» » Биохимия эритроцитов. Строение мембран эритроцитов. Особенности метаболизма эритроцитов. Особенности углеводного обмена в эритроцитах. Гликозилирование гемоглобина

Биохимия эритроцитов. Строение мембран эритроцитов. Особенности метаболизма эритроцитов. Особенности углеводного обмена в эритроцитах. Гликозилирование гемоглобина

Для диагностики целого ряда заболеваний важно иметь объективное представление о состоянии углеводного обмена, кардинальным показателем которого служит содержание сахара в крови.

Глюкоза - основной показатель углеводного обмена, т.е. первичный источник энергии в организме, а мозг и эритроциты полностью зависят от уровня глюкозы для своих потребителей. Более половины энергии, которую расходует наш организм, образуется за счет окисления. Следовательно концентрация глюкозы в организме играет ведущую роль в энергетическом метаболизме и её поддержание на должном уровне является существенным и определяющим для жизнеспособности. Концентрация глюкозы в крови определяется балансом между её расходованием и приходом из пищи или в результате синтеза в организме. Немаловажное влияние оказывает углеводный обмен на функции эритроцита. Глюкоза проникает в эритроцит с окружающей плазмы при помощи энергозависимого переноса, на который не влияет инсулин .

При нормальных условиях более 90% используемой эритроцитами глюкозы подвергается гликолизу, который обеспечивает АТФ, необходимый для энергозависимых процессов через клеточную мембрану. Помимо обеспечения захвата глюкозы, эти механизмы переноса облегчают движение Na наружу и К внутрь для поддержания характерного состава содержимого в клетки против концентрационных градиентов плазмы крови. При триозофосфатдегидрогеназной реакции гликолиза также образуется НАД Н, необходимый для восстановления избытка метгемоглобина, который может образоваться в эритроците под влиянием окисляющих агентов .

Побочным продуктом гликолитических реакций является 2,3 дифосфоглицерат. Он является главным фосфосодержащим соединением в эритроцитах и служит важным анионом, уравновешивающим внутриклеточные катионы и действующим также в качестве буферного агента. Связываясь с гемоглобином, 2,3дифосфоглицерат уменьшает его сродство к кислороду, таким образом, облегчая освобождение кислорода в тканях.

2,3 дифосфоглицерат регулирует кислородотранспортную функцию гемоглобина, oб этом свидетельствуют данные изменения содержания этого органофосфата в крови людей, при адаптации к гипоксическим условиям. АТФ и ДФГ служат звеном, связывающим энергетику клетки с функциональной активностью содержащихся в эритроцитах молекул гемоглобина. Поэтому многие особенности поведения гемоглобина определяются особенностями гликолиза и накопления ДФГ и АТФ .

В эритроцитах постепенно осуществляется процесс гликозилирования гемоглобина. Гемоглобин находится в эритроците и имеет в своем составе белковый компонент - глобин, который вступает в необратимую связь с глюкозой в крови. Процесс образования такой связи называется гликозилированием, а "продукт", который образуется, получил название гликозилированного гемоглобина. Так как количество образуемого HbA1c прямо пропорционально концентрации глюкозы в крови и длительности "соприкосновения" глюкозы и эритроцитов, данный показатель отражает состояние углеводного обмена человека за последние 90-120 дней (средняя продолжительность жизни эритроцита в организме). Процесс гликозилирования представляет собой неферментативную, посттрансляционную реакцию глюкозы с гемоглобином . Подтверждением того, что присоединение глюкозы происходит после создания структурной молекулы гемоглобина и эритроцита, в целом является факт отсутствия HbA1с в эритробластах, поэтому становится понятным, почему содержание HbA1с значительно выше в старых эритрацитах. Содержание гликозилированного гемоглобина у практически здоровых людей составляет 4-6% (нормальные показатели несколько варьируются при использовании различных методов определения НbА1с). Научная значимость процесса определяется взаимосвязью между углеводным, белковым и кислородным обменами в организме человека и животных .

Энергетический обмен в эритроцитах. Для поддержания функциональной активности клеток организма необходима затрата энергии.

Зрелые эритроциты, циркулирующие в кровяном русле, являются метаболически активными клетками, несмотря на отсутствие способности к синтезу белков, аэробному расщеплению глюкозы в лимоннокислом цикле Кребса Владимиров Г.Е. по Рапопорту, 1970. Основным процессом обмена энергии в них является гликолиз. Процесс, протекающий в эритроцитах, близок к процессам в других клетках и тканях, и подробно описан Фдоров Н.А. по Райкеру, 1976. К особенностям гликолиза в эритроцитах можно отнести использование, помимо глюкозы, других моносахаридов фруктозы, маннозы, галактозы, а также инозина, сорбита при наличии соответствующих ферментов Йошикава, 1968. В процессе гликолиза происходит образование АТР и NADH. Энергия гликолиза используется для активного транспорта катионов через клеточную мембрану и поддержания соотношения между ионами калия и натрия в эритроцитах и плазме, для сохранения целостности мембраны и двояковогнутой формы клетки.

Образующийся NADH используется для восстановления пировиноградной кислоты в молочную и для восстановления метгемоглобина при участии метгемоглобинредуктазы.

В составе метгемоглобина содержится трхвалентное железо, вследствие чего он не способен к транспорту кислорода.

Характерной особенностью гликолиза в эритроцитах является превращение 1,3- дифосфоглицерата не только в 3-фосфоглицерат, но и в 2,3-дифосфоглицериновую кислоту под действием дифосфоглицеромутазы. 2,3-дифосфоглицерат имеет, наряду с АТР, важное значение в регуляции сродства гемоглобина к кислороду. По мере старения эритроцита происходит уменьшение способности к восстановлению метгемоглобина в гемоглобин, т.е. нарушение функциональной активности эритроцита. Это связанно именно с уменьшением интенсивности гликолиза, в результате которого образуется NADH, необходимый для действия метгемоглобинредуктазы.

Уменьшение содержания 2,3-дифосфоглицерата приводит к сдвигу диссоциационной кривой влево, ухудшению отдачи кислорода тканям. Итогом всех реакций гликолиза является превращение 1 молекулы глюкозы в 2 молекулы молочной кислоты с одновременным превращением 2 молекул ADP в 2 молекулы АТР. Наряду с гликолизом анаэробным расщеплением глюкозы до молочной кислоты в эритроцитах существует дополнительный путь утилизации глюкозы прямое окисление до углекислого газа и воды в ходе пентозофосфатного цикла.

Этот путь неотличим от подобных процессов, протекающих в других клетках и тканях суммарным результатом цикла является окисление одной из 6 молекул глюкозо-6-фосфата до 6 молекул СО2 и восстановление 12 молекул NADPH. Роль пентозного цикла в зрелых эритроцитах заключается, с одной стороны, в образовании пентозофосфатов.

В реакции цикла образуется 3-глицероальдегидфосфат, подвергающийся превращениям в цепи гликолитических реакций и, таким образом, является дополнительным источником энергии. Основное значение пентозофосфатного цикла заключено в образовании молекул NADPH. Значение NADPH определяется его участием в ряде реакций, необходимых для поддержания функциональной активности и целостности эритроцитов.

К ним относятся восстановление метгемоглобина в гемоглобин при участии NADPH и метгемоглобинредуктазы и восстановление окисленного глутатиона с помощь. NADPH- глутатионредуктазы. Восстановленный глутатион GSH, форма со свободно реагирующей тиоловой группой составляет в эритроцитах до 96 общего количества. Сохранение глутатиона в восстановленном состоянии необходимо для предохранения ряда ферментов, содержащих SH- группы, от инактивации, ограждение мембраны клетки от действия перекисей и необратимого окислительного денатурирования гемоглобина. 1.1.3.

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Содержание аскорбиновой, дегидроаскорбиновой и дикетогулоновой кислот в эритроцитах здоровых детей и страдающих инсулинзависимым сахарным диабетом

Высокие концентрации кислорода и процессы оксигенации деоксигенации гемоглобина обуславливают образование высокореакционных интермедиатов.. Существует антиоксидантная система защиты клетки от свободнорадикального.. В е состав входит ряд ферментов и небелковых веществ.

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Метаболизм эритроцитов

Введение

1. Особенности дифференцировки и строения эритроцитов

1.1 Общая характеристика эритроцитов

1.3 Особенности дифференцировки эритроцитов

1.4 Особенности строения эритроцитов

2. Метаболизм эритроцитов

2.1 Особенности обмена веществ в эритроцитах

2.2 Гликолиз в эритроцитах

2.3 Пентозофосфатный цикл в эритроцитах

2.4 Образование и обезвреживание активных форм кислорода в эритроцитах

3. Роль эритроцитов в газообмене

3.1 Гемоглобин

3.2 Синтез гемоглобина

3.3 Механизм участия гемоглобина в транспорте кислорода

3.4 Механизмы транспорта диоксида углерода от тканей в легкие

3.5 Карбоксигемоглабин

4.Нарушение метаболизма в эритроцитах

4.1 Энзимопатии

4.2 Гемоглобинопатии

4.3 Талассемии

4.4 Наследственный сфероцитоз

4.5 Мегалобластная (макроцитарная) анемия

Список литературы

Введение

Кровообращение

Кровообращение - это движение крови в кровеносной системе, обеспечивающей обмен веществ между всеми тканями организма и внешней средой и поддерживающую постоянство внутренней среды - гомеостаз. Система кровообращения доставляет тканям кислород, воду, белки, углеводы, жиры, минеральные вещества, витамины и удаляет из тканей углекислый газ и другие вредные продукты обмена, образующиеся в процессе жизнедеятельности; обеспечивает теплорегуляцию и гуморальную регуляции в организме, является важным фактором иммунитета.

Кровь - жидкая соединительная ткань, участвует в обеспечении непрерывной связи между органами и системами организма, обмене продуктами жизнедеятельности организма с окружающей средой. Кровь содержит жидкое вещество - плазму и форменные элементы - клетки крови (эритроциты, лейкоциты и тромбоциты). Количество крови в организме человека составляет 4,5-5 л (1 / 13масы тела). В норме относительная плотность крови 1,050-1,064, плазмы -1,024-1,030, клеток - 1,080-1,097. Кровь имеет значительную вязкостью благодаря высокому содержанию белка и эритроцитов. Вязкость крови в 4-5 раз выше вязкости води.Важный физико-химический показатель - осмотическое давление плазмы крови. Оно определяется осмотического концентрацией, то есть суммой всех частиц, находящихся в единице объема.

Кровь поступает во все части организма и выполняет следующие важные функции:

1) транспортную - перенос различных веществ между органами и тканями (кислорода, оксида углерода, питательных веществ, медиаторов, ферментов, электролитов, конечных продуктов обмена, гормонов и др.). Эти вещества транспортируются в свободном состоянии или в комплексе с белками;

2) питательную - кровь обеспечивает транспорт питательных веществ (углеводов, липидов, аминокислот и др.) к тканям;

3) экскреторную - эта функция тесно связана с транспортной функцией; кровь обеспечивает выведение из тканей и органов конечных продуктов метаболизма (мочевины, мочевой кислоты, аммиака и т.п.);

4) дыхательную - эта функция тоже связана с транспортной функцией; кровь обеспечивает транспорт О2 и СО2 между тканями и легкими;

5) регуляторную - кровь участвует в регуляции кислотно-основного состояния организма, содержит гормоны и белки, которые участвуют в процессах координации биохимических и физиологических процессов в организме;

6) защитную - кровь содержит компоненты (лейкоциты, имуноглобулин), которые защищают организм от чужеродных агентов; система коагуляции защищает организм от потери крови;

7) терморегуляторную - кровь участвует в перераспределении тепла во всем организме.

Формленние элементы крови

Кровь состоит из плазмы и взвешенных в ней форменных элементов.К последним относятся эритроциты, лейкоциты и тромбоцити. На долю плазмы приходится около 55% от объема крови. Эритроциты составляют основную массу форменных элементов - 44% от общего объема крови, в то время как на долю других клеток приходится лишь около 1%.

