Обмен хромопротеинов. Синтез, распад гемпротеинов и патология обмена желчных пигментов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство Здравоохранения и социального развития Республики Казахстан

Южно-Казахстанская государственная фармацевтическая академия

Кафедра биохимии, биологии и микробиологии

Реферат

«Обмен хромопротеинов. Синтез, распад гемпротеинов и патология обмена желчных пигментов»

Выполнила: Амангельди А.Н. Группа: 304 «А» Фк

Приняла: Кан А.М.

Введение

Хромопротеины (от греч. chroma -- краска) -- сложные белки, состоящие из простого белка и связанного с ним окрашенного небелкового компонента -- простетической группы. Различают гемопротеины (содержат в качестве простетической группы гем), магнийпорфирины и флавопротеины (содержат производные изоаллоксазина). Хромопротеины участвуют в таких процессах жизнедеятельности, как фотосинтез, клеточное дыхание и дыхание всего организма, транспорт кислорода и углекислого газа, окислительно-восстановительные реакции, свето- и цветовосприятие.

Хромопротеины являются важнейшими участниками аккумулирования энергии, начиная от фиксации солнечной энергии в зелёных растениях и утилизации её до превращений в организме животных и человека. Хлорофилл (магнийпорфирин) вместе с белком обеспечивает фотосинтетическую активность растений, катализируя расщепление молекулы воды на водород и кислород (поглощением солнечной энергии). Гемопротеины (железопорфирины), напротив, катализируют обратную реакцию -- образование молекулы воды, связанное с освобождением энергии.

Хромопротеины

Для них простетическая часть окрашена (chromos - краска). К хромопротеинам относятся гемоглобин, миоглобин, каталаза, пероксидаза, ряд флавинсодержащих ферментов (сукцинатдегидрогеназа, альдегидоксидаза, ксантиноксидаза), цитохромы (гемсодержащие белки) и т.д. Велика биологическая роль этих белков - участвуют в физиологических процессах: дыхание клетки, транспорте кислорода и углекислого газа, окислительно-восстановительных процессах.

Гемоглобин. Его белковая часть представлена глобином, небелковая - гемом. Это олигомерный белок, т.е. имеет четвертичную структуру, состоящую из 4 субъединиц.

a цепи построены из 141 АК-остатка.

b цепи из 146 АК-остатков [рис. 4-х субъединиц, в каждой нарисована точка - гем].

Каждая из субъединиц связана с гемом:

[гем]

Основная функция гемоглобина - транспортная (кислород, углекислый газ). Также он представляет собой основную буферную систему крови (75% от всей буферной емкости крови).

Различают:

- HbO2 - оксигемоглобин (связан с молекулой O2);

- HbCO - карбоксигемоглобин;

- HbCO2 - карбгемоглобин;

- HbOH - метгемоглобин (образуется при соединении с нитросоединениями, не способен связывать кислород).

Типы гемоглобина. Всего известно более 100 типов, но их все делят на 2 группы:

1) Физиологические гемоглобины;

2) Патологические (аномальные).

К физиологическим гемоглобинам относятся:

- Hb P - примитивный гемоглобин, имеет место быть у 1-2 недельного эмбриона;

- Hb F - фетальный или гемоглобин плода, к моменту рождения составляет около 70% всего гемоглобина в крови;

- Hb A, Hb A2, Hb A3 - это гемоглобины взрослого организма. На Hb A приходится около 90-96%.

Физиологические типы гемоглобинов отличаются глобулиновой частью (АК-составом). Например Hb A содержит 2a и 2b субъединицы, а Hb F - 2a и 2g субъединицы.

К аномальным (возникающих при наследственных заболеваниях) гемоглобинам относятся:

- HbS - гемоглобин, сопутствующий серповидно-клеточной анемии. Отличается от нормального тем, что с N-конца в 6 положении b-цепи глутамин заменен на валин.

Миоглобин по сравнению с гемоглобином имеет третичную структуру, одну полипептидную цепь, один гем и может связывать одну молекулу кислорода. Гемоглобин и миоглобин функционируют вместе. Гемоглобин доставляет кислород из легких к тканям, а миоглобин перераспределяет его внутри клетки (доставляет к митохондриям).

