Обмен хромопротеидов

1. Обмен хромопротеинов

Лекция № 24

2. Хромопротеины

• Хромопротеины (от греч. chroma — краска) —
сложные белки, состоящие из простого белка и связанного с
ним окрашенного небелкового компонента простетической группы.
Различают
1. гемопротеины (содержат в
качестве простетической группы гем),
2. магнийпорфирины
3. флавопротеины (содержат производные изоаллоксазина).
Хромопротеины участвуют в таких процессах
жизнедеятельности, как
1. фотосинтез,
2. клеточное дыхание,
3. дыхание всего организма,
4. транспорт кислорода и углекислого газа,
5. окислительно-восстановительные реакции,
6. свето- и цветовосприятие.

3.

Гемопротеины – сложные белки, в состав
простетической группы которых входит ион метила
и порфириновое ядро.
Виды гемопротеинов
1. неферментные
(гемоглобин, миоглобин)
2. ферментные
(цитохромы, каталаза, пероксидаза)

4. Строение и функционирование гемоглобина

• Гемоглобин содержится в
эритроцитах, на его долю
приходится до 90% массы
белков клетки.
• Гемоглобин (Hb) –
сложный олигомерный
белок, состоящий из 4
протомеров двух типов (2 α
и 2 β), включающих 574
АМК остатка.
• Гемоглобин обеспечивает
перенос кислорода из
легких в ткани и удаление
диоксида углерода из
тканей.

5.

• α – цепь – 141 АМК остаток
• β – цепь – 146 АМК остаток
• Гем находится в гидрофобном геминовом кармане

6. Строение гема

Гем
–
простетическая
группа
гемоглобина,
миоглобина
и
других
гемопротеинов. Связывается с
глобином
гидрофобными
связями между пиррольными
циклами и гидрофобными
радикалами аминокислот. В
центре молекулы расположен
ион железа (Fe+2), который
образует 6 координационных
связей.
4 – с атомами азота
пиррольных колец гема;
1 – с азотом радикала
гистидина цепей глобина;
1 – с молекулой кислорода

7. Миоглобин

Миоглобин (Мб) –
осуществляет
внутриклеточный
транспорт и
кратковременное
депонирование кислорода
в мышцах.
Миоглобин не является
олигомером, так как
состоит из одной
полипептидной цепи,
конформация которой
похожа на
пространственную
структуру β-цепи
гемоглобина.

8.

• Молекула
гемоглобина состоит
из 4 протомеров и
имеет 4 центра
связывания О2
(активные центры).
• Молекула
миоглобина может
присоединять только
1 молекулу
кислорода в свой
активный центр.

9. Кооперативные изменения конформации гемоглобина при взаимодействии с кислородом

10.

Кривые насыщения кислородом
для миоглобина и гемоглобина
Давление О2 в
венозной крови
Давление О2 в
артериальной крови
Насыщение кислородом, %
100
75
Гемоглобин
Миоглобин
50
Покоящаяся
мышца
Работающая
мышца
10
0
20
40
60
80
100
Парциальное давление О2, мм.рт.ст.

11.

Схема переноса О2 и СО2 гемоглобином
(дыхательная функция гемоглобина)
Капилляры тканей
Клетки тканей
Плазма
Эритроцит
СО2
СО2
О2
О2
СО2
Н2О
HbО2
Н2СО3
H+(Hb)
НСО3-
Капилляры легких
Альвеолярный
воздух
О2
Плазма
Эритроцит
О2
H+(Hb)
НСО3-
HbО2
Н2СО3
Н2О
СО2
СО2
СО2

12.

13. Эффект Бора

Появление физиологических
типов гемоглобина в онтогенезе
1. Примитивный –
2. Эмбриональный –
синтезируется в эмбриональном
желточном мешке через несколько недель после оплодотворения. Состоит из
двух α- и двух ε-цепей (2α, 2ε).
3. Фетальный –
синтезируется в печени и костном мозге плода до
периода его рождения начиная со 2-го месяца беременности. Состоит из двух α- и
двух γ-цепей (2α, 2γ). Характеризуется более высоким сродством к кислороду и
обеспечивает эффективную доставку кислорода к эмбриону из системы
кровообращения матери. HbF является главным типом гемоглобина плода.
Кровь новорожденного содержит до 80% HbF, но к концу 1-го года жизни он
почти целиком заменяется на HbA. В крови взрослого человека присутствует в
минимальном количестве – до 1,5% от общего количества гемоглобина.
4. Гемоглобин взрослых
основной
гемоглобин взрослого человека (96 % от общего количества). Начинает
синтезироваться в клетках костного мозга уже на 8-м месяце развития плода.
HbA состоит из двух α- и двух β-цепей.

