Кровь- ткань, клетки которой циркулируют в замкнутой системе сосудов. Кровь и лимфа – сформировавшиеся эволюционно совершенные формы коммуникации. Они облегчают контакты с внешней средой и между тканями организма. Фундаментальная роль – поддержание гомеостаза. В медицинской практике кровь – важнейший объект для биохимических исследований.
Основные биохимические и физиологические функции крови:
1. дыхательная (транспорт О2 от легких к тканям, транспорт СО2)
2. питательная (транспорт поглощенных питательных, минеральных,
биологически активных веществ)
3. транспорт экзогенных метаболитов, регуляция метаболизма
- доставка конечных продуктов обмена веществ в почки, кожу, кишечник для
элиминации - поддержание в организме нормального кислотно-щелочного равновесия
6. обеспечение постоянства концентрации Н+ или постоянства рН, который
является основным фактором регуляции ферментативной активности
7. распределение тепловой энергии с целью поддержания нормальной
температуры тела
8. иммунная защита (лейкоциты и антитела).
Белки плазмы крови
Концентрация белков плазмы у взрослых людей – 57-81 г/л (СИ).
Белки плазмы – это сложная смесь, которая включает простые белки, а также
различные сложные конъюгированные молекулы (гликопротеины,
фосфопротеины).
Основными методами разделения смеси на индивидуальные белки являются использование растворителей электролитов. В результате удается выделить 3 основные группы белков плазмы:
- фибриноген
- альбумин
- глобулин
Наиболее простым и удобным методом разделения белков является электрофорез:
1. на бумаге удается получить 5 фракций
– альбумин
– α1-глобулин
– α2-глобулин
– β-глобулин
– γ-глобулин
2. в крахмальном геле и иммуноэлектрофорез позволяют разделить белки плазмы
на большее количество фракций (9-13)
Электрофоретический анализ белков представляет ценность при постановке диагноза-»планировка лечения. Например, при множественной миеломе резко повышается концентрация глобулинов класса А. При нефрозе снижается общий белок и альбумины, повышаются α1 и α2- глобулины. При циррозе печени уменшается общий белок и альбумины, увел. у-глобулины. При хроническом ревматоидном артрите увел. β- и у-глобулины.
Сывороточный альбумин
Синтезируется в печени и его единственная ППЦ состоит из 610 аминокислот и имеет 17 S-S связей. Это один из немногих белков плазмы, который не является гликопротеином. Имеет наименьшую молекулярную массу и наиболее подвижен при электрофорезе. Наиболее важной функцией является то, что этот белок вносит наиболее существенный вклад во внутрисосудистое осмотическое давление (75-80%). При гипоальбуминемии (заболевание печени и почек)—> отек мягких тканей.
Шок, как и отек, часто встречающийся клинический синдром. При травмах и после тяжелых операций капилляры становятся проницаемыми для белков плазмы, они выходят в межклеточное пространство —> много жидкости с
альбумином —> умен. объем крови, поступление ферритина из печени, -умен. АД, гипоксия. Выздоровление часто не наступает при введении жидкости -необратимый шок.
Кроме участия в поддержании осмотического давления альбумин является молекулой – переносчиком. Он транспортирует различные нерастворимые в воде вещества и необходим для нормального обмена жиров. Важна роль в переносе высших жирных кислот из печени в периферические ткани. При нарушении обмена – альбуминемии – умен.- концентрация альбумина, транспорт жирных кислот нарушен, а уровень ЛП увел., холестерина, фосфоглицерола. Альбумин связывает билирубин —> в печень. Концентрация Са2+ в плазме, стероидных гормонов и триптофана регулируется в определенной степени в результате их связывания с альбумином. Многие лекарства (пеницилин,аспирин) образуют прочные комплексы с альбумином.
Глобулины
Гетерогенная сложная смесь белков, нерастворимых в воде. По химической природе они гликопротеины.
α-глобулины
Наиболее изучены функции:
- ретинолсвязывающий белок (транспорт ретинола) образует эквимолярный
комплекс с преальбумином, который функционирует одновременно как Туг-
связывающий белок. Образование комплекса имеет биологический смысл-
предотвращение экскреции почками ретинолсвязывающего белка. - α2 – глобулин (церуллоплазмин): содержит 0.34% по массе меди. Для
связывания одно- и двухвалентной меди в молекуле имеется δ-участок. Будучи
медиатором транспорта меди поддерживает ее нормальный уровень в тканях
(печени).
Доказана ферроксидазная и полиаминооксидазная активность глобулина. У
больных с наследственной болезнью Вильсона уровень церуллоплазмина умен., при этом концентрация свободной меди увел. (особенно в печени и мозге)-»неврологические расстройства и поражения печени. Аналогично при хронических и острых отравлениях медью.
3. гаптоглобин составляет 1/4 всех α2 – глобулинов. Образует специфические
стабильные комплексы с гемоглобином (1:1). В организме такие комплексы могут
образоваться в результате внутрисосудистого гемолиза эритроцитов.
