биохимия крови. Лекция биохимия крови
 Скачать 0.78 Mb.
|
|
Лекция «БИОХИМИЯ КРОВИ» Авторы – доцент Т.А.Титова и доцент Е.С.Зыкова Кровь циркулирует по системе кровеносных сосудов и, транспортируя различные вещества, выполняет следующие функции: • дыхательную (гемоглобин, находящийся в эритроцитах, переносит О 2 из легких в ткани и СО 2 из тканей в легкие); • трофическую (транспорт продуктов переваривания пищи из клеток кишечника в ткани); • выделительную (уносит продукты катаболизма в выделительные органы); • регуляторную (транспортирует сигнальные молекулы к тканям- мишеням); • кровь сохраняет кислотно-щелочной и водный баланс и поддерживает температуру тела; • защитную (кровь содержит клеточные и гуморальные компоненты иммунного ответа). К этой функции относится также способность крови свертываться. БЕЛКИ ПЛАЗМЫ КРОВИ Плазма крови содержит 7% белков всего организма, причем концентрация альбумина составляет 40-50г/л, глобулинов 20-30г/л, общий белок плазмы крови – 60-70г/л. Белки плазмы крови методом электрофореза можно разделить на фракции, количество которых в зависимости от типа электрофореза может составлять от 5 до 17. Электрофорезом на бумаге можно обнаружить 5 фракций: альбумин, α 1 , α 2 , β и γ- глобулины. Большинство белков плазмы синтезируются в печени, но некоторые образуются и в других органах. Например, γ- глобулины синтезируются В-лимфоцитами, большинство пептидных гормонов секретируют эндокринные железы, а гормон эритропоэтин образуется в почках. Белок альбумин синтезируется в печени и имеет небольшую молекулярную массу - 69 КДА. Молекула альбумина содержит много дикарбоновых аминокислот, поэтому удерживает катионы Na +2 , Ca 2+ , Zn 2+ Небольшая молекулярная масса альбумина и высокая концентрация в крови обеспечивает до 80% осмотического давления плазмы. Альбумин является важнейшим транспортным белком. Он транспортирует, например, свободные жирные кислоты, неконъюгированный билирубин, триптофан, тироксин, трииодтиронин. Глобулины делят на 4 фракции α 1 , α 2 , β и γ. В эти фракции входят белки, которые выполняют специфические и защитные функции. К глобулинам относятся, например, тироксин- и кортизолсвязывающие белки, трансферрин, гаптоглобин, церулоплазмин, интерфероны, С реактивный белок , появляющийся в крови при некоторых воспалительных заболеваниях. При ряде заболеваниях содержание белков в плазме крови изменяется. Такие изменения называют диспротеинемиями. Гиперпротеинемия – это повышение концентрации белков в плазме крови. Она может быть первичной и вторичной. Первичная гиперпротеинемия обусловлена повышением концентрации γ-глобулинов и некоторых специфичесеских белков при острых воспалительных заболеваниях. Такие белки называют белками острой фазы. К ним относят С-реактивный белок, α 1 -антитрипсин, гаптоглобин, фибриноген. Синтез этих белков в печени индуцирует белок мононуклеарных фагоцитов интерлейкин-1. Вторичная гиперпротеинемия обусловлена потерей воды при диарее, рвоте, полиурии. Гипопротеинемия наблюдается главным образом при потере организмом альбумина при нефрите и снижении его синтеза, например, при гепатитах, циррозе печени, длительном голодании. Уменьшение содержания альбумина в крови приводит к снижению осмотического давления и нарушению распределения жидкости между сосудистым руслом и межклеточным пространством. Клинически это проявляется в виде отеков. МЕТАБОЛИЗМ ЭРИТРОЦИТОВ Эритроциты – это высокоспециализированные клетки, которые не имеют клеточных органелл. Гемоглобин составляет 95% их сухого остатка. Эритроциты циркулируют в крови около 120 дней и разрушаются в печени, селезенке и костном мозге. Эритропоэз регулирует гормон эритопоэтин, синтезирующийся в почках. Двояковогнутая форма эритроцитов и особенности строения их плазматической мембраны обеспечивают пластичность этих клеток при прохождении мелких капилляров. В эритроцитах нет митохондрий, поэтому единственным источником энергии является анаэробный гликолиз. Глюкоза поступает в эритроциты с помощью белков-переносчиков ГЛЮТ-2. В анаэробном гликолизе используется примерно 90% глюкозы, содержащейся в эритроцитах, остальное - в пентозофосфатном пути. Анаэробный гликолиз: а) обеспечивает синтез АТФ для работы транспортных АТФ-аз и гексокиназной реакции гликолиза; б) необходим для образования NADH+H + , участвующего в восстановлении метгемоглобина в гемоглобин; в) является источником 1,3-бисфосфоглицерата, который ферментом бисфосфоглицератмутазой превращается в 2,3 бисфосфоглицерат. Последний является аллостерическим регулятором гемоглобина (снижает его сродство к кислороду). В пентозофосфатном пути превращения глюкозы образуется NADРH+H + , являющийся донором водорода в