Метаболизм эритроцитов биохимия


Биохимия эритроцитов. Строение мембран эритроцитов. Особенности метаболизма эритроцитов.

Эти форменные элементы занимают около половины объема крови.

Строение мембран эритроцитов

Зрелые красные кровяные тельца обладают двояковогнутой формой и большой способностью к деформации, благодаря чему эффективно обеспечивают процессы диффузии газов и могут проходить через капилляры, диаметр которых в 3-4 раза меньше самих эритроцитов. Подобное свойство обусловлено особенностями в структуре мембран этих форменных элементов. Принципы строения цитолеммы эритроцитов классические: основу составляет билипидный слой, в который включены различные протеины. Наружная часть липидов представлена фосфатидилхолином, сфингомиелином, внутренняя поверхность обогащена фосфатидилсерином, фосфатидилэтаноламином, более четверти объёма приходится на ХС, снижающий деформируемость красных кровяных телец. К цитозолю обращена плотная анастомозирующая белковая сеть, состоящая из спектринов, анкиринов, актинов, тропомиозинов, белков 3,4-й полос, аддуцинов, которые связываясь с интегральными  гликопротеидами (гликофоринами) создают определённую жёсткость мембраны, определяют форму эритроцита. От степени фосфорилирования спектринов зависит эластичность сети, способность к упругой деформации.  Гликофорины, пронизывая липидный слой, с помощью гидрофобных взаимодействий с ФЛ прочно фиксируются; сиаловые кислоты, располагаясь на поверхности цитолеммы форменного элемента, служат групповыми веществами крови: для О(Н) антигена детерминанта фукоза, для А-антигена — N-ацетилгалактозамин, для В – галактоза.

Особенности метаболизма эритроцитов

Энергетика эритроцита основана на анаэробном гликолизе. Около 10% всей глюкозы, содержащейся в крови, потребляется этими структурами и ее поступление не зависит от присутствия инсулина, осуществляется с помощью облегченной диффузии.

В процессе Эмбдена-Мейергофа глюкоза распадается до лактата с образованием АТФ путём субстратного фосфорилирования. Метаболиты гликолиза используются в следующих целях. Его восстановительные потенциалы НАДН при необходимости используются метгемоглобин-редуктазой для восстановления железа в метгемоглобине. В отличие от других тканей в эритроцитах в качестве метаболита образуется много 2,3—дифосфоглицерата (2,3-ДФГК), который служит важным модулятором сродства Hb к О2.

Некоторые морфобиохимические особенности красных кровяных телец предопределяют необходимость в высокой антиоксидантной активности. Во-первых, это необычные концентрации О2, что увеличивает вероятность образования его активных форм. Во-вторых, большое содержание ионов переходного металла – железа, что может способствовать его использованию в качестве донора электронов (Рис. 4.1). И, наконец, для обеспечения упругой деформации липидный бислой мембран обогащен ПНЖК – субстратами ПОЛ.

Для контроля интенсивности СРО в цитоплазме эритроцитов активно работает антирадикальная защита. Если нарушаются условия диссоциации оксигемоглобина, то происходит отрыв электрона от двухвалентного железа гема с образованием метгемоглобина и супероксидного анион-радикала. Первое соединение восстанавливается с помощью метгемоглобинредуктазы, а радикал кислорода преобразуется под влиянием супероксиддисмутазы (СОД) в пероксид водорода, токсичный для клеток.

Поэтому он восстанавливается первоначально с помощью каталазы, позднее глутатионпероксидазы (ГПО) (ее активный центр включает Sе-цистеин, что немаловажно для жителей селенодефицитных местностей) и восстановленного глутатиона (G-SН). Глутатионредуктаза (ГР), восстанавливающая окисленную форму пептида с помощью НАДФН, поддерживает его пул. Необходимую концентрацию кофермента получают путем окисления глюкозо-6-фосфата соответствующей дегидрогеназой (Г-6-Ф-ДГ). Если же резервный пул восстановленных АО снижается, укорачивается жизнь красных кровяных телец, подверженных аутоокислению.

alexmed.info

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального обучения

Читинская государственная медицинская академия

Л.П. Никитина, З.Ц. Ринчинов

БИОХИМИЯ ЭРИТРОЦИТОВ

Учебное пособие для студентов медицинского вуза

Чита – 2006

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список сокращений……………………………………………………………..3

