Особенностью химического состава эритроцитов является значительное содержание глутатиона, 2,3-дифосфоглицерата (2,3-ДФГ) и калия.Обмен веществ в зрелых безъядерных эритроцитах направлен на выполнением этими клетками функций переносчиков кислорода и посредников при транспорте СО2. Поэтому метаболизм в эритроцитах отличается от обмена веществ в других клетках. (Рис.4) В зрелых эритроцитах нет ядра, в связи с чем отсутствуют синтез ДНК, РНК, белка, гема, липидов, ферменты ЦТК. Эритроциты используют лишь такие метаболические пути углеводного обмена, как гликолиз и пентозофосфатный путь (ПФП). В связи с этим в эритроцитах отмечается большой расход глюкозы.Биологический смысл такого ограничения метаболических путей заключается в том, чтобы транспортируемый к тканям кислород не утилизировался эритроцитами, а доставался бы тканям. Установлено, что в эритроцитах утилизируется лишь 0,05% кислорода. В эритроцитах по пути гликолиза расходуется 90% глюкозы, по пентозофосфатному пути - 10%.

Гликолиз в эритроцитах

Основным энергетическим субстратом эритроцита является глюкоза, которая поступает из плазмы крови путём облегчённой диффузии. Около 90% используемой эритроцитом глюкозы подвергается гликолизу(анаэробному окислению) с образованием конечного продукта - молочной кислоты (лактата). Функции, которые выполняет гликолиз в зрелых эритроцитах: эритроцит гемоглобин кислород метаболизм

• 1) в реакциях гликолиза образуется АТФпутём субстратного фосфорилирования. Основное направление использования АТФ в эритроцитах - обеспечение работы Na+,K+-АТФазы. Этот фермент осуществляет транспорт ионов Nа+ из эритроцитов в плазму крови, препятствует накоплению Na+ в эритроцитах и способствует сохранению геометрической формы этих клеток крови (двояковогнутый диск).
• 2) в реакции дегидрирования глицеральдегид-3-фосфата в гликолизе образуется НАДН, который является:
  • - кофактором метгемоглобинредуктазы - фермента, катализирующего переход метгемоглобина в гемоглобин по следующей схеме:

Эта реакция препятствует накоплению метгемоглобина в эритроцитах.

• - кофактором ЛДГ (лактатдегидрогеназы); -поставщиком протонов для супероксиддисмутазной реакции.
• 3) метаболит гликолиза 1,3-дифосфоглицерат способен при участии фермента дифосфоглицератмутазы в присутствии 3-фосфоглицерата превращаться в 2,3-дифосфоглицерат.(Рис.3.)На этот процесс расходуется 20-25% глюкозы.

Это соединение выполняет ряд важных биохимических и физиологических функций, а именно:

• - Является основным фосфорсодержащим соединением и служит важным анионом, который действует как буферный агент;
• - Является резервом энергии при состояниях, когда запасы креатинфосфата и гликогена отсутствуют; - 2,3-ДФГ - активная отрицательно заряженная молекула. В эритроцитах периферической крови образует солевую связь с Hb, уменьшает его сродство к кислороду, что обеспечивает переход кислорода в клетки тканей. В капиллярах легких Hb освобождается от 2,3-ДФГ и приобретает способность акцептировать кислород.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

хорошую работу на сайт">

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Метаболизм эритроцитов

Введение

1. Особенности дифференцировки и строения эритроцитов

1.1 Общая характеристика эритроцитов

1.3 Особенности дифференцировки эритроцитов

1.4 Особенности строения эритроцитов

2. Метаболизм эритроцитов

2.1 Особенности обмена веществ в эритроцитах

2.2 Гликолиз в эритроцитах

2.3 Пентозофосфатный цикл в эритроцитах

2.4 Образование и обезвреживание активных форм кислорода в эритроцитах

3. Роль эритроцитов в газообмене

3.1 Гемоглобин

3.2 Синтез гемоглобина

3.3 Механизм участия гемоглобина в транспорте кислорода

3.4 Механизмы транспорта диоксида углерода от тканей в легкие

3.5 Карбоксигемоглабин

4.Нарушение метаболизма в эритроцитах

4.1 Энзимопатии

4.2 Гемоглобинопатии

4.3 Талассемии

4.4 Наследственный сфероцитоз

4.5 Мегалобластная (макроцитарная) анемия

Список литературы

Введение

Кровообращение

Кровообращение - это движение крови в кровеносной системе, обеспечивающей обмен веществ между всеми тканями организма и внешней средой и поддерживающую постоянство внутренней среды - гомеостаз. Система кровообращения доставляет тканям кислород, воду, белки, углеводы, жиры, минеральные вещества, витамины и удаляет из тканей углекислый газ и другие вредные продукты обмена, образующиеся в процессе жизнедеятельности; обеспечивает теплорегуляцию и гуморальную регуляции в организме, является важным фактором иммунитета.

Кровь - жидкая соединительная ткань, участвует в обеспечении непрерывной связи между органами и системами организма, обмене продуктами жизнедеятельности организма с окружающей средой. Кровь содержит жидкое вещество - плазму и форменные элементы - клетки крови (эритроциты, лейкоциты и тромбоциты). Количество крови в организме человека составляет 4,5-5 л (1 / 13масы тела). В норме относительная плотность крови 1,050-1,064, плазмы -1,024-1,030, клеток - 1,080-1,097. Кровь имеет значительную вязкостью благодаря высокому содержанию белка и эритроцитов. Вязкость крови в 4-5 раз выше вязкости води.Важный физико-химический показатель - осмотическое давление плазмы крови. Оно определяется осмотического концентрацией, то есть суммой всех частиц, находящихся в единице объема.

Кровь поступает во все части организма и выполняет следующие важные функции:

1) транспортную - перенос различных веществ между органами и тканями (кислорода, оксида углерода, питательных веществ, медиаторов, ферментов, электролитов, конечных продуктов обмена, гормонов и др.). Эти вещества транспортируются в свободном состоянии или в комплексе с белками;

2) питательную - кровь обеспечивает транспорт питательных веществ (углеводов, липидов, аминокислот и др.) к тканям;

3) экскреторную - эта функция тесно связана с транспортной функцией; кровь обеспечивает выведение из тканей и органов конечных продуктов метаболизма (мочевины, мочевой кислоты, аммиака и т.п.);

4) дыхательную - эта функция тоже связана с транспортной функцией; кровь обеспечивает транспорт О2 и СО2 между тканями и легкими;

5) регуляторную - кровь участвует в регуляции кислотно-основного состояния организма, содержит гормоны и белки, которые участвуют в процессах координации биохимических и физиологических процессов в организме;

6) защитную - кровь содержит компоненты (лейкоциты, имуноглобулин), которые защищают организм от чужеродных агентов; система коагуляции защищает организм от потери крови;

7) терморегуляторную - кровь участвует в перераспределении тепла во всем организме.

