2 3 дифосфоглицератный шунт в эритроците

В. 2,3–дифосфоглицератный шунт

Кроме традиционного ПФШ, у гликолиза эритроцитов многих млекопитающих есть свой специфический шунт — 2,3–дифосфоглицератный. В эритроцитах присутствует дифосфоглицератмутаза, которая активируется дефицитом кислорода и катализирует превращение 1,3–ФГК в 2,3–ФГК в обход фосфоглицераткиназной реакции гликолиза. В условиях гипоксии до 20% глюкозы идет по этому пути. Образующаяся 2,3–ФГК уменьшает сродство гемоглобина к кислороду, что способствует переходу кислорода из гемоглобина в ткани.
Далее 2,3–ФГК под действием 2,3–дифосфоглицератфосфатазы(принято считать, что этой активностью обладает фосфоглицератмутаза) превращается в 3–ФГК, которая возвращается в реакции гликолиза.
При 2,3–дифосфоглицератном шунте в гликолизе не синтезируется АТФ, а свободная энергия 1,3–ФГК, рассеивается в форме теплоты. В этом может заключаться определённое преимущество, поскольку даже в тех случаях, когда потребности в АТФ минимальны, гликолиз может продолжаться.

http://studopedia.ru/11_81590_v-difosfoglitseratniy-shunt.html

Эффективность связывания кислорода с гемоглобином регулируется

Кооперативное взаимодействие

Взаимовлияние протомеров олигомерного белка друг на друга называется кооперативное взаимодействие.
В легких такое взаимодействие субъединиц гемоглобина повышает его сродство к кислороду и ускоряет присоединение кислорода в 300 раз. В тканях идет обратный процесс, сродство снижается и ускорение отдачи кислорода также 300-кратное.

Схема кооперативного взаимодействия субъединиц гемоглобина

Объясняется такой феномен тем, что в легких при присоединении первой молекулы кислорода к железу (за счет 6-й координационной связи) атом железа втягивается в плоскость гема, кислород остается вне плоскости. Это вызывает перемещение участка белковой цепи и изменение конформации первого протомера. Такой измененный протомер влияет на другие субъединицы и облегчает связывание кислорода со второй субъединицей. Это меняет конформацию второй субъединицы, облегчая присоединение последующих молекул кислорода и изменение других протомеров.

Изменение формы субъединиц гемоглобина
при присоединении и отщеплении кислорода

Дезоксиформа гемоглобина обозначается как Т-форма, напряженная (англ. tense), она обладает существенно более низким сродством к кислороду. Оксигенированная форма, или R-форма (англ. relaxed), обладает высоким сродством к кислороду.

Изменение рН среды

Влияние рН на сродство гемоглобина к кислороду носит название эффекта Бора. При закислении среды сродство снижается, при защелачивании – повышается.
При повышении концентрации протонов (закисление среды) в тканях возрастает освобождение кислорода из оксигемоглобина. В легких после удаления угольной кислоты (в виде СО₂) из крови и одновременном увеличении концентрации кислорода высвобождаются ионы Н + из гемоглобина.
Реакция взаимодействия кислорода с гемоглобином упрощенно имеет вид:
Изменение сродства гемоглобина к кислороду в тканях и в легких при изменении концентрации ионов H + и О₂ обусловлено конформационными перестройками глобиновой части молекулы. В тканях молекула О 2 отрывается от железа и ионы водорода присоединяются к остаткам гистидина (глобиновой части), образуя восстановленный гемоглобин (H-Hb) с низким сродством к кислороду. В легких поступающий в больших количествах кислород \»вытесняет\» ион водорода из связи с остатком гистидина гемоглобиновой молекулы.

Механизм эффекта Бора

Роль 2,3-дифосфоглицерата

2,3-Дифосфоглицерат образуется в эритроцитах из 1,3-дифосфоглицерата, промежуточного метаболита гликолиза, в реакциях, получивших название шунт Раппопорта.

Реакции шунта Раппопорта

2,3-Дифосфоглицерат располагается в центральной полости тетрамера дезоксигемоглобина и связывается с ?-цепями, образуя поперечный солевой мостик между атомами кислорода 2,3-дифосфоглицерата и аминогруппами концевого валина обеих ?-цепей, также аминогруппами радикалов лизина и гистидина.

Расположение 2,3-дифосфоглицерата в гемоглобине

Функция 2,3-дифосфоглицерата заключается в снижении сродства гемоглобина к кислороду, что имеет особенное значение при подъеме на высоту и при нехватке кислорода во вдыхаемом воздухе. В этих условиях связывание кислорода с гемоглобином в легких не нарушается, так как концентрация его относительно высока. Однако в тканях за счет 2,3-дифосфоглицерата отдача кислорода возрастает в 2 раза.

http://biokhimija.ru/lekcii-po-biohimii/26-biohimija-krovi/188-svjazyyvanie-kisloroda.html