ГЛАВА 1. Биохимия плазмы крови…………………………………………....5

ГЛАВА 2. Биохимия эритроцитов….………………………………………......7

2.1. Строение мембран эритроцитов; особенности метаболизма………7

2.2. Обмен порфиринов……………………………………………………9

2.2.1. Синтез гема…………………………………………………….10

2.3. Строение гемоглобина………………………………………………12

2.4. Формы гемоглобина………………………………………………....14

2.5. Свойства гемоглобина……………………………………………….15

2.6. Метаболизм железа…………………………………………………..17

ГЛАВА 3. Патология анаболизма гемоглобина……………………………….18

3.1. Болезни синтеза гемоглобина……………………………………….18

3.2. Дисгемоглобинемии………………………………………………….23

3.3. Нарушения транспорта гемоглобина в плазме крови……………...24

ГЛАВА 4. Распад эритроцитов………………………………………………….25

4.1. Метаболизм билирубина у здорового человека…………………….27

4.2. Патология обмена жёлчных пигментов……………………………..31

4.2.1. Виды желтух……………………………………………………..31

4.2.1.1. Гемолитическая желтуха……………………………………31

4.2.1.2. Паренхиматозная желтуха………………………………….36

4.2.1.3. Механическая желтуха……………………………………...38

Вопросы для самопроверки……………………………………………………...41

Список литературы…………………………………………………………….....44

Список сокращений

АлАТ – аланин-аминотрансфераза

АО – антиоксидант

АОЗ – антиоксидантная защита

АРЗ – антирадикальная защита

АсАТ – аспартат-аминотрансфераза

АТФ – аденозинтрифосфат

ГАГ – глюкозаминогликан

ГАМК – гамма-аминомасляная кислота

ГА-3-ф – глицероальдегид 3 фосфат

ГГТП – гамма-глутаминилтранспептидаза

ГПО – глутатионпероксидаза

ГР – глутатионредуктаза

Г-6-ФДГ – глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа

ДГАФ – дигидроксиацетонфосфат

ДГ – дегидрогеназа

Ко А – коэнзим ацилирования

КОС – кислотно-основное состояние

НАД+ - никотинамидадениндинуклеотид (окисленный)

НАДН – никотинамидадениндинуклеотид (восстановленный)

НАД+Ф – никотинамидадениндинуклеотид фосфат (окисленный)

НАДФН – никотинамидадениндинуклеотид фосфат (восстановленный)

ПНЖК – полиненасыщенные жирные кислоты

ПОЛ – перекисное окисление липидов

РЭС – ретикуло-эндотелиальная система

СОД – супероксиддисмутаза

УДФГК – уридиндифосфоглюкуроновая кислота

Ф – фосфат

ЩФ – щелочная фосфатаза

ЭТЦ – электронно-транспортная цепь

G-SH – глутатион восстановленный

G-S-S-G - глутатион окисленный

Hb – гемоглобин

Глава 1. Биохимия плазмы крови

Кровь (по мнению древних, река жизни) – жидкая соединительная ткань, состоящая из суспензии клеток в концентрированном растворе белков, образующая волокнистую структуру при свертывании.

Среди основных функций этой ткани можно выделить:

дыхательную, которую выполняют клетки эритроидного ряда, захватывая в легких кислород и перенося его к тканям, а в обратном направлении – углекислый газ;

питательную - с помощью плазмы осуществляется доставка к клеткам многочисленных необходимых соединений: витаминов, различных ионов, углеводов, аминокислот, высших жирных кислот и их производных;

терморегуляторную – плазма крови обладает высокой удельной теплоемкостью и одновременно хорошей теплопроводностью, что увеличивает потери тепла при испарении воды с поверхности кожи;

защитную – а) элементы свёртывающей системы крови защищают от неадекватных кровопотерь; б) групповая специфика крови; в) обеспечивает иммунитет: неспецифический - c помощью фагоцитоза (нейтрофилов, моноцитов), специфический - за счёт гамма-глобулинов и других иммунных белков (гуморальный) и Т-лимфоцитов (клеточный);

регуляторную – плазмой крови к клеткам-мишеням транспортируются различные биологически активные вещества – гормоны, витамины;

выделительную – продукты метаболизма клеток током крови доставляются к соответствующим системам;

поддержание критериев гомеостаза – онкотического давления за счет белков, кислотно-основного состояния (КОС) с помощью буферных систем (бикарбонатов, фосфатов, протеинов).

