HbA1) в крови присутствуют незначительные количества второй формы с более высоким сродством к O2, у второй цепи заменены цепями (HbA2

• Название: HbA1) в крови присутствуют незначительные количества второй формы с более высоким сродством к O2, у второй цепи заменены цепями (HbA2
• Дата: 28.09.2022
• Размер: 28.7 Kb.
• Имя файла: bkh.docx
• Тип: Документы; #703477

8. Вариации первичной структуры и свойств гемоглобина человека. Серповидно-клеточная анемия, биохимические основы нарушений функции.

Hb взрослого организма состоит, как упомянуто выше, из двух α- и двух β-цепей (α2β2). Наряду с этой основной формой (HbA1) в крови присутствуют незначительные количества второй формы с более высоким сродством к O2, у второй β-цепи заменены δ-цепя-ми (HbA2, α2δ2). Две другие формы Hb встречаются только в эмбриональном периоде развития. В первые три месяца образуются эмбриональные гемоглобины состава α2ε2-P и α2γ2-F. Затем вплоть до рождения доминирует фетальный гемоглобин (HbF), который постепенно заменяется на первом месяце жизни на HbА. Эмбриональный и фетальный гемоглобины обладают более высоким сродством к О2 по сравнению с HbА, так как они должны переносить кислород из системы материнского кровообращения.

Серповидноклеточная анемия — это наследственная гемоглобинопатия, связанная с таким нарушением строения белка гемоглобина, при котором он приобретает особое кристаллическое строение. Форма гемоглобина больных — так называемый гемоглобин S. Эритроциты, несущие гемоглобин S, вместо нормального гемоглобина А имеют характерную серпообразную форму (форму серпа), за что эта форма гемоглобинопатии и получила название серповидноклеточной анемии.

Заболевание связано с мутацией гена HBB, кодирующего β-цепь основной разновидности взрослого гемоглобина, гемоглобина А (HbA, вследствие чего синтезируется аномальный гемоглобин S, в молекуле которого вместо глутаминовой кислоты в шестом положении β-цепи находится валин. В условиях гипоксии гемоглобин S полимеризуется и образует длинные тяжи, в результате чего эритроциты приобретают серповидную форму.

Серповидноклеточная анемия наследуется по аутосомно-рецессивному типу (с неполным доминированием на уровне фенотипа). У носителей, гетерозиготных (AS) по гену серповидноклеточной анемии, в эритроцитах присутствуют примерно в равных количествах гемоглобин S и гемоглобин А, то есть наблюдается кодоминирование. При этом в нормальных условиях у носителей симптомы практически никогда не возникают, и серповидные эритроциты выявляются случайно при лабораторном исследовании крови. Симптомы у носителей могут появиться при гипоксии (например, при подъёме в горы) или тяжёлой дегидратации организма. У гомозигот (SS) по гену серповидноклеточной анемии в крови имеются только эритроциты, несущие гемоглобин S, и болезнь протекает тяжело.

Эритроциты, несущие гемоглобин S, обладают пониженной стойкостью к лизису и пониженной способностью к переносу кислорода, поэтому у больных с серповидноклеточной анемией повышено разрушение эритроцитов в селезёнке, укорочен срок их жизни, повышен гемолиз и часто имеются признаки хронической гипоксии (кислородной недостаточности) или хронического «перераздражения» эритроцитарного ростка костного мозга

9. Гемоглобинопатии (талассемии), биохимические основы нарушений.

Гемоглобинопатия — наследственное или врождённое изменение или нарушение структуры белка гемоглобина, обычно приводящее к клинически или лабораторно наблюдаемым изменениям в его кислород-транспортирующей функции либо в строении и функции эритроцитов.К наиболее часто встречающимся и известным гемоглобинопатиям относятся серповидноклеточная анемия, бета-талассемия, персистенция фетального гемоглобина.

Серповидноклеточная анемия - тяжёлое наследственное заболевание, обусловленное точечной мутацией гена, кодирующего структуру β-цепи гемоглобина. В результате в эритроцитах больных присутствует HbS, β-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 тетрамерыдезокси-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.

