pixstar

Biochemie krevních elementů I
SFST-179
Vladimíra Kvasnicová
Obrázek převzat z http://www.biosbcc.net/doohan/sample/htm/Blood%20cells.htm (březen 2007)
Počet krevních elementů
erytrocyty
4 - 6 x 106 / µl
trombocyty
150 - 400 x 103 / µl
leukocyty
4 - 9 x 103 / µl
neutrofily
eozinofily
bazofily
lymfocyty
monocyty
47 - 75 %
1 - 4 %
0 - 1 %
23 - 45 %
2 - 11 %
hematokrit
muži: 42-52 %
ženy: 37-47 %
ERYTROCYTY
(červené krvinky)
Obrázek převzat z http://www.vghtpe.gov.tw/~hema/hematopoitic%20cell%20differentiation/RBC.htm (březen 2007)
ERYTROCYTY
1. Struktura
velký povrch
(difuze plynů)
proteiny cytoskeletu
(elasticita)
membrána jako osmometr
(Na+/K+-ATPáza)
Obrázek převzat z http://www.biosbcc.net/doohan/sample/htm/Blood%20cells.htm (březen 2007)
Co se stane s červenou krvinkou v hypotonickém,
hypertonickém a izotonickém roztoku?
• osmolarita
(285 mosmol/l)
• akantocyty
• hemolýza
(krev, plazma)
Obrázek převzat z http://www.vet.purdue.edu/depts/bms/nour/bms520/content/blood/b9.htm (březen 2007)
ERYTROCYTY
membrána a
cytoskeletální
proteiny
dědičná
sférocytóza
Obrázky převzaty z http://www.wadsworth.org/chemheme/heme/microscope/pix/spherocytes_nw.jpg a
http://www.mie.utoronto.ca/labs/lcdlab/biopic/fig/4.23b.jpg (březen 2007)
ERYTROCYTY
2. membránové přenašeče
Na+/K+-ATPáza (aktivní transport)
GLUT-1 (nezávislý na inzulínu)
aniontový transportér (Cl-/HCO3-)
3. membránové antigeny
krevní skupiny
Membránové antigeny – příklad: ABO systém
Obrázek převzat z http://www.life.umd.edu/classroom/bsci422/mosser/ABO.gif (březen 2007)
ERYTROCYTY
4. metabolismus
glukóza jako jediný energetický substrát
90% anaerobní glykolýza
(2 ATP, laktát: Coriho cyklus; 2,3-BPG)
10% pentózový cyklus
(NADPH ⇒ ochrana proti oxidačnímu stresu)
enzymové defekty : * glukóza-6-P dehydrogenáza
* pyruvátkináza
→ hemolytické anémie
Cyklus Coriových (Coriho cyklus)
játra
erytrocyty, sval
Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th
ed. Wiley-Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0-471-15451-2
ERYTROCYTY
5. Funkce
erytrocyt jako „vak“ na hemoglobin
O2 → transport, reaktivní formy kyslíku (ROS)
CO2 → transport, tvorba HCO3-
H+ → transport, udržování stálého pH
(35% pufrační kapacity krve)
•
•
•
•
•
superoxiddismutáza
kataláza
glutathionperoxidáza
glutathionreduktáza
methemoglobinreduktáza
antioxidační systém
antioxidační enzymy
superoxiddismutáza (SOD)
O2• + O2• + 2 H+ → H2O2 + O2
kataláza (CAT)
H2O2 + H2O2 → 2 H2O + O2
glutathionperoxidáza (GPx)
2 GSH + H2O2
→ GS-SG + 2 H2O
2 GSH + R-O-OH → GS-SG + H2O + ROH
glutathionreduktáza
GS-SG + NADPH+H+ → 2 GSH + NADP+
methemoglobinreduktáza - v erytrocytech
Hb-Fe3+ + e- → Hb-Fe2+
(koenzym: NADH nebo NADPH)
glutathionreduktáza
GS-SG + NADPH+H+
2 GSH + NADP+
glutathion = „redoxní pufr“
Pentózový cyklus
Obrázek převzat z http://www.med.unibs.it/~marchesi/ppp.html (březen 2007)
Systém glutathionu
2
NADPH+H+
Obrázek převzat z http://www.vrp.com/newsimages/march04Fig1.jpg (březen 2007)
CVIČENÍ
1.
Kolik je erytrocytů v 1 litru krve?