Формленние элементы крови

Кровь состоит из плазмы и взвешенных в ней форменных элементов.К последним относятся эритроциты, лейкоциты и тромбоцити. На долю плазмы приходится около 55% от объема крови. Эритроциты составляют основную массу форменных элементов - 44% от общего объема крови, в то время как на долю других клеток приходится лишь около 1%.

Лейкоциты - белые кровяные тельца, которые не имеют постоянной формы, они содержат ядро??и способны к амебоидному движению, их размеры от 8 до 20 мкм. Они могут проникать через стенки сосудов и передвигаться между клетками. Существуют несколько видов лейкоцитов, которые отличаются размерами, наличием или отсутствием зернистости, формой ядра. Нейтрофилы, базофилы, эозинофилы относятся к зернистых лейкоцитов лимфоциты и моноциты - к незернистых. Лейкоциты образуются в красном костном мозге, селезенке, лимфатических узлах, разрушаются в селезенке, очагах воспаления. Продолжительность их жизни 2-4 дня. Основная функция лейкоцитов - защита организма от микроорганизмов, чужеродных белков, инородных тел - осуществляется благодаря их способности к фагоцитозу. Разновидность белых клеток крови - лимфоциты способны образовывать антитела в ответ на проникновение в организм возбудителей заболеваний. Лейкоциты также способны уничтожать отмершие клетки организма.

Тромбоцити- безъядерные кровяные пластинки округлой или овальной формы диаметром 2-5 мкм. Образуются в красном костном мозге, разрушаются в селезинци.Продолжительность их жизни 8-11 дней. В кровяных пластинках выявляются специфические гранулы, содержащие серотонин и вещества, участвующие в свертывании крови, а также митохондрии, микротрубочки (которые обуславливают, как полагают, подвижность пластинок), гранулы гликогена, иногда рибосомы. Функция тромбоцитов - участие в свертывании крови.

Эритроциты- красные кровяные тельца.Об особенностях строения и метаболизма этих клеток крови подробнее будет рассказано далее.

1 . Особенности дифференцировки и строения эритроцитов

1 .1 О бщая характеристика эритроцитов

Эритроциты- это красные кровяные тельца. Они определяют цвет крови; - это высокоспециализированные клетки, которые переносят кислород от лёгких к тканям и диоксид углерода, образующийся при метаболизме, из тканей к альвеолам лёгких. Транспорт О2 и СО2 в этих клетках осуществляет гемоглобин, составляющий 95% их сухого остатка. Организм взрослого человека содержит около 25Ч1012 эритроцитов, при этом каждые сутки обновляется примерно 1% этого количества клеток, т.е. в течение одной секунды в кровоток поступает около 2 млн эритроцитов. Эритроциты образуются в красном костном мозге. Средняя продолжительность жизни эритроцитов - 120 дней, затем они разрушаются в печени и селезенке, где гемоглобин после отщепления железа образует желчные пигменты. В эритроцитах содержится специфический пигмент крови - гемоглобин, который является белком, связанным с атомом железа. В норме в крови содержится 13,0-16,0 г% гемоглобина. Концентрация гемоглобина в крови зависит от общего количества эритроцитов и содержания в каждом из них гемоглобина.

1 .2 Особенности дифференцировки эритроцитов

Дифференцировка стволовых клеток в специализированные происходит в клетках костного мозга и заканчивается в кровотоке (Рис.1). Эритроциты, так же как и другие клетки крови, образуются из плюрипотентных стволовых клеток костного мозга. Размножение и превращение начальной клетки эритроидного ряда в унипотентную стимулирует ростовой фактор интерлейкин-3. Интерлейкин-3 синтезируется Т-лимфоцитами, а также клетками костного мозга. Это низкомолекулярный белок группы цитокинов - регуляторов роста и дифференцировки клеток.Дальнейшую пролиферацию и дифференцировку унипотентной клетки эритроидного ряда регулирует синтезирующийся в почках гормон эритропоэтин. Скорость образования эритропоэтина в почках зависит от парциального давления кислорода. В процессе дифференцировки на стадии эритробласта происходят интенсивный синтез гемоглобина, конденсация хроматина, уменьшение размера ядра и его удаление. Образующийся ретикулоцит ещё содержит глобиновую мРНК и активно синтезирует гемоглобин. Циркулирующие в крови ретикулоциты лишаются рибосом, эндоплазматической сети, митохондрий и в течение двух суток превращаются в эритроциты. Стволовая клетка превращается в эритроцит за две недели. Эритроциты не содержат ядра и поэтому не способны к самовоспроизведению и репарации возникающих в них повреждений. Эти клетки циркулируют в крови около 120 дней и потом разрушаются макрофагами в печени, селезёнке и костном мозге.

Рис.1 . Схема дифференцировки стволовых клеток костного мозга в зрелые эритроциты.

1 .3 Особенности строения эритроцитов

Эритроциты - единственные клетки, которые имеют только клеточную мембрану и цитоплазму. Особенности строения эритроцитов соответствуют их функциям: большая площадь поверхности обеспечивает эффективность газообмена, эластичная клеточная мембрана облегчает движение по узким капиллярам, специальная ферментативная система защищает эти клетки от активных форм кислорода.В отличие от большинства клеток организма, у эритроцита отсутствуют клеточное ядро, рибосомы и митохондрии. Эритроциты имеют вид двояковгнутого диска диаметром 7-8 мкм и толщиной 1-мкм. Двояковогнутая форма эритроцитов имеет большую площадь поверхности по сравнению с клетками сферической формы такого же размера. Это облегчает газообмен между клеткой и внеклеточной средой. Кроме того, такая форма, а также особенности строения мембраны и цитоскелета обеспечивают большую пластичность эритроцитов при прохождении ими мелких капилляров.

Важную роль в сохранении формы и способности к обратимой деформации эритроцитов играют липиды и белки плазматической мембраны.Липиды бислоя плазматической мембраны эритроцитов, как и плазматические мембраны других клеток, содержат глицерофосфолипиды, сфингофосфолипиды, гликолипиды и холестерол. Около 60% массы мембранных белков приходится на спектрин, гликофорин и белок полосы 3 .Интегральный гликопротеин гликофорин присутствует только в плазматической мембране эритроцитов.

· Спектрин - периферический мембранный белок, нековалентно связанный с цитоплазматической поверхностью липидного бислоя мембраны. Он представляет собой длинную, тонкую, гибкую фибриллу и является основным белком цитоскелета эритроцитов. Спектрин состоит из б- и в-полипептидных цепей, имеющих доменное строение; б- и в-цепи димера расположены антипараллельно, перекручены друг с другом и нековалентно взаимодействуют во многих точках. (рис.2(А))

· Анкарин.Спектрин может прикрепляться к мембране и с помощью белка анкирина. Этот крупный белок соединяется с в-цепью спектрина и цитоплазматическим доменом интегрального белка мембраны - белка полосы 3.Анкирин не только фиксирует спектрин на мембране, но и уменьшает скорость диффузии белка полосы 3 в липидном слое. Таким образом, на цитоплазматической поверхности эритроцитов образуется гибкая сетевидная структура, которая обеспечивает сохранение их формы при прохождении через узкие капилляры сосудов.