Талассемии - наследственные заболевания, обусловленные отсутствием или снижением скорости синтеза α- или β-цепей гемоглобина. В результате несбалансированного 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 β-талассемии не синтезируются β-цепи гемоглобина. Это вызывает образование нестабильных тетрамеров, содержащих только α-цепи. При этом заболевании в костном мозге из-за преципитации нестабильных α-цепей усиливается разрушение эритробластов, а ускорение разрушения эритроцитов в циркулирующей крови приводит к внутрисосудистому гемолизу. Как известно, для образования фетального гемоглобина р-цепи не требуются, поэтому клинически β-талассемия не проявляется до рождения, после чего происходит переключение синтеза HbF на НbА.

В случае α-талассемии недостаток образования α-глобиновых цепей приводит к нарушению образования HbF у плода. Избыточные γ-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. При α-талассемии отмечают высокий процент внутриутробной гибели плода. Выжившие новорождённые при переключении с γ- на β-ген синтезируют β-тетрамеры или НbН, который, подобно гемоглобину Барта, имеет слишком высокое сродство к кислороду, менее стабилен, чем НbА и быстро разрушается. Это ведёт к развитию у больных тканевой гипоксии и к смерти вскоре после рождения.

Наследственный сфероцитоз. Причиной этой патологии чаще всего является дефект белков цитоскелета эритроцитов - спектрина или ан-кирина, 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. Удаление селезёнки (спленэктомия) при наследственном сфероцитозе улучшает состояние больных, так как предотвращает разрушение сфероцитов в селезёнке.

Мегалобластная (макроцитарная) анемия развивается при дефиците фолиевой кислоты или витамина В₁₂. Фолиевая кислота в виде кофермента (Н₄-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.

+Персистенция фетального гемоглобина — наследственная гемоглобинопатия, при которой после рождения ребёнка не происходит постепенной замены фетального гемоглобина на гемоглобин А, обладающий большей функциональной стабильностью в широком интервале pH, хотя и меньшей кислород-связывающей способностью. При этом, поскольку фетальный гемоглобин менее стоек и стабилен, у страдающих этой формой гемоглобинопатии укорочен срок жизни эритроцитов, повышен гемолиз и повышено разрушение эритроцитов в селезёнке, со всеми вытекающими последствиями в виде перегрузки организма железом и желчными пигментами и хронического «перенапряжения» эритроцитарного ростка костного мозга.

10) Каталаза и пероксидаза. Строение,локализация,биологическая функция.

Каталаза. Фермент антиоксидантного действия, защищает клетку от действия активных форм кислорода, оптимальное значение ph = 6.8 - 7.

Сложный белок , гемопротеин (гемовый фермент), содержит 4 полипетидных цепи (4 субъединицы), молекулярная масса = 240 кД. По строению эти ферменты двухкомпонентны. Коферментом является гем, идентичный гему гемоглобина, но железо имеет степень окисления 3+

Находится в пероксисомах, где образуется большое кол-во H2O2 (), и в лейкоцитах, где защищает клетки от последствий респираторного взрыва

Каталаза разрушает пероксид, который может образовать самую активную форму ОН- 2H2O2 = 2H2O + O2

Также находясь в пероксисомах цитоплазмы и митохондриях клеток печени расщепляет этанол до ацетальдегида (второстепенная роль) C2H5OH + H2O2 = CH3CHO + 2H2O

Обезвреживает пероксид в эритроците

Пероксидаза. содержит один гем. Пероксидазы распространены, в основном, в растительном мире, но встречаются и в животных организмах, например, миелопероксидаза в лейкоцитах, лактатпероксидаза в молоке и т.д. Слабым пероксидазным свойством обладает Hb, на этом основана качественная реакция на него (бензидиновая проба). Пероксидазы ускоряет распад перекиси водорода до воды и атомарного кислорода, который является сильным окислителем. Эти ферменты участвуют в окислении ароматических соединений.