2.
Co je to hematokrit?
3.
Jak dlouho žije erytrocyt?
4.
Jaká je funkce Na/K-ATPázy?
5.
Co se stane s erytrocytem pokud bude mít
málo ATP nebo NADPH? Odpověď vysvětlete.
6.
Co může být příčinou hemolýzy?
7.
Jak ovlivní hemolýza erytrocytů složení
krevní plazmy?
8.
Popište metabolismus erytrocytu
9.
Jak může oxidační stres poškodit erytrocyt?
Struktura hemoglobinu
• hemoprotein
(složený protein: globin + prostetická skupina)
• kvarterní struktura: 4 podjednotky
• prostetická skupina každé podjednotky = hem
4 polypetidové řetězce
4 molekuly hemu
4 železnaté (Fe2+) ionty
Struktura
hemoglobinu
hemoprotein
4 podjednotky
Mr = 64 500
Obrázek převzat z http://dtc.pima.edu/~biology/202alpha/lesson1/hemoglobin.jpg (březen 2007)
Pyrol
hemoglobin
Obrázky převzaty z http://www.medical-definitions.net/images/hemoglobin.jpg
a z http://omlc.bme.ogi.edu/spectra/hemoglobin/hemestruct/heme-struct.gif (březen 2007)
Saturace hemoglobinu kyslíkem
• kvarterní struktura hemoglobinu
alosterický efekt
saturační křivka
má esovitý tvar
T-konformace: malá afinita k O2 (deoxy Hb)
R-konformace: vyšší afinita k O2 (oxyHb)
T ↔ R
Hb + O2 ↔ HbO2
Obrázek převzat z http://employees.csbsju.edu/hjakubowski/classes/ch331/bind/MbHbbindcurve.gif (březen 2007)
Obrázek převzat z http://www.nd.edu/~aseriann/dpg.html (březen 2007)
hemoglobin
Animace převzata z http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Hb-animation2.gif (březen 2007)
HEM
MYOGLOBIN
hemoglobin
• nemá kvarterní strukturu, má pouze 1 polypeptidový řetězec
• slouží ve svalu k vazbě O2 „do zásoby“
• váže kyslík pevněji než hemoglobin
Obrázky převzaty z http://www.virtuallaboratory.net/Biofundamentals/lectureNotes/AllGraphics/myoglobinSurface.jpg
a z http://courses.washington.edu/conj/protein/hemo.gif (březen 2007)
Typy hemoglobinu a jeho podjednotek
• α/β talasemie
anemie (HbS)
• dospělý (adult) hemoglobin: •• srpkovitá
vrozená methemoglobinemie
(HbM)
HbA1 = α2β2
HbA2 = α2δ2
(asi 2% z celkového Hb dospělých)
• fetální hemoglobin
HbF = α2γ2
! vyšší afinita k O2 než má HbA !
váže kyslík pevněji i při nižším pO2 v krvi (placenta!)
Obrázek převzat z http://www.labcorp.com/datasets/labcorp/html/img/fethgb.jpg (březen 2007)
Syntéza hemoglobinu
• v kostní dřeni
• v prekurzorech erytrocytů, nikoli v erytrocytech
• 4 samostatné podjednotky se spojí nekovalentními
vazbami za vzniku tetrameru Hb
• hemoglobin je intracelulární protein: uvnitř ery
koncentrace Hb v krvi:
ženy 120 – 162 g/l
muži 135 – 172 g/l
Syntéza hemoglobinu
poruchy syntézy:
• TALASEMIE = dědičné onemocnění s narušenou
tvorbou bílkovinných řetězců Hb (α nebo β talas.)
• ANEMIE = chudokrevnost (↓ kapacita krve přenášet O2)
sideropenická anemie – nedostatek železa
srpkovitá anemie – dědičné onemocnění
s abnormálním hemoglobinem: HbS
(záměna 1 aminokyseliny v β-řetězci:
místo Glu obsahuje Val)
CVIČENÍ
1.
Jaká je koncentrace Hb v krvi?
2.
Popište strukturu hemoglobinu
3.
Kam se na Hb váže kyslík?
4.
Kolik molekul O2 Hb přenáší?
5.
Kde je Hb syntetizován?
6.
Jaké znáte poruchy syntézy Hb?
7.
Z čeho vzniká hem?
8.
Kde se bere Fe pro jeho syntézu?
9.
