Биохимия эритроцита. Структура гемоглобина. Синтез гема

эритроцитов - регуляция в крови КОС,
2.Транспорт по организму О2

и СО2.
Эти функции реализуются с участием гемоглобина.
3.Эритроциты на своей клеточной мембране адсорбируют и транспортируют аминокислоты, антитела, токсины и ряд лекарственных веществ.

обычно (80%) имеют форму двояковогнутых дисков и называются дискоцитами.
Это

создаёт наибольшую площадь поверхности по отношению к объёму, что обеспечивает максимальный газообмен, а также обеспечивает большую пластичность при прохождении эритроцитами мелких капилляров.
Диаметр Эр у человека колеблется от 7,1 до 7,9 мкм, толщина эритроцитов в краевой зоне - 1,9 - 2,5 мкм, в центре - 1 мкм.
75% всех эритроцитов - нормоциты;
большие размеры (свыше 8,0 мкм) - 12,5 % - макроциты.
может быть 6 мкм и меньше - микроциты.

Она состоит из примерно равного количества липидов и белков, а

также небольшого количества углеводов.

гликолипиды (около 5% от общего количества липидов) и много холина

(фосфатидилхолин, сфингомиелин)
Внутренний - много фосфатидилсерина и фосфатидилэтаноламина.

Более 60% всех мембранных белков приходится на спектрин,

гликофорин (есть только в мембране эритроцитов) и белок полосы 3.

вид фибриллы, состоящей из двух антипаралельно перекрученых друг с другом

цепей α-спектрина и β-спектрина.

его полипептидная цепь много раз пересекает бислой липидов.

является компонентом цитоскелета

и анионным каналом, который обеспечивает трансмембранный антипорт для ионов НСО3- и Сl-.

плазмолемму в виде одиночной спирали.

Гликофорины формируют цитоскелет и, через

олигосахариды, выполняют рецепторные функции.

по обе стороны мембраны.

Са2+-АТФ-аза — мембранный фермент, осуществляющий выведение

из эритроцитов ионов кальция и поддерживающий градиент концентрации этого иона по обе стороны мембраны.

на наружной поверхности плазмолеммы, образуют гликокаликс. Олигосахариды гликофорина определяют антигенные

свойства эритроцитов. Агглютиногены появляются на мембране на ранних стадиях развития эритроцита.
На поверхности эритроцитов имеется также агглютиноген - резус-фактор (Rh-фактор). Он присутствует у 86% людей, у 14% отсутствует.

сухого остатка составляет гемоглобин
5% сухого остатка приходятся на органические

(глюкоза, промежуточные продукты ее катаболизма) и неорганические вещества.
В цитоплазме эритроцитов присутствуют ферменты гликолиза, ПФЦ, АОЗ и метгемоглобинредуктазной системы, карбоангидраза.

т.к. у него нет рибосом, ЭПР, аппарата Гольджи и ядра.

Однако в цитоплазме синтезируется пептид глутатион.
Биосинтез глутатиона осуществляется в 2 стадии:
1стадия катализируется γ−глутамилцистеинсинтетазой,
2 стадия – глутатионсинтетазой.
2.Катаболизм белков в эритроците неферментативный:разрушаются и инактивируются под действием неблагоприятных факторов(СРО, гликозилирования, взаимодействия с тяжелыми металлами и токсинами).

и аденина может синтезироваться АМФ.
2.АМФ с участием АТФ превращается

в АДФ.
3.В реакциях субстратного фосфорилирования (гликолиз) АДФ превращается в АТФ.
4.В гликолизе НАД+ восстанавливается в НАДН2, который используется для регенерации гемоглобина из метгемоглобина.
5.В ПФЦ НАДФ+ восстанавливается в НАДФН2, который используется для функционирования антиоксидантной системы.

однако Эр может обмениваться липидами с липопротеинами крови.

2.Катаболизм липидов

неферментативный, повреждение и разрушение липидов происходит в реакция ПОЛ.
 

углеводов происходит на 90% в анаэробном гликолизе и на 10%

в ПФЦ, основной субстрат – глюкоза.


В процессе гликолиза с участием фосфоглицераткиназы и пируваткиназы образуется АТФ, а с участием 3-ФГА дегидрогеназы восстанавливается НАДН2. В окислительной стадии ПФЦ с участием глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы и 6-фосфоглюконат дегидрогеназы восстанавливается НАДФН2.
Конечный продукт анаэробного гликолиза лактат выходит в плазму крови и направляется преимущественно в печень для глюконеогенеза.

работы АТФаз, для работы цитоскелета и синтеза некоторых веществ.