Лейкоциты - белые кровяные тельца, которые не имеют постоянной формы, они содержат ядро??и способны к амебоидному движению, их размеры от 8 до 20 мкм. Они могут проникать через стенки сосудов и передвигаться между клетками. Существуют несколько видов лейкоцитов, которые отличаются размерами, наличием или отсутствием зернистости, формой ядра. Нейтрофилы, базофилы, эозинофилы относятся к зернистых лейкоцитов лимфоциты и моноциты - к незернистых. Лейкоциты образуются в красном костном мозге, селезенке, лимфатических узлах, разрушаются в селезенке, очагах воспаления. Продолжительность их жизни 2-4 дня. Основная функция лейкоцитов - защита организма от микроорганизмов, чужеродных белков, инородных тел - осуществляется благодаря их способности к фагоцитозу. Разновидность белых клеток крови - лимфоциты способны образовывать антитела в ответ на проникновение в организм возбудителей заболеваний. Лейкоциты также способны уничтожать отмершие клетки организма.

Тромбоцити- безъядерные кровяные пластинки округлой или овальной формы диаметром 2-5 мкм. Образуются в красном костном мозге, разрушаются в селезинци.Продолжительность их жизни 8-11 дней. В кровяных пластинках выявляются специфические гранулы, содержащие серотонин и вещества, участвующие в свертывании крови, а также митохондрии, микротрубочки (которые обуславливают, как полагают, подвижность пластинок), гранулы гликогена, иногда рибосомы. Функция тромбоцитов - участие в свертывании крови.

Эритроциты- красные кровяные тельца.Об особенностях строения и метаболизма этих клеток крови подробнее будет рассказано далее.

1 . Особенности дифференцировки и строения эритроцитов

1 .1 О бщая характеристика эритроцитов

Эритроциты- это красные кровяные тельца. Они определяют цвет крови; - это высокоспециализированные клетки, которые переносят кислород от лёгких к тканям и диоксид углерода, образующийся при метаболизме, из тканей к альвеолам лёгких. Транспорт О2 и СО2 в этих клетках осуществляет гемоглобин, составляющий 95% их сухого остатка. Организм взрослого человека содержит около 25Ч1012 эритроцитов, при этом каждые сутки обновляется примерно 1% этого количества клеток, т.е. в течение одной секунды в кровоток поступает около 2 млн эритроцитов. Эритроциты образуются в красном костном мозге. Средняя продолжительность жизни эритроцитов - 120 дней, затем они разрушаются в печени и селезенке, где гемоглобин после отщепления железа образует желчные пигменты. В эритроцитах содержится специфический пигмент крови - гемоглобин, который является белком, связанным с атомом железа. В норме в крови содержится 13,0-16,0 г% гемоглобина. Концентрация гемоглобина в крови зависит от общего количества эритроцитов и содержания в каждом из них гемоглобина.

1 .2 Особенности дифференцировки эритроцитов

Дифференцировка стволовых клеток в специализированные происходит в клетках костного мозга и заканчивается в кровотоке (Рис.1). Эритроциты, так же как и другие клетки крови, образуются из плюрипотентных стволовых клеток костного мозга. Размножение и превращение начальной клетки эритроидного ряда в унипотентную стимулирует ростовой фактор интерлейкин-3. Интерлейкин-3 синтезируется Т-лимфоцитами, а также клетками костного мозга. Это низкомолекулярный белок группы цитокинов - регуляторов роста и дифференцировки клеток.Дальнейшую пролиферацию и дифференцировку унипотентной клетки эритроидного ряда регулирует синтезирующийся в почках гормон эритропоэтин. Скорость образования эритропоэтина в почках зависит от парциального давления кислорода. В процессе дифференцировки на стадии эритробласта происходят интенсивный синтез гемоглобина, конденсация хроматина, уменьшение размера ядра и его удаление. Образующийся ретикулоцит ещё содержит глобиновую мРНК и активно синтезирует гемоглобин. Циркулирующие в крови ретикулоциты лишаются рибосом, эндоплазматической сети, митохондрий и в течение двух суток превращаются в эритроциты. Стволовая клетка превращается в эритроцит за две недели. Эритроциты не содержат ядра и поэтому не способны к самовоспроизведению и репарации возникающих в них повреждений. Эти клетки циркулируют в крови около 120 дней и потом разрушаются макрофагами в печени, селезёнке и костном мозге.

Рис.1 . Схема дифференцировки стволовых клеток костного мозга в зрелые эритроциты.

1 .3 Особенности строения эритроцитов

Эритроциты - единственные клетки, которые имеют только клеточную мембрану и цитоплазму. Особенности строения эритроцитов соответствуют их функциям: большая площадь поверхности обеспечивает эффективность газообмена, эластичная клеточная мембрана облегчает движение по узким капиллярам, специальная ферментативная система защищает эти клетки от активных форм кислорода.В отличие от большинства клеток организма, у эритроцита отсутствуют клеточное ядро, рибосомы и митохондрии. Эритроциты имеют вид двояковгнутого диска диаметром 7-8 мкм и толщиной 1-мкм. Двояковогнутая форма эритроцитов имеет большую площадь поверхности по сравнению с клетками сферической формы такого же размера. Это облегчает газообмен между клеткой и внеклеточной средой. Кроме того, такая форма, а также особенности строения мембраны и цитоскелета обеспечивают большую пластичность эритроцитов при прохождении ими мелких капилляров.

Важную роль в сохранении формы и способности к обратимой деформации эритроцитов играют липиды и белки плазматической мембраны.Липиды бислоя плазматической мембраны эритроцитов, как и плазматические мембраны других клеток, содержат глицерофосфолипиды, сфингофосфолипиды, гликолипиды и холестерол. Около 60% массы мембранных белков приходится на спектрин, гликофорин и белок полосы 3 .Интегральный гликопротеин гликофорин присутствует только в плазматической мембране эритроцитов.

· Спектрин - периферический мембранный белок, нековалентно связанный с цитоплазматической поверхностью липидного бислоя мембраны. Он представляет собой длинную, тонкую, гибкую фибриллу и является основным белком цитоскелета эритроцитов. Спектрин состоит из б- и в-полипептидных цепей, имеющих доменное строение; б- и в-цепи димера расположены антипараллельно, перекручены друг с другом и нековалентно взаимодействуют во многих точках. (рис.2(А))

· Анкарин.Спектрин может прикрепляться к мембране и с помощью белка анкирина. Этот крупный белок соединяется с в-цепью спектрина и цитоплазматическим доменом интегрального белка мембраны - белка полосы 3.Анкирин не только фиксирует спектрин на мембране, но и уменьшает скорость диффузии белка полосы 3 в липидном слое. Таким образом, на цитоплазматической поверхности эритроцитов образуется гибкая сетевидная структура, которая обеспечивает сохранение их формы при прохождении через узкие капилляры сосудов.

· Интегральный белок полосы 3 - белок-переносчик ионов С1- и НСО3- через плазматическую мембрану эритроцитов по механизму пассивного антипорта.

· Мембранный фермент Nа+, К+-АТФ-аза обеспечивает поддержание градиента концентраций Na+ и К+ по обе стороны мембраны. При снижении активности Na+, К+-АТФ-азы концентрация Na+ в клетке повышается, так как небольшие ионы могут проходить через мембрану простой диффузией. Это приводит к увеличению осмотического давления, увеличению поступления воды в эритроцит и к его гибели в результате разрушения клеточной мембраны - гемолизу.

· Са2+-АТФ-аза - ещё один мембранный фермент, осуществляющий выведение из эритроцитов ионов кальция и поддерживающий градиент концентрации этого иона по обе стороны мембраны.

Как мы можем наблюдать на рис.2 каждый димер спектрина состоит из двух антипараллельных, нековалентносвязанных между собой б- и в-полипептидных цепей (А). Белок полосы 4.1 образует со спетрином и актином "узловой комплекс", который посредством белка полосы 4.1 связывается с цитоплазматическим доменом гликофорина. Анкирин соединяет спектрин с основным интегральным белком плазматической мембраны - белком полосы 3 (Б). На цитоплазматической поверхности мембраны эритроцита имеется гибкая сетеобразная структура, состоящая из белков и обеспечивающая пластичность эритроцита при прохождении им через мелкие капилляры (В).

Рис.2. Строение спектрина (А), околомембранного белкового комплекса (Б) и цитоскелета эритроцитов (В).

2 . Метаболизм эритроцитов

2 .1 Особенности обмена веществ в эритроцитах

Особенностью химического состава эритроцитов является значительное содержание глутатиона, 2,3-дифосфоглицерата (2,3-ДФГ) и калия.Обмен веществ в зрелых безъядерных эритроцитах направлен на выполнением этими клетками функций переносчиков кислорода и посредников при транспорте СО2. Поэтому метаболизм в эритроцитах отличается от обмена веществ в других клетках. (Рис.4) В зрелых эритроцитах нет ядра, в связи с чем отсутствуют синтез ДНК, РНК, белка, гема, липидов, ферменты ЦТК. Эритроциты используют лишь такие метаболические пути углеводного обмена, как гликолиз и пентозофосфатный путь (ПФП). В связи с этим в эритроцитах отмечается большой расход глюкозы.Биологический смысл такого ограничения метаболических путей заключается в том, чтобы транспортируемый к тканям кислород не утилизировался эритроцитами, а доставался бы тканям. Установлено, что в эритроцитах утилизируется лишь 0,05% кислорода. В эритроцитах по пути гликолиза расходуется 90% глюкозы, по пентозофосфатному пути - 10%.

2 .2 Гликолиз в эритроцитах

Основным энергетическим субстратом эритроцита является глюкоза, которая поступает из плазмы крови путём облегчённой диффузии. Около 90% используемой эритроцитом глюкозы подвергается гликолизу(анаэробному окислению) с образованием конечного продукта - молочной кислоты (лактата). Функции, которые выполняет гликолиз в зрелых эритроцитах: эритроцит гемоглобин кислород метаболизм

1) в реакциях гликолиза образуется АТФпутём субстратного фосфорилирования. Основное направление использования АТФ в эритроцитах - обеспечение работы Na+,K+-АТФазы. Этот фермент осуществляет транспорт ионов Nа+ из эритроцитов в плазму крови, препятствует накоплению Na+ в эритроцитах и способствует сохранению геометрической формы этих клеток крови (двояковогнутый диск).

2) в реакции дегидрирования глицеральдегид-3-фосфата в гликолизе образуется НАДН, который является:

Кофактором метгемоглобинредуктазы - фермента, катализирующего переход метгемоглобина в гемоглобин по следующей схеме:

Эта реакция препятствует накоплению метгемоглобина в эритроцитах.

Кофактором ЛДГ (лактатдегидрогеназы); -поставщиком протонов для супероксиддисмутазной реакции.

3) метаболит гликолиза 1,3-дифосфоглицерат способен при участии фермента дифосфоглицератмутазы в присутствии 3-фосфоглицерата превращаться в 2,3-дифосфоглицерат.(Рис.3.)На этот процесс расходуется 20-25% глюкозы.

Это соединение выполняет ряд важных биохимических и физиологических функций, а именно:

Является основным фосфорсодержащим соединением и служит важным анионом, который действует как буферный агент;

Является резервом энергии при состояниях, когда запасы креатинфосфата и гликогена отсутствуют; - 2,3-ДФГ - активная отрицательно заряженная молекула. В эритроцитах периферической крови образует солевую связь с Hb, уменьшает его сродство к кислороду, что обеспечивает переход кислорода в клетки тканей. В капиллярах легких Hb освобождается от 2,3-ДФГ и приобретает способность акцептировать кислород.

Рис. 3. Метаболизм 2,3-бисфосфоглицерата в эритроцитах.