· Интегральный белок полосы 3 - белок-переносчик ионов С1- и НСО3- через плазматическую мембрану эритроцитов по механизму пассивного антипорта.

· Мембранный фермент Nа+, К+-АТФ-аза обеспечивает поддержание градиента концентраций Na+ и К+ по обе стороны мембраны. При снижении активности Na+, К+-АТФ-азы концентрация Na+ в клетке повышается, так как небольшие ионы могут проходить через мембрану простой диффузией. Это приводит к увеличению осмотического давления, увеличению поступления воды в эритроцит и к его гибели в результате разрушения клеточной мембраны - гемолизу.

· Са2+-АТФ-аза - ещё один мембранный фермент, осуществляющий выведение из эритроцитов ионов кальция и поддерживающий градиент концентрации этого иона по обе стороны мембраны.

Как мы можем наблюдать на рис.2 каждый димер спектрина состоит из двух антипараллельных, нековалентносвязанных между собой б- и в-полипептидных цепей (А). Белок полосы 4.1 образует со спетрином и актином "узловой комплекс", который посредством белка полосы 4.1 связывается с цитоплазматическим доменом гликофорина. Анкирин соединяет спектрин с основным интегральным белком плазматической мембраны - белком полосы 3 (Б). На цитоплазматической поверхности мембраны эритроцита имеется гибкая сетеобразная структура, состоящая из белков и обеспечивающая пластичность эритроцита при прохождении им через мелкие капилляры (В).

Рис.2. Строение спектрина (А), околомембранного белкового комплекса (Б) и цитоскелета эритроцитов (В).

2 . Метаболизм эритроцитов

2 .1 Особенности обмена веществ в эритроцитах

Особенностью химического состава эритроцитов является значительное содержание глутатиона, 2,3-дифосфоглицерата (2,3-ДФГ) и калия.Обмен веществ в зрелых безъядерных эритроцитах направлен на выполнением этими клетками функций переносчиков кислорода и посредников при транспорте СО2. Поэтому метаболизм в эритроцитах отличается от обмена веществ в других клетках. (Рис.4) В зрелых эритроцитах нет ядра, в связи с чем отсутствуют синтез ДНК, РНК, белка, гема, липидов, ферменты ЦТК. Эритроциты используют лишь такие метаболические пути углеводного обмена, как гликолиз и пентозофосфатный путь (ПФП). В связи с этим в эритроцитах отмечается большой расход глюкозы.Биологический смысл такого ограничения метаболических путей заключается в том, чтобы транспортируемый к тканям кислород не утилизировался эритроцитами, а доставался бы тканям. Установлено, что в эритроцитах утилизируется лишь 0,05% кислорода. В эритроцитах по пути гликолиза расходуется 90% глюкозы, по пентозофосфатному пути - 10%.

2 .2 Гликолиз в эритроцитах

Основным энергетическим субстратом эритроцита является глюкоза, которая поступает из плазмы крови путём облегчённой диффузии. Около 90% используемой эритроцитом глюкозы подвергается гликолизу(анаэробному окислению) с образованием конечного продукта - молочной кислоты (лактата). Функции, которые выполняет гликолиз в зрелых эритроцитах: эритроцит гемоглобин кислород метаболизм

1) в реакциях гликолиза образуется АТФпутём субстратного фосфорилирования. Основное направление использования АТФ в эритроцитах - обеспечение работы Na+,K+-АТФазы. Этот фермент осуществляет транспорт ионов Nа+ из эритроцитов в плазму крови, препятствует накоплению Na+ в эритроцитах и способствует сохранению геометрической формы этих клеток крови (двояковогнутый диск).

2) в реакции дегидрирования глицеральдегид-3-фосфата в гликолизе образуется НАДН, который является:

Кофактором метгемоглобинредуктазы - фермента, катализирующего переход метгемоглобина в гемоглобин по следующей схеме:

Эта реакция препятствует накоплению метгемоглобина в эритроцитах.

Кофактором ЛДГ (лактатдегидрогеназы); -поставщиком протонов для супероксиддисмутазной реакции.

3) метаболит гликолиза 1,3-дифосфоглицерат способен при участии фермента дифосфоглицератмутазы в присутствии 3-фосфоглицерата превращаться в 2,3-дифосфоглицерат.(Рис.3.)На этот процесс расходуется 20-25% глюкозы.

Это соединение выполняет ряд важных биохимических и физиологических функций, а именно:

Является основным фосфорсодержащим соединением и служит важным анионом, который действует как буферный агент;

Является резервом энергии при состояниях, когда запасы креатинфосфата и гликогена отсутствуют; - 2,3-ДФГ - активная отрицательно заряженная молекула. В эритроцитах периферической крови образует солевую связь с Hb, уменьшает его сродство к кислороду, что обеспечивает переход кислорода в клетки тканей. В капиллярах легких Hb освобождается от 2,3-ДФГ и приобретает способность акцептировать кислород.

Рис. 3. Метаболизм 2,3-бисфосфоглицерата в эритроцитах.

2 .3 Пентозофосфатный цикл в эритроцитах

Приблизительно 10% глюкозы, потребляемой эритроцитом, используется в пентозофосфатном пути окисления. Реакции этого пути служат основным источником НАДФН для эритроцита.

Генерация восстановленного кофактора НАДФН2, который используется в эритроцитах для восстановления глутатиона при участии глутати-онредуктазы, поставляет протоны для супероксидодисмутазной реакции, используется мет-Hb-редуктазой для восстановления мет-Hb в Hb.

Промежуточный продукт ПФП - 3-ФГА (3-фосфоглицериновый альдегид) используется в процессе гликолиза, в том числе и для синтеза 2,3-ДФГ.

Дефицит ключевого фермента пентозофосфатного пути - глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы - сопровождается уменьшением в эритроцитах отношения НАДФН/НАДФ+, увеличением содержания окисленной формы глутатиона и снижением резиcтентности клеток (гемолитическая анемия).

2 .4 Образование и обезвреживание активных форм кислорода в эритроцитах

Большое содержание кислорода в эритроцитах определяет высокую скорость образования супероксидного анион-радикала O 2 - , пероксида водорода Н 2 О 2 и гидроксил-радикала ОН".Эти формы кислорода обладают высокой реакционной способностью, могут оказывать повреждающее действие на белки и липиды биологических мембран, вызывать разрушение клеток. Поэтому эритроциты, постоянно взаимодействующие с кислородом, содержат эффективные антиоксидантные системы, способные обезвреживать активные метаболиты кислорода.