Биохимический смысл – высокая молекулярная масса, которая препятствует
экскреции белков с почками и защита самих почек от повреждения их
гемоглобином. Снижается концентрация гаптоглобина у больных с
гемолитической анемией.
β-глобулины
Фракция включает различные белки, в том числе липопротеины. Главный компонент – трансферрин, Мг=77500, ИЭТ=5.5. Этот белок составляет «3% от всех белков плазмы. Функция: связывание и транспорт Fe3+ в различные ткани (в РЭС). Может взаимодействовать с Си и Zn .Осуществляет регуляцию свободного железа в плазме, предотвращает избыточное накопление железа в тканях и потерю его с мочой. Может связывать 2Fe 3+ только в присутствии СО2. У
здоровых людей 1/3 трансферрина насыщена Fe3 +. При беременности, у больных с дефицитом железа – увел. концентрация трансферрина в плазме.
γ – глобулины
Иммуноглобулины, синтезированные Вл или плазмоцитами. Антитела с высокой специфичностью связываются с антигенными детерминантами других молекул. Все молекулы Ig состоят из двух идентичных легких цепей (L), Мг=23000 и двух тяжелых цепей (Н), Мг=53000-75000. У человека 5 основных классов иммуноглобулинов.
Обмен железа
- Fe входит в состав гемсодержащих белков (гемоглобин,миоглобин), а также
металл флавопротеинов, FeS – содержащих белков (в ЦПЭ), трансферрина и
ферритина. - источники Fe при биосинтезе перечисленных белков – это пищевые продукты и
вода, всасывается ~10% Fe пищи. Другой источник – это железо, которое
повторно используется из гемоглобина.
3. кислая среда желудка и присутствие в пище аскорбиновой кислоты
способствуют высвобождению железа из органических солей пищи.
4. поступление Fe из энтероцитов в кровь зависит от скорости синтеза в них белка
апоферритина, который улавливает Fe в клетках слизистой оболочки кишечника и
превращается в ферритин, он остается в энтероцитах.
Биологический смысл: это снижает поступление железа в капилляры из клеток кишечника. При недостатке железа в организме апоферритин практически не синтезируется, когда потребности в железе не велики скорость биосинтеза апоферритина повышается.
- фермент крови ферроксидаза или церуллоплазмин окисляет двухвалентное
железо, затем оно связывается с трансферрином, который транспортируется с
кровью. - трансферрин взаимодействует со специфическими рецепторами и поступает в
клетку. При снижении концентрации железа в клетках скорость синтеза
ферментов снижается и наоборот. - ферритин играет роль депо Fe в клетках печени, селезенке и костном мозге.
8. избыток железа аккумулируется в печени и других тканях в составе
гомосидерина – комплекса белков, полисахаридов и Fe3+, который плохо растворим в воде и содержит ~3% Fe.
Накопление гранул гомосидерина в ретикулоэндотелиоцитах печени и селезенки может привести к нарушению функций этих органов.
Особенности метаболизма эритроцитов
- В результате дифференцировки эритроциты теряют ядро, рибосомы,
митохондрии и эндоплазматический ретикулум. - очень важную роль в эритроцитах играет метаболизм глюкозы, который
представлен анаэробным гликолизом и реакциями ПФП - высокое содержание кислорода в эритроцитах вызывает повышение скорости
образования супероксидного аниона О2-, H2O, ОН- .
О образуется в ходе одноэлектронного окисления молекулярным кислородом восстановленного флавина, например в составе фермента ксантинДГ.
02- также образуется при одноэлектронном окислении О2 восстановленного компонента дыхательной цепи:
Е-Н2+ О2-> Е-Н + О2 + Н + Этот ионный радикал может восстанавливать окисленный цитохром с:
цитохром с (Fe )—»цитохром с (Fe )
Удаление супероксида может осуществляться специфическим ферментом суперокси дд исмутазой:
О2-+ О2-+ 2Н+ à H2O2
В этой реакции Од выступает одновременно как восстановитель и как окислитель. Биохимическое действие O2- в тканях обычно усиливается в результате инициирования цепной реакции образования свободных радикалов. Основная функция супероксиддисмутазы по всей вероятности является в зашите аэробных организмов от повреждающего действия O2- Постоянным источником образования активных форм О2 в эритроцитах является неферментативное окисление гемоглобина.
Hb(Fe2+)+ О2 à Hb(Fe2+ )+ О2-
Активные формы О2 оказывают повреждающее действие на мембраны эритроцитов и могут вызывать гемолиз.