Особая роль в плазме крови принадлежит белкам (табл. 1), среди которых выделяют альбумины, глобулины, фибриноген.

Около половины объёма крови занимают форменные элементы, основными из которых являются эритроциты (99%). В их общем пуле на долю молодых приходится 5%, зрелых – 85%, стареющих – 10%.

Эритроцит совсем смешон –

Всех органоидов лишён.

Навеки быть ему судьбина

Контейнером гемоглобина.

Однако назначение красных кровяных телец совсем не сводится к этой шутливой формулировке. За счет их карбоангидразы осуществляется взаимодействие диоксида углерода с водой – и транспорт углекислоты. Очень велика роль ионообмена между эритроцитами и плазмой (обмена протонов на катионы натрия) в регуляции КОС и электролитного баланса организма. Огромна ёмкость гемоглобина как буферной системы. Красные кровяные тельца служат адсорбентами для иммунных комплексов, физиологически предохраняют сосудистую стенку от развития иммунных васкулитов.

Таблица 1

studfiles.net

Особенности метаболизма в эритроцитах

Биохимия эритроцитов.

Эритроциты состоят на 60-70% из воды, 30-40% сухой остаток, который представлен белками, азотсодержащими небелковыми веществами, углеводами, липидами, минеральными веществами.

Белки эритроцитов.

Основным белком является гемоглобин. На который приходится 90% всех белков эритроцитов. У взрослого 120-140 г/л, новорожденного 190 г/л. Гемоглобин – гемопротеид.

Обмен гемопротеидов.

Состоит из простатической группы гемма и белка глобина.

Гемм: это тетрапирольное железосодержащие органическое вещество. Гемм соединяется с гемоглобином одной координационной связью и одной гидрофобной связь. Гемоглобин это олигомерный белок – включает 4 гема и 4 полипептидной цепи. В зависимости от вида полипептидных цепей различают физиологические и аномальные формы гемоглобина:

Физиологические формы

a) Hb А1 включает 2α-цепи и 2βцепи – 98% всего гемоглобина; HbА1с – гликозилированный гемоглобин не более 6,5%, увеличивается при сахарном диабете.

b) HbА2 – 2α и 2 дельта цепи – 2-3%, у новорожденного до 30-40% - минорная форма гемоглобина

c) HbF – 2α и 2γ цепи. У взрослых отсутствует у новорожденных до 60-70%

Аномальные формы гемоглобина – гемоглобинозы. Делятся на гемоглобинопатии и талассемии.

При гемаглобинопатиях – нарушается первичная структура α или β цепей. Например HbS – в 6 положении β цепи ГЛЮ заменяется на ВАЛ → нарушается структура и функция гемоглобина, эритроциты становятся серповидными → серповидноклеточная анемия. HbC – в 6 положении β цепей ГЛЮ→ЛИЗ.

При таласэмиях происходит замедление синтеза либо α либо β цепей гемоглобмна. Увеличивается доля минорного гемоглобина А2.

Помимо гемоглобина к гемопротеидам относят миоглобин, цитохрома, каталазы, монооксигеназы.

Синтез гемоглобина.

Происходит в ретикулоцитах, эритробластах, печени, костном мозге, селезенке, тимусе. Исходными веществами для синтез гемма является активная форма янтарной кислоты – сукцинил КоА (из цикла Кребса) и ГЛИ.

Нарушения синтеза гемма – порфирии. При них либо искажается синтез, либо блокируется на каком то этапе синтез гемма. Выделяют печеночные порфирии и эритропоэтические.Анемия Гюнтера – блокируется синтез уропорфиринагена → анемия, фотодерматиты, оранжевая моча (из-за большого количества порфиринов), коричневый оттенок эмали зуба.

Распад гемоглобина.

Переваривание: Под действием пепсина глобин отщепляется к гемму присоединяется HCl и образуется соляно-кислый-гематин коричневого цвета поэтому при желудочных кровотечениях содержимое желудка приобретает шоколадный оттенок.