Особенности метаболизма в форменных элементах крови

Особенности метаболизма в форменных элементах крови
Эритроциты:
1. Зрелые эритроциты лишены ядра, поэтому в клетке не синтезируются белки. Эритроцит почти целиком заполнен гемоглобином.
2. Эритроциты не имеют митохондрий, поэтому в клетке не протекают реакции ЦТК, ЦТД, ?-окисления жирных кислот.
3. Основной путь получения энергии – гликолиз, 90% глюкозы в эритроцитах распадается в процессе анаэробного гликолиза.
4. Энергия, поставляемая гликолизом, обеспечивает поддержание целостности плазматической мембраны и работу Na + , K + -АТФазы.
5. Особенностью гликолиза в эритроцитах является наличие шунта, приводящего к образованию 2,3-дифосфоглицерата – одного из регуляторов переноса кислорода. При связывании его с гемоглобином уменьшается сродство гемоглобина к кислороду и облегчается освобождение кислорода из эритроцитов в тканях.
Реакция образования 2,3-дифосфоглицерата, отсутствующая в «классическом» гликолизе, называется шунт Раппопорта.
6. 10 % глюкозы распадается в эритроците в пентозофосфатном пути. Образующийся при этом НАДФН обеспечивает восстановление глутатиона и поддерживает его оптимальную концентрацию. Восстановленный глутатион необходим для поддержания в восстановленной форме SH-групп белков; препятствует окислению гемоглобина; предотвращает перекисное окисление липидов мембран. При снижении концентрации восстановленного глутатиона эритроцит быстро «стареет».
Лейкоциты:
1. Лейкоциты являются полноценными клетками с большим ядром, митохондриями и высоким содержанием нуклеиновых кислот.
2. В лейкоцитах активно протекают процессы биосинтеза нуклеиновых кислот и белков.
3. Основной путь получения энергии – аэробный гликолиз. АТФ образуется также в реакциях ?-окисления жирных кислот.
4. В лейкоцитах сосредоточен весь гликоген крови, который является источником энергии при недостаточном её поступлении.
5. В лизосомах лейкоцитов локализована мощная система протеолитических ферментов – протеазы, фосфатазы, эстеразы, ДНК-азы, РНК-азы, что обеспечивает участие этих клеток в защитных реакциях организма. В результате действия этих ферментов разрушаются полимерные молекулы микроорганизмов и образуются мономеры (моносахариды, аминокислоты, нуклеотиды), которые поступают в цитозоль и могут использоваться клеткой.
6. Поглощение бактерий лейкоцитами в процессе фагоцитоза сопровождаются резким увеличением потребления кислорода с образованием супероксидного аниона и пероксида водорода (см. лекцию № 11), которые оказывают бактерицидное действие. Это явление называется «распираторным взрывом».
Лимфоциты. Продуцируются в лимфатической ткани. Интенсивный синтез белков и ?-глобулинов в этих клетках обуславливает важную роль лимфоцитов в иммунных процессах (образование антител).
Тромбоциты – кровяные пластинки.
1. Тромбоциты не могут считаться полноценными клетками, поскольку не содержат ядра.
2. В тромбоцитах протекают основные биохимические процессы: синтез белка, реакции обмена углеводов и липидов, окислительное фосфорилирование.
3. Основная функция тромбоцитов – участие в процессе свертывания кровиобусловлена наличием тромбоцитарных факторов свертывания.

http://bio.wikireading.ru/7901

Энергетический обмен в эритроцитах;

Б. ПФШ
А. Анаэрбный гликолиз
Катаболизм углеводов в эритроцитах на 70-90% происходит в анаэробном гликолизе, где с участием фосфоглицераткиназы и пируваткиназы образуется АТФ, а с участием 3-ФГА дегидрогеназы восстанавливается НАДН₂. Конечный продукт лактат выходит в плазму крови и направляется преимущественно в печень для глюконеогенеза.
10% углеводов в эритроцитах подвергаются катаболизму в ПФШ. В его окислительной стадии с участием глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы и 6-фосфоглюконат дегидрогеназы восстанавливается НАДФН₂.
В. 2,3–дифосфоглицератный шунт
Кроме традиционного ПФШ, у гликолиза эритроцитов многих млекопитающих есть свой специфический шунт — 2,3–дифосфоглицератный. В эритроцитах присутствует дифосфоглицератмутаза, которая активируется дефицитом кислорода и катализирует превращение 1,3–ФГК в 2,3–ФГК в обход фосфоглицераткиназной реакции гликолиза. В условиях гипоксии до 20% глюкозы идет по этому пути. Образующаяся 2,3–ФГК уменьшает сродство гемоглобина к кислороду, что способствует переходу кислорода из гемоглобина в ткани.
Далее 2,3–ФГК под действием 2,3–дифосфоглицератфосфатазы(принято считать, что этой активностью обладает фосфоглицератмутаза) превращается в 3–ФГК, которая возвращается в реакции гликолиза.
При 2,3–дифосфоглицератном шунте в гликолизе не синтезируется АТФ, а свободная энергия 1,3–ФГК, рассеивается в форме теплоты. В этом может заключаться определённое преимущество, поскольку даже в тех случаях, когда потребности в АТФ минимальны, гликолиз может продолжаться.

Образующаяся в анаэробном гликолизе АТФ используется для функционирования транспортных АТФаз, работы цитоскелета и синтеза некоторых веществ. За 1 час все эритроциты крови потребляют 0,7г глюкозы.
Генетический дефект любого фермента гликолиза приводит к уменьшению образования АТФ, в результате падает активность Na + ,К + -АТФ-азы, повышается осмотическое давление, может возникнуть осмотический шок и гемолиз.
Для оценки эффективности работы транспортных систем определяют осмотическую резистентность эритроцитов. Осмотическая резистентность эритроцитов в свежей крови в норме составляет 0,20-0,40% NaCl.

http://studopedia.su/10_135063_energeticheskiy-obmen-v-eritrotsitah.html

2 3 дифосфоглицератный шунт в эритроците

Гликолиз – процесс распада одной молекулы глюкозы с выделением энергии, достаточной для \»зарядки\» двух молекул АТФ, протекает в саркоплазме под воздействием 10 специальных ферментов.
Гликолиз может протекать без потребления кислорода (такие процессы называются анаэробными) и с потреблением кислорода (аэробный гликолиз) способен быстро восстанавливать запасы АТФ в мышце.
При занятиях бодибилдингом и высокоинтенсивных упражнениях происходит анаэробный гликолиз, с образованием молочной кислоты.
Во время динамических нагрузок, таких как бег, плавание и т.п., происходит аэробный гликолиз.
Аэробный гликолиз происходит в митохондриях под воздействием специальных ферментов и требует затрат кислорода, а соответственно и времени на его доставку. Окисление происходит в несколько этапов, сначала идет гликолиз, но образовавшиеся в ходе промежуточного этапа этой реакции две молекулы пирувата не преобразуются в молекулы молочной кислоты, а проникают в митохондрии, где окисляются в цикле Кребса до углекислого газа СО2 и воды Н2О и дают энергию для производства еще 38 молекул АТФ. Суммарное уравнение реакции окисления глюкозы выглядит так:
Распад глюкозы по аэробному пути (аэробный гликолиз) дает энергию для восстановления 38 молекул АТФ. Аэробное окисление в 19 раз эффективнее анаэробного гликолиза.
Подробное описание в статье: Энергообеспечение мышечной деятельности