2 .3 Пентозофосфатный цикл в эритроцитах

Приблизительно 10% глюкозы, потребляемой эритроцитом, используется в пентозофосфатном пути окисления. Реакции этого пути служат основным источником НАДФН для эритроцита.

Генерация восстановленного кофактора НАДФН2, который используется в эритроцитах для восстановления глутатиона при участии глутати-онредуктазы, поставляет протоны для супероксидодисмутазной реакции, используется мет-Hb-редуктазой для восстановления мет-Hb в Hb.

Промежуточный продукт ПФП - 3-ФГА (3-фосфоглицериновый альдегид) используется в процессе гликолиза, в том числе и для синтеза 2,3-ДФГ.

Дефицит ключевого фермента пентозофосфатного пути - глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы - сопровождается уменьшением в эритроцитах отношения НАДФН/НАДФ+, увеличением содержания окисленной формы глутатиона и снижением резиcтентности клеток (гемолитическая анемия).

2 .4 Образование и обезвреживание активных форм кислорода в эритроцитах

Большое содержание кислорода в эритроцитах определяет высокую скорость образования супероксидного анион-радикала O 2 - , пероксида водорода Н 2 О 2 и гидроксил-радикала ОН".Эти формы кислорода обладают высокой реакционной способностью, могут оказывать повреждающее действие на белки и липиды биологических мембран, вызывать разрушение клеток. Поэтому эритроциты, постоянно взаимодействующие с кислородом, содержат эффективные антиоксидантные системы, способные обезвреживать активные метаболиты кислорода.

1)Образование активных форм кислорода

Постоянным источником активных форм кислорода в эритроцитах является неферментативное окисление гемоглобина в метгемоглобин:

2) Обезвреживание активных форм кислорода

Глутатион - это важный антиоксидант эритроцитов, который необходим для восстановления метгемоглобина до гемоглобина. Эритроциты также содержат другие ферменты, которые обеспечивают обезвреживание свободных радикалов и ликвидируют последствия повреждений (супероксиддисмутаза, каталаза, селен-содержащий фермент глутатионпероксидаза).

· трипептид глутатион, образующийся в эритроцитах в результате взаимодействия г-глутамилцистеина и глицина:

· Восстановленная форма глутатиона (сокращённое обозначение Г-SH) участвует в реакциях обезвреживания пероксида водорода и органических пероксидов (R-O-OH). При этом образуются вода и окисленный глутатион (сокращённое обозначение Г-S-S-Г).

· Превращение окисленного глутатиона в восстановленный катализирует фермент глутатионредуктаза. Источник водорода - НАДФН (из пентозофосфатного пути):

· В эритроцитах имеются также ферменты супероксиддисмутаза и каталаза, осуществляющие следующие превращения:

3)Механизм образование и обезвреживание активных форм кислорода.

1.Спонтанное окисление Fe 2+ в теме гемоглобина - источник супероксидного аниона в эритроцитах;

2.Супероксиддисмутаза превращает супероксидный анион в пероксид водорода и воду:

О 2 - + О 2 - + 2Н + > Н 2 О 2 + О 2 ;

3.Пероксид водорода расщепляется каталазой:

2 Н 2 О 2 > 2 Н 2 О + О 2

или глутатионпероксидазой:

2 GSH + Н 2 О 2 > GSSG +2 Н 2 О;

4.Глутатионредуктаза восстанавливает окисленный глутатион:

GSSG + NADPH + Н + > 2GSH + NADP + ;

5. NADPH, необходимый для восстановления глутатиона, образуется на окислительном этапе пентозофосфатного пути превращения глюкозы;

6 .NADH, необходимый для восстановления гемоглобина метгемоглобинредуктазной системой, образуется в глицеральдегидфосфатдегидрогеназной реакции гликолиза.

Рис.4.Общая схема метаболизма в эритроците.

3 . Роль эритроцитов в газообмене

3 .1 Гемоглобин

Дыхательная функция эритроцитов осуществляется за счет гемопротеина гемоглобина - белка с четвертичной структурой, состоящий из четырех субъединиц(протомеров), каждый из которых содержит полипептидную цепь, связанную с гемом через остаток гистидина. В крови взрослого человека основным типом гемоглобина (до 96% всего гемоглобина эритроцитов) является форма, содержащая две б- и две в-цепи, состоящие, соответственно, с 141 и 146 аминокислотных остатков. Условная формула такого гемоглобина взрослых обозначается HbA1 = б2 в2. Кроме этой формы,в крови содержится до 2% гемоглобина A2, формула которого HbA2 = б2д2, и 2-3% эмбрионального или фетального гемоглобина HbF = б2 г2.

Итак,мы выяснили, что молекула гемоглобина построена из 4 субъединиц (полипептидных цепей), каждая из которых связана с гемом.

Следовательно, молекула гемоглобина имеет 4 гема, к которым может присоединяться кислород, при этом гемоглобин переходит в оксигемоглобин. Гемоглобин человека содержит 0,335% железа. Каждый грамм-атом железа (55,84 г) в составе гемоглобина при полном насыщении кислородом связывает 1 грамм-молекулу кислорода (22400 мл).

3 .2 Синтез гемоглобина

В клетках-предшественниках эритроцитов (эритробластах и ретикулоцитах) все компоненты Hb - альфа-цепи,бета-цепи и гем - синтезируются в сбалансированных количествах. Субстратами для синтеза порфиринового цикла гема является глицин и сукцинил-КоА. При их взаимодействии образуется д-аминолевулиновая кислота (Рис.5) . Активность д-аминолевулинатсинтазы, которая катализирует эту реакцию, тормозится гемом гемоглобина и другими гемопротеинами. Две молекулы аминолевулиновой кислоты конденсируются под действием д-аминолевулинатдегидротазы с образованием порфобилиногена, который содержит пирольное кольцо.Активнисть фермента также тормозится по принципу обратной связи гемом и гемопротеинами. Далее четыре молукулы порфобилиногена конденсируются с образованием линейной тетрапильного соединения,которое переходит в циклический уропорфириноген. Последний через копропорфириноген превращается в протопорфирин IX. На последней стадии фермент ферохелатаза включает железо в порфирин и образуется гем. Синтез полипептидных цепей глобина происходит только при наличии гема, который сразу же связывается с белком.

Рис.5.Общая схема синтеза гемоглобина.

3 .3 Механизм участия гемоглобина в транспорте кислорода

Благодаря способности присоединять молекулу О2 при его высоком парциальном давлению и отдавать - при низком, молекула гемоглобина выполняет свою основную физиологическую функцию транспортера кислорода, присоединяя его в капиллярах альвеол легких и отдавая тканям в венозных капиллярах. Кривая связывания гемоглобином кислорода и,соответственно, диссоциации оксигемоглобина, имеет S-образную форму, что свидетельствует о кооперативный характер процесса. Присоединение молекулы О2 к первой субъединицы гемоглобина вследствие конформационных изменений,которые происходят, повышает способность гемопротеина к взаимодействию с последующими тремя молекулами кислорода. Таким образом, сродство гемоглобина к четвертой молекулы кислорода почти в 300 раз выше, чем в первой.

Рис.6.Зависимость степени оксигенации (% от максимальной) от парциального давления О2 для гемоглобина (II) и миоглобина (I) - кислародсвязывающего белка мышц, не имеющего кооперативных свойств. Степень оксигенации гемоглобина (образование HbO2) зависит от следующих факторов:

Парциального давления кислорода; - Значение pH; - Концентрации диоксида углерода; - Концентрации 2,3-дифосфоглицерата;

S-образная кинетика зависимости степени образования HbO2 от парциального давления кислорода и (соответственно) его концентрации в крови была рассмотрена выше(Рис.6). Отметим также, что высвобождению кислорода из оксигемоглобина в периферических тканях в значительной мере способствует градиент его парциального давления в направлении альвеолы(100 мм рт. Ст.)> Артериальная кровь (90 мм рт. Ст.)> Венозная кровь(40 мм рт. Ст.)> Митохондрии клеток (0-5 мм рт. Ст.).

Связывания гемоглобином ионов H + и СО2 уменьшает способность гема к взаимодействию с кислородом, то есть активность образования HbO2. Это негативное влияние уменьшения pH и увеличение концентрации диоксида углерода на образование оксигемоглобина называется эффектом Бора. Важной биохимической функцией 2,3-дифосфоглицерата является его способность уменьшать сродство гемоглобина к кислороду.Этот метаболит связывается с молекулой гемоглобина в деоксигеновой форме (Hb), противодействуя его взаимодействия с O2, то есть образованию HbO2. Таким образом, наличие в эритроцитах значительного количества 2,3-дифосфоглицерата является важным регуляторным фактором, способствующим высвобождению кислорода с HbO2 в тканевой области кровообращения.

3 .4 Механизмы транспорта диоксида углерода от тканей в легкие

Кроме транспорта молекул О2 от легких к капиллярам периферических тканей,гемоглобин играет также существенную роль в переносе от тканей к легким СО2,который образуется в клетках в реакциях декарбоксилирования. Диоксид углерода, поступающий в кровь через стенки тканевых капилляров, частично непосредственно растворяется в плазме, но большая его часть образует бикарбонаты, которые с током крови поступают в легкие. Поскольку гемоглобин имеет свойства кислоты (HHb),к тому же его кислотные свойства растут приоксигенации (HHbO2), он способен взаимодействовать с бикарбонатами (KHCO3) с образованием угольной кислоты (H2CO3),что и происходит в легочных капиллярах; дальнейшая диссоциация угольной кислоты приводит к образованию свободного диоксида углерода, который выделяется из легких в процессе внешнего дыхания.Процессы, лежащие в основе способности гемоглобина участвовать в транспорте СО2, описываются такими уравнениями реакций:

1.В легочных капиллярах. Оксигенация гемоглобина, увеличивает его кислотные свойства (то есть степень диссоциации кислотных групп его белковой части):

Взаимодействие кислотной формы гемоглобина с бикарбонатом калия, поступающего внутрь эритроцита из плазмы крови:

HHbO2 + KHCO3>KHbO2 + H2CO3

Расщепление угольной кислоты, которая образовалась под действием фермента карбоангидразы:

H2CO3 >H2O + CO2

2. В капиллярах периферических тканей. Отщепление кислорода от калиевой соли оксигемоглобина:

Образование внутри эритроцитов угольной кислоты из диоксида углерода, генерируется за счет процессов декарбоксилирования:

Образование в эритроцитах бикарбоната при взаимодействии угольной кислоты с калиевой солью гемоглобина:

KHb + H2CO3 >HHb + KHCO3

Бикарбонат (HCO3 -), образовавшийся в этой реакции, поступает от эритроцита в плазму крови (за счет ионного обмена с анионом Cl-) и транспортируется в легкие.

Поступающий из тканей в эритроциты СО2 под действием фермента карбоангидразы превращается в слабую угольную кислоту, которая распадается на Н+ и НСО3-. Образующиеся при этом протоны присоединяются к гемоглобину, уменьшая его сродство к О2, а бикарбонаты с помощью белка полосы 3 обмениваются на Cl- и выходят в плазму крови.

Н2О + СО2 > Н2СО3 > Н+ + НСО3- > обмен на Сl- .

В лёгких увеличение парциального давления кислорода и взаимодействие его с гемоглобином приводят к вытеснению протонов из гемоглобина, обмену внутриклеточного Сl- на НСО3- через белок полосы 3, образованию угольной кислоты и её разрушению на СО2 и Н2О.

3 .5 Карбоксигемоглабин

Вместо кислорода к гемоглобину может присоединиться оксид углерода (II) с образованием карбоксигемоглобину(HbCO).Сродство гемоглобина человека с СО более чем в 200 раз превышает cродство с О2 .Токсичное действие на организм проявляют даже небольшие концентрации в воздухе оксида углерода, когда часть гемовых групп гемоглабина связана с СО, а часть - с О2.Такие молекулы гемоглабина удерживают кислород крепче, чем гемоглобин, с которым связано 4 молекулы кисларода.Таким образом, при отравлении СО гипоксия обусловлена??не только блокированием части гемов гемоглобина, но и нарушением процесса дезоксигенации гемов, с которыми связаны молекулы О2.

