Материал: Біологічна та біоорганічна хімія_Мардашко О.О._ изд. 2008-342 с._ОНМедУ-2012

цити — без’ядерні клітини, що містять 57–68 % води і 32–43 % сухого залишку. Основний білок

— гемоглобін, це більше 95 % усіх органічних речовин цієї клітини. У кожному еритроциті міститься до 400 млн молекул гемоглобіну. Наявність гемоглобіну значно збільшує здатність крові переносити кисень — від 5 до 250 мл кисню в розрахунку на 1 л крові.

Біохімічні особливості клітин крові

Еритроцити

Оскільки в зрілому еритроциті немає ядра, хроматину й апарату трансляції, вони не здатні синтезувати нові білки й адаптуватися до змін факторів середовища. У зрілому еритроциті функціонують тільки ті білки, які утворилися на стадії ретикулоцита або навіть на більш ранніх стадіях його розвитку. Еритроцити не мають мітохондрій, тому АТФ утворюється шляхом анаеробного гліколізу. Вона необхідна для підтримки трансмембранного градієнта іонів Na+ і K+, тому що всередині еритроцита високий вміст К+ і низький — Na+, а в плазмі навпаки. Цей процес здійснює Na+, К+-АТФаза, високоактивна в мембранах еритроцитів. В еритроцитах приблизно 90 % глюкози розпадається в процесі гліколізу і 10 % — пентозофосфатним шляхом. Продукція НАДФН таким шляхом підтримує цілісність мембран еритроцитів, полегшуючи інактивацію пероксидів ліпідів мембран. Блокада гліколізу — джерела енергії для Na+, К+-АТФази — вирівнює трансмембранний потенціал і призводить до загибелі еритроцитів.

Концентрація кисню в еритроцитах більша, ніж у клітинах інших тканин, і еритроцити більшою мірою чутливі до його ушкоджуючої дії. Кисень та інші окисники окиснюють гемоглобін у метгемоглобін, в якому залізо тривалентне.

Hb(Fe2+) + O2 MetHb(Fe3+)+ O2–

Гемоглобін Метгемоглобін

Метгемоглобін не приєднує кисень, тому він не може забезпечити дихання тканин.

Метгемоглобін знову відновлюється в гемоглобін ферментом метгемоглобінредуктазою, що використовує НАДН, тому концентрація метгемоглобіну в крові в нормі невелика. Проте вона може значно підвищуватися при потраплянні в організм деяких речовин (нітрати, нітрити, анілін, нітробензен, деякі ліки або їх метаболіти)

— настає метгемоглобінемія. Окиснення гемоглобіну в метгемоглобін (MetHb) киснем спричинює утворення супероксидного аніона (О2–). Під дією супероксиддисмутази супероксид перетворюється на Н2О2, останній руйнується каталазою, а також глутатіонпероксидазою:

Регенерація відновленого глутатіону відбувається при дії глутатіонредуктази, а донором водню служить НАДФН, що постачається пентозофосфатним шляхом:

ГS–SГ + НАДФН + Н+ 2ГSH + НАДФ+

Якщо в організм потрапляє велика кількість окиснюючих речовин, системи знешкодження не справляються з усуненням активних форм кисню, може статися гемоліз через ушкодження мембран еритроцитів. Приблизно у 1/20 частини людей знижена активність в еритроцитах глюкозо-6- фосфатдегідрогенази — ферменту пентозофосфатного шляху. Такі люди набагато чутливіші до окисників (зокрема при лікуванні протималярійним препаратом примахіном у них виникає гемоліз).

Лейкоцити

У нормі в 1 мікролітрі крові людини міститься 4000–98 000 лейкоцитів. Найчисленнішими з них

єгранулоцити (поліморфонуклеарні лейкоцити):

—нейтрофіли — мають нейтрофільні гранули;

—еозинофіли — мають гранули, що забарвлюються кислими барвниками;

—базофіли — мають гранули, що забарвлюються лужними барвниками.

До двох інших клітинних типів належать лімфоцити, які мають велике кругле ядро і невелику цитоплазму, і моноцити з агранулярною цитоплазмою і ядром, форма якого нагадує нир-

ку (рис. 17.2).

Нейтрофіли. Нейтрофіли виконують захисну роль. Вони здатні чинити антимікробну дію, а також поглинати і перетравлювати загиблі мікроорганізми, фрагменти ушкоджених клітин. Нейтрофіли виконують одноразовий фагоцитоз, тобто, руйнуючи мікробну клітину, нейтрофіл гине, але при цьому викидає у навколишнє середовище цитокіни, які залучають до фагоцитозу інші імунокомпетентні клітини крові. Нейтрофіли містять різноманітні протеази й антимікробні білки, які називаються дефензимами. У нейтрофілах здійснюється активація мембранозв’язаного ферменту НАДФН-оксидази, що супроводжується утворенням токсичних похідних кисню:

НАДФНоксидаза

НАДФН + 2О2 НАДФ+ + Н+ + 2О2–

(супероксиданіон)

Два О2– спонтанно реагують із двома Н+, утворюючи Н2О2, яку каталізує цитоплазматична форма супероксиддисмутази:

супероксиддисмутаза

2О2– + 2Н+ Н2О2 + О2

β-глобуліни 9–11 % ЛПНЩ 3–4,5 г/л Церулоплазмін,

трансферин, фібриноген

γ-глобуліни 15–17 %

Імуноглобуліни:

А(10–15 %); Е (1–2 %);

М(5–10 %); G (75 %)

Лімфоцити

Лімфоцити виконують важливу роль у формуванні імунітету. Після народження частина лімфоцитів утворюється в кістковому мозку, проте значна кількість їх формується в лімфовузлах, тимусі й селезінці з клітин-попередників, що потрапляють до цих органів із кісткового мозку. Спеціалізовані функції лімфоцитів потребують конвеєрного продукування імуноглобулінів, тому особливостями їх є потужний синтез білків і активний гліколіз. Під загальною назвою «лімфоцити» мається на увазі велика кількість різноманітних груп імунокомпетентних клітин.

Тромбоцити

Приблизно 60–75 % виділених із кісткового мозку кров’яних пластинок знаходяться в крові, решта — у селезінці. Тромбоцити беруть участь у всіх фазах згортання крові. Вони містять РНК і необхідні компоненти синтезу білка. Утворення АТФ здійснюється в ході гліколізу.

Біохімічні особливості плазми крові

Плазма крові містить близько 91–93 % води і 7–9 % — сухого залишку. Він на 80 % складається з білків, решта 20 % — небілкові речовини плазми крові. Плазма крові, позбавлена фібриногену, називається сироваткою крові.

Функції крові: дихальна, трофічна, видільна (екскреторна), регуляторна, захисна.

Функції крові

Дихальна Трофічна Екскреторна

Регуляторна Захисна

Головним складовим компонентом сухого залишку плазми крові є білки.

На частку білків припадає 6,5–8,5 % від загального об’єму крові (65–85 г/л). Методом висолювання нейтральними солями білки плазми крові можна розділити на три групи:

—альбуміни — 35-50 г/л (52–65 % від загального вмісту білків);

—глобуліни — 23–35 г/л (35–48 % від загального вмісту білків);

—фібриноген — 1,5–3,5 г/л.

Коефіцієнт співвідношення між альбумінами й глобулінами А/Г становить 1,5–2,0.

Альбуміни, α -, β -глобуліни і фібриноген синтезуються, головним чином, у печінці (у печінці людини щодня синтезується 10–16 г альбумінів); γ -глобуліни — переважно в кістковому мозку, селезінці й лімфатичних вузлах (ретикуло-ендоте- ліальній системі).

Фізіологічну роль білків плазми крові ілюструє рис. 17.3:

1.Вони підтримують онкотичний тиск крові, отже, її постійний об’єм. Білки, як відомо, є колоїдами, добре зв’язують воду й затримують її, не дозволяючи виходити з кров’яного русла. Онкотичний тиск крові становить лише 0,02 атм. Попри це, саме він зумовлює переважання осмотичного тиску крові над осмотичним тиском клітинної рідини. У разі відсутності такого переважання вода переходить із крові у тканини, що спричинює набряки. Білки значною мірою визначають в’язкість крові, що в 4–5 разів вище в’язкості води, це забезпечує ламінарність руху крові в судинах.

2.Важливою є транспортна функція білків крові. Вони з’єднуються, наприклад, із жирними кислотами, холестеролом, білірубіном, багатьма гормонами, вітамінами, лікарськими речовинами та ін. і переносяться течією крові в різні органи й тканини.

3.Білки плазми крові відіграють важливу роль у підтримці певної концентрації катіонів у крові. Катіони з білками утворюють сполуки, що не діалізуються. Майже половина Са2+ сироватки крові зв’язана з білками, значна частина Fе, Сu, Мg та інших елементів також пов’язана з білками крові.

4.Білки плазми крові служать резервом амінокислот.

5.Білки плазми крові формують одну з буферних систем крові, тому впливають на підтримку постійного рН крові.

6.Білки плазми беруть участь у згортанні крові, захищаючи організм від крововтрати.

7.Білки плазми крові відіграють важливу роль у функціонуванні гуморального імунітету за рахунок синтезу плазматичними клітинами різних класів імуноглобулінів, компонентів ре-

акції зв’язування комплементу, захищаючи організм від мікроорганізмів.

Білки плазми крові

Залежно від методів виділення й очищення, білки крові можна розділити на 4–5 фракцій (електрофорез на папері), на 14–15 фракцій (електрофорез у ПААГ), на 30–35 фракцій (імуноелектрофорез) (рис. 17.4).