Анаэробный гликолиз глюкозы в эритроцитах, 2,3-БФГ и эффект Бора

Эритроциты транспортируют большое количество кислорода, которым снабжают все органы человека. По иронии судьбы сами они не могут использовать этот кислород. Источником энергии для эритроцитов служит глюкоза, при окислении которой в ходе анаэробного гликолиза в эритроцитах образуется АТФ (рис. 18.1). Аэробное окисление глюкозы в эритроцитах невозможно, так как в них отсутствуют митохондрии и вместе с ними все ферменты цикла Кребса. Кроме того, в них отсутствуют также ферменты, необходимые для окисления жирных кислот и использования кетоновых тел.
Функция эритроцитов — транспорт кислорода ко всем органам и тканям организма. Гемоглобин эритроцитов прочно связывается с кислородом, образуя оксигемоглобин. Однако в периферических тканях эритроциты должны отдав этот кислород другим клеткам. Это осуществляется благодаря явлению, известному под названием эффекта Бора. Эффект Бора создается благодаря двум факторам: протонам и 2,3-бисфосфоглицерату (рис. 18.2).

Протоны вытесняют кислород из оксигемоглобина

Работающим мышцам необходим АТФ, и поэтому в них интенсивно функционирует цикл Кребса. В цикле Кребса образуется диоксид углерода, который проникает в эритроциты и реагирует с водой, образуя угольную кислоту (эту реакцию катализирует карбоангидраза). Угольная кислота самопроизвольно диссоциирует, образуя бикарбонат и протон. что приводит к местному возрастанию концентрации протонов (Н+), т.е. понижению pH. Протоны высвобождают кислород из гемоглобина, и кислород диффундирует из эритроцитов в периферические ткани. Здесь он связывается с миоглобином и переносит кислород в дыхательную цепь, где он используется для синтеза АТФ путем окислительного фосфорилирования.

Высвобождение кислорода в периферических тканях: 2,3-бисфосфоглицерат (2,3-БФГ) стабилизирует структуру дезоксигемоглобина. Помимо протонов, в создании эффекта Бора принимает участие 2,3-бисфосфоглиисрат (2.3-БФГ) (рис. 18.2). В медицинской литературе распространено и другое название этого вещества — 2,3-дифосфоглицерат (2,3-ДФГ). 2.3-БФГ образуется в анаэробных условиях в эритроцитах. Процесс образования 2,3-БФГ происходит в дополнительной реакции гликолиза, получившей название

2,3-БФГ-шунта (шунт Рапопорта-Люберинга) (рис. 18.2). В периферических тканях молекула 2,3-БФГ связывается с дезоксигемоглобином и стабилизирует его структуру, не позволяя ему захватывать кислород от соседней молекулы оксигемоглобина.

Связывание гемоглобина с кислородом в легких. Эритроциты переносят дезоксигемоглобин и связанный с ним СО2 в легкие. Поскольку в легких имеет место высокое парциальное давление кислорода, он вытесняет С02 из гемоглобина, и С02 выходит из легких при выдохе. Кислород связывается с гемоглобином, образуя оксигемоглобин, 2,3-БФГ вытесняется, и эритроциты переносят к периферическим тканям следующую порцию кислорода.

2.3- БФГ в норме и при патологии

Эмбриональный гемоглобин имеет низкое сродство к 2,3-БФГ

Гемоглобин — тетрамер. состоящий из двух альфа-цепей и двух бета-цепей. Фетальный гемоглобин имеет иное строение: он состоит из двух а-цепей и двух у-цепей. По сравнению с нормальным гемоглобином взрослого человека, фетальный гемоглобин имеет более низкое сродство к 2,3-БФГ. Это значит, что сродство к кислороду у фетального гемоглобина выше, чем у гемоглобина материнского организма. Благодаря этому происходит транспорт кислорода от материнского организма к азолу.

2.3- БФГ и высотная адаптация

Предположим, что некий житель низин решил провести отпуск в горах. В первые дни отпуска даже незначительные физические нагрузки вызовут у него усталость и одышку. Но за несколько дней произойдет адаптация к высокогорью — в эритроцитах повысится концентрация 2,3-БФГ. Благодаря этому ткани станут получать кислород в достаточном количестве. несмотря на то что его концентрация в разреженном горном воздухе невысока. Повышение концентрации 2,3-БФГ — ответная реакция организма на недостаток кислорода
У курящих лиц концентрация 2,3-БФГ в эритроцитах выше, чем у некурящих. Так организм компенсирует сниженное вследствие постоянного воздействия угарного газа обеспечение тканей кислородом. Компенсаторное повышение уровня 2.3- БФГ также часто наблюдается у больных хроническими анемиями, обструктивной болезнью легких, при врожденных пороках сердца и муковисцидозе.