реакции восстановления глутатиона. Кислород, содержащийся в эритроцитах, потенциально токсичен, так как, окисляя Fe +2 и присоединяя электрон, он становится супероксидным анионом, а гемоглобин превращается в метгемоглобин, который не транспортирует кислород. Восстановление метгемоглобина в гемоглобин катализирует метгемоглобинредуктазная система. Коферментом метгемоглобинредуктазы является NADH+H + . Супероксидный анион (О 2 - ) и гидроксил радикал (ОН ) вызывают образование гидроперекисей остатков ненасыщенных жирных кислот в фосфолипидах клеточных мембран, а это приводит к их разрушению и гемолизу эритроцитов. Эритроциты содержат систему ферментов, обезвреживающих активные формы кислорода (рис.1): • супероксиддисмутаза превращает супероксидный анион в пероксид водорода; • глутатионпероксидаза превращает пероксид водорода в воду, а глутатион в глутатион S-Sглутатион; • пероксид водорода может расщепляться каталазой; • окисленный глутатион (G-S-S-G) восстанавливается NADРH- зависимой глутатионредуктазой. Рис.1. Любое нарушение системы обезвреживания О 2 в эритроцитах приводит к увеличению содержания активных форм кислорода и гемолизу эритроцитов. Гемолиз эритроцитов наблюдается при: • генетических дефектах фермента пентозо-фосфатного пути глюкозо-6-фосфатдегдрогеназы. Лечение пациентов с таким генетическим дефектом лекарствами, обладающими сильными окислительными свойствами (аспирин, примахин, сульфаниламиды, парацетамол) может вызвать гемолиз эритроцитов. • генетических дефектах любого фермента гликолиза, так как при этом снижается синтез АТФ и NADH+H, являющегося коферментом метгемоглобинредуктазы. Падение активности фермента приводит к увеличению содержания метгемоглобина, молекулы которого соединяются дисульфидными связями, образуя тельца Хайнца. Это вызывает разрушение эритроцитов, попадающих в мелкие капилляры. СВЕРТЫВАЮЩАЯ И ПРОТИВОСВЕРТЫВЮЩАЯ СИСТЕМЫ КРОВИ Свертывание крови – это защитная реакция организма. Основную роль в этом процессе играют тромбоциты и белки плазмы крови, которые называют факторами свертывания и обозначают римскими цифрами. Прекращение кровотечения после травмы сосуда называют гемостазом. Гемостаз имеет 4 этапа: I – сокращение поврежденного сосуда. II – образование в месте повреждения в течение 3-5 минут рыхлой тромбоцитарной пробки (белого тромба). Он образуется при взаимодействии поврежденного эндотелия с тромбоцитами, в результате чего изменяются свойства тромбоцитов. Они прилипают к месту повреждения (адгезируют) и друг к другу (агрегируют). III этап заключается в превращении растворимого белка плазмы крови фибриногена в нерастворимый фибрин. Фибрин вместе с эритроцитами откладывается между тромбоцитами белого тромба и таким образом образуется красный тромб (рис.2). Рис.2. IV – растворение тромба. Снижение свертываемости крови ведет к повышению кровоточивости. При повышении свертываемости образуются внутрисосудистые тромбы, которые могут закупорить неповрежденный сосуд и вызвать тромбоз. Нарушения системы свертывания могут быть наследственными и приобретенными. Образование фибринового тромба включает несколько этапов: • Образование мономера фибрина. Растворимый белок плазмы крови фибриноген (I) превращается в нерастворимый мономер фибрин под действием протеолитического фермента крови тромбина (IIа). Фибриноген состоит из шести полипептидных цепей трех типов 2Аα, 2Вβ и 2γ. Цепи связаны между собой дисульфидными связями и образуют три домена. На N-концах Аα, и Вβ цепей находятся А и В участки, выступающие из центрального домена. Эти А и В пептиды содержат много остатков асп и глу, следовательно, заряжены отрицательно, поэтому молекулы фибриногена отталкиваются друг от друга и не агрегируют (рис.3). Рис. 3. • Сериновая протеаза тромбин частичным протеолизом удаляет А и В пептиды и превращает фибриноген в фибрин -мономер. • Образование геля фибрина. В результате изменения конформации в фибрине-мономере образуются комплементарные участки – центры связывания. Это приводит к полимеризации фибрина и образованию нерастворимого геля фибрина. Он непрочен, так как образован не ковалентными связями между комплементарными доменами. • Стабилизация геля. Гель стабилизирует фермент трансглутамидаза (XIIIа), который катализирует образование изопептидных связей между радикалами глутамина и лизина мономеров фибрина. • Сжатие геля осуществляет белок тромбостенин при участии АТФ. Для образования фибринового геля необходим фермент тромбин. Активный тромбин образуется в крови из неактивного протромбина, путем частичного протеолиза. Активацию протротромбина обеспечивает ряд последовательных реакций. Эти реакции инициируются (запускаются) на поврежденной или