 |
Распад гемоглобина в организме.
|
|
|
|
Лекция № 9.
Тема «ОБМЕН ХРОМОПРОТЕИДОВ».
План изложения:
1. Хромопротеины. Гемоглобин и миоглобин. Строение, функции, биологическое значение для организма, отличия.
2. Оксигенирование гемоглобина и миоглобина.
3. Синтез гема.
4. Распад гемоглобина в организме.
5. Клиническое значение исследования пигментов. Лабораторные показатели желтух.
К хромопротеинам относятся гемоглобин, миоглобин, хлорофилл.
Гемоглобин и миоглобин – сложные белки класса хромопротеинов подгруппы гемопротеинов, так как небелковой их частью является гемм.
Уникальным свойством этих белков является обратимое связывание с молекулами кислорода без изменения степени окисления иона железа
(Fe 2 +).
Отличаются эти белки локализацией и функциями.
1. Гемоглобин находится в эритроцитах, транспортирует кислород из лёгких к тканям, а из тканей в лёгкие переносит углекислый газ и протоны водорода. Эта его функция тесно связана с регуляцией кислотно-основного состояния в организме.
2. Миоглобин локализуется в цитоплазме мышечных клеток (красные мышцы), особенно много его в миокарде, сохраняет запас кислорода для анаэробного митохондриального окисления при интенсивной мышечной работе и транспортирует кислород внутриклеточно к митохондриям.
3. Сродство миоглобина к кислороду выше, чем у гемоглобина.
Различия в функциях этих белков обусловлены разной структурной организацией их молекул.
1. Миоглобин состоит из одной полипептидной цепи, содержащей 153 остатка аминокислот.
2. Гемоглобин имеет четыре попарно идентичные полипептидные цепи. У основного гемоглобина взрослых HbA комбинируются 2 альфа цепи, состоящие из 141 остатка аминокислот, и 2 вета-цепи, содержащие по 146 остатков.
|
|
|
3. Третичная конформация этих цепей очень похожа на аналогичную в молекуле миоглобина с той разницей, что в альфа цепи имеется семь спирализованных участков.
Каждая полипептидная цепь, соединённая с молекулой гема, образует субъединицу. Четыре субъединицы, взаимодействуя между собой нековалентными связями, укладываются в форме тетраэдра, образуя глобулярную четвертичную структуру.
Присоединение молекулярного кислорода к гемоглобину и миоглобину осуществляется через ион железа гема. Этот процесс называют оксигенированием (не окислением, так как он не приводит к изменению степени окисления железа!). Оксигенированные белки называют оксигемоглобинами (HbO 2) и оксимиоглобинами (MyoHbO 2).
На процесс оксигенирования гемоглобина влияют:
1. парциальное давление кислорода, углекислого газа,
2. концентрация протонов водорода (pH)
3. концентрация 2,3 – дифосфоглицерата (2,3- ДФГ) – промежуточного метаболита гликолиза в эритроцитах.
Четвертичная структура гемоглобина наделяет гемоглобин уникальной способностью насыщаться кислородом постепенно, достигая максимума при высоком парциальном давлении, и отдавать часть кислорода в ткани при снижении pO 2.
Пусковым механизмом изменения конформации гемоглобина при взаимодействии с О 2 при его высоком давлении служит перемещение иона железа в плоскость порфиринового кольца.
Максимальное насыщение кислородом (на 96%) происходит в эритроцитах лёгочных капилляров при pO 2 = 100 мм рт.ст. В венозной крови гемоглобин насыщен кислородом только на 64%, следовательно 32% кіслорода переходит в ткани. Другими словами, на уровне периферических тканей происходит снижение сродства гемоглобина к кислороду и частичное дезоксигенирование.
Этому способствуют следующие условия:
1. низкое парциальное давление кислорода в периферических тканях (40 мм рт.ст.), а в работающих мышцах 20 мм рт. ст., так как в тканях кислород быстро используется на окислительное фосфорилирование для получения АТФ и некоторые другие процессы;
|
|
|
2. высокое pCO 2 образующееся в тканях в результате декарбоксилирования альфа- кетокислот, аминокислот, других карбоновых кислот в процессе метаболизма.
3. увеличение концентрации 2,3 – ДФГ, стимулируемое высоким рCO 2 Молекула оксігемоглобіна связывается определённым центром с молекулой 2, 3- дифосфоглицерата, что приводит к изменению конформации и освобождению части О 2.
Таким образом, оксигемоглобин снабжает ткани кислородом.