Энзимопатии гликолитического пути в эритроцитах

В редких случаях из-за врожденной недостаточности гликолитических ферментов в эритроцитах развивается наследственная несфероцитарная гемолитическая анемия. Это заболевание может быть весьма тяжелым, поскольку в эритроцитах гликолиз — единственный путь синтеза и АТФ и 2.3-БФГ.
Нарушения гликолитического ферментативного аппарата могут по-разному сказываться на метаболизме 2.3-БФГ (рис. 18.2). Если нарушение расположено проксимально по отношению к 2.3-БФГ-шунту (например, при недостаточности гексокиназы, фосфоглюкоизомеразы или альдолазы А), уровень 2,3-БФГ будет снижен, так как будет снижена интенсивность синтеза его предшественников. Если же нарушение расположено после 2.3-БФГ-шунта (например, недостаточность пируваткиназы). концентрация 2.3-БФГ в эритроцитах будет повышена.
Кроме того, у ряда больных была обнаружена недостаточность бифункционального фермента шунта — БФГ-мутазы/2,3-БФГ-фосфагазы. У таких больных концентрация 2.3- БФГ была низкой.

Номенклатура альдолаз

Чтобы учащийся не путал разные термины, необходимо разобраться в номенклатуре альдолаз. Альдолаза (полное название — фруктозо-1,6-бисфосфат-атьдолаза) по официальной номенклатуре называется D-глицеральдегид-З-фосфатлиазой (КФ 4.1.2.13). Она выполняет три функции:

катализирует реакцию конденсации дигидрокснацетон-фосфата и глицеральдегид-З-фосфата. Продукт этой реакции — фруктозо-1,6-бисфосфат;

катализирует расщепление фруктозо-1,6-бисфосфата на лигилроксиацетонфосфат и минеральдегид-3-фосфат;

катализирует расщепление других, структурно близких фосфатов сахаров. Так. альдолаза катализирует расщепление фруктозо-1-фосфата на дигидроксиацетонфосфат и глицеральдегид (примечание: раньше фермент, выполняющий эту функцию, называли кетозо-1-фосфат-альдолазой. КФ 4.1.2.7).

У животных обнаружены три формы альдолазы.
Альдолаза А. Содержится в эритроцитах и мышцах. При наследственной гемолитической анемии в крови содержится дефектная форма альдолазы А.
Альдолаза В. Недостаточность альдолазы В приводит к наследственной непереносимости фруктозы. Альдолаза В присутствует в печени, почках и тонком кишечнике.
Альдолаза С. Содержится в головном мозге.

Взаимосвязь гликолиза и аэробных реакций

Два способа оценки аэробных возможностей организма (прямая оценка показателя максимального устойчивого состояния по лактату и косвенная оценка аэробно-анаэробного перехода) основаны на классической теории активации гликолиза, предложенной А. Хиллом. В основу этой теории легла гипотеза о том, что активация гликолиза в мышечном волокне запускается при снижении аэробного ресинтеза АТФ. Основной причиной снижения аэробного ресинтеза АТФ должно быть неадекватное снабжение клетки кислородом, т.е. фактически снижение внутриклеточного парциального давления кислорода до критического уровня (0,1—0,5 мм рт. ст.), ниже которого нормальное функционирование митохондрий невозможно. Прямо проверить данное предположение оказалось методически достаточно сложно.
Относительно недавно появились исследования, в которых in situ было измерено внутримышечное парциальное давление кислорода, связанного с миоглобином, во время максимального теста с возрастающей нагрузкой в т. gracilis у собаки методом криомикроспектроскопии. Среднее парциальное давление кислорода, связанного с миоглобином, при работе на уровне МПК значительно выше критического и составляет 5,5 мм рт. ст., при этом не удается обнаружить связь между ПК мышцей или средним парциальным давлением кислорода в волокне и концентрацией лактата в мышце или суммарным выходом лактата из мышцы.
Сходные результаты получены при измерении внутримышечного парциального давления кислорода во время максимального теста с повышающейся нагрузкой (50-100% от пикового ПК) у тренированных велосипедистов в условиях in vivo при разгибании ноги в коленном суставе. Исследователи получили достаточно неожиданный результат. Оказалось, что парциальное давление кислорода в миоглобине не изменяется на протяжении всего теста с возрастающей нагрузкой (50—100% от пикового ПК) вплоть до отказа от работы. Среднее парциальное давление кислорода, связанного с миоглобином, составляет 3,1 мм рт. ст. Любопытно, при работе в гипоксических условиях (F,02—0,12) парциальное давление кислорода, связанного с миоглобином, оказывается достоверно ниже, чем в нормоксии и составляет 2,1 мм рт. ст. Оно также не изменяется во всем диапазоне нагрузок (50
100% от пикового ПК). При этом потребление кислорода тканями рабочей ноги, измеренное с помощью прямого метода (по Фику), линейно растет вплоть до отказа от работы, как в гипоксических, так и в нормоксических условиях.
Таким образом, даже при гипоксии во время максимальной нагрузки парциальное давление кислорода в миоглобине не падает ниже критического уровня. Однако при этом наблюдается увеличение скорости суммарного выхода лактата из рабочей мышцы, измеренное с помощью прямого метода. Причем работа в условиях гипоксии приводила к значительно более интенсивному выходу лактата (относительно нормированной мощности работы), чем работа в нормоксических условиях. На основании этих данных можно сделать вывод о том, что парциальное напряжение кислорода в активной мышечной клетке не является ключевым фактором, активирующим гликолиз. В то же время опыты с гипоксией дают основание полагать, что парциальное давление кислорода в цитоплазме может модулировать активность гликолиза. Увеличение суммарного выхода лактата из мышцы, как в условиях нормоксии, так и в условиях гипоксии, регулируется, главным образом, активацией симпато-адреналовой системы. Это подтверждается сходной динамикой концентрации адреналина в артериальной крови и суммарного выхода лактата из рабочей мышцы. Влияние симпато-адреналовой системы на гликолиз подтверждается и рядом других работ, в которых исследовали изменения концентрации катехоламинов во время нагрузки, а также опытами с применением бета-блокаторов.
Среди других возможных кандидатов на роль активаторов гликолиза выделяют: АДФ, АМФ, неорганический фосфат, отношение креатин/фосфокреатин и цитоплазматический окислительно-востановительный потенциал (НАДН+/НАД+).
Суммируя результаты описанных исследований, можно сказать, что парциальное давление кислорода в цитоплазме мышечной клетки не опускается до критичного уровня даже при работе максимальной аэробной мощности. Это означает, что активность гликолиза в мышечном волокне во время работы не зависит от скорости аэробного ресинтеза АТФ или, по крайней мере, зависит не только от нее.