Глутатионпероксидаза инактивирует активные формы кислорода, разрушает пероксид водорода и гидропероксиды липидов. Также катализирует восстановление пероксидов с помощью трипептида глутатиона (GSH или y-глутамилцистеинилглицин). H2O2 + 2GSH = 2H2O + G-S-S-G (дисульфидная форма глутатиона)

Окисленный гултатион восст-тся глутатионредуктазой. GS-SG + НАДФН + Н = 2GSH + НАДФ

Глутатионпероксидаза, которая восстанавливает гидропироксиды липидов в составе мембран, в качестве кофермента использует Se (необходимый микроэлемент пищи). При его недостатке активность антиоксидантной защиты снижается

11) Цитохромы: цитохромы дыхательной цепи и циторхром Р450. Особенности структуры и биологическая роль

Цитохромы — двухкомпонентные ферменты, относящиеся к гемсодержащим ХП, т.е. кофермент всех Цх представлен гемом. Основная биологическая функция цх – перенос электронов по цепи БО к молекулярному кислороду. Открыто около 20 цх, которые отличаются спектрами поглощения, по химической природе гема и сродству к молекулярному кислороду. Цх делятся на 4 группы в зависимости от природы входящего в них гема. Ферменты одной группы содержат одинаковые коферменты, но разные апоферменты. 5-ая и 6-ая координационные связи железа соединены с остатками гистидина и метионина (в ЦхС обе винильные группы также связаны с остатками цистеина). Железо, входящее в гемы цх может иметь степень окисления 2+ и 3+, В зависимости от способности поглащать свет в определенной части спектра цитохромы делят на группы a b c ,внутри каждой группы с уникальными спектровыми свойствами обазначают цифровыми индексами(b1 b2). В ЦПЭ участвуют а а3 b с с1. Цхb имеет гем, идентичный гему Нb и Mgb. роль цхb заключается в том, что он получает электроны от восстановленной формы КоQ, при этом КоQ окисляется, а цхb восстанавливается. . ЦхС (с1 и с) имеют одинаковые гемы, разные апоферменты. цхс1 передает электроны цхс, который восстанавливается, а цхс1 окисляется. . Цха и цха3 – имеют одинаковые коферменты, но разные апоферменты. . Цха и а3 связаны в один комплекс – цитохромоксидазу. Это крупная молекула с большим молекулярным весом, состоит из 2 молекул цха, 4-х молекул цха3 и 6 атомов меди. Медь в ЦХО переменной валентности и может служить источником электронов. Восстановленный цхс передает электроны цха, при этом окисляясь, цха восстанавливается, а цха3 окисляет ферроформу цха и передает электроны молекулярному кислороду.

Цитохромы Р450. Структура и функция

Среди ферментов 1-й фазы ведущее место занимает система цитохрома Р450 (P450 или CYP) с точки зрения каталитической активности в отношении огромного числа ксенобиотиков. Наибольшая концентрация цитохрома Р450 обнаруживается в эндоплазматическом ретикулуме гепатоцитов (микросомах). Печеночные микросомальные цитохромы Р450 играют важнейшую роль в определении интенсивности и времени действия чужеродных соединений и ключевую - в детоксикации ксенобиотиков, а также в активации их до токсичных и/или канцерогенных метаболитов. Цитохрома Р450-зависимые монооксигеназы – мультиферментная электрон-транспортная система. Все цитохромы Р450 - гемсодержащие белки. Обычно гемовое железо находится в окисленном состоянии (Fe3+). Восстанавливаясь до состояния Fe2+, цитохром Р450 способен связывать лиганды, такие как кислород или монооксид углерода. Комплекс восстановленного цитохрома Р450 с СО имеет максимум поглощения 450 nм, что и явилось основанием для

названия этих ферментов. Основная реакция, которую катализируют цитохромы Р450 – монооксигеназная, в которой один атом кислорода взаимодействует с субстратом (RH), а другой восстанавливается до Н2О. В качестве восстановителя в реакции участвует НАДФН:

RH (субстрат)+О2 + НАДФH + H+ --> ROH (продукт) + Н2О + НАДФ+

+Механизм, благодаря которому цитохром получает электрон от НАДФH, зависит от внутриклеточной локализации цитохрома Р450. В ЭПР, где расположено большинство гемопротеидов, участвующих в биотрансформации ксенобиотиков, электрон передается через флавопротеин, называемый НАДФH-Р450 редуктаза. Одна молекула редуктазы может доставлять электроны на несколько различных молекул Р450. В митохондриях, где расположены итохромы Р450, участвующие в биосинтезе стероидных гормонов и метаболизме витамина D, электрон переносится с помощью 2-х белков: ферродоксина или ферродоксин-редуктазы.