Гемоглобин - основной дыхательный белок крови, относящийся к хромопротеидам. Он состоит из белковой (глобин) и небелковой (гем) части, является белком четвертичной структуры и состоит из четырех субъединиц, каждая из которых включает в себя полипептидную цепь, соединенную с гемом, полипептидные цепи попарно одинаковы. Так, гемоглобин взрослого типа (НЬ А) имеет 2а- и 2y-полипептидные цепи. Фетальный гемоглобин, преобладающий в крови новорожденного (Hb F), имеет в своем составе 2а- и 2у-полипептидные цепи. У взрослого человека в крови 95-98% приходится на долю гемоглобина А, 1-1,5% составляет Hb F, 2-2,5% - на гемоглобин А2 (а2б2). Гемоглобин находится в эритроцитах в виде нескольких производных. Присоединение кислорода (к железу тема) приводит к образованию оксигемоглобина (НbО2). Отдав кислород тканям, оксигемоглобин превращается в восстановленную форму (НbО2 <-> ННb). Удаление диоксида углерода (углекислого газа) из тканей происходит путем его присоединения к свободным аминным группам глобина и при этом образуется карбаминогемоглобин (карбгемоглобин). Оксид углерода (СО) при соединении с железом гема образует стойкое соединение карбоксигемоглобин. Оксид углерода является продуктом обмена и образуется эндогенно при распаде гема (в норме - при старении эритроцитов). Содержание карбоксигемоглобина, в первую очередь, является показателем гемолиза эритроцитов. Железо гема находится в двухвалентной форме. При окислении его (Fe2+<-> Fe3+) образуется метгемоглобин. Окислителями железа гема могут быть различные продукты метаболизма-активные формы кислорода (АФК), ферменты, альдегиды и др. В норме за сутки образуется 2,5% метгемоглобина, а обнаруживается в крови 1,5%. Метгемоглобинредуктазная система восстанавливает метгемоглобин, переводя его в восстановленную форму, возвращая тем самым способность транспортировать кислород. К экзогенным метгемоглобинообразователям относятся нитриты, нитраты, присутствующие в избыточном количестве в воде, в пище, ряд лекарственных препаратов. Гемоглобин, образуя комплексные соединения с различными сульфопроизводными, образует сульфметгемоглобин. У здоровых людей это производное гемоглобина в крови не содержится. Обнаружение его свидетельствует о повышенном содержании сульфопроизводных в воде, пище, воздухе. В связи с этим сульфгемоглобин является своеобразным маркером экологической обстановки. хромопротеин гемоглобин билирубин кровь

Диагностическое значение имеет определение содержания гликозилированных (гликированных) гемоглобинов, образующихся в результате комплексирования гемоглобина с различными углеводородами. 95% от общего количества гликозилированных гемоглобинов приходится на долю гемоглобина A1c, образующегося в результате комплексирования гемоглобина и глюкозы.

Повышение содержания гликозилированных гемоглобинов наблюдается при сахарном диабете.

Определение гликозилированных гемоглобинов производится как для диагностики при массовых обследованиях населения, так и для контроля за соблюдением диеты у больных с сахарным диабетом, при подборе дозы инсулина и контроле за эффективностью лечения.

Содержание гликозилированного гемоглобина (Hb A1c) у здоровых находится в пределах 3-6% от общего гемоглобина или (0,55±0,09) мг фруктозы на 1 мг гемоглобина.

Аномальные гемоглобины

Наличие в эритроцитах людей аномальных или патологических гемоглобинов определяет состояния, обозначаемые как гемоглобинозы, или гемоглобинопатии. Это наследственные аномалии кроветворения, при которых молекулы патологических гемоглобинов имеют измененную структуру, поэтому подобные заболевания относятся к группе так называемых молекулярных болезней.

В настоящее время установлено более 200 аномальных гемоглобинов: B (S), С, D, Е, G, J, I, К, L, M, N, О, Р, Q и других, а также возможные их комбинации (SC, SD и др.).

Гемоглобин S

Отличается от гемоглобина А строением четвертого пептида, в котором на шестом месте вместо глутаминовой кислоты находится электрически нейтральный валин. Гемоглобин S мало растворим, нейтрален по заряду, электрофоретически менее подвижен. В капиллярах при отдаче кислорода гемоглобин S выпадает в осадок в форме веретенообразных кристаллоидов (тактоидов), которые растягивают оболочку и ведут к распаду эритроцитов. У гетерозиготов содержание гемоглобина S равняется 20 - 45 %, у гомозиготов - 60 - 90 %. Гетерозиготная форма аномалии протекает бессимптомно или сопровождается легкой гемолитической анемией. У гомозиготных особей уже с первых месяцев жизни развивается тяжелая форма серповидноклеточной анемии.

