КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ОБЩЕЙ БИОХИМИИ

ГОУВПО УГМА Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию

Кафедра биохимии

 

 

КУРС ЛЕКЦИЙ

ПО ОБЩЕЙ БИОХИМИИ

 

 

Модуль 7. Биохимия крови

 

Автор: к.б.н., доцент кафедры биохимии Гаврилов И.В.

 

 

Екатеринбург,

2009г

ЛЕКЦИЯ № 22

Тема: Биохимия крови 1. Физико-химические свойства,

Химический состав

Факультеты: лечебно-профилактический, медико-профилактический, педиатрический.

2 курс.

Функции крови

а) Дыхательная функция. Кровь переносит газы: О2 от легких к органам и тканям, а обратно СО2; б) Трофическая и выделительная функция. Кровь доставляет органам и тканям… в) Коммуникативная функция. Кровь переносит гомоны от места их синтеза к органам-мишеням;

ОБЩИЕ И СПЕЦИФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРОВИ

Нормальные значения общих свойств крови взрослого человека: Объем в среднем 4,6л или 6—8% от массы тела. У мужчин 5,2л, у женщин 3,9л. …   При этом у некоторых жидкостей организма могут быть подчеркнуты специфические свойства, такие как цвет, прозрачность,…

ДИАГНОСТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ОБЩИХ

И СПЕЦИФИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КРОВИ

В связи с тем, что кровь поддерживает гомеостаз в организме и контактирует практически со всеми органами и тканями, она является самым хорошим биологическим материалом для диагностики большинства заболеваний организма.

 

 

СОСТАВ КРОВИ

Кровь является разновидностью соединительной ткани и, как любая ткань, состоит из клеток и межклеточного вещества.

КЛЕТОЧНЫЙ СОСТАВ КРОВИ

  Среди лейкоцитов выделяют: № Виды лейкоцитов …  

Изображение форменных элементов крови

МЕЖКЛЕТОЧНОЕ ВЕЩЕСТВО КРОВИ

Межклеточное вещество крови называется плазмой крови, она составляет 55% от общего объема крови. Для получения плазмы крови, цельную кровь центрифугируют с антикоагулянтом, например с гепарином.

Существует также понятие сыворотка крови, в отличие от плазмы сыворотка крови не содержит белок фибриноген. Сыворотку крови получают при центрифугировании цельной крови без антикоагулянта.

Химический состав плазмы крови

Возрастные особенности состава крови

БЕЛКИ ПЛАЗМЫ КРОВИ

В плазме крови белки выполняют следующие функции: Создают онкотическое давление. Оно необходимо для удержания воды в кровяном русле. …  

Строение белков плазмы крови

Среди сложных, можно выделить липопротеины (ЛПОНП, ЛППП, ЛПНП, ЛПВП, ХМ), гликопротеины (почти все белки плазмы) и металлопротеины (трансферин,… Общее количество белка в плазме крови в норме составляет 70-90 (60-80) г/л,… Повышение общего количества белка в плазме крови называется гиперпротеинемия, снижение – гипопротеинемия.…

Фракции белков плазмы крови

I. Альбумины

Альбумин. Простой белок из 585 АК с массой 69кДа, имеет 17 дисульфидных мостиков, много дикарбоновых АК, обладает высокой гидрофобностью. У… Транстиретин (преальбумин). Тетрамер. В плазме 0,25г/л. Белок острой фазы (5… Диспротеинемия альбуминовой фракции реализуется преимущественно за счет гипоальбуминемии.

IV. β-Глобулины

ЛППП - образуются в крови из ЛПОНП. Транспорт ТГ, ХС. ЛПНП – образуются в крови из ЛППП. В плазме 3,5 г/л. Транспортируют излишки ХС… Трансферрин – гликопротеин, синтезируется печенью. В плазме 3 г/л. Т½=8 суток. Главный транспортер железа в…

V. γ-Глобулины

Все γ-глобулины разделены на 5 классов G,A,M,D,E. В каждом классе выделяют несколько подклассов. Диспротеинемия за счет γ-глобулиной фракции может возникать при 1).…  

