Обезвреживание активных форм кислорода в эритроцитах

Высокое содержание О₂ в эритроцитах является причиной образования большого количества активных форм кислорода. Постоянным источником активных форм кислорода в эритроцитах является неферментативное окисление гемоглобина в метгемоглобин: 1). b Fe²⁺  etb Fe³⁺ e^- 2). e^- + ₂ → О^∙₂

Также СРО в эритроците стимулируют различные окислители - нитраты, сульфаниламиды, противомалярийное лекарство примахин.

Образующиеся активные формы кислорода запускают реакции СРО, которые приводят к разрушению липидов, белков, углеводов и др. органических молекул и являются причиной старения и гемолиза эритроцита.

Для сдерживания СРО в эритроците функционирует ферментативная антиоксидантная система. Для ее работы необходим глутатион и НАДФН₂.

Супероксиддисмутаза (Cu²⁺ и Zn²⁺) превращает супероксидные анионы в перекись водорода: 2О^∙₂ + 2H⁺ → H₂O₂+ O₂

Каталаза - геминовый фермент, разрушает перекись водорода до воды и кислорода: 2Н₂О₂ → H₂O+ O₂

Глутатионпероксидаза (селен) при окислении глутатиона разрушает перекись водорода и гидроперекиси липидов до воды:

Н₂О₂ + 2 GSH → 2 Н₂О + G-S-S-G.

Глутатионредуктаза восстанавливает окисленный глутатион с участием НАДФН₂:

GS-SG + НАДФН₂ → 2 GSH + НАДФ⁺.

Недостаток глутатиона и НАДФН₂ в эритроцитах приводит к снижению АОА, активации ПОЛ и может стать причиной гемолитической анемии. Различные окислители - нитраты, сульфаниламиды, противомалярийное лекарство примахин, усиливают гемолиз эритроцитов.

Дефицит глутатиона может быть обусловлен действием токсических веществ, например ионами тяжелых металлов или наследственным недостатком глутатионредуктазы.

Дефицит НАДФН₂ возникает при наследственной недостаточности (аутосомно-рецессивный тип) первого фермента ПФШ глюкозо–6–фосфатдегидрогеназы. Не менее 100 млн человек являются носителями около 3000 генетических дефек­тов глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы.

Для оценки эффективности работы антиоксидантных систем определяют перекисную резистентность эритроцитов.

Обмен метгемоглобина

В течение суток до 3% гемоглобина может спонтанно окисляться в метгемоглобин:

b Fe²⁺  etb Fe³⁺ e^-

Восстановление метгемоглобина до гемоглобина осуществляет метгемоглобинредуктазная система. Она состоит из цитохрома b₅ и цитохром b₅ редуктазы (флавопротеин), донором водорода служит НАДН₂, образующийся в гликолизе.

1). Цитохром b₅ восстанавливает Fe³⁺ метгемоглобина в Fe²⁺ гемоглобина:

MetHb(Fe³⁺) + цит b_{5 восст} → Hb(Fe²⁺) + цит b_{5 окисл}

2). Окисленный Цитохром b₅ восстанавливается цитохром b₅ редуктазой:

цит b_{5 окисл} + НАДН₂ → цит b_{5 восст} + НАД⁺

Восстановление метгемоглобина может осуществляться также неферментативным путём, например, за счёт витамина В₁₂, аскорбиновой кислоты или глутатиона.

У здорового человека концентрация метгемоглобина в крови не превышает 1%.

Генетический дефект ферментов гли­колиза и метгемоглобинредуктазной системы приводит к накоп­лению метгемоглобина и увеличению образо­вания активных форм кислорода. Активные формы кислорода вызывают образование дисульфидных мостиков между протомерами метгемоглобина, что приводит к их агрегации с образованием телец Хайнца. Последние способствуют разрушению эритроцитов при попадании их в мелкие капилляры. Накопление метгемоглобина в крови из-за нарушения транспорта кислорода ведет к гипоксии.

2,3–дифосфоглицератный шунт

Кроме традиционного ПФШ, у гликолиза эритроцитов многих млекопитающих есть свой специфический шунт - 2,3–дифосфоглицератный.

В эритроцитах имеется дифосфоглицератмутаза, которая позволяет обходить в гликолизе фосфоглицераткиназную реакцию. Дифосфоглицератмутаза катализирует превращение 1,3–ФГК в 2,3–ФГК. Ее стимулирует дефицит кислорода. В условиях гипоксии до 20% глюкозы идет по этому пути. Образующаяся 2,3–ФГК встраивается в молекулу гемоглобина и аллостерически уменьшает его сродство к кислороду. Кривая диссоциации оксигемоглобина смещается вправо, что способствует переходу кислорода из оксигемоглобина в ткани.

Под действием 2,3–дифосфоглицератфосфатазы (принято считать, что этой активностью обладает фосфоглицератмутаза) 2,3–ФГК превращается в 3–ФГК, которая возвращается в реакции гликолиза.

При 2,3–дифосфоглицератном шунте в гликолизе не синтезируется АТФ, а свободная энергия 1,3–ФГК, рассеивается в форме теплоты. В этом может заключаться определённое преимущество, поскольку даже в тех случаях, когда потребности в АТФ минимальны, гликолиз может продолжаться.