Гемоглобин F

Характерный для крови плода фетальный гемоглобин может быть обнаружен в повышенных количествах в эритроцитах крови недоношенных детей, при коклюше, серповидноклеточной анемии, талассемии, врожденной микроцитарной анемии, пернициозной анемии, острых и хронических лейкозах, миеломной болезни. Наибольшее содержание (до 97 %) наблюдается при большой талассемии.

Гемоглобин С

Отличается строением четвертого пептида молекулы гемоглобина, в котором на шестом месте вместо глутаминовой кислоты находится лизин. Центр распространения гена С - северная часть Ганы. Частота гетерозиготности по данным одних авторов, до 15 %, по данным других, - 16,5 - 28 %, среди негров США - 1,8 - 3% на Ямайке - 2,7 % (В. П. Эфроимсон). Наличие гена С в гомозиготном состоянии ведет к развитию выраженной спленомегалии, умеренной микроцитарной анемии с наличием эритроцитов мишеневидной формы. При наличии комбинации гемоглобинов С и S анемия оказывается более тяжелой.

Гемоглобин D

Обнаружен у 2 % берберов Марокко и у 0,4 % негров США. У гомозиготов наблюдается микроцитоз, слабый анизо- и пойкилоцитоз и мишеневидность эритроцитов. Описано несколько гемоглобинов D (в северо-западной Индии, среди сикхов в Индии, на острове Кипр, в Турции).

Гемоглобин Е

Обнаружен у жителей Юго-Восточной Азии: в Кампучии, Таиланде, Бирме, Бенгалии, у веддов Шри-Ланки, в северо-восточной Малайе, у населения Калимантана и Сулавеси. Частота распространения гена С в разных местностях колеблется от 1 - 3 до 13 (Таиланд) - 20 (Бирма) - 28 - 37 % (Кампучия). У гомозиготов ЕЕ наблюдается микроцитоз, компенсированный развитием эритроцитоза (до 7 - 8 x 1012 /л). Отмечены комбинации генов ES и ЕТ, дающие сублетальный эффект. Клинические проявления при других гемоглобинозах выражены слабо, а распространение более ограниченное (гены G, I, J, К, L, M, N, О, Р, Q).

Серповидно-клеточная анемия - это наследственная гемоглобинопатия, связанная с таким нарушением строения белка гемоглобина, при котором он приобретает особое кристаллическое строение - так называемый гемоглобин S. Эритроциты, несущие гемоглобин S вместо нормального гемоглобина А, под микроскопом имеют характерную серпообразную форму (форму серпа), за что эта форма гемоглобинопатии и получила название серповидно-клеточной анемии.

Серповидно-клеточная анемия весьма распространена в регионах мира, эндемичных по малярии, причем больные серповидно-клеточной анемией обладают повышенной (хотя и не абсолютной) врожденной устойчивостью к заражению различными штаммами малярийного плазмодия. Серповидные эритроциты этих больных также не поддаются заражению малярийным плазмодием в пробирке.

Поступающий с пищей гемоглобин в желудочно-кишечном тракте распадается на глобин и гем. Глобин как белок гидролизуется до АК. Гем окисляется в гематин и выводится с калом.

Эндогенный гемоглобин разрушается главным образом в печени, а также в селезенке, костном мозге и других органах. Начальный этап распада гемоглобина - разрыв метинового мостика и образование вердоглобина. Вердоглобин еще содержит в соем составе железо и глобин. Процесс начинается с окисления гема и разрыва системы порфириновых колец. Двухвалентное железо гемоглобина превращается при этом в трехвалентное. Это вердоглобин - от него спонтанно отщепляется белок глобин и освобождается железо. Дальнейшие превращения приводят к потере железа и глобина, в результате чего происходит развертывание порфиринового кольца и образование желчного пигмента биливердина. Глобин гидролизуется до АК, а железо соединяется с белком и под названием ферритина откладывается в организме как запасная форма железа. Оставшаяся небелковая часть биливердина восстанавливается в билирубин. Билирубин транспортируется кровью в печень, где освобождается от белка и обезвреживается путем образования диглюкуронидов. Образующийся же в печени билирубин находится в связанной форме. Из печени билирубин поступает в желчный пузырь и подвергается превращениям. Дальнейшие продукты восстановления получили название уробилиногеновых тел. Почти весь выделяющийся печенью билирубин превращается в стеркобилиноген. У здорового человека ежедневно образуется 250-300 мг билирубина, который почти полностью удаляется из организма. содержание его в крови 0,4-0,8 мг%. повышение содержания билирубина в крови свыше 2 мг% сопровождается развитием желтухи. Железо, освобождающееся в клетках ретикуло-эндотелия при распаде гемоглобина и других хромопротеидов не удаляется из организма, а используется в синтезе нового хромопротеида - ферритина, выполняющего роль депо железа в организме. 2/3 общего количества ферритина содержится в печени. Из печени железо ферритина транспортируется в место синтеза гемоглобина (костный мозг) в виде железосодержащего белка - трансферина.

