3. Гаптоглобин синтезируется в печени. Факторы, регулирую щие его образование, неизвестны. Биологическая роль также недоста точно ясна. Комплекс гемоглобин-гаптоглобин быстро разрушается в организме, поэтому он может ускорять катаболизм гемоглобина, по павшего в плазму крови при разрушении эритроцитов в очаге воспале
ния. Возможно, гаптоглобин сохраняет Fe в организме. Содержание в крови в норме - 0,6-1,8г/л, при воспалении - 3-6г/л.
4.Ферменты плазмы крови
1)Секреторные —синтезируются в органах, но свое действие оказывают только в сосудистом русле. Например, ЛХАТ, ЛПЛ. ЛХАТ синтезируется в печени, катализирует эстерификацию холестерина в сосудистом русле. ЛПЛ Синтезируется в клетках жировой и мышечной ткани, секретируется в кровь и участвует в гидролизе триацилглицеринов, входящих в состав липопротеинов.
2)Индикаторные —синтезируются и оказывают свое действие только в тканях. Появление их в крови говорит о повреждении клеток Например, АсАТ, АлАТ.
3)Экскреторные - нормальные компоненты желчи, при желч нокаменной болезни попадают в кровь. Например, щелочная фосфата-
'за, лейцинаминопегггидаза.
Вплазме крови содержатся промежуточные и конечные продук ты обмена белков. Это небелковые азотистые вещества: полипептиды, аминокислоты, мочевина, мочевая кислота, креатин, креатинин, пури
ны, пиримидины.
Среди безазотистых веществ в крови присутствуют продукты обмена углеводов и липидов: глюкоза, молочная и пировиноградная кислоты, жирные кислоты, глицерин, кетоновые тела.
Постоянными компонентами плазмы являются минеральные ве щества: NaCl, КС1, СаС12, MgCl2, NaHC03, СаС03, К2НР04, Са(РО„)2, Na2S04, незначительные количества соединений Fe, Си, Zn, I, Мп, Со.
5. Белки эритроцитов
Представлены гемоглобином и небольшим количеством белков стромы.
Различают два основных типа белков плазматической мембраны: поверхностные и интегральные. Поверхностные белки локализованы на внутренней цитоплазматической поверхности мембраны. К ним от носятся глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа, актин, спекгрин: Цепи спектрина образуют разветвленную волокнистую сеть. Спекгрин стабилизирует и регулирует вместе с актином форму мембраны эрит роцитов, которая изменяется при прохождении клеток через капилля
ры.
Интегральные белки расположены внутри мембраны. Их можно отделить от мембраны только с помощью детергентов или органиче ских растворителей. В мембране имеется анионный канал, делающий ее проницаемой для НС03‘ и СГ . Это димер белка и составляет 'Л общего количества белка в мембране. Этот канал имеет большое зна чение для транспорта С 02 эритроцитами, канал Na+K+ АТФ-азы.
Гемоглобин - основной белок эритроцитов. Это сложный Fe со держащий белок с м.м. 68000. Состоит из белковой части - глобина и простетической группы гема. Молекула имеет 4 субъединицы с М. м. 17 тыс. каждая. В состав субъединицы входит гем и одна полипептидная цепь.
В глобин входит 574 аминокислоты. Различают 2 а и 2 (3 цепи, а- цепь состоит из 141 аминокислоты, N концевая - валин, С - аргинин, р- цепь имеет 146 аминокислот, N концевая - валин, С - гистидин. Чет вертичная структура гемоглобина состоит из 2-х а и 2-х р цепей:
«2 р2• Это основной гемоглобин взрослого человека HbA, (adul-
tus).
