загрузка...
 
ОСОБЕННОСТИ МЕТАБОЛИЗМА
Повернутись до змісту

ОСОБЕННОСТИ МЕТАБОЛИЗМА

Из-за отсутствия цитоплазматических ор- ганелл метаболические возможности эритроцита очень ограниченны. В зрелых клетках невозможны такие крупные блоки метаболизма, как синтез и р-окисление жирных кислот; биогенез и утилизация кетоновых тел; окислительное декарбоксилирование пирувата; реакции ЦТК. Не осуществляется и синтез белков, а протеолитические возможности ограничиваются некоторыми частностями. К самым важным из них относятся инактивация ангиотензина II пролилолигопептидазой клеток, а также глубокая деградация инсулина (поглощаемого ре- цептор-опосредованным механизмом) под действием высокоспециализированной и очень активной инсулиназы.


В остальном специфику метаболизма в эритроцитах можно свести к следующим пунктам.

Глюкоза - единственный питательный продукт для зрелого эритроцита на протяжении всех 4 месяцев его существования.

ГБФ-путь распада глюкозы ограничен только цитоплазматическим этапом. Поэтому конечным продуктом является не пируват, а лактат, единственная судьба которого - выход в плазму крови. Утилизируя 20-30 г глюкозы в сутки, эритроциты являются главным поставщиком лактата в кровь (еще более мощным источником становятся мышцы, но только во время интенсивной сократительной деятельности). Из крови лактат легко извлекают гепато- циты, превращающие его в пируват и далее в глюкозу (которая сразу или позднее вновь поступает в кровь для питания других тканей, включая эритроциты).

Энергетический выход аэробного гликолиза, присущего эритроцитам, составляет, естественно, всего 2 молекулы АТФ на молекулу расщепленной глюкозы (см. рис. 6-29). Тем не менее, общего количества перерабатываемого углевода вполне достаточно для энергообеспечения жизнедеятельности клетки. Следует, однако, отметить, что лактат возникает за счет водорода НАД-//2, образуемого на ранних стадиях процесса (гликолитическая оксидоредукция, см. раздел 6.7.4). Поэтому гликолиз не способен генерировать восстановительные эквиваленты, которые абсолютно необходимы клеткам.

Рис. 13-2. Генерация 2,3-бисфосфоглицерата (2,3-БФГ) в обход стадии VII гликолиза.

1 - БФГ-мутаза; 2 - 2,3-БФГ?фосфатаза.

Уникальной особенностью гликолиза в эритроцитах является наличие обходного пути для стадии VII, катализируемой фосфоглицерат- киназой. Эта стадия обратима и приводит к созданию АТФ за счет превращения 1,3-бисфосфо- глицерата в 3-фосфоглицерат (см. рис. 6-24). В эритроцитах же есть еще два фермента. Как показано на рис. 13-2, один из них (бисфосфо- глицератмутаза) необратимо преобразует

бисфосфоглицерат   (1,3-БФГ) в его изомер -

БФГ, в который освободившаяся от фосфата карбоксильная группа привносит еще один отрицательный заряд (в дополнение к имеющимся на фосфатных группах). Второй фермент (2,3-бисфосфоглицератфосфатаза) гидролитически отщепляет только что перенесенную фосфатную группу, превращая 2,3-БФГ в 3-фосфоглицерат. Эта реакция тоже необратима; она завершает «обходный маневр», альтернативный стадии VII.

Хотя для образования 2,3-БФГ используется лишь небольшая часть из всего потока глюкозы через клетку, концентрация его в эритроцитах (4 мМ) во много раз выше содержания любого другого метаболита гликолиза (включая лактат) и лишь немного уступает концентрации глюкозы (5 мМ). Даже очень малые количества 2,3-БФГ конкурентно угнетают собственный фермент (БФГ-мутазу); это угнетение преодолевается высокими концентрациями субстрата (1,3-БФГ).

Гликолиз, идущий не обычным путем, а в обход стадии VII, энергетически менее выгоден, т.к. производит только 1 молекулу АТФ, теряя другую на этом обходном участке. Эта жертва, однако, необходима, ибо генерируемый 2,3-БФГ требуется эритроцитам в качестве аллостерического регулятора кислород-транс- портной функции. Обладая сильным сродством к дезоксигемоглобину (но не к НЫЭ2!), он образует с Н-НЬ эквимолярный комплекс, занимая центральную полость, окруженную всеми четырьмя субъединицами глобина (фиксируют

БФГ  в ней 6 ионных связей с аминогруппами обеих р-цепей). Результат такого связывания проявляется смещением кривой оксигена- ции гемоглобина вправо, т.е., уменьшением сродства гемоглобина к кислороду. Тем самым

БФГ  содействует более полной отдаче кислорода потребляющим его тканям (не мешая, вместе с тем, образованию НЬ02 в капиллярной сети легких). Противоположный эффект - смещение кривой оксигенации влево - присущ фетальному гемоглобину (НЬБ), доминирующему в эритроцитах плода во второй половине беременности. В отличие от обычного гемоглобина (НЬА), он вместо р-цепей глобина содержит две у-цепи, у которых меньше точек возможной фиксации 2,3-БФГ. Ослаблением связывания этого метаболита обусловлено повышенное сродство НЬБ к кислороду, а это помогает переходу кислорода из материнской крови в кровь плода.