Биохимические системы защиты от активных форм кислорода Гликолиз обеспечивает синтез АТФ и самое главное восстановленных НАДФН, которые являются коферментом метгемоглобинредуктазы. Супероксиддисмутаза
Полученная в результате этой реакции H2O2 под действием ферментов глутатионпероксидазы и катал азы превращается в H2O и O2. При этом донором водорода является восстановленный глутатион. Окисленный глутатион восстанавливается глутатионредуктазой, коферментом которой является НАДФН. Природные естественные антиоксиданты (токоферрол,аскорбиновая кислота) При генетическом дефекте глюкозо-6-фосфатДГ, а также при приеме некоторых лекарств, которые являются сильными окислителями, потенциал глутатионовой защиты может оказаться недостаточным, что приводит к увеличению в клетке активных форм O2, и соответственно окислению гемоглобина (SH-группы). Образование S-S связей между протомерами НЬ и метНЬ приводит к их агрегации и образованию телец Хайнца и вызывает разрушение эритроцитов. Кроме активных форм кислорода возникновение цепных реакций образования органических радикалов могут вызывать металлы с переменной валентностью. Инициация цепной реакции
R-COOH + Ме(n)> ROO~ + Me (n-1)-H+
В дальнейшем происходит развитие реакций с образованием смеси различных органических радикалов и перекисных соединений, которые способны повреждать ненасыщенные липиды ((3-каротин, ретинол).
Гемоглобин Формы гемоглобина:
1) дезоксигемоглобин (восстановленный) – это НЬ, не связанный с кислородом и содержащий гем с ферроионом (Fe2+)
2) оксигемоглобин – полностью оксигенированный НЬ (НЬОд,) содержит 4
молекулы О^на 1 молекулу НЬ
3) карбоксигемоглобин (НЬСО) связывает 4 молекулы СО
НЬ может связывать 4 молекулы NO – HbNO
Различные пероксиды, феррициониды, ионы азотистой и мышьяковистой кислот, хиноны могут окислять Fe до Fe f^- получают метНЬ, который не присоединяет ни О^, ни СО.
20 – 30% метгемоглобина – сильная интоксикация организма, > 60% -несовместимо с жизнью.
Конверсия метгемоглобина
Конверсия метНЬ in vivo может быть осуществлена гидросульфидом натрия, также рассматривается роль глутатионовой кислоты, восстановленных нуклеотидов и аскорбиновой кислоты.
Биомедицинское значение гемоглобина Установлена молекулярная основа ряда генетических заболеваний, например:
1) серповидно – клеточная анемия возникает в результате изменения свойств
поверхности (3 – субъединиц НЬ, в результате полимеризации дезоксиНЬ серой,
образуются спиральные фибриллярные структуры. При этом каждая молекула
гемоглобина контактирует с 4 соседними молекулами. Образование подобных
трубчатых волокон ответственно за повреждение содержащих их эритроцитов,
которые приобретают серповидную формую Становятся подвержены лизису в
момент прохождения ими щелей в синусоидах селезенки.
2) Талассемии. Возникают при снижении скорости синтеза а- или р-цепей. Это
приводит к развитию анемии, которая может иметь очень тяжелую форму.
Биосинтез тема и его регуляция
Гем – это простетическая группа гемоглобина, миоглобина, цитохрома, каталазы, пероксидазы. Синтезируется во всех клетках, но наиболее активно в печени и костном мозге.
Ключевой реакцией биосинтеза порфирина является образование аминолевулиновой кислоты, кофактор – пиридоксальфосфат. Активность фермента аминолевулинатсинтазы регулируется аллостерически и на уровне транскрипции гена фермента. Сам гем и гемоглобин являются аллостерическими ингибиторами и репрессорами синтеза этого фермента.
В результате трех последовательных реакций порфобилиноген преобразуется в протопорфирин 9, который в присутствии Feu и под действием фермента феррохелатаза переходит собственно в гем.
Анемии
Анемия – малокровие. Это состояние, при котором снижается содержание гемоглобина, а чаще и числа эритроцитов в единице объема крови, что приводит к снижению доставки кислорода к тканям (гипоксия). Считается, что у мужчин НЬ < 120, у женщин НЬ < 110 — гипоанемическое состояние.
Существует 2 группы анемий:
1 группа связана с нарушением гемоглобинообразования, продукции эритроцитов
и повышенным разрушением эритроцитов.
2 группа анемий возникает при кровопотерях.
Апластическая (гипопластическая) анемия возникает в результате угнетения костномозгового кроветворения (при действии физических, химических, лекарственных и других факторов на костный мозг)
Гемолитическая анемия – в результате укорочения жизни эритроцитов. Наиболее часто встречается наследственный сфероцитоз (дефект структуры мембран эритроцитов)
Мегалобластная (пернициозная) анемия, она же В и – дефицитная, бывшая злокачественная. Возникает в результате дефицита витамина В1г. . Причины дефицита: чаще атрофия слизистой оболочки желудка и нарушение всасывания витамина (связано с внутренним фактором Касла)
Железодефицитная – недостаточность поступления Fe с пищей, нарушение всасывания Fe после резекции желудка и кишечника, хронический энтерит. Чаще всего причиной является кровопотеря.
Пример: маточные кровотечения – при фибромиомах, ЖКТ кровотечения – при язвенной болезни, грыже пищеводного отверстия диафрагмы, геморрое.
Постгеморрагическая (острая) – возникает при острой массивной кровопотере (травмы, изъязвления кровеносных сосудов, например, маточные кровотечения, разрыв фаллопиевых труб, циррозы печени)