Метаболизм эритроцитов

Размещено на http://www.allbest.ru/

4

1

Метаболизм эритроцитов



Содержание

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

Вывод

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

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). [4] 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.[1]

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.[4]

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%.[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.[3]

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



1. Особенности дифференцировки и строения эритроцитов

1.1 Общая 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. [5] 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.[3] Концентрация гемоглобина в крови зависит от общего количества эритроцитов и содержания в каждом из них гемоглобина . [1]

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).[5]

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) [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%.[8]

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.[6]

- кофактором ЛДГ (лактатдегидрогеназы); -поставщиком протонов для супероксиддисмутазной реакции.[4]

3) метаболит гликолиза 1,3-дифосфоглицерат способен при участии фермента дифосфоглицератмутазы в присутствии 3-фосфоглицерата превращаться в 2,3-дифосфоглицерат.(Рис.3.)[6]На этот процесс расходуется 20-25% глюкозы. [8]

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;[4] - 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.[8]

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. [6]

- 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.[8]

- 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).[6]

2.4 Образование и обезвреживание активных форм кислорода в эритроцитах

Большое содержание кислорода в эритроцитах определяет высокую скорость образования супероксидного анион-радикала O₂^-, пероксида водорода Н₂О₂ и гидроксил-радикала ОН'.[7]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.[6]

1)Образование активных форм кислорода

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

[7]

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).[4]

· 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:

[6]

3)Механизм образование и обезвреживание активных форм кислорода.

1.Спонтанное окисление Fe²⁺ в теме гемоглобина - источник супероксидного аниона в эритроцитах;

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

О₂^-+ О₂^- + 2Н⁺ > Н₂О₂ + О₂;

3.Пероксид водорода расщепляется каталазой:

2 Н₂О₂ > 2 Н₂О + О₂

или глутатионпероксидазой:

2 GSH + Н₂О₂ > GSSG +2 Н₂О;

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.[5]

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.[3]

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). [1]

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.[2]

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]

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):

HHb + O2 >HHbO2

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:

KHbO2> KHb + O2

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

CO2 + H2O>H2CO3

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 .[3]

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.[5]

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.[2]



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, обусловливающие гемолиз эритроцитов

Самой распространенной энзимопатии пентозофосфатного пути является дефицит глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. Во всем мире этим заболеванием страдают примерно 200 млн человек. [4]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 телец 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 Наследственный 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 В₁₂. Фолиевая кислота в виде кофермента (Н₄-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 В₁₂. Недостаточность витамина В₁₂ приводит к накоплению N⁵-метил Н₄-фолата в клетках. Дефицит Н₄-фолата приводит к нарушению деления клеток и развитию анемии. [5]



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

...