperatiflik olmamasını (mavi) gösteriyor. — Şekil 2, Allahverdyan ve ark. (2026), arXiv:2611.00824.

İşbirliği zincirleme bir boşalmaya dönüştüğünde

Yeni çerçevede fazla kooperatiflik tehlikeli hâle geliyor. 4,83’lük bir çarpanla hesap zincirleme bir boşalma (cascade) üretiyor: ilk oksijen molekülü ayrılır ayrılmaz diğer üçü kendiliğinden serbest kalıyor — yazarların kabul edilemez dediği bir senaryo, çünkü oksijen zehirlenmesine yol açardı. 7,83’te hemoglobin akciğerlerde artık hiç yüklenemezdi. Olağan çerçevenin değerleri yeni çerçeveye aktarıldığında da benzer biçimde kararsızlıklara yol açıyor. Olağan çerçeve ise buna karşılık böyle hiçbir sınır koymuyor.

Yeni tablo molekülün karakterini de değiştiriyor. Olağan betimlemede bağlı oksijen molekülü sayısı aşağı yukarı ortalama değeri kadar dalgalanır. Kanonik betimlemede ise neredeyse hiç dalgalanmaz: hemoglobin neredeyse bir makine gibi davranır, oksijeni adım adım alıp bırakır ve dolu bir molekül fazlasını çekmez.

Sıçrayan oksijen

Yazarlar bir sonuç daha çıkarıyor: komşu hemoglobinler serbest enerjilerine göre oksijen alıp verebildiğinden, oksijen alyuvarın içinde kısmen bir hemoglobinden ötekine sıçrayarak yol alıyor olabilir. Bu fikri sınamak dinamik modeller gerektirecek. Çalışma kuramsal ve fizyolojik eşikleri, yazarların deyişiyle, “bir ölçüde uzlaşımsal” (somewhat conventional) — ama biyoloji ders kitaplarının kanımızdaki oksijeni betimleyişinin temel taşlarından birini sorguluyor.