1)Образование активных форм кислорода

Постоянным источником активных форм кислорода в эритроцитах является неферментативное окисление гемоглобина в метгемоглобин:

2) Обезвреживание активных форм кислорода

Глутатион - это важный антиоксидант эритроцитов, который необходим для восстановления метгемоглобина до гемоглобина. Эритроциты также содержат другие ферменты, которые обеспечивают обезвреживание свободных радикалов и ликвидируют последствия повреждений (супероксиддисмутаза, каталаза, селен-содержащий фермент глутатионпероксидаза).

· трипептид глутатион, образующийся в эритроцитах в результате взаимодействия г-глутамилцистеина и глицина:

· Восстановленная форма глутатиона (сокращённое обозначение Г-SH) участвует в реакциях обезвреживания пероксида водорода и органических пероксидов (R-O-OH). При этом образуются вода и окисленный глутатион (сокращённое обозначение Г-S-S-Г).

· Превращение окисленного глутатиона в восстановленный катализирует фермент глутатионредуктаза. Источник водорода - НАДФН (из пентозофосфатного пути):

· В эритроцитах имеются также ферменты супероксиддисмутаза и каталаза, осуществляющие следующие превращения:

3)Механизм образование и обезвреживание активных форм кислорода.

1.Спонтанное окисление Fe 2+ в теме гемоглобина - источник супероксидного аниона в эритроцитах;

2.Супероксиддисмутаза превращает супероксидный анион в пероксид водорода и воду:

О 2 - + О 2 - + 2Н + > Н 2 О 2 + О 2 ;

3.Пероксид водорода расщепляется каталазой:

2 Н 2 О 2 > 2 Н 2 О + О 2

или глутатионпероксидазой:

2 GSH + Н 2 О 2 > GSSG +2 Н 2 О;

4.Глутатионредуктаза восстанавливает окисленный глутатион:

GSSG + NADPH + Н + > 2GSH + NADP + ;

5. NADPH, необходимый для восстановления глутатиона, образуется на окислительном этапе пентозофосфатного пути превращения глюкозы;

6 .NADH, необходимый для восстановления гемоглобина метгемоглобинредуктазной системой, образуется в глицеральдегидфосфатдегидрогеназной реакции гликолиза.

Рис.4.Общая схема метаболизма в эритроците.

3 . Роль эритроцитов в газообмене

3 .1 Гемоглобин

Дыхательная функция эритроцитов осуществляется за счет гемопротеина гемоглобина - белка с четвертичной структурой, состоящий из четырех субъединиц(протомеров), каждый из которых содержит полипептидную цепь, связанную с гемом через остаток гистидина. В крови взрослого человека основным типом гемоглобина (до 96% всего гемоглобина эритроцитов) является форма, содержащая две б- и две в-цепи, состоящие, соответственно, с 141 и 146 аминокислотных остатков. Условная формула такого гемоглобина взрослых обозначается HbA1 = б2 в2. Кроме этой формы,в крови содержится до 2% гемоглобина A2, формула которого HbA2 = б2д2, и 2-3% эмбрионального или фетального гемоглобина HbF = б2 г2.

Итак,мы выяснили, что молекула гемоглобина построена из 4 субъединиц (полипептидных цепей), каждая из которых связана с гемом.

Следовательно, молекула гемоглобина имеет 4 гема, к которым может присоединяться кислород, при этом гемоглобин переходит в оксигемоглобин. Гемоглобин человека содержит 0,335% железа. Каждый грамм-атом железа (55,84 г) в составе гемоглобина при полном насыщении кислородом связывает 1 грамм-молекулу кислорода (22400 мл).

3 .2 Синтез гемоглобина

В клетках-предшественниках эритроцитов (эритробластах и ретикулоцитах) все компоненты Hb - альфа-цепи,бета-цепи и гем - синтезируются в сбалансированных количествах. Субстратами для синтеза порфиринового цикла гема является глицин и сукцинил-КоА. При их взаимодействии образуется д-аминолевулиновая кислота (Рис.5) . Активность д-аминолевулинатсинтазы, которая катализирует эту реакцию, тормозится гемом гемоглобина и другими гемопротеинами. Две молекулы аминолевулиновой кислоты конденсируются под действием д-аминолевулинатдегидротазы с образованием порфобилиногена, который содержит пирольное кольцо.Активнисть фермента также тормозится по принципу обратной связи гемом и гемопротеинами. Далее четыре молукулы порфобилиногена конденсируются с образованием линейной тетрапильного соединения,которое переходит в циклический уропорфириноген. Последний через копропорфириноген превращается в протопорфирин IX. На последней стадии фермент ферохелатаза включает железо в порфирин и образуется гем. Синтез полипептидных цепей глобина происходит только при наличии гема, который сразу же связывается с белком.

Рис.5.Общая схема синтеза гемоглобина.

3 .3 Механизм участия гемоглобина в транспорте кислорода

Благодаря способности присоединять молекулу О2 при его высоком парциальном давлению и отдавать - при низком, молекула гемоглобина выполняет свою основную физиологическую функцию транспортера кислорода, присоединяя его в капиллярах альвеол легких и отдавая тканям в венозных капиллярах. Кривая связывания гемоглобином кислорода и,соответственно, диссоциации оксигемоглобина, имеет S-образную форму, что свидетельствует о кооперативный характер процесса. Присоединение молекулы О2 к первой субъединицы гемоглобина вследствие конформационных изменений,которые происходят, повышает способность гемопротеина к взаимодействию с последующими тремя молекулами кислорода. Таким образом, сродство гемоглобина к четвертой молекулы кислорода почти в 300 раз выше, чем в первой.

Рис.6.Зависимость степени оксигенации (% от максимальной) от парциального давления О2 для гемоглобина (II) и миоглобина (I) - кислародсвязывающего белка мышц, не имеющего кооперативных свойств. Степень оксигенации гемоглобина (образование HbO2) зависит от следующих факторов:

Парциального давления кислорода; - Значение pH; - Концентрации диоксида углерода; - Концентрации 2,3-дифосфоглицерата;

S-образная кинетика зависимости степени образования HbO2 от парциального давления кислорода и (соответственно) его концентрации в крови была рассмотрена выше(Рис.6). Отметим также, что высвобождению кислорода из оксигемоглобина в периферических тканях в значительной мере способствует градиент его парциального давления в направлении альвеолы(100 мм рт. Ст.)> Артериальная кровь (90 мм рт. Ст.)> Венозная кровь(40 мм рт. Ст.)> Митохондрии клеток (0-5 мм рт. Ст.).

Связывания гемоглобином ионов H + и СО2 уменьшает способность гема к взаимодействию с кислородом, то есть активность образования HbO2. Это негативное влияние уменьшения pH и увеличение концентрации диоксида углерода на образование оксигемоглобина называется эффектом Бора. Важной биохимической функцией 2,3-дифосфоглицерата является его способность уменьшать сродство гемоглобина к кислороду.Этот метаболит связывается с молекулой гемоглобина в деоксигеновой форме (Hb), противодействуя его взаимодействия с O2, то есть образованию HbO2. Таким образом, наличие в эритроцитах значительного количества 2,3-дифосфоглицерата является важным регуляторным фактором, способствующим высвобождению кислорода с HbO2 в тканевой области кровообращения.