Гемовые группы находятся на поверхности глобулы в особых карманах, образованных петлями полипептидной цепи. Глобин соеди няется через имидазольное кольцо гистидина с гемом по 5 координа
ционной связи железа. |
|
|
|
|
|
а) |
Гем |
|
б) |
|
|
|
/jL'Hi |
|
|
Гемоглобин |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
« |
Г |
|
СН2 |
|
Hjc-c; |
Г |
|
\ ус—СН2СН2СООН |
н,с. ■сА |
I |
|
у.С—с, |
|
|
|
с—сн2сн2соон |
н A нV * ,1 |
н,с |
V vy |
|
Плоскость порфн- |
|
|
I |
н |
Т |
|
рннового кольца |
|
|
СН3 |
|
CHj |
|
|
|
|
в) |
Оксигемоглобин |
|
|
/о
Плоскость порфирннового кольца
Структура гема (а), структура активного центра дезокснгемоглобнна (б), структура активного центра оксигемоглобина (в)
Атом железа может образовать шесть координационных связей. Четыре связи направлены к атомам азота пиррольных колец, остав шиеся две связи - перпендикулярно к плоскости порфиринового коль ца по обе его стороны. Гемы расположены вблизи поверхности белко вой глобулы в специальных карманах, образованных складками полицегггидных цепей глобина. Гемоглобин при нормальном функциониро вании может находиться в одной из трех форм: феррогемоглобин . (обычно называемый дезоксигемоглобином или просто гемоглобином), оксигемоглобин и ферригемоглобин (называемый также метгемоглобином). В феррогемоглобине железо находится в закисной форме Fe(H), одна из двух связей, перпендикулярных *к плоскости порфири нового кольца, направлена к атому азота гистидинового остатка, а вто рая связь свободна (рис. б). Кроме этого гистидинового остатка, назы ваемого проксимальным (соседним), по другую сторону порфиринового кольца и на большем расстоянии от него находится другой гистидиновый остаток —дистальный гистидин, не связанный непосредственно с атомом железа. Взаимодействие молекулярного кислорода со сво бодным гемом приводит к необратимому окислению атома железа тема [Fe(II)’=> Fe(III); гем => гемин]. В дезоксигемоглобине глобин предо храняет железо гема от окисления.
Обратймое присоединение кислорода (оксигенация), позволяю-' щее гемоглобину выполнять свою основную функцию переносчика, обеспечивается возможностью образовать прочные пятую и Шестую координационные связи и перенести электрон на кислород не от желе за(то есть окислить Fe2+), а от имидазольного кольца проксимального гистидина. Вместо молекулярного кислорода железо гема может' при соединить окись углерода € 0 (угарный газ). Даже небольшие концен- . трации СО приводят к нарушению кислородпереносящей функции ге моглобина и отравлению угарным газом.
Выше было сказано, что одна молекула гемоглобина содержит четыре субъединицы и, следовательно четыре тема, каждый из котоРых может обратимо присоединить одну молекулу кислорода. Поэтому Реакцию оксигенации можно разделить на четыре стадии:
нь + о2 ньо2
ньо2+ о2<=> НЬ(02)2
НЬ(02)2 + о |
2 |
НЬ(02)3 |
НЬ(02)з + 0 |
2» |
НЬ(02)4 |
Прежде чем рассмотреть эту главную функциональную реакцию моглобина более детально, необходимо сказать несколько слов о
мышечном гемоглобине —миоглобине. Он содержит одну молекулу гема и одну полипептидную цепочку, состав и структура которой по добны составу и структуре (3-субъединицы гемоглобина. Как и для ге моглобина, важнейшей функцией миоглобина является обратимое при соединение молекулярного кислорода. Эту функцию характеризует так называемая кривая оксигенации, связывающая степень насыщения ге моглобина кислородом (в процентах) с парциальным давлением по следнего, ро2 (мм Hg).
Типичные кривые оксиге нации' гемоглобина и миоглобина (при условии достижения хими ческого равновесия) приведены на рис. Для миоглобина кривая является гиперболой, как и долж но быть в случае одностадийной химической реакции при условии достижения химического равно весия:
Кривые оксигенации миоглобина (а) и гемоглобина (б)
Совершенно другая картина возникает в случае гемоглобина. Кривая диссоциации имеет S-образную форму. Без кислорода молеку лы гемоглобина обладают низким сродством к кислороду, затем кривая становится круче и при высоких значениях р 0 2 практически сливается с кривой диссоциации миоглобина
Между гемами одной молекулы гемоглобина существует некото рая связь, благодаря которой присоединение кислорода к одному гему влияет на присоединение кислорода к другому гему той же молекулы. Это явление получило название гем-гем взаимодействия. Физиологи ческий смысл гем-гем взаимодействия очевиден. Сигмоидная форма кривой диссоциации создает условия максимальной отдачи кислорода при переносе гемоглобина от легких с высоким значением р 0 2 к тка ням с низким значением р 0 2. Для человека значения р 0 2 артериальной и венозной крови в нормальных условиях (Т 37°С, pH 7,4) равны соот ветственно 100 и 40 MMHg. При этом (рис. б) гемоглобин отдает тканям 23% связанного кислорода (степень оксигенации меняется от 98 до 75%). При отсутствии гем-гем взаимодействия для одногемового ми оглобина (рис. а) эта величина не превышает 5%. Миоглобин поэтому служит не переносчиком, а депо кислорода и отдает его мышечной ткани лишь при резкой гипоксии, когда насыщение ткани кислородом падает до недопустимо низкого значения.
