БХ методички 2 курс / Metodichki / методы / биохимия крови

31

Поэтому при переливании крови I группы людям с другими группами крови также могут развиться гемотрансфузионные осложнения. В связи с этим в настоящее время пользуются правилом, по которому переливается только одногруппная кровь.

Система резус - фактора

К.Ландштейнером и А.Винером в 1940 г. в эритроцитах обезьяны макаки-резуса был обнаружен антиген, который они назвали резус-фактором. Этот антиген находится и в крови 85% людей белой расы. У некоторых народов, например, эвенов резусфактор встречается в 100%. Кровь, содержащая резус-фактор, называется резус-положительной (Rh+). Кровь, в которой резусфактор отсутствует, называется резус-отрицательной (Rh-). Резусфактор передается по наследству. В настоящее время известно, что система резус включает много антигенов. Наиболее активными в антигенном отношении являются антиген D, затем следуют С, Е, d, с, е. Они и чаще встречаются. Система резус, в отличие от системы АБО, не имеет в норме соответствующих агглютининов в плазме. Однако если кровь резус-положительного донора перелить резусотрицательному реципиенту, то в организме последнего образуются специфические антитела по отношению к резус-фактору – антирезусагглютинины. При повторном переливании резус-положительной крови этому же человеку у него произойдет агглютинация эритроцитов, т.е. возникает резус-конфликт, протекающий по типу гемотрасфузионного шока. Поэтому резус-отрицательным реципиентам можно переливать только резус-отрицательую кровь. Резус-конфликт также может возникнуть при беременности, если кровь матери резусотрицательная, а кровь плода резусположительная. Резус-агглютиногены, проникая в организм матери, могут вызвать выработку у нее антител. Однако значительное поступление эритроцитов плода в организм матери наблюдается только в период родовой деятельности. Поэтому первая беременность может закончиться благополучно. При последующих беременностях резус-положительным плодом антитела проникают через плацентарный барьер, повреждают ткани и эритроциты плода, вызывая выкидыш или тяжелую гемолитическую анемию у новорожденных. С целью иммунопрофилактики резусотрицательной женщине сразу после родов или аборта вводят концентрированные анти-D-антитела.

33

Гемоглобин - красный пигмент крови человека и животных. Подсчитано, что в одном эритроците содержится около ~ 340000000 молекул гемоглобина, каждая из которых состоит примерно из 103 атомов. В крови человека в среднем содержится 750 г.

Гемоглобин - кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде и нерастворимое в спирте, эфире и хлороформе. В эритроцитах гемоглобин находится в растворенном состоянии. Его содержание в эр более 30%.

Наиболее характерным свойством гемоглобина является обратимое присоединение газов О2, СО и др. Образовавшиеся при этом соединения называются оксигемоглобином и карбоксигемоглобином, соответственно. Реакция присоединения молекулярного кислорода не является истинным окислением гемоглобина, так как валентность железа в геме при этом не изменяется, и эту реакцию правильнее называть оксигенацией. Истинное окисление гемоглобина происходит только тогда, когда железо переходит в трехвалентное состояние.

В крови гемоглобин существует, по крайней мере, в четырех формах: оксигемоглобин, дезоксигемоглобин, карбоксигемоглобин, метгемоглобин. В эритроцитах молекулярные формы гемоглобина способны к взаимопревращению, их соотношение определено индивидуальными особенностями организма.

Гемоглобин – это хромопротеид, слагающийся из протеиновой группы (глобин) и простетической (гем) частей.

Простетическая группа в молекуле гемоглобина представлена 4 одинаковыми железопорфириновыми соединениями, которые называются гемами. Гем составляет физиологически активную часть молекулы гемоглобина благодаря своей способности вступать в обратимую комбинацию с кислородом. Молекула гема состоит из порфирина IХ, связанного с железом двумя атомами азота ковалентными и двумя другими атомами азота координационными связями.

