Презентация Биохимия эритроцита. Структура гемоглобина. Синтез гема онлайн

Содержание слайда: ЛЕКЦИЯ «Биохимия эритроцита. Структура гемоглобина. Синтез гема»

Содержание слайда: ЭРИТРОЦИТЫ Эритроциты (erythrosytus) это форменные элементы крови. Функция эритроцитов: 1.Основные функции 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.

Содержание слайда: Строение и химический состав эритроцитов Эритроциты в токе крови 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.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Плазмолемма эритроцитов Плазмолемма эритроцитов имеет толщину около 20 нм. Она состоит из примерно равного количества липидов и белков, а также небольшого количества углеводов.

Содержание слайда: Липиды Бислой плазмолеммы образован: глицерофосфолипидами, сфингофосфолипидами, гликолипидами, холестерином. Внешний слой содержит гликолипиды (около 5% от общего количества липидов) и много холина (фосфатидилхолин, сфингомиелин) Внутренний - много фосфатидилсерина и фосфатидилэтаноламина.

Содержание слайда: Белки В плазмолемме эритроцита идентифицировано 15 главных белков. Более 60% всех мембранных белков приходится на спектрин, гликофорин (есть только в мембране эритроцитов) и белок полосы 3.

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Спектрин - основной белок цитоскелета эритроцитов, имеет вид фибриллы, состоящей из двух антипаралельно перекрученых друг с другом цепей α-спектрина и β-спектрина.

Содержание слайда: Белок полосы 3 - трансмембранный гликопротеид, его полипептидная цепь много раз пересекает бислой липидов. является компонентом цитоскелета и анионным каналом, который обеспечивает трансмембранный антипорт для ионов НСО3- и Сl-.

Содержание слайда: Гликофорин - трансмембранный гликопротеин, который пронизывает плазмолемму в виде одиночной спирали. Гликофорины формируют цитоскелет и, через олигосахариды, выполняют рецепторные функции.

Содержание слайда: Na+,K+-АТФ-аза мембранный фермент, обеспечивает поддержание градиента концентраций Na+ и К+ 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.

Содержание слайда: Углеводы Олигосахариды (сиаловая кислота и антигенные олигосахариды) гликолипидов и гликопротеидов, расположенные 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.

Содержание слайда: Цитоплазма эритроцитов содержится около 60% воды и 40% сухого остатка. 95% 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.

Содержание слайда: Особенность белкового обмена в эритроцитах: 1.В зрелом эритроците белки не синтезируются, 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).

Содержание слайда: Особенность обмена нуклеотидов в эритроцитах: В зрелом эритроците: 1.из ФРПФ (из рибозо-5ф) 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.

Содержание слайда: Особенность липидного обмена в эритроцитах: 1.В зрелом Эр липиды не синтезируются, однако Эр может обмениваться липидами с липопротеинами крови. 2.Катаболизм липидов неферментативный, повреждение и разрушение липидов происходит в реакция ПОЛ.  

Содержание слайда: Особенность углеводного обмена в эритроцитах: 1.В зрелых Эр углеводы не синтезируются. 2.Катаболизм 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.

Содержание слайда: Энергетический обмен в эритроцитах: 1.Образующаяся в анаэробном гликолизе АТФ используется для 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.

Содержание слайда: Обезвреживание активных форм кислорода в эритроцитах: Источники АФК: 1). b (Fe2+)  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.

Содержание слайда: Образование эритроцитов образуются из полипотентных стволовых клеток костного мозга. Стволовая клетка 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.

Содержание слайда: Количество эритроцитов Организм взрослого человека содержит около 25*1012 эритроцитов. Концентрация эритроцитов 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.

Содержание слайда: Абсолютный эритроцитоз (увеличение числа эритроцитов в организме) – 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.

