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 10 6 / µl trombocyty 150-400 x 10 3 / µl leukocyty 4-9 x 10 3 / µl neutrofily 47-75 % eozinofily 1-4 % bazofily 0-1 % lymfocyty 23-45 % monocyty 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 - /HCO 3- ) 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)
4. metabolismus ERYTROCYTY 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
5. Funkce ERYTROCYTY erytrocyt jako vak na hemoglobin O 2 transport, reaktivní formy kyslíku (ROS) CO 2 transport, tvorba HCO 3 - H + transport, udržování stálého ph (35% pufrační kapacity krve) superoxiddismutáza kataláza glutathionperoxidáza glutathionreduktáza methemoglobinreduktáza antioxidační systém
antioxidační enzymy superoxiddismutáza (SOD) O 2 + O 2 + 2 H + H 2 O 2 + O 2 kataláza (CAT) H 2 O 2 + H 2 O 2 2 H 2 O + O 2 glutathionperoxidáza (GPx) 2 GSH + H 2 O 2 GS-SG + 2 H 2 O 2 GSH + R-O-OH GS-SG + H 2 O + ROH glutathionreduktáza GS-SG + NADPH+H + 2 GSH + NADP + methemoglobinreduktáza - v erytrocytech Hb-Fe 3+ + e - Hb-Fe 2+ (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 (Fe 2+ ) ionty
Struktura hemoglobinu hemoprotein 4 podjednotky M r = 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 O 2 (deoxy Hb) R-konformace: vyšší afinita k O 2 (oxyhb) T R Hb + O 2 HbO 2
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 O 2 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 dospělý (adult) hemoglobin: HbA 1 = α 2 β 2 α/β talasemie srpkovitá anemie (HbS) vrozená methemoglobinemie (HbM) HbA 2 = α 2 δ 2 (asi 2% z celkového Hb dospělých) fetální hemoglobin HbF = α 2 γ 2! vyšší afinita k O 2 než má HbA! váže kyslík pevněji i při nižším po 2 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
poruchy syntézy: Syntéza hemoglobinu TALASEMIE = dědičné onemocnění s narušenou tvorbou bílkovinných řetězců Hb (α nebo β talas.) ANEMIE = chudokrevnost ( kapacita krve přenášet O 2 ) 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 O 2 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?
Složení vzduchu: Transport krevních plynů 78% N 2 21% O 2 1% voda, vzácné plyny, CO 2 (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 arteriální krev venózní krev po 2 13,33 kpa 5,33 kpa 100 mmhg 40 mmhg pco 2 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 O 2 a část CO 2 (a CO - i fyziologicky) pufruje krev: váže H + O 2 se váže na Fe 2+ v hemu 4 O 2 / 1 Hb oxyhemoglobin HbO 2 CO 2 se váže na globin! (-NH 2 sk. postranních řetězců AMK) karbaminohemoglobin HbCO 2 H + se váže na zbytky His deoxyhemoglobin HHb
Transport krevních plynů - transport CO 2-1. převážně ve formě HCO 3- (~ 70%) CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO 3- + H + enzym: karbonát dehydratáza (v erytrocytech) spontánní disociace 2. vázaný na hemoglobin (~ 23%) 3. volně rozpuštěný (~ 7%)
Obrázek převzat z http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/physiol/sf41x11.jpg (březen 2007)
tkáně: Transport krevních plynů - reakce probíhající v erytrocytech - CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO 3- + H + H + + HbO 2 HHb + O 2 aerobní metabolismus (HCO 3 - 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 HCO 3 - zpět z plazmy do erytrocytu, Cl - jde do plazmy) plicní alveoly: HHb + O 2 HbO 2 + H + H + + HCO 3- H 2 CO 3 H 2 O + CO 2 vydýchá se
O 2 O 2 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 po 2 ) Obrázek převzat z http://www.biocrawler.com/encyclopedia/fetal_hemoglobin (březen 2007)
Saturace hemoglobinu kyslíkem Faktory ovlivňující saturaci: alkalické ph a po 2 stabilizují R-konformaci (V PLICÍCH) ~ zvyšují afinitu Hb ke kyslíku kyselé ph, pco 2, 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 pco 2 Obrázek převzat z http://employees.csbsju.edu/hjakubowski/classes/ch331/bind/mbhbbindcurve.gif (březen 2007)
CVIČENÍ 1. Kolik % a kolik kpa O 2 a CO 2 je ve vzduchu? 2. Jaký je po 2 v arteriální krvi? 3. Jaký je pco 2 v arteriální krvi? 4. Jak je v krvi přenášen CO 2? 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 Fe 3+ místo Fe 2+ nemůže přenášet kyslík!!! 2. glykovaný hemoglobin (nad 6%) HbA 1c 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 O 2 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 Fe 2+ 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 O 2 na Hb CO posunuje disociační křivku O 2 -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)
Saturace Hb oxidem uhelnatým COHb / celkový Hb (poměr v %) Slabý puls, selhání dýchání, smrt Bezvědomí, křeče, nebezpečí smrti fyziologicky: < 2% Intenzivnější symptomy, zrychlené dýchání a puls, bezvědomí 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.b 12 syntéza Hb: aminokyseliny, hem, železo Obrázek převzat z http://www.biosbcc.net/doohan/sample/htm/blood%20cells.htm (březen 2007)