34

Рисунок 2. Строение гемма . Примечание: На схеме Р - остатки пропионовой кислоты

Протопорфириновое кольцо образовано четырьмя пиролльными кольцами: четыре замещенных пиррола связаны метиленовыми мостиками, так что создаётся система сопряжённых двойных связей (то есть при движении по кругу одинарные и двойные связи в молекуле чередуются). Атом железа (II) расположен в центре гема и придает крови характерный красный цвет, степень его окисления не изменяется независимо от присоединения или отдачи кислорода. Атом железа может образовать шесть координационных связей. Четыре связи направлены к атомам азота пиррольных колец, оставшиеся две связи - перпендикулярно к плоскости порфиринового кольца по обе его стороны.

Гемы расположены вблизи поверхности белковой глобулы в специальных гидрофобных «гемовых» карманах, образованных складками полипептидных цепочек глобина.

Гемоглобин при нормальном функционировании может находиться в одной из трех форм:

1.феррогемоглобин (обычно называемый дезоксигемоглобином или просто гемоглобином),

2.оксигемоглобин.

3.допускается наличие в крови и ферригемоглобина (называемый также метгемоглобином) не более 1%.

35

В феррогемоглобине железо находится в закисной форме Fe(II), одна из двух оставшихся связей, перпендикулярных к плоскости порфиринового кольца, направлена к атому азота гистидинового остатка, а вторая связь свободна.

Взаимодействие молекулярного кислорода со свободным гемом приводит к необратимому окислению атома железа гема (Fe(II) в Fе(III); гем в гемин).

В дезоксигемоглобине глобин предохраняет железо гема от окисления.

В структуре гемоглобина каждая молекула глобина связана с гемом, гем, благодаря содержащемуся в нём атому железа гемм способен обратимо связывать кислород, причём в процессе присоединения кислорода и его отдачи железо остаётся 2-х валентным.

В кислой среде связь между гемом и глобином легко разрывается.

Свободный гем легко окисляется кислородом воздуха до гематина, в котором атом железа трехвалентен.

Имеющиеся в молекуле гемоглобина 4 ядра гема закрепляют кислород с различной скоростью, в связи с явлением

кооперативного эффекта.

Реакция оксигенации Обратимое присоединение кислорода (оксигенация), позволяющее гемоглобину выполнять свою основную функцию переносчика, обеспечивается возможностью образовать прочные пятую и шестую координационные связи и перенести электрон на кислород не от железа (то есть окислить Fe2+), а от имидазольного кольца проксимального гистидина.

Вместо молекулярного кислорода железо гема может присоединить окись углерода СО (угарный газ). Даже небольшие концентрации СО приводят к нарушению кислородпереносящей функции гемоглобина и отравлению угарным газом. Выше было сказано, что одна молекула гемоглобина содержит четыре субъединицы и, следовательно четыре гема, каждый из которых может обратимо присоединить одну молекулу кислорода. Поэтому

между гемами одной молекулы гемоглобина существует некоторая связь, благодаря которой присоединение кислорода к одному гему облегчает присоединение кислорода к другому гему той же молекулы – явление кооперативного эффекта.

Присоединение кислорода меняет кислотно-основные свойства гемоглобина. Оксигемоглобин является более сильной кислотой, чем дезоксигемоглобин. Поэтому в тканях, где значительная часть гемоглобина теряет кислород и становится более сильным основанием, гемоглобин связывает образующуюся в ходе метаболических внутриклеточных процессов углекислоту.

Молекула гемоглобина связывает 4 молекулы кислорода, по одной на каждую субъединицу. Насыщение гемоглобина кислородом описывается не гиперболической кривой, как в случае миоглобина, сигмоидной, при чем эта кривая сдвинута вправо по отношению к кривой, характерной для миоглобина (см. рисунок). Для достижения 50% насыщения гемоглобина кислородом необходима более высокая концентрация последнего, чем в случае миоглобина, что указывает на более высокое сродство миоглобина к кислороду. Гемоглобину необходимо забрать как можно больше кислорода из лёгких и отдать его капиллярам в тканях. Наибольшая крутизна сигмоидной кривой (свидетельствующая о наибольшей отдаче кислорода) наблюдается при давлении О2, соответствующем его давлению в капиллярах. Насыщение гемоглобина кислородом происходит при более высоком давлении кислорода, которое характерно для лёгких.