Белки острой фазы воспаления

Синтез белков острой фазы воспаления в печени стимулируют: 1). ИЛ-6, 2); ИЛ-1 и сходные с ним по действию (ИЛ-1 а, ИЛ-1Р, факторы некроза опухолей… Выделяют 5 групп белков острой фазы 1. К «главным» белкам острой фазы у человека относят С-реактивный белок (СРВ) и амилоидный А белок сыворотки крови.…

ФЕРМЕНТЫ ПЛАЗМЫ КРОВИ

1. Секреторные. Они синтезируются в печени, эндотелии кишечника, сосудов поступают в кровь, где выполняют свои функции. Например, ферменты… 2. Тканевые. Ферменты клеток органов и тканей. Они попадают в кровь при… 3. Экскреторные. Ферменты, синтезируемые железами ЖКТ (печень, поджелудочная железа, слюнные железы) в просвет ЖК…

ЛЕКЦИЯ № 23

Тема: Биохимия крови 2.

Особенности обмена в эритроцитах и лейкоцитах

2 курс.   Эритроциты (erythrosytus) это форменные элементы крови, они образуются в костном мозге, циркулируют в крови около 120…

ФункциИ эритроцитов

Основными функциями эритроцитов, которые реализуются с участием гемоглобина, являются транспорт от легких к тканям О₂ и обратно СО₂, а также регуляция КОС.

Кроме того эритроциты адсорбируют и транспортируют на своей клеточной мембране аминокислоты, антитела, токсины, лекарственных веществ и другие вещества.

Строение эритроцитов

Диаметр эритроцитов у человека колеблется от 7,1 до 7,9 мкм, толщина эритроцитов в краевой зоне - 1,9 - 2,5 мкм, в центре - 1 мкм. В нормальной… Поверхность отдельного эритроцита у человека приблизительно равна 125 мкм2, а… Эритроциты человека и млекопитающих представляют собой безъядерные клетки, утратившие в процессе фило- и онтогенеза…

Химический состав эритроцитов

Плазмолемма эритроцитов

Плазмолемма эритроцитов состоит из примерно равного количества липидов и белков, а также небольшого количества углеводов.

Липиды

Бислой плазмолеммы образован глицерофосфолипидами, сфингофосфолипидами, гликолипидами и холестерином. Внешний слой содержит много холина (фосфатидилхолин, сфингомиелин) и около 5% (от общего количества липидов) гликолипидов, внутренний - много фосфатидилсерина и фосфатидилэтаноламина.

Белки

В плазмолемме эритроцита идентифицировано 15 главных белков с молекулярной массой 15-250 кДа. Большинство этих белков (спектрин, гликофорин, белок полосы 3, белок полосы 4.1, актин, анкирин) образуют с цитоплазматической стороны плазмалеммы цитоскелет, который придает эритроциту двояковогнутую форму и высокую механическую прочность.

Самыми распространенными белками плазмолеммы (более 60% всех мембранных белков) являются спектрин, гликофорин и белок полосы 3.

Спектрин - основной белок цитоскелета эритроцитов (составляет 25% массы всех мембранных и примембранных белков), имеет вид фибриллы 100 нм, состоящей из двух антипаралельно перекрученных друг с другом цепей α-спектрина (240 кДа) и β-спектрина (220 кДа). Молекулы спектрина образуют сеть, которая фиксируется на цитоплазматической стороне плазмалеммы с помощью анкирина и белка полосы 3 или актина, белка полосы 4.1 и гликофорина.

Белок полосы 3 - трансмембранный гликопротеид (100 кДа), его полипептидная цепь которого много раз пересекает бислой липидов. Белок полосы 3 является компонентом цитоскелета и анионным каналом, который обеспечивает трансмембранный антипорт для ионов НСО₃^- и Сl^-.

Гликофорин - трансмембранный гликопротеин (30 кДа), который пронизывает плазмолемму в виде одиночной спирали. С наружной поверхности эритроцита к нему присоединены 20 цепей олигосахаридов, которые несут отрицательные заряды. Гликофорины формируют цитоскелет и, через олигосахариды, выполняют рецепторные функции.

Na⁺,K⁺-АТФ-аза мембранный фермент, обеспечивает поддержание градиента концентраций Na⁺ и К⁺ по обе стороны мембраны. При снижении активности Na⁺K⁺-АТФ-азы концентрация Na⁺ в клетке повышается, что приводит к увеличению осмотического давления, увеличению поступления воды в эритроцит и к его гибели в результате гемолиза.