4 . Hарушения метаболизма эритроцитов

В процессе созревания эритроциты теряют не только митохондрии, но и ядро и рибосомы, поэтому синтез белка в этих клетках не происходит, и эритроциты не способны восстанавливать белки. Этот факт является решающим при наличии мутаций, следствием которых является энзимопатии, гемоглобинопатии,талассемии и т.д

4 .1 Энзимопатии, обус ловливающие гемолиз эритроцитов

Самой распространенной энзимопатии пентозофосфатного пути является дефицит глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. Во всем мире этим заболеванием страдают примерно 200 млн человек. У людей обнаружено около 3000 генетических дефектов глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. Этот фермент катализирует скорость-лимитирующую реакцию пентозофосфатного пути окисления глюкозы, которая обеспечивает образование NADPH + Н + . Как известно, от количества NADP + Н + зависит активность глутатионредуктазы и глутатионпероксидазы - ферментов, разрушающих пероксид водорода. Не менее 100 млн человек, у которых активность этого фермента снижена, являются носителями дефектных генов глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. При приёме некоторых лекарств, являющихся сильными окислителями (антималярийного препарата примахина, сульфаниламидов), у пациентов, имеющих генетические дефекты глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы или глутатионредуктазы, глутатионовой защиты может оказаться недостаточно. Активные формы кислорода вызывают образование гидроперекисей ненасыщенных жирных кислот фосфолипидов, входящих в состав клеточных мембран, их разрушение и гемолиз эритроцитов.

Генетический дефект любого фермента гликолиза приводит к уменьшению образования АТФ и NADH + Н + в этих клетках. Вследствие снижения скорости синтеза АТФ падает активность Nа + , К + -АТФ-азы, повышается осмотическое давление и возникает осмотический шок. Дефицит NADH + H + приводит к накоплению метгемоглобина и увеличению образования активных форм кислорода, вызывающих окисление SH-групп в молекулах гемоглобина. Молекулы метгемоглобина образуют дисульфидные связи между протомерами и агрегируют с образованием телец Хайнца.

Рис.7. Схема образования тел ец Хайнца-агрегация гемоглобина

4 .2 Гемоглобинопатии

Серповидноклеточная анемия - тяжёлое наследственное заболевание, обусловленное точечной мутацией гена, кодирующего структуру в-цепи гемоглобина.В результате в эритроцитах больных присутствует HbS, в-цепи которого в шестом положении вместо гидрофильной глутаминовой кислоты содержат гидрофобную аминокислоту валин. Появление гидрофобной аминокислоты недалеко от начала молекулы способствует возникновению нового центра связывания, поэтому при низком парциальном давлении кислорода тетрамеры дезокси-HbS ассоциируют, образуя длинные микротрубчатые образования, которые полимеризуются внутри эритроцитов. Полимеризация приводит к нарушению структуры эритроцитов, они приобретают серповидную форму и легко разрушаются. При этом заболевании отмечают анемию, прогрессирующую слабость, отставание в развитии и желтуху.

4 .3 Талассемии

Это наследственные заболевания,обусловленные отсутствием или снижением скорости синтеза б-или в-цепей гемоглобина.В результате несбалансирован-ного образования глобиновых цепей образуются тетрамеры гемоглобина, состоящие из одинаковых протомеров. Это приводит к нарушению основной функции гемоглобина - транспорту кислорода к тканям. Нарушение эритропоэза и ускоренный гемолиз эритроцитов и клеток-предшественников при талассемиях приводит к анемии.

· При в-талассемии не синтезируются в-цепи гемоглобина. Это вызывает образование нестабильных тетрамеров, содержащих только б-цепи. При этом заболевании в костном мозге из-за преципитации нестабильных б-цепей усиливается разрушение эритробластов, а ускорение разрушения эритроцитов в циркулирующей крови приводит к внутрисосудистому гемолизу.

· В случае б-талассемии недостаток образования б-глобиновых цепей приводит к нарушению образования HbF у плода. Избыточные г-цепи образуют тетрамеры, называемые гемоглобином Барта. Этот гемоглобин при физиологических условиях имеет повышенное сродство к кислороду и не проявляет кооперативных взаимодействий между протомерами. В результате гемоглобин Барта не обеспечивает развивающийся плод необходимым количеством кислорода, что приводит к тяжёлой гипоксии.

4 .4 Н аследственный сфероцитоз

Причиной этой патологии чаще всего является дефект белков цитоскелета эритроцитов - спектрина или анкирина, которые обеспечивают поддержание двояковогнутой формы клетки и эластичности мембраны. Эритроциты приобретают шарообразную форму, что приводит к уменьшению площади их поверхности и снижению скорости газообмена. Потеря эластичности клеточной мембраны приводит к повышению хрупкости и травматичности клеток и, как следствие, к ускорению их разрушения в сосудистом русле и селезёнке. Заболевание сопровождается анемией и желтухой.

4 .5 Мегалобластная (макроцитарная) анемия

Развивается при дефиците фолиевой кислоты или витамина В 12 . Фолиевая кислота в виде кофермента (Н 4 -фолата) участвует в синтезе нуклеотидов. Недостаток фолиевой кислоты приводит к снижению скорости синтеза ДНК в быстроделящихся клетках, и в первую очередь в предшественниках эритроцитов. Клетки дольше пребывают в интерфазе, синтезируя гемоглобин, и становятся крупнее. Кроме того, из-за недостатка нуклеотидов они реже делятся, и количество эритроцитов снижается, а крупные мегалобласты быстрее разрушаются. Всё это в конечном итоге приводит к развитию анемии. Аналогичная симптоматика развивается при недостатке в организме витамина В 12 . Недостаточность витамина В 12 приводит к накоплению N 5 -метил Н 4 -фолата в клетках. Дефицит Н 4 -фолата приводит к нарушению деления клеток и развитию анемии.

Вывод

В этой работе мы рассмотрели особенности строения и метаболизма красных кровяных телец. Зрелые эритроциты человека и других млекопитающих лишены ядра и почти целиком заполнены гемоглобином. Концентрация гемоглобина в крови зависит от общего количества эритроцитов и содержания в каждом из них гемоглобина.Гемоглабин эритроцитов играет очень важную роль в газообмене. Следует заметить, что в эритроцитах интенсивно протекают гликолиз и пентозофосфатный путь.Какие-либо изменения или мутации в этих процессах приводят к нарушению метаболизма в эритроцитах.

Список литературы

1. Березов Т. Т., Коровкин Б. Ф.Биологическая химия: Учебник.- 3-е изд., перераб. И доп.- М.: Медицина, 1998.- 704 с.

2. Гонский Я.И.,Максимчук Т.П.Биохимия человека.-Учебник Тернополь:Укрмедкнига.2001. - 736 с.

3. Губський Ю.І.Біологічна хімія: Підручник.- Київ-Тернопіль: Укрмедкнига, 2000. -508 с.

4. Курс лекцій з біохімії. Розділ «Біохімія крові» / укладачі: Л.І. Гребеник, І.Ю. Висоцький. - Суми: Сумський державний університет, 2011. - 80 с.

5. Биохимия: Учеб. для вузов, Под ред. Е.С. Северина., 2003. 779 с. 6.http://studall.org/all4-1883.html Особенности метаболизма эритроцита.

7.http://vmede.org/sait/?page=16&id=Biohimija_severin_2011&menu=Biohimija_severin_2011 БИОХИМИЯ КРОВИ

8. http://med-stud.narod.ru/med/biochemistry/erythrocyte.html© каф. биохимии №1 РГМУ.Биохимия эритроцита.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

    Процессы энергетического метаболизма и основные энергетические параметры эритроцитов. Выяснение условий, при которых может происходить переход метаболизма эритроцитов из одной устойчивой точки в другую. Анализ строения и функций гемоглобина, эритроцитов.

    дипломная работа , добавлен 17.10.2012

    Особенности развития, строения, химического состава, обмена веществ и функций эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов. Существующие типы гемоглобина. Токсичные формы кислорода в крови человека. Основные составляющие антиоксидантной системы организма.

    презентация , добавлен 18.05.2015

    Биохимические показатели эритроцитов в условиях хранения в присутствии раствора глюкозы. Строение и дифференцировка эритроцитов, биохимические процессы при их созревании и старении. Реакция оксигенации, углеводный обмен. Получение гемолизата эритроцитов.

    дипломная работа , добавлен 20.03.2011

    Функции антигенов эритроцитов, их химическая природа и факторы, влияющие на динамику действия. Современная классификация и типы, биологическая природа и значение в организме. Система антигенов эритроцитов Резус. Описание других антигенных систем крови.

    реферат , добавлен 18.02.2015

    Классификация процессов метаболизма и обмена. Виды организмов по различиям обменных процессов, методы их изучения. Метод учета веществ поступивших и выделившихся из организма на примере азотистого обмена. Основные функции и источники белков для организма.

    презентация , добавлен 12.01.2014

    Общие понятия об обмене веществ и энергии. Анализ потребностей прокариот в питательных веществах. Типы метаболизма микроорганизмов. Сравнительная характеристика энергетического метаболизма фототрофов, хемотрофов, хемоорганотрофов и хемолитоавтотрофов.

    курсовая работа , добавлен 04.02.2010

    Изучение изолированного и сочетанного действия 1,1-диметилгидразина и ионов свинца и ртути на состояние мембран эритроцитов. Возможности повышения резистентности мембран с помощью биологически активных веществ (витаминов С, Е и препарата "Селевит").

    диссертация , добавлен 25.10.2013

    Понятие о гормонах, их основных свойствах и механизме действия. Гормональная регуляция обмена веществ и метаболизма. Гипоталамо-гипофизарная система. Гормоны периферических желез. Классификация гормонов по химической природе и по выполняемым функциям.

    презентация , добавлен 21.11.2013

    Общая характеристика и функции иммунной системы. Органы и клетки иммунной системы. Основные виды иммунитета. Обеспечение оптимальной для метаболизма массы циркулирующей крови и количества форменных элементов крови (эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов).

    презентация , добавлен 21.01.2015

    Классификация, свойства, строение и номенклатура ферментов. Факторы, влияющие на их активность. Характеристика представителей гликозидазы, аептидгидролазы. Изучение особенностей метаболизма, анаболизма и катаболизма. Исследование структуры кофермента.

1

1 ГБОУ ВПО «Саратовский Государственный медицинский университет им. В.И. Разумовского Минздрава России»

1. Нормальная физиология: учебник / Под ред. А.В. Завьялова, В.М. Смирнова. – 2011. – 368 с.

2. Нормальная физиология: учебник [Н.А. Агаджанян, Н.А. Барабаш, А.Ф. Белов и др.] / Под ред. проф. В.М. Смирнова. – 3-е изд. – М.: Издательский центр «Академия», 2010. – 480 с.

3. Физиология человека / В.Ф. Киричук, О.Н. Антипова, Н.Е. Бабиченко, В.М. Головченко, Е.В. Понукалина, И.В. Смышлеева, Л.К. Токаева / Под ред В.Ф. Киричука. – 2-е изд.– Саратов: Изд-во Саратовского медицинского университета, 2009. – 343 с.

4. Физиология и патофизиология красной крови: учеб. пособие / Н.П. Чеснокова, В.В. Моррисон, Е.В. Понукалина, Т.А. Невважай; под общ. ред. проф. Н.П. Чесноковой. – Саратов: Изд-во Сарат. мед. ун-та., 2013. – 80 с.