http://sportguardian.ru/article/1738/glikoliz

Запись на стене

Жизнь эритроцита: шунт Рапопорта-Люберинга и эффект Бора.
Эритроциты транспортируют большое количество кислорода, которым снабжают все органы человека. По иронии судьбы сами они не могут использовать этот кислород. Аэробное окисление глюкозы в эритроцитах невозможно, так как в них отсутствуют митохондрии и вместе с ними все ферменты цикла Кребса. Кроме того, в них отсутствуют также ферменты, необходимые для окисления жирных кислот и использования кетоновых тел.
Так за счет чего живут эритроциты? Источником энергии для эритроцитов служит глюкоза, при окислении которой в ходе АНАЭРОБНОГО гликолиза в эритроцитах образуется АТФ.
Функция эритроцитов — транспорт кислорода ко всем органам и тканям организма. Гемоглобин эритроцитов прочно связывается с кислородом, образуя оксигемоглобин. Однако в периферических тканях эритроциты должны отдать этот кислород другим клеткам. Это осуществляется благодаря явлению, известному под названием эффекта Бора. Эффект Бора создается благодаря двум факторам: протонам и 2,3-бисфосфоглицерату.
Протоны вытесняют кислород из оксигемоглобина
Работающим мышцам необходим АТФ, и поэтому в них интенсивно функционирует цикл Кребса. В цикле Кребса образуется диоксид углерода, который проникает в эритроциты и реагирует с водой, образуя угольную кислоту (эту реакцию катализирует карбоангидраза). Угольная кислота самопроизвольно диссоциирует, образуя бикарбонат и протон. что приводит к местному возрастанию концентрации протонов (Н+), т.е. понижению pH. Протоны высвобождают кислород из гемоглобина, и кислород диффундирует из эритроцитов в периферические ткани. Здесь он связывается с миоглобином и переносит кислород в дыхательную цепь, где он используется для синтеза АТФ путем окислительного фосфорилирования.
Высвобождение кислорода в периферических тканях: 2,3-бисфосфоглицерат (2,3-БФГ) стабилизирует структуру дезоксигемоглобина.
Помимо протонов в создании эффекта Бора принимает участие 2,3-бисфосфоглиисрат (2.3-БФГ) В медицинской литературе распространено и другое название этого вещества — 2,3-дифосфоглицерат (2,3-ДФГ). 2.3-БФГ образуется в анаэробных условиях в эритроцитах. Процесс образования 2,3-БФГ происходит в дополнительной реакции гликолиза, получившей название
2,3-БФГ-шунта (шунт Рапопорта-Люберинга) Открытый в 1950 г. Рапопортом и Люберингом шунт находится под жестким контролем и снабжает эритроциты аллостерическим эффектором в таких количествах, которые диктуются метаболическим состоянием организма. При дефиците кислорода синтез 2,3- бифосфоглицерата усиливается. Эффектор связывается с четырьмя субъединицами тетрамера гемоглобина и уменьшает сродство к О2 в результате стабилизации дезоксигемоглобина, не позволяя ему захватывать кислород от соседней молекулы оксигемоглобина.. Это, в свою очередь, приводит к увеличению выхода кислорода из эритроцитов в ткани и улучшению снабжения клеток кислородом.
Связывание гемоглобина с кислородом в легких.
Эритроциты переносят дезоксигемоглобин и связанный с ним СО2 в легкие. Поскольку в легких имеет место высокое парциальное давление кислорода, он вытесняет СO2 из гемоглобина и СO2 выходит из легких при выдохе. Кислород связывается с гемоглобином, образуя оксигемоглобин, 2,3-БФГ вытесняется, и эритроциты переносят к периферическим тканям следующую порцию кислорода.
Фетальный гемоглобин и 2,3-БФГ
Гемоглобин — тетрамер, состоящий из двух альфа-цепей и двух бета-цепей. Фетальный гемоглобин имеет иное строение: он состоит из двух а-цепей и двух у-цепей. По сравнению с нормальным гемоглобином взрослого человека, фетальный гемоглобин имеет более низкое сродство к 2,3-БФГ. Это значит, что сродство к кислороду у фетального гемоглобина выше, чем у гемоглобина материнского организма. Благодаря этому происходит транспорт кислорода от материнского организма к азолу.
2,3-БФГ и высотная адаптация
Предположим, что некий житель низин решил провести отпуск в горах. В первые дни отпуска даже незначительные физические нагрузки вызовут у него усталость и одышку. Но за несколько дней произойдет адаптация к высокогорью — в эритроцитах повысится концентрация 2,3-БФГ. Благодаря этому ткани станут получать кислород в достаточном количестве, несмотря на то, что его концентрация в разреженном горном воздухе невысока. Повышение концентрации 2,3-БФГ — ответная реакция организма на недостаток кислорода
2,3-БФГ и курильщики
У курящих лиц концентрация 2,3-БФГ в эритроцитах выше, чем у некурящих. Так организм компенсирует сниженное вследствие постоянного воздействия угарного газа обеспечение тканей кислородом. Компенсаторное повышение уровня 2,3- БФГ также часто наблюдается у больных хроническими анемиями, обструктивной болезнью легких, при врожденных пороках сердца и муковисцидозе.
Источник:\»Наглядная медицинская биохимия\» Солвей Дж. Г, 2015 г.