100

37

Рисунок 3. Кривая насыщения гемоглобина кислородом.

Гемоглобин, соединенный с углекислым газом, носит название карбгемоглобина. Это соединение также легко распадается. В виде карбгемоглобина переносится 20% углекислого газа.

В альвеолах легких карбгемоглобин снова превращается в оксигемоглобин, становится более сильной кислотой и способствует отщеплению СО2. Это слегка упрощенное описание важного процесса транспорта углекислоты эритроцитами.

Углекислота, освобождаемая тканями, недостаточно хорошо растворима для эффективного переноса. С помощью фермента карбоангидразы, ускоряющего прямую и обратную реакцию СО2+Н2О=НСО3-+Н+ (а) двуокись углерода превращается в хорошо растворимый бикарбонат-анион.

В капиллярах тканей отщепление кислорода повышает содержание дезоксигемоглобина, связывающего протоны и смещающего, таким образом, равновесие реакции (а) вправо. Легко растворимый ион бикарбоната переносится кровью. В альвеолах легких гемоглобин оксигенируется, протоны освобождаются и равновесие (а) смещается влево. Образуется плохо растворимая двуокись углерода СО2, которая удаляется из водной фазы и выдыхается. Таким образом, гемоглобин работает как буфер с переменным значением pK.

Функция гемоглобина как переносчика углекислоты не менее важна, чем его функция переносчика кислорода.

Карбгемоглобин – соединение очень нестойкое и быстро диссоциирует в легочных капиллярах с отщеплением СО2. Часоть СО2 переносится в физически растворённом виде, около 6-7%. СО2 образуя карбаминовую кислоту связывается с гемоглобином.

Соединение гемоглобина с угарным газом (СО) называется карбоксигемоглобином. Карбоксигемоглобин является прочным соединением. Гемоглобин блокирован в нем угарным газом и неспособен осуществлять перенос кислорода. Сродство гемоглобина к угарному газу выше его сродства к кислороду, поэтому даже небольшое количество угарного газа в воздухе является опасным для жизни.

38

Угарный газ (СО) способен связываться не только с гемоглобином, но и с миоглобином сердечной мышцы, и с тканевыми цитохромами.

В силу высокого сродства гемоглобина к СО (в 240 раз выше, чем к О2) требуется высокое содержание кислорода во вдыхаемом воздухе для того, чтобы быстро снизить содержание карбоксигемоглобина в крови. Выраженный эффект может быть получен при гипербарической оксигенации (подача кислорода под давлением).

Внорме на сродство кислорода к гемоглобину влияют

многочисленные факторы. Среди основных: рН, рСО2 (эффект Бора), биорегуляторы процесса диссоциации оксигемоглобина (2,3- дифосфоглицерат).

Метгемоглобинообразование

Впроцессе жизнедеятельности железо гемоглобина постоянно окисляется, превращаясь из двухвалентной в трёхвалентную форму. Гемоглобин, железо которого трёхвалентно, называется метгемоглобином.

Метгемоглобин не участвует в транспорте кислорода, поэтому

внормальных эритроцитах постоянно идёт процесс восстановления образующегося метгемоглобина в гемоглобин. Эритроциты, содержащие метгемоглобин, склонны к гемолизу. Физиологический уровень метгемоглобина в крови - менее 1%. Высокое содержание метгемоглобина, развивающееся как правило в результате действия некоторых токсинов, приводит к нарушению кислородтранспортной функции крови, а спустя некоторое время и гемолизу, что сопровождается снижением парциального давления кислорода в тканях, развитию тяжёлой гипоксии.

Поддержание метгемоглобина на уровне менее 1% обеспечивается двумя физиологическими механизмами.