5 Патофизиология крови. Пер. с англ. – М. – СПб.: «Издательство БИНОМ» – «невский Диалект», 2000. – 448 с., ил.

6 Ленинджер А. Биохимия. Молекулярные основы структуры и функции клеток. – М.: Мир, 1999. – С. 390 – 422.

Источники энергетического обеспечения эритроцитов

Эритроцит является метаболически активной клеткой и содержит более 40 различных ферментов. Энергетическое обеспечение эритроцита осуществляется за счет утилизации глюкозы в реакциях анаэробного гликолиза. Эффективность гликолиза характеризуется образованием двух молекул АТФ на одну молекулу глюкозы, однако это небольшое количество энергии обеспечивает эритроциту выполнение всех его функций.

Основная доля энергии АТФ расходуется в эритроцитах на транспорт ионов, функционирование АТФ-азных систем и поддержание электролитного баланса клетки. Макроэргические фосфатные связи АТФ необходимы также и для инициации реакций гликолиза и пентозофосфатного цикла.

Наиболее важные реакции гликолиза протекают с участием следующих ферментов: гексокиназы, фосфофруктокиназы и пируваткиназы. Отличительной особенностью гликолиза в эритроцитах по сравнению с другими клетками является выработка значительного количества 2,3-дифосфоглицериновой кислоты, регулирующей кислородосвязывающую функцию гемоглобина.

Кроме гликолиза в эритроцитах происходит прямое окисление глюкозы в пентозофосфатном цикле, на долю которого приходится 10 - 11 % всего энергетического метаболизма клетки. Ключевыми ферментами пентозофосфатного цикла являются глюкозо-6-фосфат-дегидротеназа, 6-фосфоглюконатдегидрогеназа. В процессе пентозофосфатного окисления глюкозы образуется восстановленная форма кофермента НАДФ, использующаяся для восстановления глутатиона - основного компонента антиоксидантной системы эритроцита.

Главной функциональной группой глутатиона является сульфгидрильная группа, водород которой обеспечивает нейтрализацию органических и неорганических окислителей, действующих на мембрану эритроцита, и защищает липиды мембраны от свободнорадикального окисления.

Вышеизложенное делает очевидным большую значимость для поддержания стабильности эритроцитарной мембраны, интенсивности гликолитических реакций, обеспечивающих образование АТФ и соответственно полноценное функционирование АТФ-азных систем и трансмембранный перенос ионов, а также состояние пентозного цикла окисления глюкозы и образование достаточного количества НАДФН2.

В условиях врожденной или приобретенной недостаточности энергообеспечения эритроцитов при нарушении активности гликолитических ферментов, а также ферментов пентозофосфатного окисления глюкозы возникает дестабилизация эритроцитарной мембраны, изменение формы эритроцита и гемолиз.

Как известно, отличительными особенностями структуры и, соответственно, метаболизма эритроцитов являются отсутствие ядра, рибосомального аппарата, в связи с чем эритроциты не обладают белок-синтетической функцией. В эритроцитах отсутствуют митохондрии, система цитохром и соответственно отсутствует цикл трикарбоновых кислот. Эритроцит не воспроизводит De novo нуклеиноыве кислотиы и липиды. Основным источником энергии для эритроцитов является глюкоза, метаболизирующаяся по двум основным путям: путь Эмбдена-Мейергофа и в гексозомонофосфатный путь.

Лишенный глюкозы эритроцит деградирует, переходит в эхиноцит, сфероцит и затем подвергается осмотическому лизису, поскольку теряет способность поддерживать градиент натрия и калия, в то же время накапливает окисленный глутатион и метгемоглобин в условиях окислительного стресса.

Метаболизм глюкозы в пути Эмбдена-Мейергофа заканчивается образованием пирувата или лактата. Проникновение глюзозы в эритроцит происходит довольно быстро с помощью неиндентифицированного переносчика мембраны клеток. Концентрация глюкозы в эритроцитах такая же, как и в плазме крови. Основные стадии пути Эмбдена-Мейергофа включают: фосфорилирование глюкозы при участии АТФ и гексокиназы.

Дефицит гексокиназы может быть одной из причин наследственной гемолитической анемии. Продукт гексокиназной реакции (глюкозо-6-фосфат) трасформирется в глюкозо-1-фосфат при участии фосфоглюкомутазы, а также находится в рановесии с фруктозо-6-фосфат вследствие глюкозофосфатизомеразной реакции (ГФИ), имеющей большое метаболическое значение. Дефицит ГФИ является причиной достаточно часто возникающей наследственной несфероцитарной гемолитической анемии. Третья стадия в пути Эмбдена-Мейергофа включает фосфорилирование фруктозо-6-фосфата до фруктозо-1,6-дифосфата при участии фосфофруктокиназы.

Дефицит фермента ФФК является одной из причин нарушения накопления гликогена и развития наследственной гемолитической анемии.

Глицеральдегидтрифосфат непрерывно превращается в 1,3ДФГ, который затем трансформируется в 2,3ДФГ и 3ФГ. Последний дефосфорилируется в 2ФГ, который находится в равновесии с фосфоенолпируватом (ФЕП). В свою очередь ФЕП служит донором фосфата для АДФ на второй стадии синтеза АТФ в реакциях гликолиза в эритроцитах.

Гексозомонофосфатный путь. Образующийся в гексокиназной реакции глюкозо-6-фосфат далее участвует в 3-х направлениях метаболизма в эритроцитах с участием ферментов фосфоглюкокиназы, глюкозофосфоизомеразы(ГФИ) и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы(Г-6-ФДГ). В глюкозо-6-фосфатдегидрогеназных реакциях НАДФ+ восстанавливается до НАДФ*Н. В 6-фосфоглюконатдегидрогеназной реакции в эритроцитах образуется рибулозо-5-фосфат, который находится в равновесии с рибозо-5-фосфатом и ксилулозо-5-фосфатом.

В физиологических условиях энергетические потребности эритроцитов покрываются в результате утилизации глюкозы в пути Эмбдена-Мейергофа и гексозомонофостном пути. Однако эритроциты обладают способностью метаболизировать фруктозу, лактозу, галактозу, нуклеотиды, в частности инозин.

В эритроцитах происходят реакции восстановления метгемоглобина. Как известно, в процессе диссоциации оксигемоглобина железо гемоглобина приобретает 2-х валентное ферросостояние. В ряде случаев О2 отрывается в виде супероксиданионрадикала, забирает один электрон у железа и превращает гемоглобин в метгемоглобин. В присутствии восстановленного глютатиона и аскорбиновой кислоты метгемоглобин восстанавливается до гемоглобина.

Гемоглобин эритроцитов. Основным белком эритроцитов, на долю которого приходится около 98 % всей массы белков цитоплазмы, является гемоглобин. Последний является гетеродимерным тетрамером, состоящим из четырех полипептидных цепей, соединенных с четырьмя молекулами гема. В свою очередь гем - это молекула протопорфина IX, связанная с анионом железа. Каждый тетрамер гемоглобина может обратимо связывать и транспортировать не более 4-х молекул кислорода. К числу основных гемоглобинов (Hb) взрослого человека относится гемоглобин А (от слова adultus - взрослый), на долю которого приходится 96-98 % и в составе которого имеются две α- и две β-цепи (α2β2).

К числу нормальных гемоглобинов относится гемоглобин А2 , который содержится в крови взрослого человека в количестве 1,5-3,5 % (символ HbA2 - α2 δ2). На долю фетального гемоглобина (HbF - α2γ2) приходится 0,5-1 % Смена гемоглобина F на гемоглобин А происходит во время рождения ребенка, а к 4-6 месяцам жизни уровень фетального гемоглобина составляет 1 %.

Главным регулятором сродства Hb к О2 является промежуточный продукт гликолиза - 2-3дифосфоглицериновая кислота (2-3ДФГ). Увеличение образования 2-3ДФГ снижает сродство Hb к О2, что приводит к сдвигу кривой диссоциации оксигемоглобина вправо и к усиленному поступлению О2 в ткани. Сдвиг кривой вправо возникает также при увеличении температуры тела, возрастании уровня СО2 или на фоне развития метаболического ацидоза.

Фетальный гемоглобин слабо связывается с 2-3ДФГ и поэтому характеризуется более высокой кислородсвязывающей способностью по сравнению с HbA.

Гены гемоглобина: 2 гена α-цепей глобина расположены в 16-й паре хромосом, а 11 пара хромосом содержит пару генов γ-цепей и по одной копии δ- и β-цепей. Глобин синтезируется только в эритрокариоцитах и лишь в период созревания ретикулоцита из нормоцитов. На каждой стадии развития гены α-глобина и других глобинов координировано экспрессируются.

Избыточное образование одной цепи гемоглобина, происходящее при талассемии, приводит к преципитации белка в эритроците, повреждению клетки и её преждевременной элиминации клетками моноцитарно-макрофагальной системы.

Библиографическая ссылка

Чеснокова Н.П., Понукалина Е.В., Бизенкова М.Н. ЛЕКЦИЯ 3. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЭРИТРОЦИТОВ // Успехи современного естествознания. – 2015. – № 1-2. – С. 331-332;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=34843 (дата обращения: 20.03.2019). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

Темы _

14.1. Метаболизм эритроцитов

14.2. Особенности метаболизма фагоцитирующих клеток

14.3. Основные биохимические механизмы гемостаза

14.4. Основные свойства белковых фракций крови и значение их определения для диагностики заболеваний

Цели изучения Уметь:

1. Объяснять причины, вызывающие гемолиз эритроцитов.

2. Описывать молекулярные механизмы возникновения нарушений свертывания крови.

3. Аргументировать целесообразность применения некоторых лекарственных препаратов для лечения нарушений свертывания крови.

4. Обосновывать основные причины возникновения гипо- и гиперпроте-

инемий. Знать:

1. Особенности метаболизма эритроцитов, пути образования и обезвреживания в них активных форм кислорода.

2. Роль активных форм кислорода в фагоцитозе.

3. Структуру ферментных комплексов прокоагулянтного этапа свертывания крови, последовательность их взаимодействия, механизмы регуляции и этапы образования фибринового тромба.

4. Роль и молекулярные основы функционирования противосвертывающей и фибринолитической систем крови.

5. Молекулярные механизмы нарушений свертывания крови и современные способы их коррекции.

6. Основные свойства и функции белков плазмы крови.

ТЕМА 14.1. МЕТАБОЛИЗМ ЭРИТРОЦИТОВ

Эритроциты - высокоспециализированные клетки, которые переносят кислород от легких к тканям и диоксид углерода, образующийся при метаболизме из тканей к альвеолам легких. В результате дифференцировки эритроциты теряют ядро, рибосомы, митохондрии, эндоплазматический ретикулум. Эти клетки имеют только плазматическую мембрану и цитоплазму. Они не содержат ядра, поэтому неспособны к самовоспроизведению и репарации возникающих в них повреждений. Двояковогнутая форма эритроцитов имеет большую площадь поверхности по сравнению с клетками сферической формы такого же размера. Это облегчает газообмен между клеткой и внеклеточной средой. Вместе с тем такая форма и особенности строения

цитоскелета и плазматической мембраны обеспечивают большую пластичность эритроцитов при прохождении ими мелких капилляров.

Метаболизм глюкозы в эритроцитах представлен анаэробным гликолизом и пентозофосфатным путем превращения глюкозы. Эти процессы обусловливают сохранение структуры и функций гемоглобина, целостность клеточной мембраны и образование энергии для работы ионных насосов.