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

Углеводы

Олигосахариды гликофорина определяют антигенные свойства эритроцитов. Они являются агглютиногенами (А и В) и обеспечивают агглютинацию (склеивание)… На поверхности эритроцитов имеется также агглютиноген - резус-фактор…

Цитоплазма эритроцитов

В цитоплазме эритроцитах содержится около 60% воды и 40% сухого остатка. 95% сухого остатка составляет гемоглобин, он образует многочисленные гранулы размером 4-5нм. Оставшиеся 5% сухого остатка приходятся на органические (глюкоза, промежуточные продукты ее катаболизма) и неорганические вещества. Из ферментов в цитоплазме эритроцитов присутствуют ферменты гликолиза, ПФШ, антиоксидантной защиты и метгемоглобинредуктазной системы, карбоангидраза.

Особенность обмена веществ И ЭНЕРГИИ в эритроците

Эритроцит высокоспециализированная клетка, хорошо приспособленная для транспорта газов. Для эритроцита не характерны анаболические процессы. Необходимые структурные молекулы и ферменты синтезируются заранее в процессе дифференцировки и созревания эритроцитов.

Особенность белкового обмена в эритроцитах

Биосинтез глутатиона осуществляется в 2 стадии: 1). АТФ + глутаминовая кислота + цистеин ® γ-глутамилцистеин + АДФ + Фн … 2). АТФ + γ-глутамилцистеин + глицин ® глутатион + АДФ + Фн

Особенность обмена нуклеотидов в эритроцитах

1. из ФРПФ (из рибозо-5ф) и аденина может синтезироваться АМФ. 2. АМФ с участием АТФ превращается в АДФ. 3. В реакциях субстратного фосфорилирования (гликолиз) АДФ превращается в АТФ.

Особенность липидного обмена в эритроцитах

В зрелом эритроците липиды не синтезируются, однако эритроцит может обмениваться липидами с липопротеинами крови. Катаболизм липидов неферментативный, повреждение и разрушение липидов происходит в реакция ПОЛ.

Особенность углеводного обмена в эритроцитах

В зрелых эритроцитах углеводы не синтезируются, а только используются. Основным субстратом для эритроцитов является глюкоза, которая поступает в клетку путём облегчённой диффузии с помощью ГЛЮТ-2. Также эритроцит может использовать фруктозу, маннозу, галактозу, а также инозин, ксилит и сорбит.

А. Анаэрбный гликолиз

Катаболизм углеводов в эритроцитах на 70-90% происходит в анаэробном гликолизе, где с участием фосфоглицераткиназы и пируваткиназы образуется АТФ, а с участием 3-ФГА дегидрогеназы восстанавливается НАДН₂. Конечный продукт лактат выходит в плазму крови и направляется преимущественно в печень для глюконеогенеза.

Б. ПФШ

10% углеводов в эритроцитах подвергаются катаболизму в ПФШ. В его окислительной стадии с участием глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы и 6-фосфоглюконат дегидрогеназы восстанавливается НАДФН₂.

В. 2,3–дифосфоглицератный шунт

Кроме традиционного ПФШ, у гликолиза эритроцитов многих млекопитающих есть свой специфический шунт - 2,3–дифосфоглицератный. В эритроцитах присутствует дифосфоглицератмутаза, которая активируется дефицитом кислорода и катализирует превращение 1,3–ФГК в 2,3–ФГК в обход фосфоглицераткиназной реакции гликолиза. В условиях гипоксии до 20% глюкозы идет по этому пути. Образующаяся 2,3–ФГК уменьшает сродство гемоглобина к кислороду, что способствует переходу кислорода из гемоглобина в ткани.

Далее 2,3–ФГК под действием 2,3–дифосфоглицератфосфатазы (принято считать, что этой активностью обладает фосфоглицератмутаза) 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.

 

5. Энергетический обмен в эритроцитах

Образующаяся в анаэробном гликолизе АТФ используется для функционирования транспортных АТФаз, работы цитоскелета и синтеза некоторых веществ. За 1 час все эритроциты крови потребляют 0,7г глюкозы.

Генетический дефект любого фермента гли­колиза приводит к уменьшению образования АТФ, в результате падает актив­ность Na⁺,К⁺-АТФ-азы, повышается осмоти­ческое давление, может возникнуть осмотический шок и гемолиз.