Co je příčinou žloutenky při
nadměrném rozpadu erytrocytů?
Transport krevních plynů
Složení vzduchu:
78% N2
21% O2
1% voda, vzácné plyny, CO2 (0,04%)
Tlak vzduchu:
1 atm = 101 325 Pa (~ 101 kPa) = 760 Torr (= mmHg)
1 mmHg = 0,1333 kPa
1 kPa = 7,5 mmHg
Transport krevních plynů
pO2
pCO2
arteriální krev
venózní krev
13,33 kPa
5,33 kPa
100 mmHg
40 mmHg
5,33 kPa
6,13 kPa
40 mmHg
46 mmHg
(alveoly)
Obrázek převzat z http://people.eku.edu/ritchisong/RITCHISO//301notes6.htm (březen 2007)
Transport krevních plynů
- funkce hemoglobinu • přenáší O2 a část CO2 (a CO - i fyziologicky)
• pufruje krev: váže H+
• O2 se váže na Fe2+ v hemu → 4 O2 / 1 Hb
„oxyhemoglobin“ HbO2
• CO2 se váže na globin!
(-NH2 sk. postranních řetězců AMK)
„karbaminohemoglobin“ HbCO2
• H+ se váže na zbytky His
„deoxyhemoglobin“ HHb
Transport krevních plynů
- transport CO2 1. převážně ve formě HCO3- (~ 70%)
CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ HCO3- + H+
enzym: karbonát dehydratáza
spontánní disociace
(v erytrocytech)
2. vázaný na hemoglobin (~ 23%)
3. volně rozpuštěný (~ 7%)
Obrázek převzat z http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/physiol/sf41x11.jpg (březen 2007)
Transport krevních plynů
- reakce probíhající v erytrocytech tkáně:
CO2 + H2O → H2CO3 → HCO3- + H+
H+ + HbO2 → HHb + O2 → aerobní metabolismus
(HCO3- vznikající v erytrocytu je transportován do plazmy aniontovým transportérem:
výměnou za Cl-; jde o tzv. Hamburgerův efekt neboli „chloridový posun“; v plicích
díky tomuto efektu vstupuje HCO3- zpět z plazmy do erytrocytu, Cl- jde do plazmy)
plicní alveoly:
HHb + O2 → HbO2 + H+
H+ + HCO3- → H2CO3 → H2O + CO2 → vydýchá se
O2
O2
Obrázek převzat z http://science.kennesaw.edu/~jdirnber/Bio2108/Lecture/LecPhysio/42-29-BloodCO2Transport-AL.gif (březen 07)
Saturace hemoglobinu kyslíkem
Obrázek převzat z http://employees.csbsju.edu/hjakubowski/classes/ch331/bind/MbHbbindcurve.gif
(březen 2007)
Saturační / disociační
křivka hemoglobinu
posun vlevo
posun vpravo
Posun vpravo znamená, že se kyslík snáze uvolňuje z vazby na Hb, ale hůře váže.
Obrázek převzat z http://dr-amy.com/rich/oxygen/fig1.gif (březen 2007)
saturační křivka HbF je „posunutá vlevo“
(HbF má vyšší afinitu ke kyslíku než HbA, tj. váže více kyslíku už při nižším pO2)
Obrázek převzat z http://www.biocrawler.com/encyclopedia/Fetal_hemoglobin (březen 2007)
Saturace hemoglobinu kyslíkem
Faktory ovlivňující saturaci:
alkalické pH a ↑ pO2 stabilizují R-konformaci
(V PLICÍCH) ~ zvyšují afinitu Hb ke kyslíku
kyselé pH, ↑ pCO2, ↑ teplota a 2,3-BPG stabilizují
T-konformaci ~ snižují afinitu Hb ke kyslíku
(V PERIFERII)
posun saturační křivky vpravo
Bohrův efekt
= posun křivky vpravo při nižším pH, tj. při vyšší koncentraci H+ a vyšším pCO2
Obrázek převzat z http://employees.csbsju.edu/hjakubowski/classes/ch331/bind/MbHbbindcurve.gif
(březen 2007)
CVIČENÍ
1.
Kolik % a kolik kPa O2 a CO2 je ve vzduchu?
2.
Jaký je pO2 v arteriální krvi?
3.
Jaký je pCO2 v arteriální krvi?
4.
Jak je v krvi přenášen CO2?
5.