В кишечнике отщепляется соляная кислота и постепенно формируются пигменты дегтярно-черного цвета. Поэтому при кишечник кровотечениях стул имеет черный цвет.

Распад в тканях: происходит при распаде эритроцитов у взрослых через 120 дней у детей около 80 дней. Происходит в лимфоидных клетках, костном мозге, селезенке, печени. Освободившийся гемоглобин при распаде эритроцитов соединяется с белком гаптоглобином и транспортируется в клетки РЭС (ретикуло-эндотелиальная-систма).

На первом этапе под действием гемоксигеназа происходит разрыв 1 метинового мостика и пирольная структура разворачивается → образуется вердоглобин.

Вердоглобин расщепляется на глобин, железо и биливердин (пигмент зеленого цвета). Затем биливердин восстанавливается в билирубин (оранжево-желтый цвет) он плохо растворим в воде и очень токсичен. Поэтому билирубин адсорбируется с белками плазмы крови → становится более гидрофильным и в таком виде транспортируется в печень для обезвреживания. Эта форма имеет название: свободный билирубин (неконъюгированный) так как химически он с белками не связан или непрямой так как дает цветную реакцию не сразу, а после осаждения белков. Этот билирубин поступает в печень→захватывается гепатоцитами и в печени обезвреживается путем присоединения к нему глюкуроновой кислоты, сначала 1 потом 2. Этот билирубин тоже имеет 2 названия. Связанный так как он химически связан с глюкуроновой кислотой или прямой так как сразу дает качественную реакцию. Далее он экскретируется в желчь с затратой энергии и в составе желст поступает в тонкий кишечник.

Там (под действием микрофлоры) отщепляется глюкуроновая кислота и образуется новый пигмент мезобилиноген (уробилиноген). Часть его по vena porta идет в печень где разрушается до ди- и три-пиролов и выводится желчью. Другая часть в кишечнике переходит в стекобилиноген.

Основная его часть выводится через кишечник в виде стертобилиноген (коричневый) – 300 мг. Другая часть по системе геморроидальных вен в кровь→почки→моча.

Нарушения распада гемма.

Концентрация гемоглобина не высока 2(8)-20 мкмоль/л повышение называется гипер-билирубин-эмия клинически прояляется как желтуха. Непрямой билирубин нейротоксичен. Прямой водорастворим и может выводится с мочой.

По месту нарушения пигментного обмена различают гемолитические желтухи (надпеченочные), паренхиматозные (печеночные), механические (под печеночные).

По характеру фракициям: конъюгированные, неконъюгированные смешанные

Неконъюгированные при усиленном гемолизе эритроцито в крови повышен непрямой билирубин, в печени повышена концентрация стертобилина и содержимое кишечника пигментировано, в моче то же много стертобилина и выявляется уробилин. В кишечнике стертобилин. Разновидностью таких желтух. Болезнь Жильберта при которой снижена поступление и захват билирубина гепатацитами.

Паренхиматозные желтухи: в крови повышен непрямой билирубин так как печень не может его обезвредить. Повышен и прямой билирубин так как затруднено его выведение желчью. Моча пигментирована и в ней присутствует билирубин, и уробилин. Содержимое кишечника более светлое так как меньше стертобилина. Разновидностью такой желтухи является желтуха Клиглера-Найяра при которой снижена активность глюк-уранл-трансферазы.

Механическая (конъюгированная): развивается при нарушениях оттока желчи (опухоль, камень) в этом случае. В крови повышен прямой билирубин, в моче будет билирубин (пигментирована), в содержимое кишечника светло - белое. Разновидностью такой желтухи является Желтуха Дубина – Джонсона. При ней затруднено выведение прямого билирубина в желчь.

Желтуха новорожденных: при ней концентрация билирубина можт повышаться до 40 ммоль/литр. Причина усиленный гемолиз эритроцитов, сниженный захват билирубина гепатитами, снижение активности глюк-уранил-трансферазы, снижение экскреции прямого билирубина в желчь, стерильность кишечника.

Кроме гемоглобина в эритроцитах присутствуют другие белки, к ним относят:

Небелковые азотсодержащие вещества.

