α1-глобулины

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ БИОХИМИЯ КРОВИ
Кафедра биохимии БГУ, доцент Орёл Н.М.
КРОВЬ –
жидкая ткань, состоящая из клеток и плазмы
Состав крови: плазма – 55 %, эритроциты – 44 %,
остальные клетки – 1 %.
Химический состав крови в норме относительно
постоянен. Все случайные колебания в составе крови
в здоровом организме быстро выравниваются.
Биохимические функции крови
- транспортная (транспорт газов, питательных веществ,
метаболитов, продуктов обмена веществ, гормонов);
- обезвреживающая;
- защитная (иммунная защита);
- гемостатическая;
- регуляторная;
- поддержание постоянства внутренней среды организма
(гомеостазис):
- поддержание химического состава;
- поддержание постоянства рН (изогидрия) –
(рН 7,36-7,40);
- поддержание ионного состава (изоиония);
- поддержание осмотического и онкотического
давления (изоосмия) – (7,8 – 8,1 атм);
- поддержание температуры – косвенно биохимическая
(изотермия) (37,0-37,5).
Биохимические функции клеток крови
ЭРИТРОЦИТЫ
Энергию (АТФ) получают путём окисления глюкозы до
молочной кислоты (гликолиз), (90 %). Глюкоза поступает
из плазмы, потребность 0,7 г в ч. Энергия необходима для
поддержания трансмембранного градиента ионов Na+ и
K+ , работу Na+, K+-АТФазы.
Особенность гликолиза – образуется и 1,3
дифосфоглицерат, и 2,3 дифосфоглицерат – регулятор
присоединения О2 к гемоглобину.
В эритроцитах активно протекает пентозофосфатный
цикл окисления глюкозы (10 %), в котором
вырабатывается НАДФН+Н+, необходимый поддержания
целостности мембран, инактивации пероксидов,
проведения др. восстановительных реакций.
Основная функция эритроцитов – связывать и
переносить О2 от лёгких к тканям, а СО2 от тканей в лёгкие.
• Содержат 34 % гемоглобина. Общее содержание его в
крови 130-160 г/л или 750 г, в одном эритроците – около
миллиона молекул.
• За время своего существования (120 дней), эритроцит
переносит от лёгких к тканям до 1 миллиарда молекул О2.
Гемоглобин – состоит из протеина глобина и группы гема.
Глобин содержит 4 полипептидных цепи (субъединицы) с м.м
~ 16 кДа. С каждой цепью связан 1 гем. 80 % аминокислотных
остатков образуют α-спирали (обозначены A,B,C…H).
АЛЛОСТЕРИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В ГЕМОГЛОБИНЕ (Hb А)
(BPG – 2,3-дифосфоглицерат)
Типы гемоглобина (Hb):
У взрослых – HbА1 (α2β2 -цепи) и небольшое количество
HbА2 (иначе HbF) (α2δ2 -цепи) с более высоким сродством к О2.
Эмбриональные (образуются в первые 3 месяца) – ξ2ε2 и α2γ2,
затем вплоть до рождения доминирует HbF (фетальный α2δ2) – 80 %
при рождении ребенка.
В крови людей открыто более 300 вариантов гемоглобинов,
вследствие мутации генов.
Существуют ещё Hb : С, Д, Е, Ф, Н, 1, М, О.
АНОМАЛЬНЫЕ Hb:
1. Hb S – в 6 положении β-цепи глобина глутаминовая кислота
заменяется валином. У носителей гена HbS развивается серповидно
клеточная анемия. Hb S после отдачи кислорода превращается в
плохо растворимую форму, выпадает в осадок в виде
веретенообразных кристаллоидов (тактоидов). Они деформируют
клетку и приводят к гемолизу.
Образование и обезвреживание активных форм кислорода в эритроците.
НЕЙТРОФИЛЫ
• Основной источник энергии глюкоза  90 % окисляется в
гликолизе, менее интенсивно идет окислительное
фосфорилирование.
Небольшое количество глюкозы поступает в пентозофосфатный цикл.
• Осуществляют биосинтез белков (малоактивно).
Биохимические функции нейтрофилов:
• Содержат большое количество лизосом (гидролазы
разлагают фрагменты поврежденных тканей, мёртвые
микроорганизмы).