Изменения в первичной структуре цепей гемоглобина, т.е. замена отдельных АК остатков на другие, является причиной возникновения ряда врожденных заболеваний. Образование значительных количеств аномальных гемоглобинов может обусловливать нарушение дыхательной функции крови.

При нарушении обмена хромопротеидов возникают заболевания:

Серповидноклеточная анемия - это наследственное заболевание. При этом заболевании эритроциты изменяют свою форму за счет выпадения гемоглобина в осадок внутри эритроцитов, в результате чего нарушается функция переноса кислорода.

Желтухи - гемолитическая, механическая и паренхиматозная. гемолитическая желтуха возникает в результате образования избытка билирубина, превосходящего способность нормальных печеночных клеток к конъюгации, при этом в крови накапливается неконъюгированный билирубин.

Порфирии - нарушение процессов синтеза гемоглобина и накопление побочных продуктов. Обусловлены наследственными нарушениями обмена веществ в костном мозгу - эритропоэтические порфирии. Также бывают порфирии, обусловленные аномалией печени - печеночные порфирии. При всех формах имеются поражения кожи, иногда симптомы со стороны нервной системы.

Желчные пигменты - биливердин и билирубин придают окраску желчи. Поступление в желчь служит нормальным путем выведения желчных пигментов, которые являются конечными продуктами катаболизма порфириновых компонентов гемопротеидов. Если желчные пигменты накапливаются в крови и других жидкостях тела, либо при избыточном их образовании, либо в результате недостаточного их выведения с желчью, они придают интенсивную желтую окраску кожи. Это заболевание - желтуха.

В некоторых тканях происходит катаболизм гемопротеидов. Всем знакомо появление целой “радуги”, образуемой желчными пигментами после кровоизлияний и местного распада гемоглобина в коже и подкожной клетчатке, например, при синяках и ссадинах. В норме печень осуществляет эффективное удаление желчных пигментов из циркулирующей крови. После ряда окислительно-восстановительных реакций, катализируемых микроорганизмами кишечника продукты превращения желчных пигментов - уробилины выводятся с фекалиями. Количество билирубина в крови имеет важное значение для этиологии желтухи.

Злокачественная анемия, авитаминоз B12, связаны с нарушением синтеза ДНК и обмена нуклеопротеидов. При этом заболевании снижено количество эритроцитов и, соответственно, гемоглобина. Анемия, развивающаяся при действии ионизирующей радиации: нарушение синтеза ДНК и подавление митотической активности клеток в кроветворных органах и тканях.

Заключение

Часть сложных белков организма содержит в своем составе гем (гемоглобин, миоглобин, цитохромы, гемсодержащие ферменты). При распаде гема образуется билирубин, который является малорастворимым, токсичным соединением. Током крови билирубин доставляется в печень и там конъюгирует с глюкуроновой кислотой - таким образом повышается его растворимость и снижается токсичность. Под влиянием различных факторов может нарушаться образование и выведение билирубина и продуктов его метаболизма из организма. Повышение содержания билирубина в крови ведет к отложению его в тканях, вызывая их окрашивание в желтый цвет (желтуха).

Литература

1)http://biohimist.ru/lektsii-po-biokhimii/133-obmen-hromoproteinov.html

2)http://vmede.org/sait/?id=Biohimija_puk_prakt_zan_4ernova_2009&menu=Biohimija_puk_prakt_zan_4ernova_2009&page=9

3) http://studopedia.ru/3_135347_stroenie-i-obmen-hromoproteinov.html

4) http://helpiks.org/4-101.html

5) ektsii.org/2-51144.html

6)http://referatwork.ru/category/obrazovanie/view/220926_stroenie_i_obmen_hromoproteinov

7)http://vmede.org/sait/?id=Biohimija_puk_prakt_zan_4ernova_2009&menu=Biohimija_puk_prakt_zan_4ernova_2009&page=9

Размещено на Allbest.ru