измененной тромбогенным сигналом клеточной мембране. Каскад реакций свертывания крови ускоряется на каждом этапе и заканчивается образованием тромба (коагуляцией). Реакции, предшествующие превращению фибриногена в фибрин, составляют прокоагулянтный путь свертывания крови. В прокоагулянтном пути последовательно образуются три ферментных комплекса. Каждый комплекс включает: • отрицательно заряженный участок мембран клеток эндотелия или тромбоцитов, • белок-активатор ТФ (тканевой фактор), VIIIa или Va; • один из протеолитическиx ферментов (сериновую протеазу) VIIa, IXa, Xa; эти ферменты в своем составе содержат остатки γ- карбоксиглутаминовой кислоты. Они образуются при посттрансляционном карбоксилировании глутамата при участии витамина К; • Са +2 Таким образом, на отрицательно заряженном участке мембраны последовательно формируются три мембранных комплекса: VIIa-ТФ- Са +2 IXa- VIIIa- Са +2 Xa- Va- Са +2 Фактор VII в составе инициирующего комплекса частичным протеолизом активирует факторы IX и X других комплексов. Тканевой фактор (ТФ)- это белок, который экспонирован на поверхности многих клеток, например, моноцитов, фибробластов, макрофагов, тромбоцитов. Он не требует протеолитической активации, а фактор VII обладает небольшой эндогенной активностью, но может активироваться частичным протеолизом тромбином. Комплекс Xa- Va- Са +2 -мембрана протеолитически активирует протромбин, поэтому называется протромбиназным (рис.4). Рис. 4. Фактор Xa в составе этого комплекса гидролизует две пептидные связи в протромбине и превращает его в тромбин. Тромбин частичным протеолизом превращает фибриноген в фибрин, активирует фактор XIII и по принципу положительной обратной связи факторы V, VIII, VII (рис. 5). Рис.5 Известно, образование тромба могут вызвать повреждение эндотелия сосудов при травме или некоторые сигнальные молекулы, например, тромбоксан, катехоламины, действующие через инозитолфосфатную систему. В наружном слое плазматической мембраны обычно преобладают нейтральные фосфолипиды, а во внутреннем - отрицательно заряженные. Такое распределение липидов поддерживает специфическая транслоказа. Активация ИФ-системы вызывает повышение концентрации Са +2 , который ингибирует транслоказу. Вследствие этого во внешнем липидном слое мембраны появляются отрицательно заряженные липиды. При травме внутренняя отрицательно заряженная поверхность мембраны становится доступной для взаимодействия с факторами свертывания крови. Контактная фаза свертывания (внутренний путь) включает проферменты факторы XI и XII, прекалликреин. Они путем частичного протеолиза, превращаются в активные ферменты, которые образуют мембранные комплексы с белком-активатором высокомолекулярным кининогеном (ВКМ) (рис.6). Рис. 6. Проферменты внутреннего пути не содержат карбоксиглутамат. Вместе с тем фактор XIIа и калликреин являются важными компонентами ряда защитных систем организма: свертывающей, калликреин-кининовой и фибринолитической. Поэтому считают, что контактная активация служит для сопряжения системы гемкоагуляции с другими регуляторными системами организма. В крови и в норме есть клетки с тромбогенными участками, однако кровь остается жидкой. Это обеспечивает антисвертывающая система крови. Она включает антитромбин III и гепарин, плазменные ингибиторы протеаз и антикоагулянтную систему (систему протеинаС). Антитромбин III ингибирует все сериновые протеазы, причем его активатором является гетерополисихарид гепарин (рис.7). Рис.7. Белок α 2 - макроглобулин образует комплекс с сериновыми протеазами, в котором они теряют протеолитическую активность. Антикоагулянтная система включает два ферментных комплекса. Первый из них формируется на мембране и содержит фермент тромбин, белок-активатор тромбомодулин, Са +2 Интегральный белок плазматической мембраны эндотелиальных клеток тромбомодулин повышает сродство тромбина к протеину С. В составе мембранного комплекса тромбин-тромбомодулин-Са +2 тромбин частичным протеолизом активирует протеин С. Активный протеин С (Са) в составе мембранного комплекса Са-S- Са +2 гидролизует белки-активаторы Vа и VIIIа (рис. 8). Это приводит к торможению каскада реакций свертывания крови. Рис.8. Растворение фибринового тромба – фибринолиз- катализирует белок плазмы крови плазмин. Плазмин образуется в результате частичного протеолиза плазминогена под действием калликреина, фактора XIIа или тканевого активатора плазминогена (ТАП), который содержится в клетках эндотелия всех тканей кроме печени. Поступая в кровоток ТАП ингибируется специфическими ингибиторами первого (и-ТАП-1) и второго (и-ТАП-2) типов. Плазмин в кровотоке ингибируют неспецифические ингибиторы сериновых протеаз (рис. 9). Рис. 9. |