АТФ, нуклеатиды, трипептид-глютадион.

Безазотистые органические вещества.

Углеводы (глюкоза, продукты ее обмена, липиды), минеральные компоненты: К 120-130 ммоль/л; Na 30-35 ммоль/л; Fe – 19 ммоль/л.

Особенности метаболизма в эритроцитах.

Основным энергитическим процессом в эритроцитах является гликолиз, активен в эритроцитах пентозофосфатный путь, который обеспечивает эритроциты НАДФН2, который сосстанавливает глютатион, а это резистентность эритроцитов.

megaobuchalka.ru

Особенность обмена веществ в эритроците

Эритроцит высокоспециализированная клетка, хорошо приспособленная для транспорта газов. Для эритроцита не характерны анаболические процессы. Необходимые структурные молекулы и ферменты синтезируются заранее в процессе дифференцировки и созревания эритроцитов.

Особенность белкового обмена в эритроцитах

В зрелом эритроците белки не синтезируются, т.к. у него нет рибосом, ЭПР, аппарата Гольджи и ядра. Однако в цитоплазме синтезируется пептид глутатион.

Биосинтез глутатиона осуществляется в 2 стадии:

1). АТФ + глутаминовая кислота + цистеин γглутамилцистеин + АДФ + Фн

2). АТФ + γглутамилцистеин + глицинглутатион + АДФ + Фн

Первая стадия катализируется γглутамилцистеинсинтетазой, вторая стадия – глутатионсинтетазой.

Катаболизм белков в эритроците неферментативный. Белки разрушаются и инактивируются в эритроците под действием неблагоприятных факторов: СРО, гликозилирования, взаимодействия с тяжелыми металлами и токсинами.

Особенность обмена нуклеотидов в эритроцитах

В зрелом эритроците:

  1. из ФРПФ (из рибозо-5ф) и аденина может синтезироваться АМФ.

  2. АМФ с участием АТФ превращается в АДФ.

  3. В реакциях субстратного фосфорилирования (гликолиз) АДФ превращается в АТФ.

  4. В гликолизе НАД+восстанавливается в НАДН2, который используется для регенерации гемоглобина из метгемоглобина.

  5. В ПФШ НАДФ+восстанавливается в НАДФН2, который используется для функционирования антиоксидантной системы.

Особенность липидного обмена в эритроцитах

В зрелом эритроците липиды не синтезируются, однако эритроцит может обмениваться липидами с липопротеинами крови. Катаболизм липидов неферментативный, повреждение и разрушение липидов происходит в реакция ПОЛ.

Особенность углеводного обмена в эритроцитах

В зрелых эритроцитах углеводы не синтезируются. Катаболизм углеводов происходит на 90% в анаэробном гликолизе и на 10% в ПФШ, основной субстрат – глюкоза. Глюкоза поступает в эритроциты путём облегчённой диффузии с помощью ГЛЮТ-2. Наряду с глюкозой эритроцит может использовать фруктозу, маннозу, галактозу, а также инозин, ксилит и сорбит.

В процессе гликолиза с участием фосфоглицераткиназыипируваткиназыобразуется АТФ, а с участием3-ФГА дегидрогеназывосстанавливается НАДН2. В окислительной стадии ПФШ с участиемглюкозо-6-фосфат дегидрогеназыи6-фосфоглюконат дегидрогеназы восстанавливается НАДФН2.

Конечный продукт анаэробного гликолиза лактат выходит в плазму крови и направляется преимущественно в печень для глюконеогенеза.

Энергетический обмен в эритроцитах

Образующаяся в анаэробном гликолизе АТФ используется для функционирования транспортных АТФаз, для работы цитоскелета и синтеза некоторых веществ. За 1 час все эритроциты крови потребляют 0,7г глюкозы.

Генетический дефект любого фермента гли­колиза приводит к уменьшению образования АТФ, в результате падает актив­ность Na+,К+-АТФ-азы, повышается осмоти­ческое давление и возникает осмотический шок.

Для оценки эффективности работы транспортных систем определяют осмотическую резистентность эритроцитов. Осмотическая резистентность эритроцитов в свежей крови в норме составляет 0,20-0,40% NaCl.

studfiles.net


Смотрите также