3 .4 Механизмы транспорта диоксида углерода от тканей в легкие

Кроме транспорта молекул О2 от легких к капиллярам периферических тканей,гемоглобин играет также существенную роль в переносе от тканей к легким СО2,который образуется в клетках в реакциях декарбоксилирования. Диоксид углерода, поступающий в кровь через стенки тканевых капилляров, частично непосредственно растворяется в плазме, но большая его часть образует бикарбонаты, которые с током крови поступают в легкие. Поскольку гемоглобин имеет свойства кислоты (HHb),к тому же его кислотные свойства растут приоксигенации (HHbO2), он способен взаимодействовать с бикарбонатами (KHCO3) с образованием угольной кислоты (H2CO3),что и происходит в легочных капиллярах; дальнейшая диссоциация угольной кислоты приводит к образованию свободного диоксида углерода, который выделяется из легких в процессе внешнего дыхания.Процессы, лежащие в основе способности гемоглобина участвовать в транспорте СО2, описываются такими уравнениями реакций:

1.В легочных капиллярах. Оксигенация гемоглобина, увеличивает его кислотные свойства (то есть степень диссоциации кислотных групп его белковой части):

Взаимодействие кислотной формы гемоглобина с бикарбонатом калия, поступающего внутрь эритроцита из плазмы крови:

HHbO2 + KHCO3>KHbO2 + H2CO3

Расщепление угольной кислоты, которая образовалась под действием фермента карбоангидразы:

H2CO3 >H2O + CO2

2. В капиллярах периферических тканей. Отщепление кислорода от калиевой соли оксигемоглобина:

Образование внутри эритроцитов угольной кислоты из диоксида углерода, генерируется за счет процессов декарбоксилирования:

Образование в эритроцитах бикарбоната при взаимодействии угольной кислоты с калиевой солью гемоглобина:

KHb + H2CO3 >HHb + KHCO3

Бикарбонат (HCO3 -), образовавшийся в этой реакции, поступает от эритроцита в плазму крови (за счет ионного обмена с анионом Cl-) и транспортируется в легкие.

Поступающий из тканей в эритроциты СО2 под действием фермента карбоангидразы превращается в слабую угольную кислоту, которая распадается на Н+ и НСО3-. Образующиеся при этом протоны присоединяются к гемоглобину, уменьшая его сродство к О2, а бикарбонаты с помощью белка полосы 3 обмениваются на Cl- и выходят в плазму крови.

Н2О + СО2 > Н2СО3 > Н+ + НСО3- > обмен на Сl- .

В лёгких увеличение парциального давления кислорода и взаимодействие его с гемоглобином приводят к вытеснению протонов из гемоглобина, обмену внутриклеточного Сl- на НСО3- через белок полосы 3, образованию угольной кислоты и её разрушению на СО2 и Н2О.

3 .5 Карбоксигемоглабин

Вместо кислорода к гемоглобину может присоединиться оксид углерода (II) с образованием карбоксигемоглобину(HbCO).Сродство гемоглобина человека с СО более чем в 200 раз превышает cродство с О2 .Токсичное действие на организм проявляют даже небольшие концентрации в воздухе оксида углерода, когда часть гемовых групп гемоглабина связана с СО, а часть - с О2.Такие молекулы гемоглабина удерживают кислород крепче, чем гемоглобин, с которым связано 4 молекулы кисларода.Таким образом, при отравлении СО гипоксия обусловлена??не только блокированием части гемов гемоглобина, но и нарушением процесса дезоксигенации гемов, с которыми связаны молекулы О2.

4 . Hарушения метаболизма эритроцитов

В процессе созревания эритроциты теряют не только митохондрии, но и ядро и рибосомы, поэтому синтез белка в этих клетках не происходит, и эритроциты не способны восстанавливать белки. Этот факт является решающим при наличии мутаций, следствием которых является энзимопатии, гемоглобинопатии,талассемии и т.д

4 .1 Энзимопатии, обус ловливающие гемолиз эритроцитов

Самой распространенной энзимопатии пентозофосфатного пути является дефицит глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. Во всем мире этим заболеванием страдают примерно 200 млн человек. У людей обнаружено около 3000 генетических дефектов глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. Этот фермент катализирует скорость-лимитирующую реакцию пентозофосфатного пути окисления глюкозы, которая обеспечивает образование NADPH + Н + . Как известно, от количества NADP + Н + зависит активность глутатионредуктазы и глутатионпероксидазы - ферментов, разрушающих пероксид водорода. Не менее 100 млн человек, у которых активность этого фермента снижена, являются носителями дефектных генов глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. При приёме некоторых лекарств, являющихся сильными окислителями (антималярийного препарата примахина, сульфаниламидов), у пациентов, имеющих генетические дефекты глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы или глутатионредуктазы, глутатионовой защиты может оказаться недостаточно. Активные формы кислорода вызывают образование гидроперекисей ненасыщенных жирных кислот фосфолипидов, входящих в состав клеточных мембран, их разрушение и гемолиз эритроцитов.

Генетический дефект любого фермента гликолиза приводит к уменьшению образования АТФ и NADH + Н + в этих клетках. Вследствие снижения скорости синтеза АТФ падает активность Nа + , К + -АТФ-азы, повышается осмотическое давление и возникает осмотический шок. Дефицит NADH + H + приводит к накоплению метгемоглобина и увеличению образования активных форм кислорода, вызывающих окисление SH-групп в молекулах гемоглобина. Молекулы метгемоглобина образуют дисульфидные связи между протомерами и агрегируют с образованием телец Хайнца.

Рис.7. Схема образования тел ец Хайнца-агрегация гемоглобина

4 .2 Гемоглобинопатии

Серповидноклеточная анемия - тяжёлое наследственное заболевание, обусловленное точечной мутацией гена, кодирующего структуру в-цепи гемоглобина.В результате в эритроцитах больных присутствует HbS, в-цепи которого в шестом положении вместо гидрофильной глутаминовой кислоты содержат гидрофобную аминокислоту валин. Появление гидрофобной аминокислоты недалеко от начала молекулы способствует возникновению нового центра связывания, поэтому при низком парциальном давлении кислорода тетрамеры дезокси-HbS ассоциируют, образуя длинные микротрубчатые образования, которые полимеризуются внутри эритроцитов. Полимеризация приводит к нарушению структуры эритроцитов, они приобретают серповидную форму и легко разрушаются. При этом заболевании отмечают анемию, прогрессирующую слабость, отставание в развитии и желтуху.

4 .3 Талассемии

Это наследственные заболевания,обусловленные отсутствием или снижением скорости синтеза б-или в-цепей гемоглобина.В результате несбалансирован-ного образования глобиновых цепей образуются тетрамеры гемоглобина, состоящие из одинаковых протомеров. Это приводит к нарушению основной функции гемоглобина - транспорту кислорода к тканям. Нарушение эритропоэза и ускоренный гемолиз эритроцитов и клеток-предшественников при талассемиях приводит к анемии.