каталитический цикл цитохрома Р450. 1-я часть цикла заключается в активации кислорода, 2-я – в окислении субстрата. Схема действия микросомальной монооксигеназной системы впервые была описана Эстабруком с соавт., в настоящее время она подтверждена многими исследователями. Эта схема такова:

первая стадия состоит во взаимодействии субстрата с окисленной формой Р450. При связывании Р450 с субстратами происходит переход гемового железа из низкоспинового в высокоспиновое состояние.

Вторая стадия состоит в восстановлении образовавшегося фермент-субстратного комплекса первым электроном, который поступает с НАДФН-специфичной цепи переноса от НАДФН через флавопротеид I (НАДФН-цитохром Р450 редуктазу).

Третья стадия состоит в образовании тройного комплекса: восстановленный цитохрома Р450-субстрат-кислород.

Четвертая стадия представляет собой восстановление тройного комплекса вторым электроном, который, как полагают, поступает из НАДН-специфичной цепи переноса электронов, состоящей из НАДН- +цитохром b5 редуктазы или флавопротеида II и цитохрома b5 . Пятая стадия состоит из нескольких процессов, включающих внутримолекулярные превращения восстановленного тройного комплекса и его распад с образованием гидроксилированного продукта и воды. На этой стадии цитохром Р450 переходит в исходную окисленную форму.

Цитохромы Р450 катализируют следующие типы реакций: гидроксилирование алифатического или ароматического атома углерода; эпоксидирование двойной связи; окисление атома (S, N, I) или N-гидроксилирование; перенос окисленной группы; разрушение эфирной связи; дегидрогенирование.

Обычно гидроксилируется последний углерод в цепи (алканы), так называемое омега- гидроксилирование. Также бывает внутреннее гидроксилирование в нескольких позициях (позиции -1,- 2).

Это приводит к множеству различных вариантов продуктов даже с таким простым алканом, как гексан. Заметим, что циклические углеводороды тоже подвергаются гидроксилированию. В реакции гидроксилирования сначала образуется полуацеталь, который потом превращается в спирт и альдегид. При окислении алкенов цитохромом Р450 образуются двуатомные окиси. Они отличаются по своей стабильности и могут являться высоко реакционноспособными. Например, винилхлорид метаболически переходит в окись, которая затем превращается в хлорацетальдегид – мутаген, действующий непосредственно на ДНК. Эти исследования привели к запрету на использование винилхлорида в распылителях. Винильная группа стерина (винилбензол) известна своими канцерогенными свойствами, но организм человека способен нейтрализовать его, переводя окись с помощью фермента эпоксигидролазы в диол. Но эпоксигидролаза помогает не всегда. Например, цитохром Р450 синтезирует эпоксид Афлотоксина В1 in vivо. Это соединение – высоко реакционноспособный электрофил, не стабилен и быстро формирует аддукт с ДНК. К тому же диол, образующийся из эпоксида, так же нестабилен и высоко реакционноспособен. Окисление ароматических соединений цитохромом Р450 так же дает эпоксиды, но они быстро переходят в фенол. В результате гидроксилирования бензола, полученный фенол может опять гидроксилироваться, переходя в катехол или гидрохинон. Заметим, что катехол и гидрохинон могут реагировать с кислородом, подавляя аналогичные реакции с хинонами и супероксидами, которые являются токсинами. Такое известное соединение как 2,3,7,8-тетрахлордибензолдиоксин (ТХДД) не подвержен гидроксилированию и устойчив (период полураспада в организме человека – год и более).