1. Гликолиз обеспечивает энергией работу транспортных АТФаз, а также протекающие с затратой АТФ гексокиназную и фосфофруктокиназную реакции гликолиза. NADH, образующийся в ходе анаэробного гликолиза, является коферментом метгемоглобинредуктазы, катализирующей восстановление метгемоглобина в гемоглобин. Кроме того, в эритроцитах присутствует фермент бисфосфоглицератмутаза, превращающий промежуточный метаболит этого процесса 1,3-бисфосфоглицерат в 2,3-бисфосфоглицерат. Образующийся только в эритроцитах 2,3-бисфосфоглицерат служит важным аллостерическим регулятором связывания кислорода с гемоглобином. На окислительном этапе пентозофосфатного пути превращения глюкозы образуется NADPH, участвующий в восстановлении глутатиона. Последний используется в антиоксидантной защите эритроцитов (рис. 14.1).

Рис. 14.1. Образование и обезвреживание активных форм кислорода в эритроцитах:

1 - источник супероксидного аниона в эритроцитах - спонтанное окисление Fe 2 + в геме гемоглобина; 2 - супероксиддисмутаза превращает супероксидный анион в пероксид водорода и О 2 ; 3 - пероксид водорода расщепляется каталазой или глутатионпероксидазой; 4 - глутатионредуктаза восстанавливает окисленный глутатион; 5 - на окислительном этапе пентозофосфатного пути превращения глюкозы образуется NADPH, необходимый для восстановления глутатиона; 6 - в глицеральдегидфосфатдегидрогеназной реакции гликолиза образуется NADH, участвующий в восстановлении железа метгемоглобина метгемоглобинредуктазной системой

2. Большое содержание кислорода в эритроцитах определяет высокую скорость образования супероксидного анион-радикала O 2 - , пероксида водорода Н 2 О 2 и гидроксил-радикала ОН".

Постоянным источником активных форм кислорода в эритроцитах является неферментативное окисление железа гемоглобина:

Активные формы кислорода могут вызвать гемолиз эритроцитов. Эритроциты содержат ферментативную систему, предотвращающую токсическое действие радикалов кислорода и разрушение мембран эритроцитов.

3. Нарушение любого звена ферментативной системы обезвреживания активных форм кислорода приводит к снижению скорости этого процесса. При генетическом дефекте глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы и приеме некоторых лекарств, являющихся сильными окислителями, потенциал глутатионовой защиты может оказаться недостаточным. Это приводит к повышению содержания в клетках активных форм кислорода, вызывающих окисление SH-групп молекул гемоглобина. Образование дисульфидных связей между протомерами гемоглобина и метгемоглобина приводит к их агрегации - образованию телец Хайнца (рис. 14.2).

Рис. 14.2. Схема образования телец Хайнца - агрегации молекул гемоглобина.

В норме супероксиддисмутаза катализирует образование пероксида водорода, который под действием глутатионпероксидазы превращается в Н 2 О. При недостаточной активности ферментов обезвреживания активных форм кислорода происходит окисление SH-групп в остатках цистеина протомеров метгемоглобина и образование дисульфидных связей. Такие структуры называются тельцами Хайнца

Последние способствуют разрушению эритроцитов при попадании их в мелкие капилляры. Активные формы кислорода, вызывая перекисное окисление липидов мембран, разрушают мембраны.

ТЕМА 14.2. ОСОБЕННОСТИ МЕТАБОЛИЗМА ФАГОЦИТИРУЮЩИХ КЛЕТОК

Фагоцитоз обеспечивает защиту организма от бактерий. Моноциты и нейтрофилы мигрируют из кровяного русла к очагу воспаления и эндоцитозом захватывают бактерии, образуя фагосому.

1. Фагоцитоз требует увеличения потребления кислорода, который является главным источником O 2 - , H 2 O 2 , OH" в фагоцитирующих клетках (рис. 14.3). Этот процесс, продолжающийся 30-40 минут, сопровождается резким повышением поглощения кислорода и поэтому называется респираторным взрывом.

2. В макрофагах бактерицидное действие оказывает оксид азота NO, источником которого является реакция превращения аргинина в NO и цитруллин под действием NO-синтазы. Супероксид анион образует с оксидом азота соединения, обладающие сильными бактерицидными свойствами:

NO + О 2 - → ONOO - → ОН* + NO 2 .

Пероксинитрит ONOO - , оксид азота, диоксид азота, гидроксил радикал вызывают окислительное повреждение белков, нуклеиновых кислот и липидов бактериальных клеток.

Рис. 14.3. Образование активных форм кислорода в процессе респираторного взрыва активированными макрофагами, нейтрофилами и эозинофилами.

Активация NADPH-оксидазы, которая локализована на мембране клетки, вызывает образование супероксидных анионов. При фагоцитозе мембрана впячивается, затем образуется эндосома и супероксидсинтезирующая система вместе с бактериальной клеткой оказывается в эндосоме. Супероксидные анионы генерируют образование других активных молекул, включая Н 2 О 2 и гидроксильные радикалы. Миелопероксидаза - гемсодержащий фермент, находящийся в гранулах нейтрофилов. Она поступает в эндосому, где образует НС1О. В результате мембраны и другие структуры бактериальной клетки разрушаются

ТЕМА 14.3. ОСНОВНЫЕ БИОХИМИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ

ГЕМОСТАЗА

Прекращение кровотечения после травмы кровеносных сосудов, раство рение сгустков крови - тромбов - и сохранение крови в жидком состоянии обеспечивает гемостаз. Этот процесс включает четыре этапа:

Рефлекторное сокращение поврежденного сосуда в первые секунды после травмы;

Образование в течение 3-5 минут тромбоцитарной пробки (белого тромба в результате взаимодействия поврежденного эндотелия с тромбоцитами;

Формирование в продолжение 10-30 мин фибринового (красного" тромба: растворимый белок плазмы крови фибриноген под действием фермента тромбина превращается в нерастворимый фибрин, который откладывается между тромбоцитами белого тромба;

Фибринолиз - растворение тромба под действием протеолитических ферментов, адсорбированных на фибриновом сгустке. На этом этапе просвет кровеносного сосуда освобождается от отложений фибрина и предотвращается закупорка сосуда фибриновым тромбом.

1. Свертывание крови - важнейшая часть гемостаза. В процессе формирова ния фибринового тромба можно выделить четыре этапа.

Превращание фибриногена в фибрин-мономер. Молекула фибриногена состоит из шести полипептидных цепей трех типов - 2Аа, 2Вр, 2γ. Они связаны между собой дисульфидными связями и образуют три домена А- и В-участки находятся на N-концах цепей Аа и Вр соответственно Эти участки содержат много остатков дикарбоновых аминокислот и поэтому заряжены отрицательно, что препятствует агрегации молекул фибриногена (рис. 14.4). Тромбин, который относится к группе серино вых протеаз, отщепляет А- и В-пептиды от фибриногена; в результате образуется фибрин-мономер.

Рис. 14.4. Строение фибриногена.

Фиброген состоит из шести полипептидных цепей 3 типов: 2Λα , 2Ββ и 2γ, образующих три домена (обозначены штрихами). Λ и В - отрицательно заряженные участки цепей Λα и Ββ препятствуют агрегации молекул фибриногена

Образование нерастворимого геля фибрина. В молекулах фибринамономера имеются участки, комплементарные к другим молекулам фибрина, - центры связывания, между которыми образуются нековалентные связи. Это приводит к полимеризации молекул фибрина и формированию нерастворимого геля фибрина (рис. 14.5). Он непрочен, так как образован слабыми нековалентными связями.

Рис. 14.5. Образование геля фибрина.

Фибриноген, освобождаясь под действием тромбина от отрицательно заряженных пептидов 2А и 2В, превращается в фибрин-мономер. Взаимодействие комплементарных участков в доменах молекул фибрина-мономера с другими такими же молекулами приводит к образованию геля фибрина

Стабилизация геля фибрина. Фермент трансглутамидаза (фактор XIIIa) образует амидные связи между радикалами аминокислот Глн и Лиз мономеров фибрина и между фибрином и гликопротеином межклеточного матрикса фибронектином (рис. 14.6.)

Сжатие геля осуществляет сократительный белок тромбоцитов тромбостенин в присутствии АТФ.

2. Свертывание крови может идти по внешнему или внутреннему пути.

Внешний путь свертывания крови инициируется при взаимодействии белков свертывающей системы с тканевым фактором (Тф) - белком, который экспонируется на мембранах поврежденного эндотелия и активированных тромбоцитов, внутренний путь - при контакте белков свертывающей системы с отрицательно заряженными участками поврежденного эндотелия.

Рис. 14.6. Образование амидных связей между остатками Глн и Лиз в мономерах фибрина

Коагуляции (образованию фибринового тромба) предшествует ряд последовательных реакций активации факторов свертывания крови. Эти реакции инициируются на поврежденной или измененной тромбогенным сигналом клеточной мембране и заканчиваются активацией протромбина.

Каскад реакций прокоагулянтного этапа имеет ряд особенностей:

Все ферменты являются протеазами и активируются частичным протеолизом;

Все реакции локализованы на поврежденных мембранах клеток крови и эндотелия, поэтому тромб образуется на этих участках;

Максимальную активность ферменты проявляют в составе мембранных комплексов, включающих фермент, фосфолипиды клеточных мембран, белок-активатор, Са 2 +.

Большинство факторов свертывания активируется по механизму положительной обратной связи.

В прокоагулянтном каскаде реакций внешнего пути последовательно образуются три мембранных комплекса (рис. 14.7). Каждый из них включает:

белок-активатор протеолитического фермента - тканевой фактор (Тф) (не требует активации), факторы V или VIII (активируются частичным протеолизом);

отрицательно заряженные фосфолипиды мембран эндотелия или тромбоцитов. При травме или поступлении тромбогенного сигнала нарушается поперечная асимметрия мембран, на поверхности появляются отрицательно заряженные фосфолипиды, экспонируется тканевой фактор и таким образом формируются тромбогенные участки;

ионы Са 2 +, взаимодействуя с полярными «головками» отрицательно заряженных фосфолипидов, обеспечивают связывание ферментов прокоагулянтного пути с мембранами клеток. В отсутствии Са 2 + кровь не свертывается;

Рис. 14.7. Прокоагулянтный этап внешнего пути свертывания крови и превращение фибриногена в фибрин.

Стрелка - активация факторов свертывания крови; стрелка с точками - активация факторов свертывания по принципу положительной обратной связи; - - мембранный фосфолипидный компонент ферментных комплексов, в рамке - белкиактиваторы.

1, 2 - фактор VIIa мембранного комплекса УПа-Тф-Са 2+ активирует факторы IX и X; 3 - фактор 1Ха мембранного комплекса IXa-VIIIa-Ca 2 + (тенназа) активирует фактор X; 4, 5 - фактор Ха мембранного комплекса Ха-Уа-Са 2 + (протромбиназа) превращает протромбин (фактор II) в тромбин (фактор Па) и активирует фактор VII по принципу положительной обратной связи; 6-10 - тромбин (фактор Па) превращает фибриноген в фибрин, активирует факторы V, VII, VIII и XIII

Один из протеолитических ферментов (сериновую протеазу) - фактор VII, IX или X. Эти белки содержат на N-концах молекул 10-12 остатков γ-карбоксиглутаминовой кислоты. Посттрансляционное карбоксилирование факторов VII, IX, X, а также протромбина, плазминогена и протеина С катализирует γ-глутамилкарбоксилаза. Коферментом этого фермента является восстановленная форма витамина K, которая образуется в печени под действием NADPH-зависимой витамин К-редуктазы (рис. 14.8).

Структурные аналоги витамина К - дикумарол и варфарин - являются конкурентными ингибиторами NADPH-зависимой витамин K-редуктазы.

Они снижают скорость восстановления витамина К и, следовательно, активность γ-глутамилкарбоксилазы. Производные варфарина и дикумарола используют как непрямые антикоагулянты для предотвращения тромбозов.

Инициирующий мембранный комплекс содержит белок-активатор Тф, фермент фактор VII и ионы Са 2 +. Фактор VII обладает небольшой активностью, но в комплексе VII-Тф-Са 2+ его активность в результате конформационных изменений возрастает, и он частичным протеолизом активирует фактор X.

