Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
БХ учебник Николаев.pdf
Скачиваний:
571
Добавлен:
02.05.2015
Размер:
15.53 Mб
Скачать

Глава 21. Кровь

491

Синтез пептидных цепей гемоглобина происходит только в присутствии гема, и образующиеся пептидные цепи тут же соединяются с гемом (рис. 21.3). Влияние гема обусловлено тем, что он ингибирует протеинкиназу, которая фосфорилирует (и инактивирует) фактор инициации EIF2 (рис. 21.4). Поэтому при низкой концен­ трации гема в ретикулоцитах синтез глобинов замедляется.

©

Глицин I

 

Гемоглобин

 

 

 

 

 

S L -

Порфо-

Гем А

«-цепи,

Трансляция

билиноген

I

-цепи

глобиновой мРНК

Сукцинил-КоА

 

 

©

 

Рис. 21.3. Регуляция синтеза гемоглобина

С другой стороны, гем ингибирует 8-аминолевулинатсинтетазу, а также сни­ жает трансляцию мРНК этого фермента (см. рис. 21.3).

Известны наследственные анемии, связанные с дефектами ферментов, участву­ ющих в синтезе гема. При этом в организме нередко образуются избыточные ко­ личества окрашенных порфиринов — предшественников гема, которые выводят­ ся с мочой (моча имеет красный цвет). Такие формы нарушения обмена гема назы­ вают порфириями. У больных отмечается чувствительность кожи к солнечному облучению вследствие фотосенсибилизации порфиринами.

 

Инициирующий

Мет-тРНК

 

 

комплекс

 

 

мРНК

 

 

 

 

 

 

Рибосомы

 

 

Гем

(3-цепи

 

/

eIF2-OH

 

 

активный X

 

Киназа-Гем

Киназа

H4POi

неактивная

активная

3

4

 

 

eIF2-P

неактивный

Гем

Рис. 21.4. Регуляция трансляции глобиновых мРНК. elF2 — один из факторов инициации

Обмен железа

В организме человека содержится 3-4 г железа; из них около 2,5 г (70 %) находит­ ся в составе гемоглобина эритроцитов, около 20 % — в мышцах (главным образом в составе миоглобина), до 15 % — в печени и селезенке. Небольшая доля железа (около I %) входит в состав геминовых ферментов, а также белков, содержащих негеминовое железо. Таким образом, в количественном отношении обмен желе­ за определяется прежде всего синтезом и распадом гемоглобина эритроцитов,

4 9 2 Часть IV. Особенности биохимии отдельных органов и систем

а недостаточное поступление или нарушения утилизации железа проявляются прежде всего как малокровие (железодефицитные анемии).

При тех значениях pH и концентрации кислорода, которые характерны для тканей, стабильная форма железа — Fe3+. Трехвалентный ион железа склонен об­ разовывать сложные нерастворимые гидроксиды. В процессе эволюции возникли белки, способные поддерживать железо в форме, удобной для транспортировки и использования при синтезе гема. Этими белками являются трансферрин и ферритин.

Трансферрин представляет собой гликопротеин плазмы крови. Он имеет два центра связывания железа; железо в составе трансферрина находится в трехвален­ тном состоянии в форме Fe3+CO32'. Трансферрин, содержащий железо, эндоцитируется клетками при участии мембранных рецепторов. Главная функция трансфер­ рина — перенос железа с током крови к местам депонирования и использования. Содержание трансферрина в плазме крови равно примерно 0,4 г/дл.

Ферритин — это крупный белок (молекулярная масса около 450 ООО), отлича­ ющийся своеобразным строением. Он содержит 24 идентичных протомера, об­ разующих полую сферу диаметром около 12 нм; диаметр полости 7,5 нм. В белковой оболочке имеется шесть каналов, ведущих в полость. Через эти кана­ лы в полость проникают ионы железа, образуя железное ядро молекулы. Содер­ жание железа в молекуле ферритина непостоянно: оно может быть равным нулю (апоферритин) и может достигать 4500 атомов железа на одну молекулу ферри­ тина. Ж елезо в ферритине находится в форме гидроксидфосфата примерного состава [(FeO»OH)8(FeO»OPOsH 2)]. Функция ферритина — депонирование же­ леза; в наибольших количествах он содержится в печени, селезенке и костном мозге, но имеется также и в большинстве других органов.

Ж елезо, освобождающееся из гема при распаде эритроцитов, используется повторно. Однако часть железа — около I мг в сутки — теряется организмом, в основном с желчью. Эти потери компенсируются поступлением железа с пищей. Суточное потребление железа должно составлять 10-20 мг, т. е. значительно боль­ ше, чем выводится из тканей с желчью. Это связано с тем, что из кишечника вса­ сывается лишь небольшая часть имеющегося в пище железа. У женщин в связи с потерей крови при менструациях потребность в железе в 1,5-2 раза больше, чем у мужчин.

Всасывание железа в кишечнике происходит при участии белка, сходного с трансферрином. Затем железо поступает на трансферрин крови, который переда­ ет его ферритину в клетках разных органов (рис. 21.5).

В соединении с белками железо находится в трехвалентном состоянии, но при переходе с одного белка на другой валентность каждый раз дважды меняется: Feit,

Полость

Клетки

Плазма

Клетки

 

кишечника

кишечника

крови

разных органов

 

Fe2+. C— Х

Трансферрин-F"

Ферритин -4—

рез*

 

Ферритин-Fe — Y

 

 

—►XF^

Трансферрин

 

Рис. 21.5. Всасывание, транспорт и депонирование железа

Глава 21. Кровь

4 9 3

Fe2+ и снова Fe3+. Этот процесс катализируется специальными окислительно-восста­ новительными ферментами или самими белками-переносчиками и необходим для освобождения железа из соединения с белком. На рис. 21.6 представлена общая схема обмена железа.