http://vk.com/wall-60511457_166072

В. 2,3–дифосфоглицератный шунт

5. Энергетический обмен в эритроцитах
Образующаяся в анаэробном гликолизе АТФ используется для функционирования транспортных АТФаз, работы цитоскелета и синтеза некоторых веществ. За 1 час все эритроциты крови потребляют 0,7г глюкозы.
Генетический дефект любого фермента гликолиза приводит к уменьшению образования АТФ, в результате падает активность Na + ,К + -АТФ-азы, повышается осмотическое давление, может возникнуть осмотический шок и гемолиз.
Для оценки эффективности работы транспортных систем определяют осмотическую резистентность эритроцитов. Осмотическая резистентность эритроцитов в свежей крови в норме составляет 0,20-0,40% NaCl.
Обезвреживание активных форм кислорода в эритроцитах
Высокое содержание О₂ в эритроцитах является причиной образования большого количества его активных форм. Постоянным источником активных форм кислорода в эритроцитах является неферментативное окисление гемоглобина в метгемоглобин: 1). Hb (Fe 2+ ) ® Met Hb (Fe 3+ ) +e — 2). e — + O₂ -> О • ₂
Также СРО в эритроците стимулируют различные окислители — нитраты, сульфаниламиды, противомалярийное лекарство примахин.
Образующиеся активные формы кислорода запускают реакции СРО, которые приводят к разрушению липидов, белков, углеводов и др. органических молекул, являются причиной старения и гибели эритроцита.
Для сдерживания СРО в эритроците функционирует ферментативная антиоксидантная система. Для ее работы необходим глутатион и НАДФН₂.
Супероксиддисмутаза[/i] (Cu 2+ и Zn 2+ ) превращает супероксидные анионы в перекись водорода: 2О • ₂ + 2H + -> H₂O₂+ O₂
Каталаза[/i] — геминовый фермент, разрушает перекись водорода до воды и кислорода: 2Н₂О₂ -> H₂O+ O₂
Глутатионпероксидаза[/i] (селен) при окислении глутатиона разрушает перекись водорода и гидроперекиси липидов до воды:
Глутатионредуктаза[/i] восстанавливает окисленный глутатион с участием НАДФН₂:
GS-SG + НАДФН₂ -> 2 GSH + НАДФ + .
Недостаток в эритроцитах восстановленного глутатиона и НАДФН₂ приводит к снижению АОА, активации ПОЛ и может стать причиной гемолитической анемии. Различные окислители — нитраты, сульфаниламиды, противомалярийное лекарство примахин, усиливают гемолиз эритроцитов.
Дефицит восстановленного глутатиона может быть обусловлен действием токсических веществ, например ионами тяжелых металлов или наследственным недостатком глутатионредуктазы.
Дефицит НАДФН₂ возникает при наследственной недостаточности (аутосомно-рецессивный тип) первого фермента ПФШ глюкозо–6–фосфатдегидрогеназы. Не менее 100 млн человек являются носителями около 3000 генетических дефектов глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы.
Для оценки эффективности работы антиоксидантных систем определяют перекисную резистентность эритроцитов.
Обмен метгемоглобина
В течение суток до 3% гемоглобина может спонтанно окисляться в метгемоглобин:
Hb (Fe 2+ ) ® Met Hb (Fe 3+ ) +e —
Восстановление метгемоглобина до гемоглобина осуществляет метгемоглобинредуктазная система. Она состоит из цитохрома b₅ и цитохром b₅ редуктазы (флавопротеин), донором водорода служит НАДН₂, образующийся в гликолизе.
1). Цитохром b₅ восстанавливает Fe 3+ метгемоглобина в Fe 2+ гемоглобина:
MetHb(Fe 3+ ) + цитb_{5 восст} -> Hb(Fe 2+ ) + цит b_{5 окисл}
2). Окисленный Цитохром b₅ восстанавливается цитохром b₅ редуктазой:
цит b_{5 окисл} + НАДН₂ -> цитb_{5 восст} + НАД +
Восстановление метгемоглобина может осуществляться также неферментативным путём, например, за счёт витамина В₁₂, аскорбиновой кислоты или глутатиона.
У здорового человека концентрация метгемоглобина в крови не превышает 1%.
Генетический дефект ферментов гликолиза и метгемоглобинредуктазной системы приводит к накоплению метгемоглобина и увеличению образования активных форм кислорода. Активные формы кислорода вызывают образование дисульфидных мостиков между протомерами метгемоглобина, что приводит к их агрегации с образованием телец Хайнца. Последние способствуют разрушению эритроцитов при попадании их в мелкие капилляры. Накопление метгемоглобина в крови из-за нарушения транспорта кислорода ведет к гипоксии.
Строение гема

Использование гема
Гем является простатической группой многих белков: гемоглобина, миоглобина, цитохромов митохондриальной ЦПЭ, цитохрома Р₄₅₀, ферментов каталазы, пероксидазы, цитохромоксидазы, триптофанпироллазы. Наибольшее количество гема содержат эритроциты, заполненные гемоглобином, мышечные клетки, имеющие миоглобин, и клетки печени, содержащие цитохром Р₄₅₀.
Гемы разных белков могут содержать разные типы порфиринов. В геме гемоглобина находится протопорфирин IX, в состав цитохромоксидазы входит формилпорфирин и т.д.
Синтез гема
Гем синтезируется во всех тканях, но с наибольшей скоростью в костном мозге и печени. В костном мозге гем необходим для синтеза гемоглобина, в гепатоцитах — для образования цитохрома Р₄₅₀.
1). Аминолевулинат-синтаза, пиридоксальзависимый фермент, в матриксе митохондрий катализирует образование 5-аминолевулиновой кислоты (5-АЛК) из глицина и суцинил-КоА. Суцинил-КоА поступает из ЦТК. Реакцию ингибирует и репрессирует гем. В ретикулоцитах реакцию индуцирует железо (через железосвязывающий белок и железочувствительный элемент (IRE)). Дефицит пиридоксальфосфата снижает активность аминолевулинатсинтазы. Стероидные гормоны и некоторые лекарства (барбитураты, диклофенак, сульфаниламиды), инсектициды, канцерогенные вещества являются индукторами аминолевулинатсинтазы. Это связано с возрастанием потребления гема системой цитохрома Р₄₅₀, который участвует в метаболизме этих соединений в печени.