Присоединение кислород меняет кислотно-основные свойства гемоглобина. Оксигемоглобин является более сильной кислотой, чем
дезоксигемоглобин. Поэтому в тканях, где значительная часть гемо глобина теряет кислород и становится более сильным основанием, ге моглобин связывает образующуюся в ходе метаболических внутрикле точных процессов углекислоту. В альвеолах легких дезоксигемоглобин снова превращается в оксигемоглобин, становится более сильной ки слотой и способствует отщеплению С02. Это слегка упрощенное опи сание важного процесса транспорта углекислоты эритроцитами. Углекислота, освобожда-емая тканями, недостаточно хорошо раство рима для эффективного переноса. С помощью фермента карбоангидразы, ускоряющего прямую и обратную реакцию двуокись углерода
со2+ н2о <=>нсо3 +н\
превращается в хорошо растворимый бикарбонат-анион. В капиллярах тканей отщепление кислорода повышает содержание дезоксигемоглобина, связывающего протоны и смещающего, таким образом, равнове сие реакции вправо. Легко растворимый ион бикарбоната переносится кровью. В альвеолах легких гемоглобин оксигенируется, протоны ос вобождаются и равновесие смещается влево. Образуется плохо рас творимая двуокись углерода С02, которая удаляется из водной фазы и выдыхается. Таким образом, гемоглобин работает как буфер с пере менным значением рК. Функция гемоглобина как переносчика углеки слоты не менее важна, чем его функция переносчика кислорода.
Производные гемоглобина
1)Гемоглобин, не связанный с 0 2 и содержащий гем с Fe 2-х ва лентным, называют дезоксигемоглобином, востановленным гемогло бином, сокращенно НЬ.
2)Полностью оксигенированный НЬ, называемый оксигемоглобином, содержит 4 молекулы 0 2.
3)Гемоглобин может присоединять С02, образуя карбгемогло-
бин.
4)Карбоксигемоглобин образуется при присоединении угарного газа СО'. При этом гемоглобин теряет способность связывать 0 2, раз вивается удушье.
5)Метгемоглобин - содержит Fe в 3-х валентной форме и не мо жет присоединять 0 2. В небольших количествах образуется в норме,но при участии метгемоглобинредуктазы востанавливается до гемоглоби на.
Повышение количества метгемоглобина (метгемоглобинемия) наблюдается у людей:
1)После воздействия амилнитрита, анилина, (нитробензола) нитратов, сульфаниламидов, (фенацетина), салицилатов - окисляющих Fe 2-х валентное в НЬ до 3-х валентного.
2)Семейная метгемоглобинемия обусловлена редкой врожден ной недостаточностью метгемоглобинредуктазы в эритроцитах боль ных. В этом случае от 25 до 40% всего гемоглобина может находиться
ввиде MetHb, что приводит к цианозу.
3)СНЬМ.
НЬМ - это группа гемоглобинов, у которых вследствие мутации остаток гистидина, участвующий в связывании Fe, замещен другими аминокислотами, чаще тирозина. Это приводит к тому, что Fe окисле но до Fe3+ и не может восстановиться метгемоглобинредуктазой.
MetHb способен связать синильную кислоту с образованием ма лотоксичного цианметгемоглобина. Поэтому противоядием при отрав лении синильной кислотой являются препараты, превращающие часть гемоглобина в MetHb (мет. синь, амилнитрит).
Нарушение способности крови транспортировать 0 2при метгемоглобинемии зависит от соотношения гемоглобина и метгемоглобина. Легкая степень метгемоглобинемии клинических последствий не имеет, исключая несущественный косметический дефект - легкая цианотичность.
6. Гетерогенность гемоглобина
Различают 3 типа гетерогенности: 1) эмбриональная, 2) обуслов ленная наличием минорных НЬ, 3) генетическая.
