Курс лекцій харків Видавництво нфаУ 2008 р
^ 4.1. Біосинтез гемоглобіну
Біосинтез гемоглобінуздійснюється шляхом синхронної продукції гему та глобінових ланцюгів в еритроїдних клітинах кісткового мозку та їх поєднання з утворенням закінченої молекули.
Синтез поліпептидних ланцюгів, що входять до складу глобіну, відбувається під контролем структурних та регуляторних генів. Вважають, що структурні локуси, що визначають синтез α-ланцюгів протягом усього життя людини (ембріональної та постнатальної) знаходиться в одній парі хромосом. Структурні локуси, що детермінують синтез β- та δ-ланцюгів, містяться в іншій парі хромосом. Можливо, що гени γ-ланцюгів знаходяться поряд з β- та δ-генами. Гени-регулятори, мабуть, займають суміжні структурні гени цистрони. У першій половині фетального життя у людини активні, головним чином, локуси α-, γ- та ε-ланцюгів (останній лише короткочасно в ранньому періоді ембріонального життя). Після народження одночасно з «вимкненням» локусу γ-ланцюгів активізуються локуси ρ- і δ-ланцюгів. В результаті такого перемикання відбувається заміна фетального гемоглобіну (HbF) гемоглобіном дорослого (HbA) з малою фракцією HbA2. Синтез гемоглобінових ланцюгів є приватним прикладом білкового синтезу в клітині. Генетична інформація, що визначає послідовність розташування амінокислот в поліпептидних ланцюгах, закодована в ДНК за допомогою складових генів основ. Укладена в ДНК інформація у процесі транскрипції передається з ядра в цитоплазму з допомогою посередника – інформаційної РНК (іРНК). Остання дифундує в цитоплазму та діє як матриця для синтезу білка, що відбувається в рибосомах. Амінокислоти, з яких утворюється поліпептидний ланцюг, транспортуються до рибосом за допомогою транспортної РНК (тРНК), причому більшість амінокислотмає різні види тРНК.
Гемова частина молекули гемоглобіну синтезується окремо за допомогою серії регульованих ензиматичних щаблів. На першому етапі біосинтезу порфіринів в результаті сполуки гліцину з похідним бурштинової кислоти (бурштинова кислота зв'язується з коензимом А з утворенням активної форми сукциніл-КоА) синтезується δ-амінолевулінова кислота за допомогою ферменту синтетази δ-амінолевулінової кислоти (в цьому синтезі піридоксальфосфат.). На наступному етапі з двох молекул -амінолевулінової кислоти завдяки ферменту дегідрази -амінолевулінової кислоти утворюється спочатку уропорфіноген (III ізомер), потім копропорфіноген за участю ферменту декарбоксилази уропорфіногену. З копропорфіногену під впливом декарбоксилази копропорфіногену синтезується протопорфірин, який з'єднуючись із залізом, утворює гем. З'єднання протопорфіну із залізом здійснює фермент гемсинтетазу.
Залізо гемоглобіну становить приблизно 60% всього заліза, що міститься в організмі (3-4 г у здорової дорослої людини). Транспортування заліза в кістковий мозок відбувається в комплексі з трансферином - специфічним білком, що міститься в глобулінової фракції плазми крові. Трансферин має спорідненість до еритроїдних елементів кісткового мозку, так як при експозиції міченого трансферину з різними клітинами він виявляється тільки у зв'язку з попередниками еритроцитів (у поліхроматофільних та ортохромних нормобластах, ретикулоцитах) і не виявляється у мембрані лейкоцитів та лейкоцитів. Залізо надходить у мітохондрії, де зв'язується з протопорфірином у присутності гемсистетази. Клітини, в яких залізо, що містяться в мітохондріях, мають вигляд гранул, називають сидеробластами, зазвичай вони становлять 20-50% всіх еритроїдних.елементів кісткового мозку. При дефіциті заліза сидеробласти насамперед зникають із кісткового мозку, що вважають однією з ранніх ознак недостатності заліза.
Найважливішою та унікальною особливістю обміну заліза є реутилізація – багаторазове повторне використання цього елемента у процесах, що мають циклічний характер. Близько 40% заліза, що звільнився при руйнуванні гемоглобіну, з'являється в нових еритроцитах протягом 12-14 днів. Решта його частина надходить у феритин і гемосидерин (депо заліза в печінці, селезінці, слизовій оболонці кишечнику, кістковому мозку) і включається повторно в обмін повільніше (у здорової людини близько половини цього заліза залишається в запасі протягом 140 днів). Щодобу для забезпечення еритропоезу з плазми крові в кістковий мозок надходить близько 25 мг заліза.