Рис. 14.8. Посттрансляционное карбоксилирование остатков глутаминовой кислоты в молекулах сериновых протеаз свертывающей системы крови; роль Са 2 + в связывании этих ферментов на тромбогенных участках клеточных мембран

Кроме того, инициирующий комплекс активирует фактор IX. Мембранные комплексы IXа-VIIIa-Са 2 + (тенназа) и VIIа-Тф-Са 2 + образуют активный фактор Xа. Последний в составе протромбиназного комплекса Xа-Vа-Са 2 + может превращать небольшое количество протромбина (фактор II) в тромбин (фактор На). Образовавшийся тромбин активирует (по принципу положительной обратной связи) факторы V, VIII, VII, которые включаются в состав мембранных комплексов.

Протромбин - это гликопротеин плазмы крови, который синтезируется в печени. Молекула протромбина состоит из одной полипептидной цепи, содержит одну дисульфидную связь и остатки γ-карбоксиглутамата. Последние, взаимодействуя с Са 2 +, связывают профермент с мембраной (рис. 14.9).

Фактор Xa протромбиназного комплекса гидролизует две пептидные связи в молекуле протромбина, и он превращается в тромбин. Тромбин состоит из двух полипептидных цепей, связанных дисульфидной связью, и не содержит остатков γ-карбоксиглутамата (рис. 14.10).



эндотелия формируются три ферментных комплекса, каждый из которых содержит один из протеолитических ферментов - фактор калликреин или фактор и белок-активатор высокомолекулярный кининоген (ВМК). Калликреин - сериновая протеаза, субстратами которой являются фактор XII и некоторые белки плазмы крови, например плазминоген. Комплекс фактор XIIa-ВМК превращает прекалликреин в калликреин, который вместе с ВМК по принципу положительной обратной связи активирует фактор XII, включающийся в комплекс XIIa-BMK. В его составе фактор XIIa протеолитически активирует фактор XI, который в комплексе с ВМК превращает фактор IX в активный IXа. Последний включается в состав мембранного комплекса IXа-УШа-Са2+, который частичным протеолизом образует фактор Xа, являющийся протеолитическим ферментом протромбиназы Xа-Vа-Са2+) (рис. 14.11).

Рис. 14.11. Схема внутреннего и внешнего путей свертывания крови:

ВМК - высокомолекулярный кининоген; Тф - тканевой фактор. Обозначения см. на рис. 14.7

Все ферменты свертывающей системы крови являются протеазами и активируются частичным протеолизом:

1 - активируемый контактом с субэндотелием фактор XII превращает прекалликреин в калликреин; 2 - калликреин комплекса калликреин-ВМК частичным протеолизом активирует фактор XII; 3 - фактор XIIa комплекса XIIа-BMK активирует фактор XI;

4 - активированный частичным протеолизом фактор XIIa комплекса XIIa-ВМК превращает прекалликреин в калликреин по принципу положительной обратной связи;

5 - фактор XIa комплекса XIa-ВМК активирует фактор IX; 6 - фактор IXа мембранного комплекса IXа-УШа-Са2+ активирует фактор X; 7, 8 - фактор УПа мембранного комплекса УПа-Тф-Са 2 + активирует факторы IX и X; 9 - фактор Xa протромбиназного комплекса активирует фактор II (протромбин); 10, 11 - фактор IIа (тромбин) превращает фибриноген в фибрин и активирует фактор XIII (трансглутамидазу); 12 - фактор XIIIa катализирует образование амидных связей в геле фибрина;

5. Таким образом, каскад реакций внешнего и внутреннего путей свертывания крови приводит к образованию протромбиназы. Этапы, одинаковые для обоих путей, называют общим путем свертывания крови.

Каждое ферментативное звено реакций свертывания крови обеспечивает усиление сигнала, а положительные обратные связи обусловливают лавинообразное ускорение всего процесса, быстрое образование тромба и прекращение кровотечения.

6. Гемофилии. Снижение свертываемости крови приводит к гемофилиям - заболеваниям, сопровождающимся повторяющимися кровотечениями. Причина кровотечений при этих заболеваниях - наследственная недостаточность белков свертывающей системы крови.

Гемофилия А обусловлена мутацией гена фактора VIII, локализованного в X-хромосоме. Дефект этого гена проявляется как рецессивный признак, поэтому этой формой болезни страдают только мужчины. Гемофилия А сопровождается подкожными, внутримышечными и внутрисуставными кровоизлияниями, опасными для жизни.

Гемофилия В связана с генетическим дефектом фактора IX, который встречается гораздо реже.

7. Противосвертывающая система крови ограничивает распространение тромба и сохраняет кровь в жидком состоянии. К ней относятся ингибиторы ферментов свертывания крови и антикоагулянтная система (антикоагулянтный путь).

Антитромбин III - белок плазмы крови, который инактивирует ряд сериновых протеаз: тромбин, факторы IXa, Xa, XIIa, плазмин, калликреин. Этот ингибитор образует комплекс с ферментами, в составе которого они теряют свою активность. Активатором антитромбина III является гетерополисахарид гепарин. Гепарин поступает в кровь из тучных клеток соединительной ткани, взаимодействует с ингибитором, изменяет его конформацию, повышая его сродство к сериновым протеазам (рис. 14.12).

Ингибитор тканевого фактора (антиконвертин) синтезируется клетками эндотелия и локализуется на поверхности плазматической мембраны. Он образует с фактором Xa комплекс, который связывается с фосфолипидами мембран и тканевым фактором. В результате этого комплекс УПа-Тф-Са 2 + не образуется и становится невозможной активация факторов X и IX.

A 2 -Макроглобулин взаимодействует с активными сериновыми протеазами и подавляет их протеолитическую активность.

а 1 -Антитрипсин ингибирует тромбин, фактор XIa, калликреин, а также панкреатические и лейкоцитарные протеазы, ренин, урокиназу.

Антикоагулянтная система (система протеина С) включает последовательное образование двух ферментных комплексов. Взаимодействие тромбина с белком-активатором тромбомодулином (Тм) в присутствии ионов Са 2+ приводит к образованию первого мембранного комплекса

Рис. 14.12. Инактивация антитромбином III сериновых протеаз.

Гепарин связывается с антитромбином III, изменяет его конформацию и увеличивает сродство к сериновым протеазам.

Присоединение протеазы к комплексу гепарин-антитромбин III снижает сродство гепарина к ингибитору. Гетерополисахарид освобождается из комплекса и может активировать другие молекулы антитромбина III

антикоагулянтной системы Па-Тм-Са 2+ . В его составе тромбин, с одной стороны, теряет способность активировать факторы V и VIII, а также превращать фибриноген в фибрин, а с другой - частичным протеолизом активирует протеин С. Активированный протеин С (Са), взаимодействуя с белком активатором S, образует с помощью Са 2 + на мембране комплекс протеин Са-S-Са 2 +. В этих условиях активированный протеин С (Са) катализирует гидролиз белков-активаторов факторов Va и VIIIa (рис. 14.13).


Разрушение этих белков-активаторов приводит к торможению каскада реакций внешнего пути свертывания крови и остановке образования тромба.

8. Фибринолиз - это гидролиз фибрина в составе тромба с образованием растворимых пептидов, которые удаляются из кровотока. Этот этап гемостаза предотвращает закупорку сосуда фибриновым тромбом. Формирование фибринового тромба сопровождается осаждением на нем профермента плазминогена и его активаторов. Неактивный плазминоген синтезируется в печени и поступает в кровь. В крови он превращается в активный фермент плазмин частичным протеолизом. Эту реакцию катализируют протеолитические ферменты: тканевой активатор плазминогена (ТАП), урокиназа, фактор XIIa и калликреин (рис. 14.14).

Рис. 14.14. Фибринолитическая система крови:

1 - плазминоген под действием активаторов (ТАП, калликреина, урокиназы, фактора XIIa) частичным протеолизом превращается в плазмин; 2 - плазмин гидролизует фибрин с образованием растворимых пептидов; 3 - ТАП поступает в кровоток и ингибируется специфическими ингибиторами I и II типа; 4 - плазмин ингибируют неспецифические ингибиторы сериновых протеаз

Образующийся плазмин разрушает фибриновые волокна. Освобождающиеся из тромба плазмин и его активаторы поступают в кровоток. В крови плазмин инактивируется неспецифическими ингибиторами сериновых протеаз, а активаторы плазминогена - ингибиторами активаторов плазминогена I и II типа. Наследственная или приобретенная недостаточность белков фибринолитической системы сопровождается тромбозами.

ТЕМА 14.4. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА БЕЛКОВЫХ ФРАКЦИЙ КРОВИ И ЗНАЧЕНИЕ ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ЗАБОЛЕВАНИЙ

Белки плазмы крови:

Образуют буферную систему крови и поддерживают рН крови в пределах 7,37-7,43;

Поддерживают осмотическое давление, удерживая воду в сосудистом русле;

Транспортируют метаболиты, витамины, ионы металлов, лекарства;

Определяют вязкость крови, играя важную роль в гемодинамике кровеносной системы;

Являются резервом аминокислот для организма;

Выполняют защитную роль.

1. Общий белок плазмы крови составляет 60-80 г/л, альбумин - 40- 60 г/л, глобулины 20-30 г/л.

Белки плазмы крови электрофоретически можно разделить на фракции, количество которых в зависимости от условий электрофореза может составлять от пяти до шестидесяти. При электрофорезе на бумаге белки делятся на пять фракций: альбумин (55-65%), - α1-глобулины (2-4%), α 2 -глобулины (6-12%), β-глобулины (8-12%) и γ-глобулины (12-22%). Альбумин имеет наибольшую, а γ-глобулины наименьшую подвижность в электрическом поле.

Большинство белков плазмы крови синтезируется в печени, однако некоторые образуются и в других тканях. Например, γ-глобулины синтезируются В-лимфоцитами, а пептидные гормоны в основном секретируют эндокринные железы.

2. Белок альбумин синтезируется в печени, имеет небольшую молекулярную массу и составляет большую часть белков плазмы крови. Благодаря высокому содержанию дикарбоновых аминокислот альбумин удерживает катионы, главным образом Na+, Са 2 +, Zn 2 +, и играет основную роль в сохранении коллоидно-осмотического давления. Альбумин является важнейшим транспортным белком. Он транспортирует жирные кислоты, неконъюгированный билирубин, триптофан, тироксин, трийодтиронин, альдостерон, многие лекарства.

3. Глобулины составляют четыре фракции: α 1 , α 2 , β и γ. В эти фракции входят белки, которые выполняют специфические и защитные функции, например, тироксин- и кортизолсвязывающие белки, трансферрин, церулоплазмин (ферроксидаза), интерфероны, иммуноглобулины.

4. Содержание белков в плазме крови может изменяться при патологических состояниях. Такие изменения называются диспротеинемией.

Гиперпротеинемия - это повышение концентрации белков в плазме крови.

Гиперпротеинемия может быть вызвана потерей воды организмом при полиурии, диарее, рвоте или обусловлена повышением содержания γ-глобулинов и некоторых других белков при острых воспалительных процессах, травмах, миеломной болезни. Их называют белками острой фазы, и к ним относят, например, С-реактивный белок (называемый так потому, что взаимодействует с С-полисахаридами пневмококков), гаптоглобин (образует комплекс с гемоглобином, который поглощается макрофагами, что предотвращает потерю железа), фибриноген.