1) Эмбриональная. В эритроцитах плода наибольшую часть со ставляет фетальный гемоглобин HbF. У него две а цепи как у НЬА и две у цепи, -а2у2 ■Уцепи отличаются от р цепей иной последовательно стью 37 аминокислот. Сродство к 0 2у HbF значительно выше, чем у НЬА. Поэтому HbF обеспечивает доставку 0 2эмбриону из системы кровообращения матери. После рождения HbF начинает исчезать и че рез 4-6 месяцев не обнаруживается.
2) В эритроцитах взрослого кроме основного НЬА|а2р2 имеются минорные гемоглобины, составляющие 5-10% от общего количества гемоглобина:
а) НЬА2 составляет 2,5%, имеет 2а и 25 (дельта) цепи a2S2. 5 цепи отличаются от р цепей последовательностью 10аминокислот.
б) НЬАхь - 3-6%, НЬА1с - 1%, образуются в результате глюкозилирования N концевых остатков валина р цепей. При диабете количество этих гемоглобинов повышается.
3) Генетическая гетерогенность связана с точечными мутациями в одном из генов, кодирующих синтез а,р,у или 5 цепей. Выявлено 300 вариантов гемоглобина, они называются аномальные НЬ.
506
7. Гемоглобинопатии
Структурные аномалии гемоглобина, приводящие к клиническим признакам болезни, называют гемоглобинопатии. При этом изменяется одно из 3-х свойств нормального Hb: 1) растворимость, 2) сродство к 02,3) устойчивость к денатурации.
1)Изменение растворимости наблюдается при серповидно клеточной анемии. Эритроциты содержат HbS, у которого в р цепи в 6- ом положении вместо глутамата расположен валин. Такое замещение полярной боковой цепи на неполярную, приводит к резкому пониже нию растворимости дезоксигемоглобина S. В результате образуется волокнистый осадок, который деформирует эритроцит, придавая ему форму серпа. Такие эритроциты быстро разрушаются, возникает гемо литическая анемия. Анемия возникает только у гомозигот, у гетерози гот - бессимптомно. Эта мутация имела приспособительное значение и была распространена в зонах малярии. Люди с такими генами значи тельно меньше подвержены малярии, так как в серповидных эритроци тах условия для развития малярийного плазмодия не благоприятны.
2)Мутации, приводящие к замене аминокислот вблизи гема, вы зывают нарушение связывания 0 2. В НЬМ гистидин заменен на тиро зин, в результате НЬМ стабилизирован в форме MetHb и не способен' связывать 02.
3)Замена аминокислот во внутренней части молекулы НЬ, при водит к изменению третичной структуры и как следствие к нестабиль ности молекулы НЬ.
8. Синтез гема и глобина, регуляция
Синтез глобина
Цепи а и р глобина синтезируются на полисомах, образованных, как правило, пятью рибосомами. Цепь а освобождается первой, при соединяется к р цепи, еще связанной с рибосомой и отделяет ее, обра зуя димер ар. Два димера соединяются в молекулу НЬ а2р2. Соедине ние гема с глобином может происходить или в процессе синтеза полипептидный цепей или после окончания синтеза глобина.
Ферменты синтеза гема аллостерически ингибируются гемом и гемоглобином.
Синтез пептидных цепей НЬ происходит только в присутствии гема. При низкой концентрации гема синтез глобина замедляется. От сюда синтез гема и глобина происходит координировано и ни один из Этих компонентов не образуется в избыточном или недостаточном ко личестве.
Стероидные гормоны и некоторые лекарства (барбитураты, дикслофенак, сульфаниламиды, эстрогены, прогестины) являются ин дукторами синтеза аминолевулинатсинтазы.
Феррохелатаза >
г
г ;м
Синтез гема
В результате генетических дефектов или нарушения регуляции ферментов, участвующих в биосинтезе гема, развиваются порфирии. Первичные порфирии обусловлены генетическими дефектами фермен тов синтеза гема, вторичные связаны с нарушениями регуляции реак ций синтеза гема. При этих заболеваниях накапливаются промежуточ ные метаболиты синтеза гемапорфириногены, которые оказывают токсическое действие на нервную систему и вызывают нервнопсихические симптомы. Порфириногены на свету превращаются в порфирины, которые при взаимодействии с кислородом образуют ак тивные радикалы, повреждающие клетки кожи.
Генетически обусловленное нарушение синтеза одной из нор мальных цепей гемоглобина приводит к талассемии. Если угнетается синтез р цепей, развивается (3 талассемия, а - а талассемия. При (3 та лассемии наряду с HbAi в крови появляется до 15% НЬА2и резко по вышается содержание HbF. Болезнь характеризуется поражением пе чени, селезенки, разрушением костного мозга, деформацией черепа, тяжелой гемолитической анемией. Талассемия а не совместна с жиз нью, так как в каждый НЬ входит а цепь.