Для оценки эффективности работы транспортных систем определяют осмотическую резистентность эритроцитов. Осмотическая резистентность эритроцитов в свежей крови в норме составляет 0,20-0,40% NaCl.

Обезвреживание активных форм кислорода в эритроцитах

Также СРО в эритроците стимулируют различные окислители - нитраты, сульфаниламиды, противомалярийное лекарство примахин. Образующиеся активные формы кислорода запускают реакции СРО, которые приводят… Для сдерживания СРО в эритроците функционирует ферментативная антиоксидантная система. Для ее работы необходим…

Обмен метгемоглобина

Hb (Fe2+) ® Met Hb (Fe3+) +e- Восстановление метгемоглобина до гемоглобина осуществляет… 1). Цитохром b5 восстанавливает Fe3+ метгемоглобина в Fe2+ гемоглобина:

Строение гема

Использование гема

Гемы разных белков могут содержать разные типы порфиринов. В геме гемоглобина находится протопорфирин IX, в состав цитохромоксидазы входит…

Синтез гема

1). Аминолевулинат-синтаза, пиридоксальзависимый фермент, в матриксе митохондрий катализирует образование 5-аминолевулиновой кислоты (5-АЛК) из… Из митохондрий 5-аминолевулиновая кислота поступает в цитоплазму.

Нарушения синтеза гема. Порфирии

Порфирии - гетерогенная группа заболеваний, вызванная нарушениями синтеза гема вследствие дефицита одного или нескольких ферментов.

Классификации порфирий

Единой классификации порфирий нет. Порфирии делят по причинам на:

1) Наследственные. Возникают при дефекте гена фермента, участвующего в синтезе гема;

2) Приобретенные. Возникают при ингибирующем влиянии токсических соединений (гексохлорбензол, соли тяжелых металлов - свинец) на ферменты синтеза гема.

В зависимости от преимущественной локализации дефицита фермента (в печени или эритроцитах) порфирин делится на:

1) печеночные – наиболее распространенны. К ним относятся острая перемежающаяся порфирия (ОПП), поздняя кожная порфирия, наследственная копропорфирия, мозаичная порфирия;

2) эритропоэтические – врожденная эритропоэтическая порфирия (болезнь Гюнтера), эритропоэтическая протопорфирия.

В зависимости от клинической картины, порфирии делят на:

1) острые.

2) хронические.

Негативные последствия порфирий связаны с дефицитом гема и накоплением в организме промежуточных продуктов синтеза гема – порфириногенов и продуктов их окисления. При эритропоэтических порфириях порфирины накапливаются в нормобластах и эритроцитах, при печёночных — в гепатоцитах.

Для каждого вида порфирии существует определенный уровень ферментативного дефекта, в результате накапливаются продукты, синтезирующиеся выше этого уровня. Эти продукты являются основными диагностическими маркерами заболевания.

Порфириногены ядовиты, при тяжёлых формах порфирий они вызывают нейропсихические расстройства, нарушения функций РЭС и повреждения кожи.

Нейропсихические расстройства при порфириях связаны с тем, что аминолевулинат и порфириногены являются нейротоксинами.

В коже на солнце порфириногены легко превращаются в порфирины. Кислород при взаимодействии с порфиринами переходит в синглетное состояние. Синглетный кислород стимулирует ПОЛ клеточных мембран и разрушение клеток, поэтому порфирии часто сопровождаются фотосенсибилизацией и изъязвлением открытых участков кожи.

Порфириногены бесцветны и не флуоресцируют, а порфирины проявляют интенсивную красную флуоресценцию в ультрафиолетовых лучах. Избыток порфиринов который выводиться с мочой, придает ей темный цвет («порфирин» в переводе с греч. означает пурпурный).

При лёгких формах наследственных порфирий заболевание может протекать бессимптомно, но приём лекарств, являющихся индукторами синтеза аминолевулинатсинтазы, может вызвать обострение болезни. В некоторых случаях симптомы болезни не проявляются до периода полового созревания, когда повышение образования β-стероидов вызывает индукцию синтеза аминолевулинатсинтазы. Порфирии наблюдают и при отравлениях солями свинца, так как свинец ингибирует аминолевулинатдегидратазу и феррохелатазу. Некоторые галогенсодержащие гербициды и инсектициды являются индукторами синтеза аминолевулинатсинтазы, поэтому попадание их в организм сопровождается симптомами порфирии.