• Вырабатывают лизоцим.
Содержат:
 миелопероксидазу, вырабатывающую Н2О2.
 НАДФ·Н-оксидазу – способствует образованию ·О2-.
Н2О2 и О2 – сильные окислители, уничтожают
микроорганизмы в момент фагоцитоза.
Активация перекисного окисления липидов под действием
Н2О2 и О2 может разрушать мембраны.
Функционирует ферментативная (супероксиддисмутаза,
каталаза, глутатионпероксидаза, церулоплазмин) и
неферментативная (витамины Е,С, К, А и др.) системы
защиты от активных форм кислорода.
БАЗОФИЛЫ
•
Обладают мощным окислительным аппаратом. Глюкоза
окисляется в гликолизе и ЦТК, интенсивно идет
окислительное фосфорилирование.
• Синтезируют белки (малоактивно).
• Участвуют в аллергических реакциях – синтезируют
медиаторы – гистамин, серотонин. Активно образуются в
красном костном мозге при аллергии.
• Продуцируют гепарин.
Гепарин препятствует свертываемости крови, участвует в
распаде ацилглицеролов, активируя липопротеинлипазу.
Гистамин синтезируется путем декарбоксилирования
гистидина:
Серотонин синтезируется из триптофана путем его
гидроксилирования с последующим декарбоксилированием
Гепарин – включает повторяющийся тетрасахаридный
компонент, состоящий из двух связанных α(1→4) дисахаридов.
Дисахариды содержат βD-глюкуроновую кислоту и
сульфатированный N–ацетилглюкозамин; сульфатированные
L-идуроновую кислоту и N-ацетилглюкозамин.
ЭОЗИНОФИЛЫ
• Образование энергии путём гликолиза, окислительное
фосфорилирование малоактивно.
• Содержат набор лизосомальных ферментов, но отсутствует
лизоцим.
• Участвуют в аллергических реакциях (при сенсибилизации
возрастает количество).
• Накапливают и инактивируют гистамин.
• Содержат пероксидазу.
• Содержат профибринолизин, участвующий в растворении
тромба.
МОНОЦИТЫ (макрофаги)
• Энергию получают путём гликолиза и окислительного
фосфорилирования.
• Имеют набор лизосомальных ферментов, интенсивно
фагоцитируют микроорганизмы, вирусы, пыль и др.
• По выполняемым функциям сходны с нейтрофилами.
ЛИМФОЦИТЫ (сборная группа, различающаяся
функционально)
• Играют важную роль в формировании гуморального и
клеточного иммунитета.
• Энергию получают путём гликолиза, аэробный
механизм малопродуктивен.
• Имеют мощный аппарат синтеза белков
(иммуноглобулинов), по активности превосходящий другие
клетки крови и многие ткани.
ТРОМБОЦИТЫ
•
Энергию получают в ходе гликолиза.
• Участвуют во всех фазах свертывания крови (содержат
тромбоцитарные факторы свертывания).
• Содержат РНК и необходимые компоненты для
биосинтеза белка.
• Осуществляют разнообразные реакции обмена,
накапливают серотонин.
Почти все функции крови (за исключением
специфических, выполняемых клетками крови)
осуществляются плазмой.
СОСТАВ ПЛАЗМЫ КРОВИ: 90 % ВОДЫ
10 % СУХОГО ОСТАТКА
Минеральные
вещества
Безазотистые
соединения
глюкоза
Белки
65-85 г/л
Плазма
Азотистые
небелковые
соединения
Мочевина
Билирубин
фосфолипиды
Креатин
Кинины
холестерин
Аммиак
Мочевая кислота
Креатинин
Полипептиды
Биохимические показатели плазмы
Большинство химических компонентов плазмы поступает
из органов и тканей.
Низкомолекулярные компоненты разнообразны,
характеризуют различные стороны метаболизма органов и
тканей, имеют важное значение для клинической биохимии.
Макромолекулы секретируются печенью, эндокринными
железами, слизистой кишечника, клетками крови и
поступают активно путем экзоцитоза. Другие ткани и органы
незначительно участвуют в формировании белкового состава
плазмы.
Биохимические функции крови определяются совместным
участием химических компонентов клеток крови и плазмы.