В адаптации к недостатку Ог в воздухе (например, подъем в горы) или нарушениям дыхательной функции легких важную роль играет повышение уровня 2,3-БФГ в эритроцитах, которое способствует поддержанию снабжения тканей кислородом.

ГМФ-путь распада глюкозы (см. раздел 6.6) очень интенсивен в эритроцитах, т.к. является в них единственным источником восстановительных эквивалентов. Здесь они представлены молекулами НАДФ //2 образуемыми двумя дегидрогеназами начального этапа (см. рис.

17). Второй этап ГМФ-пути (см. рис. 6-18) требуется эритроцитам только ради регенерации глюкозо-6-фосфата из молекул пентозофосфата, нарабатываемых на первом этапе (больше-то эритроциту и не на что расходовать пентозо- фосфатный материал). В достаточном восстановительном потенциале (в виде НАДФ Н2) эритроциты нуждаются для защиты от нежелательных последствий изобилия в них кислорода.

Эритроциты обладают мощными антиок- сидантными системами. Это особенно важно для гемоглобина, железо которого только в восстановленном состоянии (Ге2+) способно присоединять молекулу 02 (см. раздел 1.6.1). Перенося кислород, эритроциты сами почти не потребляют его. Та очень небольшая убыль 02, которую можно зарегистрировать, идет в основном на окисление Ге2+ гемоглобина до Ге3+. Процесс этот протекает спонтанно, без участия каких-либо ферментов. Тем не менее, за сутки примерно 0,5% имеющегося в эритроцитах гемоглобина подвергается такому окислению, превращаясь в метгемоглобин, обозначаемый как НЬ(Ре3+).

Не так страшно, что метгемоглобин неспособен связывать кислород (и транспортировать его). Несравненно опаснее то, что окисление железа гемоглобина сопровождается образованием супероксидного анион-радикала:

Среди активных форм кислорода суперок- сидный анион-радикал является одним из наиболее энергичных и опасных для биологических структур. В срочном обезвреживании таких радикалов заключается главное предназначение антиоксидантных систем эритроцита. Главный вклад вносят ферментные звенья защиты, поскольку их каталитическая активность многократно превышает возможную скорость спонтанных процессов генерации АФК. Особенно это относится к супероксид-дисмутазе и каталазе. одна молекула каждой из которых способна расщеплять за 1 мин миллионы молекул своего субстрата.

Супероксид-дисмутаза (см. раздел 5.5.2) катализирует взаимодействие двух молекул супероксидного анион-радикала, из которых одна превращается в молекулярный кислород, а другая (вовлекая два протона) - в молекулу водородпероксида:

Катал аза осуществляет, в свою очередь, обезвреживание водородпероксида, расщепляя

молекулы Н202 на молекулярной кислород и две молекулы воды; эта реакция представлена уравнением [5-10].

Глутатионпероксидаза фактически является дублером каталазы, хотя восстановление водородпероксида она реализует совсем иным путем. Имея селеноцистеин в составе активного центра, глутатионпероксидаза эффективна даже при очень низких концентрациях субстрата. Преобразование Н2О2 в две молекулы воды (уравнение [5-11]) она производит за счет восстановленного глутатиона (Г-БН), превращающегося при этом в окисленный глутатион ГБ-^Г (строение обеих форм глутатиона показано на рис. 5-56).

Глутатионредуктаза представляет собой флавиновый фермент, который катализирует реакцию восстановления ГБ-вГ до Г-БН за счет использования водорода молекулы НАДФ-//2 (см. уравнение [5-12]). Теперь пора отметить, что именно эта реакция является одним из главных потребителей молекул НАДФ Яь единственным источником которых в эритроцитах служит, как упомянуто выше, окислительный этап ГМФ-путн. Эффективность этой связки такова, что глутатион, присутствующий в эритроцитах в высоких концентрациях, на 90% представлен восстановленной формой.

Еще одним потребителем НАДФ-#2 является процесс регенерации гемоглобина путем восстановления метгемоглобина, которое осуществляет цитохром(Ь5)-редуктазная система.

Заключая, можно отметить, что метаболические процессы, способность к которым сохраняет зрелый эритроцит, сосредоточены почти исключительно на обеспечении дыхательной функции этих клеток и на надежной защите их от токсического воздействия агрессивных продуктов частичного восстановления молекулы кислорода.



загрузка...