За 1 час все эритроциты крови потребляют 0,7г глюкозы.
2.Генетический дефект любого фермента гликолиза приводит к уменьшению образования АТФ, в результате падает активность Na+,К+-АТФ-азы, повышается осмотическое давление и возникает осмотический шок.

Мet Нb (Fe3+)+e-
2). e- + О2 →

О∙2
различные окислители - нитраты, сульфаниламиды и т.д.
Для сдерживания СРО в эритроците функционирует ферментативная антиоксидантная система. Для ее работы необходим глутатион и НАДФН2.

превращается в эритроцит за две недели.
Размножение стимулирует ростовой фактор интерлейкин-3

(цитокин).
Дальнейшую пролиферацию и дифференцировку регулирует гормон эритропоэтин, который синтезируется в почках.
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, ЭР, митохондрий и в течение двух суток превращаются в эритроциты.

у мужчины составляет 3,9*1012 - 5,5*1012 /л,
у женщины -

3,7*1012 - 4,9*1012/л.
Более высокое содержание эритроцитов у мужчин обусловлено стимулирующим эритропоэз влиянием андрогенов. Женские половые гормоны, наоборот тормозят эритропоэз.
Увеличение числа эритроцитов называют эритроцитозом (эритремией), а уменьшение - эритропенией (анемией). Они бывают абсолютными и относительными.

при снижении барометрического давления (на высокогорье), у больных с хроническими

заболеваниями лёгких и сердца вследствие гипоксии, которая стимулирует эритропэз.
Относительный эритроцитоз (увеличение числа эритроцитов в единице объёма крови без увеличения их общего количества в организме) - наблюдается при сгущении крови (при обильном потении, ожогах, холере и дизентерии). Он возникает при тяжёлой мышечной работе вследствие выброса эритроцитов из кровяного депо.

после кровопотери.
Относительная эритропения возникает при разжижении крови за счёт быстрого

увеличения жидкости в кровотоке.

и ПФЦ. Нарушается процесс образования АТФ, НАДН2, НАДФН2.
2.Снижение активности Na+,

К+ АТФ-азы и увеличение проницаемости мембраны сопровождается выходом ионов калия в плазму и увеличением в эритроцитах содержания натрия.
3.Ухудшает отдачу О2 тканям.
4.Увеличивается чувствительность к осмотическому давлению и механическим воздействиям.

метгемоглобинредуктазной системы способствует накоплению в эритроцитах метгемоглобина и нарушению их

газообменной функции.
7.При деградации белков в плазмолемме появляются рецепторы к аутоантителам
8.В гликокаликсе снижается содержание сиаловых кислот, определяющих отрицательный заряд оболочки. Отмечаются изменения цитоскелетного белка спектрина:преобразование дисковидной формы в сферическую.

потом разрушаются макрофагами в печени, селезёнке и костном мозге.

В

сутки обновляется 1% эритроцитов, т.е. в течение одной секунды в кровоток поступает около 2 млн эритроцитов.

Fe2+ включается в молекулу порфирина с помощью 2 ковалентных и

2 координационных связей.
В основе порфиринов находится порфин, который представляет собой конденсированную систему из 4 пирролов, соединенных между собой метиленовыми мостиками (-СН=).
Молекула гема имеет плоское строение. При окислении железа, гем превращается в гематин (Fe3+).

митохондриальной ЦПЭ, цитохрома Р450, ферментов каталазы, пероксидазы, цитохромоксидазы и др.

Наибольшее количество гема содержат Эр, заполненные гемоглобином, мышечные клетки, имеющие миоглобин, и клетки печени, содержащие цитохром Р450.

гема начинается в Мх, затем продолжается в цитозоле и снова

переходит в Мх.
1. Первая реакция синтеза с участием δ-аминолевулинат-синтазы (греч. "дельта") происходит в митохондриях. Реакцию ингибирует и репрессирует гем.
2. Следующая реакция при участии аминолевулинатдегидратазы протекает в цитозоле. Реакцию ингибирует гем.

тетрапиррол.
Различают два вида тетрапирролов - уропорфириноген типа I и

уропорфириноген типа III.
В синтезе обоих видов порфиринов принимает участие уропорфириноген I-синтаза, в образования уропорфириногена III дополнительно принимает участие фермент уропорфириноген III-косинтаза.

Копропорфириноген III окисляется в протопорфириноген IX и далее в протопорфирин

IX. Последний после связывания с железом образует гем, реакцию катализирует феррохелатаза (гемсинтаза).

гема, он ускоряет биосинтез "своих" белков.
2. Основным регуляторным ферментом синтеза

гема является аминолевулинатсинтаза.

вызванная нарушениями синтеза гема вследствие дефицита одного или нескольких ферментов.