Содержание слайда: Абсолютная эритропения развивается вследствие пониженного образования, усиленного разрушения эритроцитов или после кровопотери. Относительная эритропения возникает при разжижении крови за счёт быстрого увеличения жидкости в кровотоке.

Содержание слайда: Старение и гибель эритроцитов При старении в эритроцитах: 1.Уменьшается активность ферментов гликолиза 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.

Содержание слайда: 5.Снижение активности ферментов антиоксидантной системы способствует активации ПОЛ. 6.Снижение активности 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.

Содержание слайда: Эр циркулируют в крови около 120 дней и 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.

Содержание слайда: ГЕМ - это порфирин, в центре которого находиться Fe2+. 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+).

Содержание слайда: Строение гема

Содержание слайда: Использование гема Гем является простетической группой многих белков: гемоглобина, миоглобина, цитохромов 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.

Содержание слайда: Синтез гема Для синтеза гема требуются глицин, сукцинил-КоА. Синтез 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.

Содержание слайда:

Содержание слайда: 3.После синтеза порфобилиногена четыре его молекулы конденсируются в 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.

Содержание слайда: 4.Далее уропорфириногены превращаются в соответствующие копропорфириногены. Копропорфириноген III окисляется в протопорфириноген IX и далее в протопорфирин IX. Последний после связывания с железом образует гем, реакцию катализирует феррохелатаза (гемсинтаза).

Содержание слайда:

Содержание слайда: Регуляция синтеза гема 1. Скорость синтеза глобиновых цепей зависит от наличия гема, он ускоряет биосинтез "своих" белков. 2. Основным регуляторным ферментом синтеза гема является аминолевулинатсинтаза.

Содержание слайда: Подавление гемом синтеза аминолевулинатсинтазы

Содержание слайда: Стимуляция синтеза аминолевулинатсинтазы ионами железа

Содержание слайда: Нарушения синтеза гема. Порфирии Порфирии - гетерогенная группа заболеваний, вызванная нарушениями синтеза гема вследствие дефицита одного или нескольких ферментов.

Содержание слайда: Классификации порфирий Порфирии делят по причинам на: Наследственные. Возникают при дефекте гена фермента, участвующего в синтезе гема; Приобретенные. Возникают при ингибирующем влиянии токсических соединений (гексохлорбензол, соли тяжелых металлов - свинец) на ферменты синтеза гема.

Содержание слайда: Синтез гемоглобина Синтезированный в митохондриях гем индуцируется синтез цепей глобина на полирибосомах. Гены цепей глобина расположены в 11 и 16 хромосоме. Цепи глобина формируют глобулы и соединяются с гемом. 4 глобулы нековалентно соединяются в гемоглобин.

Содержание слайда: Строение гемоглобина Нb представляет собой белок, включающий 4 гемсодержащие 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.

Содержание слайда: Строение гемоглобина А

Содержание слайда: Функции гемоглобина 1.Обеспечивают перенос кислорода от легких к тканям; 2.Участвует в переносе углекислого газа и протонов от тканей к легким; 3.Регулирует КОС крови.

Содержание слайда: производных гемоглобина: оксигемоглобин HbО2 (Fe2+) – соединение молекулярного кислорода с гемоглобином. 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);

Содержание слайда: Карбгемоглобин образуется, когда гемоглобин связывается с СО2. Однако СО2 присоединяется 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.

Содержание слайда: Виды гемоглобинов Нормальные формы гемоглобина: HbР – примитивный гемоглобин, встречается в эмбрионе 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.

Содержание слайда: Патологические формы гемоглобина HbS – гемоглобин серповидно-клеточной анемии. MetHb – метгемоглобин, форма 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.

Содержание слайда: Болезни гемоглобинов Болезни гемоглобинов называют гемоглобинозами, их насчитывают более 200. Гемоглобинозы делятся 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 , , , -цепи.

Содержание слайда: Для всех этих заболеваний характерны некоторые общие закономерности: 1). нарушаются пропорции 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.