Железодефицитные анемии встречаются чаще других форм анемий. Причина­ ми дефицита железа в организме могут быть длительные, повторяющиеся кровопотери, усиленный расход железа при беременности, ухудшение его всасывания после операций на желудочно-кишечном тракте. Сравнительно редко бывает дефицит железа вследствие его недостатка в пище; исключение составляют дети раннего воз­ раста, получающие мало мясной пищи, а следовательно, и геминового железа.

Железо пищи, -15 мг в сутки

Всасывание в кишечнике, -I мг в сутки

 

.^►Трансферрин плазмы крови

Ферритин

 

печени

 

 

Реутилизация железа,

Ферритин кроветворных органов

 

-25 мг в сутки

 

 

 

Выделение железа,

Эритроциты

 

- 1 мг в сутки

 

Распад

 

 

 

 

эритроцитов

 

Рис. 21.6. Обмен железа

 

Метаболизм эритроцита

Поскольку в зрелом эритроците нет ядра, хроматина и аппарата трансляции, на протяжении всей примерно четырехмесячной жизни эритроцита в нем функцио­ нируют только те белки, которые образовались на стадии ретикулоцита или даже на более ранних стадиях развития эритроцита. С другой стороны, концентрация кислорода в эритроцитах больше, чем в клетках других тканей, и эритроциты в большей мере подвержены его повреждающему действию. Кроме того, эритроци­ ты непосредственно контактируют с окислителями, поступающими из желудочно­ кишечного тракта. Окисление сульфгидрильных групп ферментов и других бел­ ков, окисление гемоглобина в метгемоглобин инактивирует эти белки. Однако в эритроцитах существуют специальные защитные восстановительные системы, ослабляющие вредное действие кислорода.

Гликолиз в эритроцитах

Эритроциты не имеют митохондрий; АТФ, необходимая для функционирования транспортных АТФаз и поддержания разности концентраций веществ в плазме и

4 9 4

 

Часть IV. Особенности биохимии отдельных органов и систем

Глюкоза

 

 

эритроцитах, образуется путем гликолиза. Об­

 

 

 

разующийся при этом лактат выделяется в

 

 

 

плазму крови и используется другими клетка­

I

 

 

ми. Однако роль анаэробного гликолиза в эрит­

 

 

роцитах не сводится только к синтезу АТФ: с

O4 /O P O 3H,

 

 

ним связаны еще два процесса, необходимые

 

 

 

HCOH

 

0 V 0 h

для выживания и нормального функциониро­

 

вания эритроцита.

I

 

H2C - O P O 3H2

I

Один из этих процессов — образование

1,3-бисфосфо-

H C -O P O 1H,

НАДН в реакции дегидрирования глицераль­

глицерат

 

I

дегидфосфата. Основная доля НАДН исполь­

 

H2C - O P O 3H2

 

 

2,3*бисфосфо-

зуется для восстановления пирувата в лактат,

 

 

но он служит также для восстановления мет-

 

 

глицерат

 

 

 

гемоглобина в гемоглобин при участии метге-

 

 

 

моглобинредуктазы (см. ниже). В результате

 

 

 

этого пути расходования НАДН не весь пи­

I

Л

 

руват, образующийся из глюкозы, превраща­

 

ется в лактат: часть его выводится в плазму

Пируват

 

 

 

►В кровь

крови (рис.

21.7).

 

Д ругой

связанны й с гликолизом п р о ­

 

 

 

Лактат

 

 

цесс в эритроцитах — образование 2,3-бис-

Рис. 21.7. Гликолиз в эритроцитах

фосф оглицерата из 1,3-бисфосфоглицерата

(см. рис. 21.7); 2,3-бисфосфоглицерат необ­

 

 

 

ходим для регуляции взаимодействия гемог­

лобина с кислородом (см. ниже). В свою очередь, 2,3-бисфосфоглицерат может распадаться при участии специфической фосфатазы на 3-фосфоглицерат и HsPO4. Эти две реакции обеспечивают поддержание необходимой концентрации 2,3-бис- фосфоглицерата в эритроцитах, примерно равной концентрации гемоглобина. Расходование части 1,3-бисфосфоглицерата на образование 2,3-бисфосфоглицера- та несколько снижает выход АТФ при гликолизе в эритроцитах.

Примерно 90 % глюкозы в эритроцитах распадается в процессе гликолиза и 10 % — в пентозофосфатном пути. Пентозофосфатный путь служит для образова­ ния НАДФН, который в эритроцитах, как и НАДН, участвует в системах обезвре­ живания активных форм кислорода.

Метгемоглобин

Как уже упоминалось, при тех значениях pH и концентрациях кислорода, кото­ рые имеются в организме, стабильной формой железа является ион Fe3+ (ферриформа). Ион Fe2" (ферро-форма) легко окисляется в ферри-форму Fe3*, в том чис­ ле в составе гема. Однако в молекуле гемоглобина эта реакция существенно за­ торможена благодаря влиянию белковой части в окружении гема. И все же с небольшой скоростью происходит окисление оксигемоглобина кислородом с об­ разованием метгемоглобина:

H b(F ^+)O2 ;=t H b(Fe+) + O 2

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.