· При в-талассемии не синтезируются в-цепи гемоглобина. Это вызывает образование нестабильных тетрамеров, содержащих только б-цепи. При этом заболевании в костном мозге из-за преципитации нестабильных б-цепей усиливается разрушение эритробластов, а ускорение разрушения эритроцитов в циркулирующей крови приводит к внутрисосудистому гемолизу.

· В случае б-талассемии недостаток образования б-глобиновых цепей приводит к нарушению образования HbF у плода. Избыточные г-цепи образуют тетрамеры, называемые гемоглобином Барта. Этот гемоглобин при физиологических условиях имеет повышенное сродство к кислороду и не проявляет кооперативных взаимодействий между протомерами. В результате гемоглобин Барта не обеспечивает развивающийся плод необходимым количеством кислорода, что приводит к тяжёлой гипоксии.

4 .4 Н аследственный сфероцитоз

Причиной этой патологии чаще всего является дефект белков цитоскелета эритроцитов - спектрина или анкирина, которые обеспечивают поддержание двояковогнутой формы клетки и эластичности мембраны. Эритроциты приобретают шарообразную форму, что приводит к уменьшению площади их поверхности и снижению скорости газообмена. Потеря эластичности клеточной мембраны приводит к повышению хрупкости и травматичности клеток и, как следствие, к ускорению их разрушения в сосудистом русле и селезёнке. Заболевание сопровождается анемией и желтухой.

4 .5 Мегалобластная (макроцитарная) анемия

Развивается при дефиците фолиевой кислоты или витамина В 12 . Фолиевая кислота в виде кофермента (Н 4 -фолата) участвует в синтезе нуклеотидов. Недостаток фолиевой кислоты приводит к снижению скорости синтеза ДНК в быстроделящихся клетках, и в первую очередь в предшественниках эритроцитов. Клетки дольше пребывают в интерфазе, синтезируя гемоглобин, и становятся крупнее. Кроме того, из-за недостатка нуклеотидов они реже делятся, и количество эритроцитов снижается, а крупные мегалобласты быстрее разрушаются. Всё это в конечном итоге приводит к развитию анемии. Аналогичная симптоматика развивается при недостатке в организме витамина В 12 . Недостаточность витамина В 12 приводит к накоплению N 5 -метил Н 4 -фолата в клетках. Дефицит Н 4 -фолата приводит к нарушению деления клеток и развитию анемии.

Вывод

В этой работе мы рассмотрели особенности строения и метаболизма красных кровяных телец. Зрелые эритроциты человека и других млекопитающих лишены ядра и почти целиком заполнены гемоглобином. Концентрация гемоглобина в крови зависит от общего количества эритроцитов и содержания в каждом из них гемоглобина.Гемоглабин эритроцитов играет очень важную роль в газообмене. Следует заметить, что в эритроцитах интенсивно протекают гликолиз и пентозофосфатный путь.Какие-либо изменения или мутации в этих процессах приводят к нарушению метаболизма в эритроцитах.

Список литературы

1. Березов Т. Т., Коровкин Б. Ф.Биологическая химия: Учебник.- 3-е изд., перераб. И доп.- М.: Медицина, 1998.- 704 с.

2. Гонский Я.И.,Максимчук Т.П.Биохимия человека.-Учебник Тернополь:Укрмедкнига.2001. - 736 с.

3. Губський Ю.І.Біологічна хімія: Підручник.- Київ-Тернопіль: Укрмедкнига, 2000. -508 с.

4. Курс лекцій з біохімії. Розділ «Біохімія крові» / укладачі: Л.І. Гребеник, І.Ю. Висоцький. - Суми: Сумський державний університет, 2011. - 80 с.

5. Биохимия: Учеб. для вузов, Под ред. Е.С. Северина., 2003. 779 с. 6.http://studall.org/all4-1883.html Особенности метаболизма эритроцита.

7.http://vmede.org/sait/?page=16&id=Biohimija_severin_2011&menu=Biohimija_severin_2011 БИОХИМИЯ КРОВИ

8. http://med-stud.narod.ru/med/biochemistry/erythrocyte.html© каф. биохимии №1 РГМУ.Биохимия эритроцита.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Процессы энергетического метаболизма и основные энергетические параметры эритроцитов. Выяснение условий, при которых может происходить переход метаболизма эритроцитов из одной устойчивой точки в другую. Анализ строения и функций гемоглобина, эритроцитов.

дипломная работа , добавлен 17.10.2012


Особенности развития, строения, химического состава, обмена веществ и функций эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов. Существующие типы гемоглобина. Токсичные формы кислорода в крови человека. Основные составляющие антиоксидантной системы организма.

презентация , добавлен 18.05.2015


Биохимические показатели эритроцитов в условиях хранения в присутствии раствора глюкозы. Строение и дифференцировка эритроцитов, биохимические процессы при их созревании и старении. Реакция оксигенации, углеводный обмен. Получение гемолизата эритроцитов.

дипломная работа , добавлен 20.03.2011


Функции антигенов эритроцитов, их химическая природа и факторы, влияющие на динамику действия. Современная классификация и типы, биологическая природа и значение в организме. Система антигенов эритроцитов Резус. Описание других антигенных систем крови.

реферат , добавлен 18.02.2015


Классификация процессов метаболизма и обмена. Виды организмов по различиям обменных процессов, методы их изучения. Метод учета веществ поступивших и выделившихся из организма на примере азотистого обмена. Основные функции и источники белков для организма.

презентация , добавлен 12.01.2014


Общие понятия об обмене веществ и энергии. Анализ потребностей прокариот в питательных веществах. Типы метаболизма микроорганизмов. Сравнительная характеристика энергетического метаболизма фототрофов, хемотрофов, хемоорганотрофов и хемолитоавтотрофов.

курсовая работа , добавлен 04.02.2010


Изучение изолированного и сочетанного действия 1,1-диметилгидразина и ионов свинца и ртути на состояние мембран эритроцитов. Возможности повышения резистентности мембран с помощью биологически активных веществ (витаминов С, Е и препарата "Селевит").

диссертация , добавлен 25.10.2013


Понятие о гормонах, их основных свойствах и механизме действия. Гормональная регуляция обмена веществ и метаболизма. Гипоталамо-гипофизарная система. Гормоны периферических желез. Классификация гормонов по химической природе и по выполняемым функциям.

презентация , добавлен 21.11.2013


Общая характеристика и функции иммунной системы. Органы и клетки иммунной системы. Основные виды иммунитета. Обеспечение оптимальной для метаболизма массы циркулирующей крови и количества форменных элементов крови (эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов).

презентация , добавлен 21.01.2015


Классификация, свойства, строение и номенклатура ферментов. Факторы, влияющие на их активность. Характеристика представителей гликозидазы, аептидгидролазы. Изучение особенностей метаболизма, анаболизма и катаболизма. Исследование структуры кофермента.