Содержание белков в плазме крови
зависит от возраста
•
•
•
•
•
•
у новорожденных – 48 - 73 г/л
у детей до года – 47 - 72 г/л
от 1 до 4 лет – 61 - 75 г/л
от 5 до 7 лет – 52 - 78 г/л
от 8 до 15 лет – 58 - 76 г/л
у взрослых – 65 - 85 г/л
Характеристика белков плазмы
1. Относительно стабильные белки:
альбумины.
2. Нестабильные белки:
иммуноглобулины (особенно Е, D)
Концентрация нестабильных белков может
возрастать в миллион раз.
Биосинтез белков плазмы крови
1. Альбумины, фибриноген, 80 %
глобулинов
(все α-глобулины и
частично β-глобулины) синтезируются в
печени.
2. Иммуноглобулины синтезируют
В-лимфоциты.
3. α2-Макроглобулины, белки системы
комплемента синтезируют макрофаги.
4. Эритропоэтин синтезируется в почках.
Катаболизм белков плазмы крови
осуществляется:
• в клетках эндотелия капилляров,
• в мононуклеарах,
• в клетках почечных канальцев.
Белки сыворотки крови при электрофорезе на
бумаге разделяются на 5 фракций:
Одна фракция альбуминов;
четыре фракции глобулинов:
• α1-глобулины,
• α2-глобулины,
• β-глобулины,
• γ-глобулины.
Вместе с α- и β-глобулинами
мигрируют липопротеины, с
фракциями α1- и α2-глобулинов –
гликопротеины
При электрофорезе в блоке
полиакриламидного геля на 16-17 фракций.
При диск-электрофорезе в
полиакриламидном геле на 29 фракций.
При иммуноэлектрофорезе – более, чем на
30 фракций.
Электрофореграмма белков в ПААГ
Иммуноэлектрофорез – это комбинирование
электрофореза и реакции преципитации
непосредственно на гелевом блоке
Содержание белков в плазме крови
человека – 65-85 г/л
альбумины 37-55 г/л,
глобулины 20-30 г/л,
фибриноген 2-4 г/л.
АЛЬБУМИНЫ
Преальбумин м.м. – 21 кД (0,18 -0,37 г/л) – первый пик на
диск-электрофореграмме; транспортирует тироксин,
витамин А. Индикатор нарушения белоксинтезирующей
функции печени.
Альбумины м.м. – 70 кД (37-55 г/л) 50-60% белков плазмы
крови; растворимы в дистиллированной воде, в солях; не
гликозилированы; синтезируются в печени, важнейшие
молекулы-транспортеры.
Выполняют функции:
связывания воды;
поддержания онкотического давления плазмы;
транспортера магния, кальция, билирубина, жирных
кислот, лизолецитина, прогестерона, лекарственных
веществ (антибиотиков, сердечных гликозидов и др.).
Являются формой депонирования белка в организме.
ГЛОБУЛИНЫ
Грубодисперсные белки; плохо растворимы в воде;
синтезируются в печени, лимфоидной ткани; связаны с
небелковым компонентом (гликозилированы);
представлены рядом фракций:
•
•
•
•
α1-глобулины,
α2-глобулины,
β-глобулины,
γ-глобулины
α1-ГЛОБУЛИНЫ составляют 2-5%. Эта группа включает:
α1 – антитрипсин,
α1 – серомукоид,
α1 – орозомукоид,
α1 – фетопротеин,
протромбин,
транскортин,
ретинолсвязывающий белок,
ЛПВП и др.
α1-Антитрипсин (2-5 г/л) гликопротеин, мощный
ингибитор протеиназ (трипсина, химотрипсина, плазмина,
калликреина, эластазы); синтезируется клетками печени,
выделяется в плазму, слюну, слезу, бронхиальные и
назальные секреты, спинномозговую жидкость,
дуоденальное содержимое.
Функциональная роль:
защита организма от действия протеолитических
ферментов эндогенного и экзогенного происхождения
(протеиназ крови, тканей, бактерий, грибов).
1мл сыворотки ингибирует 1 мг трипсина.
α1-Гликопротеин (орозомукоид) (0,5-1,4 г/л) кислый
белок, содержит до 40 % углеводов, участвует в транспорте
стероидов, иммуномодулятор, подавляет активность Тлимфоцитов-киллеров.