γβ α 2 α 1 Альбумін

Рис. 17.4. Електрофореграма білків сироватки крові

Альбуміни. Молекулярна маса альбумінів дорівнює близько 69 000 Да. Молекула їх складається з одного поліпептидного ланцюга. Альбуміни добре розчинні у воді, висолюються розчином (NH4)2SO4 при 80–100 % насичення, мають велику електрофоретичну рухливість. Завдяки високій гідрофільності та значній концентрації в сироватці, альбуміни відіграють важливу роль у підтримці колоїдно-осмотичного тиску крові. Відомо, що 1 г альбумінів може зв’язувати близько 18 мл води; гідратна оболонка, що утворюється навколо них, забезпечує 75–80 % усього онкотичного тиску, зумовленого білками плазми крові. Тому зниження концентрації альбумінів у сироватці крові нижче 30 г/л (наприклад при голодуванні) призводить до значного зниження онкотичного тиску крові й виникнення набряків. Альбуміни виконують транспортну функцію, беручи участь у переносі різних низько- і високомолекулярних сполук: гормонів щитоподібної залози, статевих гормонів, гормонів кори й мозкової речовини надниркових залоз (але кортизол переноситься глобулінами), багатьох вітамінів, холестеролу, жирних кислот, деяких амінокислот, багатьох лікарських речовин, катіонів Са2+, Сu2+ та ін. Загалом за допомогою альбумінів здійснюються зв’язування й транспорт близько 100 різних речовин. Альбуміни виконують також дезінтоксикаційну функцію. Більшість токсичних для організму сполук зв’язуються з альбумінами в комплекси, переносяться в печінку, де ці комплекси розпадаються, токсичні речовини з’єднуються з глюкуроновою кислотою, сульфатами, таурином або гліцином і у вигляді нетоксичних кон’югованих (парних) сполук виводяться з організму з сечею. Крім згаданих функцій, альбуміни беруть участь у підтримці сталості рН крові, входячи до складу білкової буферної системи, а також виконують деякі інші функції (резерв амінокислот тощо).

Глобуліни. Молекулярна маса глобулінів у середньому становить 160–180 кДа. Глобуліни розділяють на кілька фракцій. Методом електрофорезу на папері глобуліни плазми крові можна розділити на 4 фракції: α 1-, α 2-, β - і γ -глобуліни. α 1-Глобуліни — це білки, зв’язані з ліпідами (α -ліпопротеїни, або ЛПВЩ) або з білірубіном; α 2-глобуліни — це білки, зв’язані з вуглеводами

(глікопротеїни); β -глобуліни — це переважно глікопротеїни: церулоплазмін, трансферин, фібриноген, а також ліпопротеїни (β -ліпопротеї- ни, або ЛПНЩ); γ -глобуліни — здебільшого антитіла. Глобуліни гірше, ніж альбуміни, розчиняються у воді, висолюються розчином (NH4)2SO4 при 30–50 % насичення, мають слабшу електрофоретичну рухливість.

Плазмові глікопротеїни. Вміст вуглеводів у плазмових глікопротеїнах досить варіабельний і може становити від 10 % усієї молекули і більше. Основними вуглеводними компонентами їх є гексози (галактоза, маноза), фукоза (6-дезоксигек- соза), гексозаміни і сіалові кислоти. До найважливіших плазмових глікопротеїнів належать гаптоглобін, церулоплазмін, трансферин, фібриноген та ін.

Часто кінцевим залишком вуглеводного ланцюга глікопротеїнів є сіалова кислота. Якщо вона відщеплюється нейрамінідазою ендотелію, то такі асіалоглікопротеїни є ознакою «старості» молекул білків. Їх розпізнають рецептори гепатоцитів і видаляють із крові ендоцитозом. Таким чином, олігосахариди у структурі білка визначають час життя білків плазми, який сягає від кількох днів до кількох тижнів. Ушкодження тканин цитокінами збільшує утворення білків гострої фази запалення, до яких належать С-реактив- ний білок, гаптоглобіни, фібриноген, інтерлейкін- 6, компонент С-3 комплементу.

Білки гострої фази

Гаптоглобін. Він входить до складу α 2-глобу- лінової фракції. Гаптоглобін здатний зв’язувати позаклітинний гемоглобін з утворенням високомолекулярного гаптоглобін-гемоглобінового комплексу, що не проходить крізь мембрани ниркових канальців, тобто не виділяється нирками, але інтенсивно поглинається клітинами ретикулоендотеліальної системи. Цим він запобігає втраті організмом заліза, що входить до складу гемоглобіну.

Церулоплазмін. Він входить до складу Купруму β -глобулінової фракції. Кожна його молекула містить 8 Cu2+. Церулоплазмін є купрумвмісною фероксидазою, яка підтримує Ферум у (Fe3+) формі, що може зв’язуватися з феритином і використовуватися для синтезу гемоглобіну і цитохромів. Ослаблення синтезу церулоплазміну призводить до нагромадження міді у сполучній тканині й розвитку гепатоцеребральної дегенерації (хвороби Вільсона). Вважають, що церулоплазмін формує неспецифічну гуморальну антиоксидантну систему.

Трансферин. При електрофорезі він переміщається в складі β -глобулінів. Кожна його білкова молекула може зв’язувати два йони Fe3+. Вміст заліза в трансферині становить близько 0,1 % його загальної кількості в організмі. Трансферин здійснює транспорт заліза до клітин, де відбувається синтез гемоглобіну, міоглобіну, цитохромів й інших ферумвмісних білків.

Фібриноген. Він належить до глікопротеїнів, молекулярна маса — 330 000–340 000, входить до складу β -глобулінової фракції. Молекула