Гипопротеинемия в основном является следствием нарушения синтеза или потери организмом альбумина, то есть является гипоальбуминемией. Она наблюдается при нефрите, гепатите, циррозе печени, ожогах, продолжительном голодании. Уменьшение содержания альбумина в крови приводит к снижению осмотического давления, а также нарушению распределения жидкости между сосудистым руслом и межклеточным пространством, что проявляется в виде отеков.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ ВНЕАУДИТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Нарисуйте в тетради схему метаболизма эритроцитов (рис. 14.15) и завершите ее, указав:

а) ферменты, обозначенные цифрами 1, 2, 3 и т. д.;

б) коферменты, обозначенные # и *;

в) ферменты метаболизма глюкозы, которые катализируют реакции восстановления NADP+ и NAD+;

Рис. 14.15. Метаболизм эритроцитов:

#, * - коферменты, #Н, *Н - восстановленные коферменты

г) аллостерический регулятор, снижающий сродство гемоглобина к кислороду в тканях;

д) ферменты катаболизма глюкозы, обеспечивающие синтез АТФ.

2. Напишите реакции:

а) образования активных форм кислорода в эритроцитах;

б) восстановления глутатиона;

в) устранения Н 2 О 2 ;

г) восстановления метгемоглобина в гемоглобин.

3. Нарисуйте в тетради схему прокоагулянтного этапа свертывания крови (рис. 14.16), заменив знак вопроса соответствующим фактором.

Рис. 14.16. Прокоагулянтный этап свертывания крови и образование геля фибрина

4. Напишите реакцию образования амидной связи между радикалами остатков глутамина и лизина мономеров фибрина, укажите фермент, его профермент, активатор и механизм активации. Объясните значение этой реакции в формировании фибринового тромба.

5. Представьте схему, показывающую роль тромбина на прокоагулянтном этапе свертывания крови и в антикоагулянтном пути, дописав названия отсутствующих белков и кофакторов (рис. 14.17). Укажите механизмы действия каждого фактора и его роль в гемостазе.

Рис. 14.17. Роль тромбина на прокоагулянтном этапе и в антикоагулянтном пути свертывания крови

6. Сравните результаты, полученные при электрофоретическом разделении на бумаге белков плазмы крови (протеинограммы) в норме и при некоторых патологических состояниях (рис. 14.18). Укажите возможные причины, вызвавшие изменения количества белков некоторых фракций при этих состояниях организма.

Рис. 14.18. Протеинограммы белков плазмы крови в норме и при некоторых патологических состояниях

7. Заполните табл. 14.1, указав функции белков плазмы крови. Таблица 14.1. Функции некоторых белков плазмы крови

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Установите правильную последовательность событий.

При обезвреживании активных форм кислорода в эритроцитах:

A. Супероксиддисмутаза катализирует образование пероксида водорода

Б. Гемоглобин спонтанно окисляется в метгемоглобин

B. Глутатионпероксидаза разрушает пероксид водорода

Г. Глутатионредуктаза восстанавливает окисленный глутатион Д. Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа восстанавливает NADP+

2. Выберите правильные ответы. В фагоцитирующих клетках:

A. Глутатионпероксидаза окисляет глутатион Б. NADPn-оксидаза восстанавливает О 2

B. Активные формы кислорода вызывают свободнорадикальные реакции

Г. Супероксиддисмутаза превращает супероксидный анион в Н 2 О 2 Д. Миелопероксидаза катализирует образование НОСl

3. Выполните «цепное» задание:

а) в результате механического или химического повреждения клеток эндотелия на поверхности экспонируется белок:

A. Тромбомодулин Б. Фактор V

B. Трансглутамидаза Г. Тканевой фактор Д. Протеин С

б) он активирует сериновую протеазу инициирующего комплекса свертывающей системы крови:

A. Тканевой фактор Б. Тромбомодулин

B. Протеин S Г. Фактор VII Д. Фактор II

в) этот активированный фермент в составе мембранного комплекса действует на субстрат:

A. Фибриноген Б. Протеин С

B. Гепарин

Г. Протромбин Д. Фактор X

г) протеолитическая активация этого субстрата приводит к образованию:

A. Фибрина

Б. Активированного протеина С

B. Фактора ХШа Г. Тромбина

Д. Фактора Ха

д) этот белок вызывает:

A. Активацию протеина С

Б. Превращение плазминогена в плазмин

B. Образование комплекса с гепарином Г. Активацию тканевого фактора

Д. Отщепление пептида от профермента

е) в результате этого образуется:

A. Плазмин

Б. Активная трансглутамидаза

B. Фибрин-мономер

Д. Тромбин

ж) этот белок участвует в реакции:

A. Частичного протеолиза Б. Фосфорилирования

B. Карбоксилирования Г. Полимеризации

Д. Конъюгации

з) в результате этой реакции происходит:

A. Образование белого тромба Б. Агрегация тромбоцитов

B. Ретракция геля фибрина

Г. Формирование красного тромба

Д. Превращение фибриногена в фибрин

4. Выполните «цепное» задание:

а) посттрансляционной модификацией ферментов свертывающей системы крови является:

A. Фосфорилирование серина Б. Окисление лизина

B. Гликозилирование серина

Г. Карбоксилирование глутамата Д. Гидроксилирование пролина

б) в этой реакции участвует кофермент:

A. NADP+ Б. FAD

Д. Восстановленная форма витамина K (КН 2)

в) структурным аналогом этого кофермента является лекарственный препарат:

A. Сульфаниламид Б. Фенобарбитал

B. Дитилин Г. Варфарин

Д. Аллопуринол

г) лечение этим препаратом вызывает (выберите правильные ответы):

A. Повышение свертываемости крови

Б. Нарушение образования ферментных мембранных комплексов

B. Снижение свертываемости крови

Г. Ускорение трансляции протеолитических ферментов внешнего

пути свертывания крови Д. Повышение скорости полимеризации фибрина.

5. Выберите правильные ответы.

Ингибиторами свертывания крови являются:

A. а 2 -Макроглобулин Б. Антитромбин III

B. Плазмин

Г. Антиконвертин Д. а^Антитрипсин

6. Выполните «цепное» задание.

а) тромбомодулин активирует:

A. Протеин С Б. Протеин S

B. Тканевой фактор Г. Протромбин

Д. Тромбин

б) этот белок изменяет свою конформацию и приобретает способность активировать:

A. Фактор VIII Б. Фактор V

B. Протеин S Г. Протеин С

Д. Антитромбин III

в) активация выбранного вами белка стимулирует образование следующего мембранного комплекса, в котором белком-активатором является:

A. Протеин S Б. Протеин С

B. Плазмин Г. Фактор V

г) этот активатор повышает сродство сериновой протеазы к субстратам (выберите правильные ответы):

A. Фактору Vа Б. Фактору VIIa

B. Фибрину

Г. Фактору VIIIa Д. Тромбину

7. Выберите правильные ответы.

Плазмин:

A. Образуется в результате частичного протеолиза из профермента. Б. Является сериновой протеазой

B. Активируется гепарином Г. Гидролизует фибрин

Д. Ингибируется α 2 -макроглобулином

8. Выберите правильные ответы. Гипоальбуминемия наблюдается при:

Б. Нефротическом синдроме

B. Злокачественных новообразованиях в печени Г. Циррозе печени

Д. Желчнокаменной болезни.

9. Выберите правильные ответы.

Гиперпротеинемия наблюдается при:

Б. Полиурии

B. Инфекционных болезнях Г. Повторяющейся рвоте

Д. Длительных кровотечениях

ЭТАЛОНЫ ОТВЕТОВ К «ЗАДАНИЯМ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ»

1. Б→А→В→Т→Д

2. Б, В, Г, Д

3. а) Г, б) Г, в) Д, г)Д, д) Д, е) Д, ж) А, з) Д

4. а) Г, б) Д, в) Г, г) Б, В

5. А, Б, Г, Д

6. а) Д, б) Г, в) А, г) А, Г

7. А, Б, Г, Д

8. Б, В, Г

9. А, Б, В, Г

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ

1. Метгемоглобинредуктаза

2. Бисфосфоглицератмутаза

3. Супероксиддисмутаза

4. Глутатионредуктаза

5. Тельца Хайнца

6. Гемостаз

7. Адгезия и агрегация тромбоцитов

8. Гемофилии

9. Тромбозы

10. Свертывание крови (внешний и внутренний пути свертывания крови)

11. Факторы свертывания крови

12. Витамин К

13. Противосвертывающая система (антитромбин III, антиконвертин, а 2 -макроглобулин, система протеина С)

14. Фибринолиз

15. Белки плазмы крови (альбумин, α 1 -глобулины, α 2 -глобулины, β-глобулины и γ-глобулины)

16. Гиперпротеинемия. Гипопротеинемия

ЗАДАНИЯ ДЛЯ АУДИТОРНОЙ РАБОТЫ

Решите задачи

1. Парацетамол - жаропонижающее и болеутоляющее вещество, которое входит в состав некоторых лекарств, например гриппостада, фервекса. Однако такие препараты противопоказаны людям, имеющим генетический дефект глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы эритроцитов. Какие последствия может вызвать прием лекарств, содержащих парацетамол, у пациентов с недостаточностью этого фермента? Для ответа на вопрос напишите:

а) реакцию образования супероксидного аниона в эритроцитах;

б) схему обезвреживания активных форм кислорода в эритроцитах и объясните значение окислительных реакций пентозо-фосфатного пути для нормального протекания этого процесса.

2. У пациента, страдающего хроническим грануломатозом, обнаружена наследственная недостаточность NADPH-оксидазы. При этом заболевании некоторые микроорганизмы сохраняют жизнеспособность внутри фагоцитов, а их антигены вызывают клеточный иммунный ответ и образование гранулем. Объясните роль NADPH-оксидазы в фагоцитозе. Для этого:

а) напишите реакцию, которую катализирует этот фермент;

б) укажите вещества, синтез которых снижается в фагоцитирующих клетках при недостаточности NADPH-оксидазы.

3. В слюнных железах медицинской пиявки содержится ингибитор тромбина - пептид гирудин. В крови человека гирудин образует комплекс с тромбином, в котором фермент теряет способность превращать фибриноген в фибрин. Почему гирудотерапию (лечение пиявками) используют для профилактики тромбозов при сердечно-сосудистых заболеваниях? Для ответа на вопрос опишите:

а) этапы образования фибринового тромба;

б) особенности строения протромбина и механизм его превращения в тромбин.

4. Для профилактики тромбозов и тромбоэмболии после инфаркта миокарда врач назначил пациентке препарат варфарин и рекомендовал диету, исключающую на время лечения продукты, богатые витамином К (капусту, шпинат, салат, зеленый чай). Обоснуйте рекомендацию врача. Для этого:

а) укажите кофермент, образующийся в организме из витамина К;

б) объясните значение посттрансляционной модификации сериновых протеаз, в которой участвует этот кофермент;

в) опишите роль протеаз в мембранных ферментных комплексах внешнего пути свертывания крови.

5. В отсутствии ионов Са 2 + кровь не свертывается. Какую роль играет Са 2 + в свертывании крови? Для ответа на вопрос:

а) опишите состав мембранных комплексов прокоагулянтного этапа внешнего пути свертывания крови и последовательность их взаимодействия;

б) укажите роль Са 2+ в формировании этих комплексов.

6. У новорожденного с наследственным дефицитом протеина С обнаружена легочная эмболия. Почему ребенок, гомозиготный по такой мутации, может погибнуть сразу после рождения, если ему не проводить заместительную терапию протеином С? Для ответа на вопрос:

а) напишите схему реакций системы протеина С;

б) объясните роль тромбина в гемостазе.

7. Пациентке, страдающей тромбофлебитом, для профилактики тромбоза назначили лечение тканевым активатором плазминогена (ТАП). Объясните механизм действия рекомендованного врачом препарата. Для этого представьте схему фибринолитической системы крови и укажите роль ТАП, ингибитора активатора плазминогена и ингибиторов плазмина.

8. Редкое наследственное аутосомно-рецессивное заболевание анальбуминемия сопровождается почти полным отсутствием альбумина. Почему у пациентов с такой патологией наблюдаются отеки? Для ответа на вопрос укажите:

а) особенности аминокислотного состава альбумина;

б) функции этого белка плазмы крови.

 


Разделы



Реклама