Зрелые эритроциты человека отличаются не только своим упрощенным строением, но и более ограниченным количеством метаболических реакций. Как известно, в процессе трансформации ретикулоцита в зрелый эритроцит в течение 1-3 дней происходят существенные изменения в обмене веществ клетки. Прекращается значительная часть синтетических процессов: наруша­ется способность к синтезу белка, гема, липидов, фосфолипидов, резко сни­жается содержание нуклеиновых кислот и АТФ. Почти полностью утрачива­ется способность к дыханию в связи с инактивацией флавиновых ферментов и цитохромоксидазы, нарушается цикл трикарбоновых кислот

Эритроциты, в отличие от ретикулоцитов и эритрокариоцитов, теряют способность синтезировать пурины, нуклеиновые кислоты, порфирины. Изменение обмена веществ сочетается с изменением морфологии клетки по ме­ре ее созревания. В зрелом эритроците нет ядра, разрушаются рибосомы и митохондрии при действии протеаз и липаз.

В зрелых эритроцитах сохраняется способность к гликолизу, утилизации небольшого количества глюкозы в пентозном цикле.

Как известно, основная (кислородтранспортная) функция эритроцитов не является энергозависимой. Тем не менее, для поддержания ряда других функций, стабильности мембраны эритроцитов важное значение имеет спо­собность клеток к синтезу АТФ, а также соединений с высокой восстанавли­вающей способностью, в частности НАД-Н, НАДФ-Н. Энергетическое обес­печение клетки осуществляется за счет утилизации глюкозы в результате анаэробного гликолиза, причем установлено, что в условиях нормы эритро­циты утилизируют в реакциях гликолиза только глюкозу, и при ее отсутст­вии нарушается энергетическое обеспечение эритроцитов.

Характерной особенностью анаэробного расщепления углеводов в безъядерных эритроцитах является существование побочного пути гликолиза, в ре­зультате которого 1,3-дифосфоглицерат (1,3 ДФГ) превращается не только в 3-фосфоглицерат, но и в 2,3-ДФГ. В энергетическом отношении образование 2,3-ДФГ менее эффективно, так как приводит к образованию лишь одной молекулы АТФ вместо двух молекул, накапливающихся при основном пути гликоли­за. Однако роль 2,3-ДФГ не ограничивается участием в резервном механизме ресинтеза АТФ. Основное значение этого соединения заключается в регуляции сродства гемоглобина к кислороду. При увеличении концентрации 2,3-ДФГ в клетке уменьшается степень сродства гемоглобина к кислороду; при этом большее количество кислорода ссвс6ождается из оксигемоглобина и передает­ся тканям. При уменьшении концентрации 2,3-ДФГ сродство гемоглобина к кислороду увеличивается и при данном рО 2 из оксигемоглобина извлекается меньше кислорода. Уровень 2,3-ДФГ увеличивается при заболеваниях, связан­ных с гипоксией, а также при стрессе, что проявляется в уменьшении сродства гемоглобина к кислороду и компенсации гипоксии.

АТФ также уменьшает сродство гемоглобина к кислороду, однако в ре­зультате значительно большего содержания 2,3-ДФГ (примерно в 4 раза) АТФ отводится значительно меньшая роль в этом процессе.

Энергия АТФ, образующаяся в гликолитических реакциях, используется эритроцитами для обеспечения нижеследующих процессов:

1.Поддержание электролитного баланса эритроцитов за счет актив­ного энергозависимого мембранного механизма (Nа + /К + -АТФ-аза). По­следний обеспечивает сохранность высокой внутриклеточной концентрации
ионов калия, внеклеточной - ионов натрия, противодействует постоянной
тенденции ионов натрия проникнуть в клетку, а ионов калия - покинуть ее.
При недостаточности гликолитических реакций и реакций ресинтеза АТФ в
эритроцитах возникает усиление пассивной диффузии ионов согласно концентрационному градиенту; в эритроците накапливаются ионы натрия и во­да, что приводит к его набуханию и гемолизу.

2.Запуск реакций энергопродукции в эритроцитах. Макроэргические
фосфатные связи АТФ необходимы для инициации реакции гликолиза, в
процессе которой происходит фосфорилирование глюкозы с превращением
ее в глюкозо-6- фосфат.

3.Поддержание железа в геме в восстановленной (двухвалентной)
форме. Образование окислителей в эритроците под влиянием патогенных
факторов может привести к окислению железа гемоглобина, появлению метгемоглобина, содержащего трехвалентное железо и не способного к транспорту кислорода. Более того, если перекиси и окислители не инактивируются, могут произойти денатурация и преципитация гемоглобина. В физиоло­гических условиях естественными антиоксидантами в эритроцитах являются восстановленные формы глютатиона и аскорбиновой кислоты; образова­ние метгемоглобина идет в очень небольших количествах, причем обратная трансформация его в восстановленный гемоглобин обеспечивается при уча­стии НАД-Н-метгемоглобинредуктазы. Таким образом, защита эритроцитов от окислителей происходит при обязательном участии НАДФ-Н и НАД-Н, образуемых в энергозависимых реакциях гликолиза и пентозного шунта.

4. Поддержание клеточной мембраны и формы эритроцита за счет
создания определенного соотношения между восстановленной и окисленной
формами глютатиона. Глютатион способен легко окисляться и тем самым
защищать от окисления ряд важнейших структурных и ферментных белков
эритроцитов, железа гемоглобина и др.

В условиях врожденной или приобретенной недостаточности энергообеспечения эритроцитов при нарушениях активности гликолитических ферментов, а также ферментов пентозофосфатного окисления глюкозы, глютатионредуктазы, АТФ-синтетазы, возникает дестабилизация эритроцитарной мембраны, появление сфероцитоза и гемолиза эритроцитов.

5. Поддержание внутри клетки необходимого уровня 2,3-ДФГ - регулятора степени сродства гемоглобина к кислороду.

Начиная с 60-го дня с момента выхода эритроцита в кровяное русло, постепенно снижается активность его ферментов, что сопровождается умень­шением энергообеспечения клетки и постепенным подавлением всех энергозависимых процессов.

Для поддержания функциональной активности клеток организма необходима затрата энергии. Зрелые эритроциты, циркулирующие в кровяном русле, являются метаболически активными клетками, несмотря на отсутствие способности к синтезу белков, аэробному расщеплению глюкозы в лимоннокислом цикле Кребса (Владимиров Г.Е. по Рапопорту, 1970). Основным процессом обмена энергии в них является гликолиз. Процесс, протекающий в эритроцитах, близок к процессам в других клетках и тканях, и подробно описан (Фёдоров Н.А. по Райкеру, 1976). http://www.gemotest.ru/ спермограмма стоимость цены на наши услуги стоимость.