Из митохондрий 5-аминолевулиновая кислота поступает в цитоплазму.
2). Порфобилиноген-синтаза (Аминолевулинатдегидратаза) цитоплазматический Zn-содержащий фермент, соединяет 2 молекулы 5-аминолевулиновой кислоты в молекулу порфобилиногена. Реакцию ингибирует гем и ионы свинца. Поэтому, при отравлении свинцом в крови и моче повышается концентрация 5-АЛК.

3). Порфобилиногендезаминаза в цитоплазме дезаминирует (-4NH₄ + ) 4 молекулы порфобилиногена в молекулу гидроксиметилбилана.
4). Уропорфириноген III косинтаза в цитоплазме дегидрирует гидроксиметилбилан в молекулу уропорфириногена III. Гидроксиметилбилан может также неферментативно превращаться в уропорфириноген I, который декарбоксилируется в копропорфириноген I.
5). Уропорфириногендекарбоксилаза декарбоксилирует (-4СО₂) в цитоплазме уропорфириноген III до копропорфириногена III. Из цитоплазмы копропорфириноген III опять поступает в митохондрии.
6). Копропорфриноген III оксидаза в митохондриях декарбоксилирует (+ О₂, -2СО₂) копропорфириноген III в протопорфириноген IX.
7. Протопорфириногеноксидаза в митохондриях окисляет (-6Н + ) протопорфириноген IX в протопорфирин IX.
8). Феррохелатаза в митохондриях встраивает Fe 2+ в молекулу протопорфирина IX с образованием гема. Источником железа для синтеза гема служит ферритин.

http://megaobuchalka.ru/4/2334.html

Особенность обмена веществ И ЭНЕРГИИ в эритроците

Эритроцит высокоспециализированная клетка, хорошо приспособленная для транспорта газов. Для эритроцита не характерны анаболические процессы. Необходимые структурные молекулы и ферменты синтезируются заранее в процессе дифференцировки и созревания эритроцитов.
Особенность белкового обмена в эритроцитах
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:
1). АТФ + глутаминовая кислота + цистеин ® ?-глутамилцистеин + АДФ + Фн
2). АТФ + ?-глутамилцистеин + глицин ® глутатион + АДФ + Фн
Первая стадия катализируется ?-глутамилцистеинсинтетазой, вторая стадия – глутатионсинтетазой.
Катаболизм белков в эритроците неферментативный. Белки разрушаются и инактивируются в эритроците под действием неблагоприятных факторов: СРО, гликозилирования, взаимодействия с тяжелыми металлами и токсинами.
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 ПФШ НАДФ + восстанавливается в НАДФН₂, который используется для функционирования антиоксидантной системы.
Особенность липидного обмена в эритроцитах
В зрелом эритроците липиды не синтезируются, однако эритроцит может обмениваться липидами с липопротеинами крови. Катаболизм липидов неферментативный, повреждение и разрушение липидов происходит в реакция ПОЛ.
Особенность углеводного обмена в эритроцитах
В зрелых эритроцитах углеводы не синтезируются, а только используются. Основным субстратом для эритроцитов является глюкоза, которая поступает в клетку путём облегчённой диффузии с помощью ГЛЮТ-2. Также эритроцит может использовать фруктозу, маннозу, галактозу, а также инозин, ксилит и сорбит.
А. Анаэрбный гликолиз
Катаболизм углеводов в эритроцитах на 70-90% происходит в анаэробном гликолизе, где с участием фосфоглицераткиназы и пируваткиназы образуется АТФ, а с участием 3-ФГА дегидрогеназы восстанавливается НАДН₂. Конечный продукт лактат выходит в плазму крови и направляется преимущественно в печень для глюконеогенеза.
Б. ПФШ
10% углеводов в эритроцитах подвергаются катаболизму в ПФШ. В его окислительной стадии с участием глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы и 6-фосфоглюконат дегидрогеназы восстанавливается НАДФН₂.
В. 2,3–дифосфоглицератный шунт
Кроме традиционного ПФШ, у гликолиза эритроцитов многих млекопитающих есть свой специфический шунт — 2,3–дифосфоглицератный. В эритроцитах присутствует дифосфоглицератмутаза, которая активируется дефицитом кислорода и катализирует превращение 1,3–ФГК в 2,3–ФГК в обход фосфоглицераткиназной реакции гликолиза. В условиях гипоксии до 20% глюкозы идет по этому пути. Образующаяся 2,3–ФГК уменьшает сродство гемоглобина к кислороду, что способствует переходу кислорода из гемоглобина в ткани.
Далее 2,3–ФГК под действием 2,3–дифосфоглицератфосфатазы(принято считать, что этой активностью обладает фосфоглицератмутаза) превращается в 3–ФГК, которая возвращается в реакции гликолиза.
При 2,3–дифосфоглицератном шунте в гликолизе не синтезируется АТФ, а свободная энергия 1,3–ФГК, рассеивается в форме теплоты. В этом может заключаться определённое преимущество, поскольку даже в тех случаях, когда потребности в АТФ минимальны, гликолиз может продолжаться.

http://studopedia.net/3_21576_osobennost-obmena-veshchestv-i-energii-v-eritrotsite.html