14. Эффект Холдейна

Синтез гема

15. Появление физиологических типов гемоглобина в онтогенезе

Регуляция синтеза гема и
гемоглобина

16.

Нарушение синтеза гемоглобина
• Гемоглобинопатии –
аномалии связанные с
нарушением механизма
синтеза белкового
компонента
гемоглобина, при
нормальной структуре
гема.
• Пример:
серповидноклеточная
анемия – HbS, β6 глу
заменен на вал.

17. Регуляция синтеза гема и гемоглобина

Нарушение синтеза
гемоглобина
Талассемия – дефекты
синтеза одной или более
цепей глобина.
α – талассемия –
нарушение синтеза
альфа цепей, уменьшено
образование всех
физиологических видов
гемоглобина.
β – талассемия –
нарушение синтеза бета
цепи, увеличивается
продукция гемоглобина
HbF α2 γ2 и HbA2 α2 δ2.

18. Нарушение синтеза гемоглобина

• Порфирии –
нарушение
отдельных звеньев в
синтезе гема,
наблюдается
накопление в
организме отдельных
порфиринов или их
предшевственников.

19. Нарушение синтеза гемоглобина

Схема распада гемоглобина
в тканях и органах
Альбумин
Билирубин
Билирубин
НАДФ+
Биливердин
редуктаза
НАДФН+Н+
Биливердин
Клетки РЭС
Железо
Глобин
Дипирролы
Вердоглобин (холеглобин)
НАДФ+
Н2О
Гемоксигеназа
О2
НАДФН+Н+
Гемоглобин
Билирубин
УДФ-глюкуронилПочки
трансфераза
Альбумин
Билирубинмоноглюкуронид (20%)
Печень
+О2 (-2Н)
Стеркобилиноген
Стеркобилин
Кровь
Моча
БилирубиндигК
люкуронид
(80%)
+4Н
и
Мезобилирубин
ш
+4Н
е
Мезобилирубиноген
ч
(уробилиноген)
н
Жβ-Глюкуронидаза
и
е
+4Н
к
л Глюкуроновая
Стеркобилиноген
ч кислота
+О2 (-2Н)
ь
Эритроциты
Стеркобилин
Фекалии
Билирубин

20. Нарушение синтеза гемоглобина

Схема распада гемоглобина
в тканях и органах

21. Схема распада гемоглобина в тканях и органах

22. Схема распада гемоглобина в тканях и органах

Билирубин
Билирубин
–
тетрапирральный
пигмент,
молекулярная формула С33Н56N4О6, молекулярная
масса – 584 Д.
Билирубин – неполярная молекула, почти не
растворим в воде, хорошо растворим в щелочной
среде, благодаря ионизации карбоксильных групп,
в крови связывается с альбумином.
Билирубин образуется:
1. В процессе катаболизма геминовой части
гемоглобина
(протопорфирина)
эритроцитов,
закончивших свой жизненный цикл.
2. Катаболизма
гемосодержащих
белков
(миоглобин, каталаза, пероксидаза) – в значительно
меньших количествах.

23.

Клиническое значение
гипербилирубинемии
• Норма – общий билирубин в сыворотке не
превышает 25,7 мкмоль/л, среднее значение 12
мкмоль/л.
50 мкмоль/л – можно определить визуально –
незначительная желтуха
100 мкмоль/л – выраженная желтушность кожных
покровов.
После
пубертата
происходит
повышение
концентрации билирубина.
После 30 лет происходит понижение концентрации
билирубина и далее остается стабильным.

24. Билирубин

Билирубин-уробилиногеновый цикл в печени
Hb
Глобин
1
Ретикулоэндотелиальные
клетки
Гем
Железо
Билирубин
Печень
2
Билирубин 3
-альбумин
Билирубин
Альбумин
4
Билирубинглюкуронид
11
5
10
Тонкая кишка
9
6
Уробилиногены
Почки
Уробилиногены
Уробилины
Уробилиногены
Кровь
8
Толстая кишка
7
Уробилиногены
Уробилины

25. Клиническое значение гипербилирубинемии

Желтуха
• Желтуха (болезнь Госпела) (лат. icterus) —
желтушное окрашивание кожи и видимых
слизистых оболочек, обусловленное
повышенным содержанием в крови и
тканях билирубина.
• Желтуха (истинная) — симптомокомплекс,
характеризующийся желтушным
окрашиванием кожи и слизистых оболочек,
обусловленный накоплением в тканях и
крови билирубина.