Оксигенирование миоглобина в мышцах и быстро и при низком парциальном давлении О 2 (20мм рт. ст .). Сродство миоглобина к кислороду выше, чем у гемоглобина. При интенсивной мышечной работе, приводящей к быстрому кислородному голоданию (рО 2 снижается до 5 мм рт. ст.) в клетке, оксимиоглобин переносит О 2, к митохондриям и отдаёт его в матрикс, где находится фермент цитохромоксидаза, имеющий более высокое сродство
к О 2, чем гемоглобин., и использующий кислород в качестве акцептора электронов.
СИНТЕЗ ГЕМА.
Гемоглобин синтезируется на стадии созревания эритроцитов. Он состоит из 4 полипептидов и 4-х молекул гема. Синтез гема происходит в митохондриях клеток костного мозга, печени, почках, слизистой кишечника, в ретикулоцитах. Субстратом дла синтеза гема являются глицин и сукцинил- КоА.
В6
Глицин +сукцинил – КоА порфобилиноген протопорфирин IX Fe 2+ гемм.
Транспорт гема в плазме крови осуществляется белком гемопексином. Это предотвращает повреждение почечного фильтра прооксидантом Fe 2+ и сохраняет гемм и Fe 2+ в организме.
Распад гемоглобина в организме.
Поступающий с пищей Hb в ЖКТ распадается на белковую часть – глобин и небелковую – гем. Глобин распадается до аминокислот, которые всасываются и поступают в кровь. Гем окисляется в гематин и выводится с калом, т е. не используется организмом.
Эндогенный гемоглобин распадается следующим образом:
процесс распада Er протекает в селезёнке, к/м, печени, СМФ (купферовские клетки, плазматические клетки, гистиоциты). Часть Er распадается в кровеносном русле. Освободившийся при этом Hb (около 8 - 9г), адсорбируется в крови гаптоглобином, одна молекула которого может связывать две молекулы гемоглобина. Образующийся комплекс адсорбируется клетками ретикулоэндотелиальной системы (РЭС) из крови, циркулирующей в печени, селезёнке, костном мозге и других органах.
|
|
|
Hb, окисляясь при помощи оксигеназы превращается в вердоглобин (пигмент зелёного цвета), вердоглобин нестойкое соединение, которое распадается на Fe (захватывается трансферрином и в печени откладывается в виде ферритина) и глобин (гидролиз до аминокислот).
Образуется биливердин, который восстанавливается в эндоплазматическом ретикулуме клеток Купфера в присутствие биливердин – редуктазы в основной желчный пигмент человека -билирубин, так называемый «непрямой билирубин» (пигмент оранжевого цвета, токсичный, водонерастворимый).
«Непрямым» свободный билирубин называется потому, что не даёт прямой цветной реакции с диазореактивом, поскольку из-за плохой растворимости в воде он легко адсорбируется на белках плазмы крови.
Он быстро выводится из клеток Купфера и поступает в кровь, где адсорбируется альбумином. Такой комплекс называется свободным, непрямым, неконъюгированным билирубином. Он менее токсичен, нерастворим в воде и не проходит через почечный фильтр.
Этот комплекс с током крови поступает в печень, где распадается, а билирубин поступает в клетки печени - гепатоциты. Здесь билирубин взаимодействует с глюкуроновой кислотой с образованием глюкоронидбилирубина. В таком виде билирубин не токсичен, водорастворим и называется связанным билирубином (прямой, конъюгированный).
В клетках печени накапливается связанный билирубин, который поступает в желчный пузырь и входит в состав желчных пигментов. С желчью билирубин поступает в кишечник, где распадается. Освободившийся билирубин под воздействием ферментов микрофлоры толстого кишечника превращается в мезобилиноген. Небольшая часть мезобилиногена всасывается в кровь и по воротной вене доставляется в печень, где расщепляется до дипирролов, которые задерживаются печенью и не поступают в общий кровоток.
|
|
|
В сутки человек выделяет от 250 до 300 мг стеркобилиногена, который легко окисляется под действием света и воздуха до стеркобилина. Лишь небольшая часть билирубина (от 5 до 20 мг) выводится с калом в неизменном виде. Небольшая часть стеркобилиногена (до 5%) после всасывания через систему нижних геморроидальных вен попадает в большой круг кровообращения, минуя печень, и в таком виде выводится почками с мочой (около 4 мг в сутки).
Уробилиноген мочи и стеркобилиноген кала, окисляясь на воздухе, превращаются в уробилин и стеркобилин – пигменты мочи и кала.
Лабораторное определение уровня билирубина имеет большое значение в диагностике заболеваний печени, гемолитических состояниях (ГБН и др.).
|
|
|