2 3 дифосфоглицератный шунт в эритроците

Напомним, что 2,3-бисфосфоглицерат -БФГ) служит регулятором транспорта кислорода в эритроцитах. Он снижает сродство гемоглобина к кислороду, стабилизируя дсзоксигенированную форму гемоглобина Эритроциты характеризуются высокой концентрацией 2,3-БФГ (обычно равной что отличает их от других клеток, содержащих лишь следовые количества этого соединения. 2,3-БФГ играет общую роль в качестве кофактора при превращении 3-фосфоглицерата в 2-фосфоглицерат, осуществляемом фотоглицератмутазой.
Синтез и расщепление 2,3-БФГ идут в обход гликолитического пути (рис. 12.16) Под действием бисфосфоглицератмутазы (дифосфоглицератмутазы) 1,3-БФГ превращается в 2,3-БФГ.
2,3-БФГ гидролизуется 2,3-бисфосфоглицерат-фосфатазой с образованием 3-фосфоглицерата. Фосфатаза — фермент, катализирующий гидролиз фосфатного эфира.
Интересен механизм этой мутазной реакции. 3-фосфоглицерат является ее обязательным участником, хотя в итоговой стехиометрии реакции он не фигурирует. Мутаза одновременно связывает 1,3-бисфос-фоглицерат и 3-фосфоглицерат. В этом тройном комплексе происходит перенос фосфорильной группы от -бисфос-фоглицерата на -фосфоглицерата (рис. 12.17).

Рис. 12.16. Путь синтеза и распада 2,3-бисфосфоглицерата.
В данной мутазной реакции 2,3-БФГ выступает как мощный конкурентный ингибитор в отношении 1,3-БФГ. Таким образом, скорость синтеза 2,3-БФГ отчасти зависит от его собственной концентрации. Другим регуляторным фактором является концентрация 1,3-БФГ, поскольку фермент не всегда насыщен этим соединением. В отличие от этого содержание 3-фосфоглицерата в эритроцитах почти находится на том уровне, который необходим для насыщения мутазы.

Рис. 12.17. Схематическое изображение участия 3-фосфоглицерата в превращении 1,3-бисфосфогли-церата в 2,3-бисфосфоглицерат.
Таким образом, скорость синтеза 2-БФГ регулируется концентрацией несвязанных 1,3-БФГ и 2-БФГ.

http://know.alnam.ru/book_bio2.php?id=32

Фетальный гемоглобин

Фетальный гемоглобин обладает большим сродством к кислороду, чем гемоглобин А, входящий в эритроциты взрослых. Содержание HbF достигает 60 — 80% от всего гемоглобина эритроцитов доношенного новорожденного ребенка.
Замена фетального гемоглобина начинается еще в раннем неонатальном периоде и продолжается первые месяцы постнатального развития.
Сродство гемоглобина к кислороду снижается при повышении содержания органических фосфатов — 2,3-дифосфоглицерата, аденозинтрифосфата и инозитгексафосфата, участвующих в цикле расщепления глюкозы (дифосфоглицератный шунт в цикле Эмбдена — Мейергофа), который поставляет энергию для функциональной активности молекулы гемоглобина.
Так, 2,3-дифосфоглицерат, в частности, снижает сродство гемоглобина к кислороду тремя путями:

прямым взаимодействием с молекулой гемоглобина;

усилением эффекта Бора (т. е. увеличением скорости диссоциации оксигемоглобина);

снижением рН внутри эритроцита, облегчающим диссоциацию оксигемоглобина.

О степени сродства гемоглобина к кислороду судят по положению кривой оксигемоглобина в системе координат, где по оси абсцисс отложены величины напряжения кислорода в крови, а по оси ординат — насыщение гемоглобина кислородом или концентрация оксигемоглобина.
«Гипоксия плода и новорожденного»,
М.Я.Студиникин
Нейрогуморальный контроль общего кровообращения в раннем постнатальном периоде у детей остается неизученным. Судя по результатам экспериментальных исследований, можно предположить, что вагальные механизмы контроля кровообращения у новорожденных детей являются незрелыми, о чем свидетельствует меньшая, чем у взрослых, лабильность сердечного ритма. Контроль мозгового кровообращения — цереброваскулярного компонента системы кровоснабжения мозга — характеризуется величинами интенсивности мозгового кровотока, количества…
Со вторых суток жизни объемные параметры мозгового кровообращения уже не зависят от величины капиллярного гематокрита. Становление метаболического контроля мозгового кровообращения при повышении содержания кислорода в артериальной крови у здоровых доношенных детей завершается в первые сутки жизни: со вторых суток ингаляция кислородно-воздушной смеси (50 — 60% кислорода в воздухе) приводит к уменьшению объемных параметров мозгового кровообращения…
Становление метаболического контроля цереброваскулярного компонента СКСМ при гиперкапнии оказалось ускоренным у клинически здоровых детей, матери которых страдали невыраженным поздним токсикозом беременности: в этих случаях ингаляция 5% гиперкапнической смеси уже в первые 5 суток жизни приводила к выраженному увеличению интенсивности мозгового кровотока. Нейрогуморальный контроль мозгового кровообращения в раннем постнатальном периоде остается неизученным. Особенности метаболического контроля мозгового…
У доношенных детей кривая диссоциации и оксигемоглобина при рождении оказывается левее, так как содержание фетального гемоглобина и низкий уровень органических фосфатов резко повышают сродство гемоглобина к кислороду. В процессе постнатального развития в результате замены фетального гемоглобина и повышения уровня органических фосфатов кривая диссоциации «смещается» вправо (кривые 2, 3), что говорит о более совершенной оксигенации тканей….
Из клинических наблюдений над взрослыми больными известно, что гормоны щитовидной железы и гормон роста приводят к повышению содержания 2,3-ДФГ и, следовательно, снижению сродства гемоглобина к кислороду. В связи с этим можно предположить, что и у новорожденных детей эти гормоны выполняют определенную роль в нейрогуморальном контроле дыхательной функции кислорода. Транспорт кислорода в нервной клетке завершается переносом…

http://www.kelechek.ru/gipoksiya_ploda_i_novorozhdennogo/osobennosti_sistemy_kislorodnogo_snabzheniya/7964.html