26. Билирубин-уробилиногеновый цикл в печени

Типы и причины
желтух
1. чрезмерного разрушения эритроцитов и повышенной
выработки билирубина — гемолитическая или
надпечёночная желтуха;
2. нарушения улавливания клетками печени
билирубина и связывания его с глюкуроновой
кислотой — паренхиматозная или
печёночноклеточная желтуха;
3. наличия препятствия к выделению билирубина с
желчью в кишечник и обратного всасывания
связанного билирубина в кровь — механическая
или подпечёночная желтуха.

27. Желтуха

28. Типы и причины желтух

Умеренное повышение в крови
содержания неконъюгированного
(непрямого) свободного билирубина
происходит в результате:
1. образования из гемоглобина при усиленном разрушении
эритроцитов в селезенке;
2. конкурентного вытеснения билирубина из связи с альбумином
(салицилаты, желчные кислоты, сульфаниламиды, антибиотики);
3. нарушения
захвата
гепатоцитами
неконъюгированного
билирубина из крови;
4. недостаточности
активности
уридиндифосфата
(УДФ)
–
глюкуронилтрансферазы гепатоцитов.

29.

Билирубин-уробилиногеновый цикл в печени
при гемолитической желтухе
Hb
Глобин
1
Ретикулоэндотелиальные
клетки
Гем
Железо
Билирубин
Печень
2
Билирубин 3
-альбумин
Билирубин
Альбумин
4
Билирубинглюкуронид
11
5
10
Тонкая кишка
9
6
Уробилиногены
Почки
Уробилиногены
Уробилины
Уробилиногены
Кровь
8
Толстая кишка
7
Уробилиногены
Уробилины

30. Умеренное повышение в крови содержания неконъюгированного (непрямого) свободного билирубина происходит в результате:

Накопление в крови
конъюгированного (прямого)
связанного билирубина
обусловлено:
1. снижением активности экскреции пигмента при
внутриклеточном холестазе;
2. внепеченочным холестазом.

31. Билирубин-уробилиногеновый цикл в печени при гемолитической желтухе

Нарушение билирубин-уробилиногенового цикла в печени
при печеночно-клеточной желтухе
Hb
Глобин
Железо
1
Гем
Ретикулоэндотелиальные
клетки
Билирубин
Печень
2
Билирубин 3
-альбумин
Билирубин- Альбумин
моноглюкуронид
10
Почки
Билирубин
4
Билирубинмоноглюкуронид
12
5
Тонкая кишка
9
6
Уробилиногены
Уробилиногены
Уробилины
Билирубиндиглюкуронид
Уробилиногены
Кровь
8
Толстая кишка
7
Уробилиногены
Уробилины

32. Накопление в крови конъюгированного (прямого) связанного билирубина обусловлено:

Нарушение билирубин-уробилиногенового цикла в печени
при обтурационной желтухе
Hb
Глобин
Железо
1
Гем
Ретикулоэндотелиальные
клетки
Билирубин
Печень
2
Билирубин 3
-альбумин
Альбумин
Билирубин
4
Билирубиндиглюкуронид
12
5
10
Тонкая кишка
Почки
6
Кровь
Уробилиногены
Уробилины- нет
Билирубиндиглюкуронид
Толстая кишка
7
Кал обесцвечен

33.

Дифференциальная диагностика желтух
Желтухи
Показатели
Надпеченочная
(гемолитическая)
Печеночная
(паренхиматозная)
Подпеченочная
(механическая)
Неконъюгированный
(свободный, непрямой)
билирубин крови
Резко повышен
Незначительно
повышен
Не изменен
Конъюгированный
(связанный, прямой)
билирубин крови
Незначительно
повышен
Значительно повышен
Резко повышен
Билирубин мочи
Не изменен
Незначительно
повышен
Значительно повышен
Уробилирубин мочи
Резко повышен
Значительно повышен
Не изменен или снижен
Стеркобилин кала
Резко повышен
Снижен или не изменен
Снижен
Цвет мочи
Оранжево-жёлтый
Темный
Тёмный ( пенистая,
цвет пива)
Цвет стула
Тёмный
Светлый
Ахоличный
(обесцвеченный)