гена фермента, участвующего в синтезе гема;
Приобретенные. Возникают при ингибирующем влиянии

токсических соединений (гексохлорбензол, соли тяжелых металлов - свинец) на ферменты синтеза гема.

полирибосомах. Гены цепей глобина расположены в 11 и 16 хромосоме.
Цепи

глобина формируют глобулы и соединяются с гемом. 4 глобулы нековалентно соединяются в гемоглобин.

белковые субъединицы. Между собой протомеры соединяются гидрофобными, ионными, водородными связями

по принципу комплементарности. 
Белковые субъединицы в нормальном Нb могут быть представлены различными типами полипептидных цепей: α, β ,γ , δ , ξ . В состав молекулы гемоглобина входят по две цепи двух разных типов.
Гем соединяется с белковой субъединицей, во-первых, через остаток гистидина координационной связью железа, во-вторых, через гидрофобные связи пиррольных колец и гидрофобных аминокислот.

углекислого газа и протонов от тканей к легким;
3.Регулирует КОС крови.

Процесс называется оксигенацией; обратный процесс - дезоксигенацией.
карбоксигемоглобин HbСО (Fe2+).

Связь гема с СО в двести раз прочнее, чем с О2. В норме в крови содержится 1% HbСО. При отравлении СО, из-за недостаточного снабжения тканей кислородом может наступить смерть.
метгемоглобин HbОН (Fe3+). Образуется при воздействии на гемоглобин окислителей (оксидов азота, метиленового синего, хлоратов). В норме в крови содержится <1% HbОН. Накопление метгемоглобина при некоторых заболеваниях (например, нарушение синтеза ГЛ-6-фосфатДГ), отравлении окислителями может стать причиной смерти, так как метгемоглобин не способен к переносу кислорода;
цианметгемоглобин HbСN (Fe3+). Образуется при присоединении СN- к метгемоглобину. Эта реакция спасает организм от смертельного действия цианидов. Поэтому для лечения отравлений цианидами применяют метгемоглобинообразователи (нитрит Na);

не к гему, а к NН2 – группам глобина, с

образованием карбаматов:
HbNH2 + CO2= HbNHCOO- + H+
Дезоксигемоглобин Hb (Fe2+). Форма гемоглобина не связанная с кислородом. Дезоксигемоглобин связывает больше СО2, чем оксигемоглобин.
В цитохромах гем присоединяется к белковой части через 5 и 6 координационные связи железа.

между 7-12 неделями жизни,
HbF – фетальный гемоглобин, содержит 2α- и

2γ-цепи, появляется через 12 недель внутриутробного развития и является основным после 3 месяцев,
HbA – гемоглобин взрослых, доля составляет 98%, содержит 2α- и 2β-цепи, у плода появляется через 3 месяца жизни и к рождению составляет 80% всего гемоглобина,
HbA2 – гемоглобин взрослых, доля составляет 2%, содержит 2α- и 2δ-цепи,
HbO2 – оксигемоглобин, образуется при связывании кислорода в легких, в легочных венах его 94-98% от всего количества гемоглобина,
HbCO2 – карбогемоглобин, образуется при связывании углекислого газа в тканях, в венозной крови составляет 15-20% от всего количества гемоглобина.

гемоглобина, включающая трехвалентный ион железа вместо двухвалентного. Такая форма обычно

образуется спонтанно. Образующийся metHb не способен связывать кислород и возникает гипоксия тканей.
Hb-CO – карбоксигемоглобин, образуется при наличии СО (угарный газ) во вдыхаемом воздухе. Он постоянно присутствует в крови в малых концентрациях, но его доля может колебаться от условий и образа жизни.
HbA1С – гликозилированный гемоглобин. Концентрация его нарастает при хронической гипергликемии и является хорошим скрининговым показателем уровня глюкозы крови за длительный период времени.

на гемоглобинопатии и таласемии.
Гемоглобинопатии, возникают в результате точечных мутаций в

структурных генах, кодирующих полипептидные цепи гемоглобина. Поэтому в крови появляется аномальный гемоглобин.
Талассемия – генетическое заболевание, обусловленное отсутствием или снижением синтеза одной из цепей гемоглобина. При данном заболевании отсутствуют дефекты в структурных генах, кодирующих α, β, γ,δ -цепи.

в составе гемоглобина крови.
2). эритроциты приобретают не нормальную форму

(мишеневидную, каплевидную). Такие эритроциты в пределах 1 дня захватываются ретикулярной соединительной тканью (например, селезенкой) и подвергаются распаду (по этой причине селезёнка оказывается гипертрофированной), что приводит к развитию гемолитической анемии.