9. Метаболизм эритроцита
Зрелый эритроцит млекопитающих не содержит клеточных органелл, поэтому для него характерен упрощенный метаболизм, предна значенный для сохранения структуры мембраны и стромы эритроцита, н предотвращения окисления Fe в гемоглобине.
Для реконструкции мембраны используются белки и липиды плазмы - происходит обмен между эритроцитами и окружающей их плазмой.
Жизнеспособность эритроцита определяется двумя метаболиче скими путями: гликолизом и пентозофосфатным. -
Примерно 90% глюкозы в эритроцитах распадается в процессе гликолиза и 10% - в пентозофосфатном пути. Потребление 0 2 эритро цитами очень низкое и связано преимущественно с окислением гемо глобина в метгемоглобин. Образующийся в ходе этой реакции еупероксидный ион 0 2‘' удаляется супероксиддисмутазой, которая очень ак тивна в цитозоле эритроцита.
Энергия гликолиза обеспечивает работу Na+ К+ АТФ-азы, блока да гликолиза приводит к выравниванию трансмембранного потенциала и гибели эритроцита. Особенностью гликолиза в эритроцитах является наличие шунта, приводящего к образованию 2,3- дифосфоглицерага.
3-фосфоглицериновый альдегид
i |
Myrasa |
2,3-дифосфоглицерат |
|
оглицерат------► |
3 фосфоглйДерат |
фосфатаза |
2,3-дифосфоглицерат является одним из регуляторов переноса 0 2. Он связывается с гемоглобином и уменьшает сродство его к 0 2, таким образом облегчается освобождение 0 2 из эритроцитов в тканях.
Активно используется глюкоза в эритроцитах и по пенгозофосфатному пути. Образующиеся при этом НАДФН2 используется в защитных восстановительных системах, например, Для восстановления глутатиона. Восстановленный глутатион используется: 1) для поддержания в восстановленной форме Цистеиновых остатков белков, 2) в процессах детоксикации, 3) предотвращает Fe в гемоглобине от окисления. При наследственных заболеваниях, когда активность ферментов ПФП снижена, наблюдается патологический гемолиз и развитие анемии.
Высокое содержание кислорода в эритроцитах вызывает повы шение скорости образования супероксидного анион-радикала, Н20 2 (пероксида водорода) и ОН' (гидроксил-радикала).
509
Постоянным источником активных форм кислорода в эритроци тах является неферментативное окисление гемоглобина:
Hb(Fe2+) + 0 2-> MeTHb(Fe3+) + 0 2~
Активные формы кислорода могут вызвать гемолиз эритроцитов. Эритроциты содержат ферментную систему, предотвращающую ток сическое действие радикалов кислорода и разрушение мембран эрит роцитов. Гликолиз обеспечивает синтез АТФ и восстановление НАД. АТФ необходим для работы ионных насосов. НАДН является коферментом меггемоглобинредуктазы, катализирующей восстановление метгемоглобина до гемоглобина. Супероксидный анион супероксиддисмутазой превращается в пероксид водорода, который под действи ем глутатионпероксидазы или каталазы превращается в Н20 и 0 2. До нором водорода для глутатионпероксидазы является восстановленныйглутатион (GSH). Окисленный глутатион (GSSG) восстанавливается ферментом глутатионредуктазой, кофермент которого НАДФН образу ется в пентозофосфатном пути катаболизма глюкозы.
HbFeJ+ дсзокси НЬ
При генетическом дефекте глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы и приеме некоторых лекарств, являющихся сильными окислителями, по тенциала глутатионовой защиты может оказаться недостаточно. Это приводит к увеличению содержания в клетках активных форм кисло рода, вызывающих окисление SH-групп молекул гемоглобина. Образо вание дисульфидных связей между протомерами гемоглобина и метге моглобина приводит к их агрегации -образованию телец Хайнца. По следние способствуют разрушению эритроцитов при попадании их в мелкие капилляры. Активные формы кислорода и сами разрушают мембраны, вызывая перекисное окисление липидов мембран.
Основные механизмы фагоцитоза. В ответ на инфекционные агенты и другие стимуляторы в гранулематозных клетках происходит респираторный взрыв. Он является главным источником