Виды порфирий

Бесцветный ПБГ на свету превращается в порфибилин и порфирин, они предают моче темный цвет. АЛК оказывает нейротоксическое действие, приводя к… Клинической симптоматикой являются острые боли в животе, рвота, запор,… Для лечения применяют препарат нормосанг – аргинат гема. Действие основано на том, что гем, по механизму отрицательной…

Синтез гемоглобина

Цепи глобина формируют глобулы и соединяются с гемом. 4 глобулы нековалентно соединяются в гемоглобин. Гемоглобин начинает синтезироваться на стадии базофильного эритробласта, а…

Строение гемоглобина

Функции гемоглобина

· Обеспечивают перенос кислорода от легких к тканям. В сутки около 600литров;

· Участвует в переносе углекислого газа и протонов от тканей к легким;

· Образует гемоглобиновый буфер, регулирует КОС крови.

 

Производные гемоглобина

Шестая координационная связь может связывать различные лиганды, с образованием следующих производных гемоглобина: 1) оксигемоглобин HbО2 (Fe2+) – соединение молекулярного кислорода с… 2) карбоксигемоглобин HbСО (Fe2+). Связь гема с СО в двести раз прочнее, чем с О2. В норме в крови содержится 1%…

Механизм насыщения гемоглобина кислородом

В апогемоглобине, благодаря координационной связи с белковой частью, атом железа выступает из плоскости гема в направлении гистидина F8. Присоединение О2 к шестой координационной связи железа вызывает его… Происходит изменение конформации текущего протомера и связанных с ним оставшихся протомеров. При этом у протомеров…

Кривая диссоциации кислорода для гемоглобина

S–образная кривая насыщения гемоглобина кислородом имеет важное биологическое значение. Во-первых, пологий участок S–образной кривой (выше 60 мм.рт.ст.) обеспечивает… Во-вторых, Крутой наклон среднего участка S–образной кривой (от 10 до 40 мм.рт.ст.) обеспечивает максимальный переход…

Аллостерическая регуляция насыщения гемоглобина кислородом

Кроме _РО₂ на насыщение гемоглобина кислородом влияют и другие факторы, например, рН, температура, давление, концентрация 2,3-ДФГ, _РСО₂.

Увеличение температуры, присоединение к гемоглобину Н⁺, 2,3-ДФГ, СО₂ уменьшает сродство гемоглобина к кислороду, при этом кривая диссоциации оксигемоглобина сдвигается вправо и гемоглобин легче отдает кислород тканям.

Эффект Бора

  Гемоглобин в дезоксигенерированном состоянии имеет более высокое сродство к… Эффект Бора имеет важное физиологическое значение. Образующийся в тканях СО2 должен транспортироваться в легкие. Он…

Аллостерическая регуляция сродства гемоглобина к кислороду 2,3-ДФГ

В Т – форме (дезоксигенерированной) молекулы Hb имеются дополнительные связи, и поэтому размер центральной полости больше, чем в R – форме… В легких при высоком парциальном давлении кислород взаимодействует с Hb,…

Виды гемоглобинов

Гемоглобины различаются по белковой части. Бывают физиологические и аномальные виды гемоглобинов. Физиологические образуются на разных этапах нормального развития организма, а аномальные - вследствие нарушения последовательности аминокислот в глобине физиологических видов гемоглобина.

Физиологические виды гемоглобина

2) фетальный гемоглобин – HbF (от латинского fetus – плод). Фетальный гемоглобин сменяет эмбриональные гемоглобины, вместо эпсилон – цепей (e -… Кроме перечисленных основных видов гемоглобинов плода, у здорового плода…    

Аномальные виды гемоглобинов

Таблица №1 замена аминокислот в a и b пептидных цепях гемоглобина тип гемоглобина нормальный остаток и его положение в цепи …

Болезни гемоглобинов

Гемоглобинозы делятся на гемоглобинопатии и таласемии. Гемоглобинопатии, возникают в результате точечных мутаций в структурных генах,… Серповидноклеточная анемия – классический пример наследственной гемоглобинопатии. В норме в b-субъединицах гемоглобина…

Катаболизм гемоглобина