α1-Серомукоиды – плазменные гликопротеины (1 %
белков плазмы и 12 % всех углеводов пазмы), кислые
белки, основыне компоненты соединительной ткани, в
плазму попадают при разрушении клеток.
α1-фетопротеин у здоровых доношенных детей не
выявляется, повышается при карциномах печени,
тератокарциномах, после удаления карцином исчезает,
при метастазах появляется вновь. Имеет значение для
клинической диагностики.
α₂-ГЛОБУЛИНЫ (7-13 %):
гаптоглобин,
церулоплазмин,
α₂ –макроглобулин.
Гаптоглобин (0,0-0,35 г/л) – молекула состоит из двух
субъединиц, каждая содержит 4 полипептидные цепи.
Связывает и транспортирует свободный гемоглобин в клетки
ретикулоэндотелия. Связывает гемоглобин, препятствуя
гемосидерозу тканей, почек. Комплекс Нb-гаптоглобулин
повышает пероксидазную активность, бактерицидные
свойства крови.
В кровотоке гемоглобин комплексуется с гаптоглобином и
гемопексином. Эти комплексы удаляются из крови печенью.
Церулоплазмин - голубой белок, (0,25-0,45 г/л),
молекула содержит 8 атомов меди.
Функции:
• является переносчиком ионов меди;
• обладает антиоксидантными свойствами;
• ферментативно окисляет 2-х валентное железо,
увеличивает его всасывание, способствует включению в
трансферрин;
• детоксицирует путем окисления полифенолов,
диаминов и др.
• участвует в обмене эндогенных аминов;
• усиливает пероксидазную активность плазмы;
• является активатором гемопоэза;
• относится к белкам острой фазы.
ЦЕРУЛОПЛАЗМИН
α₂ –Макроглобулин – цинксодержащий белок,
включающий углеводный компонент (до 11 %),
синтезируется вне печени, обладает 10 % всей
протеиназной активности.
Осуществляет:
• ингибирование трипсина, тромбина, химотрипсина,
плазмина, калликреина,
• регуляцию свертывающей, фибринолитической,
калликреиновой систем.
В сыворотке крови содержится 4 ингибитора
трипсина:
• α₁–антитрипсин,
• α₂ –макроглобулин,
• интер-α-ингибитор трипсина,
• термокислотостабильный ингибитор трипсина.
β-ГЛОБУЛИНЫ (8-14%)
•
•
•
•
•
•
трансферрин,
гемопексин,
ЛПНП,
стероид-связывающий глобулин,
β₂-микроглобулин,
С3 и С4 – компоненты комплемента.
Трансферрин (2-4 г/л) – транспортирует Fe3+ в крови.
Комплекс окрашен в оранжевый цвет. Связаны с железом
1/3 молекул. Индивидуально специфичен – выявлено 19
типов трансферринов, различающихся по составу
аминокислот и углеводному компоненту.
Гемопексин – связывает Fe3+- гем, порфирин
гемсодержащие хромопротеины и доставляет их в печень.
В печени комплексы гемопексина распадаются, железо
повторно используется.
Уменьшает потери железа с мочой.
Стероид-связывающий белок (гликопротеин)–
синтезируется в печени и клетками иммунной системы.
Биохимические функции:
• белок острой фазы, (при острой фазе количество
увеличивается в 1000 раз),
• связывает и переносит половые гормоны (тестостерон,
эстроген),
• ингибитор агрегации тромбоцитов,
• связывает фосфатидилхолин, поликатионы,
полианионы, липиды, углеводы,
• участвует в формировании гемопротеинов и каталазы,
• неспецифический опсонин,
• активирует комплемент,
• способен связывать токсины, компоненты
микроорганизмов, частиц поврежденных тканей.
γ-Глобулины – составляют 12-22 %
Включают в себя антитела, вырабатываемые
организмом в ответ на введение чужеродных белков или
других веществ с антигенной активностью.
Выделяют 5 классов иммуноглобулинов:
•
•
•
•
•
Ig G,
Ig A,
Ig D,
Ig M,
Ig E.
Основу молекулярной структуры Ig составляют
4 полипептидные цепи: 2 тяжёлые и 2 лёгкие,
соединённые дисульфидными мостиками.
Классы иммуноглобулинов