Napište reakci katalyzovanou karbonát
dehydratázou (karboanhydrázou, CA)
6.
Nakreslete saturační křivku. Co znamená
posun vlevo a posun vpravo?
7.
Uveďte faktory, které snižují afinitu
hemoglobinu ke kyslíku
Patologické deriváty hemoglobinu
1. methemoglobin (nad 3%)
metHb
Fe3+ místo Fe2+
nemůže přenášet kyslík !!!
2. glykovaný hemoglobin (nad 6%)
HbA1c
při dlouhodobě zvýšené glykemii (Hb s navázanou Glc)
3. karbonylhemoglobin (nad 2%)
COHb
při otravách oxidem uhelnatým
4. sulfhemoglobin, kyanhemoglobin
otrava sulfanem nebo kyanovodíkem a kyanidy
Otrava oxidem uhelnatým
•
CO má 200x vyšší afinitu k Hb než O2
•
vzniká COHb = karbonylhemoglobin
(starší název: karboxyhemoglobin)
•
maximální povolená koncentrace ve vzduchu: 0.003%
•
míra intoxikace CO závisí na pCO ve vzduchu a
na délce expozice (0.04% ∼ silná bolest hlavy, po 2-3
hodinách: bezvědomí; 1% ∼ smrt během několika minut)
CO se váže
na Fe2+ místo kyslíku
Obrázek převzat z http://www.orthosmoke.org/index.php/pt/Carbon%20Monoxide (březen 2007)
Saturace Hb oxidem uhelnatým /
saturace Hb kyslíkem
Obrázek převzat z http://dr-amy.com/rich/oxygen/fig1.gif (březen 2007)
Otrava oxidem uhelnatým
příčiny:
• vdechování výfukových plynů z automobilů
• inhalace kouře
• nedostatečně ventilované plynové topení
• OBECNĚ: spalování organických paliv bez
dostatečného přívodu kyslíku
(tj. nedostatečná oxidace)
Otrava oxidem uhelnatým
následky:
• snížení kapacity Hb pro přenos kyslíku
• snížené zásobování buněk kyslíkem
CO zabraňuje reverzibilní vazbě O2 na Hb
CO posunuje disociační křivku O2-hemoglobin vlevo
CO inhibuje intracelulární respiraci (dýchací řetězec)
CO se může vázat přímo v srdeční a kosterní svalovině
(přímá toxicita) a na složky nervového systému a
způsobit tak demyelinizaci a neurologické symptomy
„třešňově zbarvená kůže“
Obrázek převzat z http://www.acsu.buffalo.edu/~lcscott/carbonmonoxide.html (březen 2007)
COHb / celkový Hb
Saturace Hb
oxidem
uhelnatým
fyziologicky:
(poměr v %)
Slabý puls, selhání dýchání, smrt
Bezvědomí, křeče, nebezpečí smrti
Intenzivnější symptomy, zrychlené
dýchání a puls, bezvědomí
< 2%
Těžká bolest hlavy, slabost,
závratě, poruchy vidění, zvracení
Bolest hlavy, bušení krve ve
spáncích
Obrázek převzat
z http://www.uhseast.com/134221.cfm
(březen 2007)
Bez příznaků
Obrázek převzat z http://www.coheadquarters.com/CORisk/figco32x.htm (březen 2007)
Otrava oxidem uhelnatým
první pomoc:
• zajistit čerstvý vzduch
• vdechování vysokých koncentrací kyslíku
(kyslík inhlován pod tlakem)
doporučeno u pacientů v bezvědomí, při
koncentraci COHb větší než 25%, při metabolické
acidóze a neurologických příznacích
CVIČENÍ
1.
Čím se liší fetální hemoglobin od dopělého
hemoglobinu?
2.
Co je to methemoglobin?
3.
Co je to glykovaný hemoglobin?
4.
Co je to karbonylhemoglobin?
5.
Co je to karboxyhemoglobin?
6.
Co je to karbaminohemoglobin?
7.
Co je to myoglobin?
8.
Jakou poskytnete první pomoc člověku, který se
přiotrávil oxidem uhelnatým?
ERYTROCYTY - erytropoéza
• syntéza nukleotidů
(dělení buněk):
folát, vit.B12
• syntéza Hb: aminokyseliny, hem, železo
Obrázek převzat z http://www.biosbcc.net/doohan/sample/htm/Blood%20cells.htm (březen 2007)