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 + ФнОсобенность 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.