Первый связан с восстановлением или связыванием ксенобиотиковокислителей до момента их действия на гемоглобин. Так, в присутствии энзима глутатионпероксидазы (ГПО) восстановленный глутатион взаимодействует с молекулами-окислителями, попавшими в эритроциты, предотвращая их метгемоглобинобразующее действие.

39

Н2О2 + 2GSH —> 2Н2О +GSSG

ROOH + 2GSH —> ROH +2GSSG +H2O GSSG +NADPH + H+ —> 2GSH +NADP+

Недостаток субстратов, регулирующих содержание оксидантов в эритроцитах на низком уровне, может привести к накоплению этих веществ, умеренной метгемоглобинемии, гемолизу и появлению в крови телец Гейнца (Хайнца).

Тельца Гейнца представляют собой продукты денатурации гемоглобина. Механизм, посредством которого окислители вызывают их образование и взаимоотношения этого процесса с метгемоглобинообразованием не выясненны.

Второй механизм обеспечивает восстановление образовавшегося в крови метгемоглобина до гемоглобина при участии двух ферментативных систем:

1. Пентозофосфатный цикл (в эритроцитах активна 1-я фаза цикла), который является источником НАДФН2, необходимого для работы фермента НАДФН -метгемоглобинредуктазы:

НАДФН + Hb(Fe3+ )-ОН Hb(Fe2+ ) + НАДФ+

(Этот путь обеспечивает 5% восстановительной способности метгемоглобина в организме человека)

2. Путь Эмбдена-Мейергофа обеспечивается за счёт работы

(Этот путь обеспечивает 67% восстановительной способности метгемоглобина в организме человека)

В обеих системах донорами электронов (редуцирующие агенты) являются продукты анаэробного этапа метаболизма глюкозы и пентозо-фосфатного цикла (гексозомонофосфатный шунт). Поскольку в эритроцитах отсутствуют энзимы цикла трикарбоновых кислот и цепь дыхательных ферментов, единственным источником энергии в клетках является гликолиз.

40

Вколичественном отношении более значимыми являются механизмы связанные с гликолизом (95% восстановительной активности in vivo; 67% общей восстановительной активности in vitro). Основным донором электронов для процесса восстановления метгемоглобина является восстановленный никатинамидадениндинуклеотид (НАДН). Система достигает полного развития к 4 месяцу жизни новорожденного.

Впроцессе гексозомонофосфатного превращения (пентозо – фосфатный цикл) под влиянием гексозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г- 6ф-ДГ) образуется восстановленный никатинамидадениндинуклеотд фосфат (НАДФН), который не только участвует в превращении метгемоглобина в гемоглобин в присутствии НАДФНметгемоглобинредуктазы, но и переводит окисленный глутатион в восстановленную форму (последний связывает ксенобиотикиокислители - см. выше). Поэтому недостаток НАДФН также может сопровождаться образованием телец Гейнца (Хайнца).

Строение и функции белковой части гемоглобина – глобина.

Видовые различия гемоглобина обусловлены химическим составом и строением глобина. Гемоглобины представляют собой тетрамерные белки, молекулы которых образованы различными типами полипептидных цепей, Глобин состоит из 4 полипептидных цепей. На сегодняшний день известно 5 полипептидных цепей, формирующих молекулу гемоглобина (альфа, бетта, гамма, дельта, эпсилон) при скрещении цепей образуются различные физиологические гемоглобины.

Общая формула глобина X2Y2, где Х – альфа цепь,Y одна из оставшихся 4 - х.

В состав молекулы входят по 2 полипептидные цепи двух разных типов, каждая из которых оборачивает 1 гем гемоглобина. Гемоглобины различных видов различаются вторичной, третичной и четвертичной структурами, и индивидуальные свойства гемоглобинов неразрывно связаны с их структурами. Известно, что гемоглобин человека состоит из двух равных половин, каждая из которых образована двумя одинаковыми полипептидными цепями. У человека обнаружены гемоглобины различных типов, которые отличаются по химическому строению. отличающийся от HbA вторичной, третичной и четвертичной структурами, что обусловливает их различия: по спектральным характеристикам,