^ 4.2. Транспорт кисню гемоглобіном
Властивість гемоглобіну зв'язувати кисень визначається тим, що в центрі кожного з чотирьох гемів знаходиться атом заліза. Молекули кисню формують слабкий неполярний зв'язок з атомами заліза. Продукт цієї реакції називається оксигемоглобіном. Коли всі чотири геми зайняті киснем, кажуть, що молекула гемоглобіну насичена. Ступінь, до якої насичується гемоглобін, залежить від вмісту кисню у крові. Насичення гемоглобіну киснем збільшується, коли парціальний тиск кисню у крові (РО2) підвищується. Фізіологічне значення цього співвідношення є основою транспортної функції гемоглобіну. У легких кисень повітря, що вдихається, проходить через альвеоли в кров, так що РО2 висока (близько 95 мм рт. ст.). При високому РВ2 спорідненість гемоглобіну до кисню збільшується і гемоглобін швидко (за кілька секунд) повністю насичується (до 100%). Навпаки, у тканинах РО2 відносно низька (тількиблизько 40 мм рт. ст.), тому і спорідненість гемоглобіну до кисню знижено. В результаті кисень вивільняється з гемоглобіну та дифундує з еритроцитів у тканинні клітини, де використовується у процесах клітинного метаболізму.
^ 4.3. Роль еритроцитів та гемоглобіну в транспорті СО2
У той час як транспорт кисню з легень до тканин майже повністю залежить від гемоглобіну в еритроцитах, транспорт двоокису (діоксиду) вуглецю у зворотному напрямку трохи складніший. Двоокис вуглецю, на відміну від кисню, розчинна в плазмі крові, так що велика кількість СО2 переноситься просто в розчиненому вигляді. Залишок транспортується еритроцитами. У тканинах СО2 дифундує із клітин у кровотік. Частина залишається розчиненою в плазмі, а частина дифундує в еритроцити. Усередині еритроцитів частина вуглекислоти з'єднується з гемоглобіном, що звільнився від кисню, і формує карбгемоглобін, а частина з'єднується з водою в цитоплазмі еритроцитів і утворює вугільну кислоту. Цю реакцію каталізує фермент карбоангідразу. Вугільна кислота дисоціює на іони водню (кількість яких визначається гемоглобіном) та бікарбонат-іони, які дифундують з еритроцитів у плазму. У легенях ці клітинні реакції протікають у зворотному напрямку, і СО2, дифузуючи з еритроцитів, проходить разом із СО2, розчиненим у плазмі крові, в альвеоли, щоб виділитися з повітрям, що видихається.
Приблизно після 120 днів життя еритроцити втрачають життєздатність і видаляються з крові ретикулоендотеліальною системою, коли кров проходить через кістковий мозок, селезінку та печінку. Протягом цього часу частина еритроцитів руйнується, інші циркулюють у кров'яному руслі. У фізіологічних умовах число еритроцитів, що руйнуються, дорівнює кількості знову генерованих, завдяки чомузберігається постійна нормальна їх кількість. Руйнування еритроцитів може статися під впливом різних випадкових факторів, пов'язаних з їх рухом та фізико-хімічними властивостями навколишнього середовища, і в результаті старіння. У фізіологічних умовах старіючі еритроцити видаляються з циркуляції і руйнуються переважно в селезінці, печінці та меншою мірою в кістковому мозку (в нормі кістковий мозок більш активний щодо еритрокаріоцитів, 10-15% яких не використовуються в еритропоезі і руйнуються). Відомо, що фракція IgG сироватки містить аутоантитіла проти старих еритроцитів, прикріплення яких до еритроцитів призводить до фагоцитоз останніх.
При руйнуванні мембрани еритроцитів вивільняється гемоглобін, який розщеплюється на складові: гем та глобін. Залізо гема використовують для відтворення нових еритроцитів, а глобінові ланцюги руйнуються до амінокислот, які поповнюють запас амінокислот організму. Те, що залишилося від гема після видалення заліза, перетворюється на жовтий пігмент білірубін, який транспортується кров'ю до печінки для подальшого метаболізму та виведення, здебільшого з жовчю та фекаліями; залишок виділяється у вигляді метаболітів білірубіну-уробіліну та уробіліногену – із сечею.
- ^ Клінічна оцінка показників червоної крові
Середнє значення та межі нормальних коливань основних показників червоної крові у дорослої людини представлені в таблиці 3.
Таблиця 3Показники червоної крові у здорової людини.