К особенностям гликолиза в эритроцитах можно отнести использование, помимо глюкозы, других моносахаридов: фруктозы, маннозы, галактозы, а также инозина, сорбита при наличии соответствующих ферментов (Йошикава, 1968). В процессе гликолиза происходит образование АТР и NADH. Энергия гликолиза используется для активного транспорта катионов через клеточную мембрану и поддержания соотношения между ионами калия и натрия в эритроцитах и плазме, для сохранения целостности мембраны и двояковогнутой формы клетки. Образующийся NADH используется для восстановления пировиноградной кислоты в молочную и для восстановления метгемоглобина при участии метгемоглобинредуктазы. В составе метгемоглобина содержится трёхвалентное железо, вследствие чего он не способен к транспорту кислорода. Характерной особенностью гликолиза в эритроцитах является превращение 1,3- дифосфоглицерата не только в 3-фосфоглицерат, но и в 2,3-дифосфоглицериновую кислоту под действием дифосфоглицеромутазы. 2,3-дифосфоглицерат имеет, наряду с АТР, важное значение в регуляции сродства гемоглобина к кислороду. По мере старения эритроцита происходит уменьшение способности к восстановлению метгемоглобина в гемоглобин, т.е. нарушение функциональной активности эритроцита. Это связанно именно с уменьшением интенсивности гликолиза, в результате которого образуется NADH, необходимый для действия метгемоглобинредуктазы. Уменьшение содержания 2,3-дифосфоглицерата приводит к сдвигу диссоциационной кривой влево, ухудшению отдачи кислорода тканям.

Итогом всех реакций гликолиза является превращение 1 молекулы глюкозы в 2 молекулы молочной кислоты с одновременным превращением 2 молекул ADP в 2 молекулы АТР.

Наряду с гликолизом – анаэробным расщеплением глюкозы до молочной кислоты – в эритроцитах существует дополнительный путь утилизации глюкозы – прямое окисление до углекислого газа и воды в ходе пентозофосфатного цикла. Этот путь неотличим от подобных процессов, протекающих в других клетках и тканях; суммарным результатом цикла является окисление одной из 6 молекул глюкозо-6-фосфата до 6 молекул СО2 и восстановление 12 молекул NADPH. Роль пентозного цикла в зрелых эритроцитах заключается, с одной стороны, в образовании пентозофосфатов. В реакции цикла образуется 3-глицероальдегидфосфат, подвергающийся превращениям в цепи гликолитических реакций и, таким образом, является дополнительным источником энергии. Основное значение пентозофосфатного цикла заключено в образовании молекул NADPH. Значение NADPH определяется его участием в ряде реакций, необходимых для поддержания функциональной активности и целостности эритроцитов. К ним относятся восстановление метгемоглобина в гемоглобин при участии NADPH и метгемоглобинредуктазы и восстановление окисленного глутатиона с помощь. NADPH- глутатионредуктазы. Восстановленный глутатион (GSH), форма со свободно реагирующей тиоловой группой составляет в эритроцитах до 96% общего количества. Сохранение глутатиона в восстановленном состоянии необходимо для предохранения ряда ферментов, содержащих SH- группы, от инактивации, ограждение мембраны клетки от действия перекисей и необратимого окислительного денатурирования гемоглобина.

Эти форменные элементы занимают около половины объема крови.

Строение мембран эритроцитов

Зрелые красные кровяные тельца обладают двояковогнутой формой и большой способностью к деформации, благодаря чему эффективно обеспечивают процессы диффузии газов и могут проходить через капилляры, диаметр которых в 3-4 раза меньше самих эритроцитов. Подобное свойство обусловлено особенностями в структуре мембран этих форменных элементов. Принципы строения цитолеммы эритроцитов классические: основу составляет билипидный слой, в который включены различные протеины. Наружная часть липидов представлена фосфатидилхолином, сфингомиелином , внутренняя поверхность обогащена фосфатидилсерином, фосфатидилэтаноламином, более четверти объёма приходится на ХС , снижающий деформируемость красных кровяных телец. К цитозолю обращена плотная анастомозирующая белковая сеть , состоящая из спектринов, анкиринов, актинов, тропомиозинов , белков 3,4-й полос, аддуцинов , которые связываясь с интегральными гликопротеидами (гликофоринами ) создают определённую жёсткость мембраны, определяют форму эритроцита. От степени фосфорилирования спектринов зависит эластичность сети, способность к упругой деформации. Гликофорины, пронизывая липидный слой, с помощью гидрофобных взаимодействий с ФЛ прочно фиксируются; сиаловые кислоты, располагаясь на поверхности цитолеммы форменного элемента, служат групповыми веществами крови: для О(Н) антигена детерминанта фукоза , для А-антигена — N -ацетилгалактозамин , для В – галактоза .

Особенности метаболизма эритроцитов

Энергетика эритроцита основана на анаэробном гликолизе. Около 10% всей глюкозы, содержащейся в крови, потребляется этими структурами и ее поступление не зависит от присутствия инсулина, осуществляется с помощью облегченной диффузии.

В процессе Эмбдена-Мейергофа глюкоза распадается до лактата с образованием АТФ путём субстратного фосфорилирования. Метаболиты гликолиза используются в следующих целях. Его восстановительные потенциалы НАДН при необходимости используются метгемоглобин-редуктазой для восстановления железа в метгемоглобине. В отличие от других тканей в эритроцитах в качестве метаболита образуется много 2,3 —дифосфоглицерата (2,3-ДФГК), который служит важным модулятором сродства Hb к О 2 .

Некоторые морфобиохимические особенности красных кровяных телец предопределяют необходимость в высокой антиоксидантной активности. Во-первых, это необычные концентрации О 2 , что увеличивает вероятность образования его активных форм. Во-вторых, большое содержание ионов переходного металла – железа, что может способствовать его использованию в качестве донора электронов (Рис. 4.1). И, наконец, для обеспечения упругой деформации липидный бислой мембран обогащен ПНЖК – субстратами ПОЛ.

Для контроля интенсивности СРО в цитоплазме эритроцитов активно работает антирадикальная защита . Если нарушаются условия диссоциации оксигемоглобина, то происходит отрыв электрона от двухвалентного железа гема с образованием метгемоглобина и супероксидного анион-радикала. Первое соединение восстанавливается с помощью метгемоглобинредуктазы, а радикал кислорода преобразуется под влиянием супероксиддисмутазы (СОД) в пероксид водорода, токсичный для клеток.

Поэтому он восстанавливается первоначально с помощью каталазы, позднее глутатионпероксидазы (ГПО) (ее активный центр включает Sе-цистеин, что немаловажно для жителей селенодефицитных местностей) и восстановленного глутатиона (G-SН). Глутатионредуктаза (ГР), восстанавливающая окисленную форму пептида с помощью НАДФН, поддерживает его пул. Необходимую концентрацию кофермента получают путем окисления глюкозо-6-фосфата соответствующей дегидрогеназой (Г-6-Ф-ДГ ). Если же резервный пул восстановленных АО снижается, укорачивается жизнь красных кровяных телец, подверженных аутоокислению.