Метаболизм эритроцитов

Зрелые эритроциты человека отличаются не только своим упрощенным строением, но и более ограниченным количеством метаболических реакций. Как известно, в процессе трансформации ретикулоцита в зрелый эритроцит в течение 1-3 дней происходят существенные изменения в обмене веществ клетки. Прекращается значительная часть синтетических процессов: наруша­ется способность к синтезу белка, гема, липидов, фосфолипидов, резко сни­жается содержание нуклеиновых кислот и АТФ. Почти полностью утрачива­ется способность к дыханию в связи с инактивацией флавиновых ферментов и цитохромоксидазы, нарушается цикл трикарбоновых кислот

Эритроциты, в отличие от ретикулоцитов и эритрокариоцитов, теряют способность синтезировать пурины, нуклеиновые кислоты, порфирины. Изменение обмена веществ сочетается с изменением морфологии клетки по ме­ре ее созревания. В зрелом эритроците нет ядра, разрушаются рибосомы и митохондрии при действии протеаз и липаз.

В зрелых эритроцитах сохраняется способность к гликолизу, утилизации небольшого количества глюкозы в пентозном цикле.

Как известно, основная (кислородтранспортная) функция эритроцитов не является энергозависимой. Тем не менее, для поддержания ряда других функций, стабильности мембраны эритроцитов важное значение имеет спо­собность клеток к синтезу АТФ, а также соединений с высокой восстанавли­вающей способностью, в частности НАД-Н, НАДФ-Н. Энергетическое обес­печение клетки осуществляется за счет утилизации глюкозы в результате анаэробного гликолиза, причем установлено, что в условиях нормы эритро­циты утилизируют в реакциях гликолиза только глюкозу, и при ее отсутст­вии нарушается энергетическое обеспечение эритроцитов.

Характерной особенностью анаэробного расщепления углеводов в безъядерных эритроцитах является существование побочного пути гликолиза, в ре­зультате которого 1,3-дифосфоглицерат (1,3 ДФГ) превращается не только в 3-фосфоглицерат, но и в 2,3-ДФГ. В энергетическом отношении образование 2,3-ДФГ менее эффективно, так как приводит к образованию лишь одной молекулы АТФ вместо двух молекул, накапливающихся при основном пути гликоли­за. Однако роль 2,3-ДФГ не ограничивается участием в резервном механизме ресинтеза АТФ. Основное значение этого соединения заключается в регуляции сродства гемоглобина к кислороду. При увеличении концентрации 2,3-ДФГ в клетке уменьшается степень сродства гемоглобина к кислороду; при этом большее количество кислорода ссвс6ождается из оксигемоглобина и передает­ся тканям. При уменьшении концентрации 2,3-ДФГ сродство гемоглобина к кислороду увеличивается и при данном рО₂ из оксигемоглобина извлекается меньше кислорода. Уровень 2,3-ДФГ увеличивается при заболеваниях, связан­ных с гипоксией, а также при стрессе, что проявляется в уменьшении сродства гемоглобина к кислороду и компенсации гипоксии.

АТФ также уменьшает сродство гемоглобина к кислороду, однако в ре­зультате значительно большего содержания 2,3-ДФГ (примерно в 4 раза) АТФ отводится значительно меньшая роль в этом процессе.

Энергия АТФ, образующаяся в гликолитических реакциях, используется эритроцитами для обеспечения нижеследующих процессов:

1. Поддержание электролитного баланса эритроцитов за счет актив­ного энергозависимого мембранного механизма (Nа⁺/К⁺-АТФ-аза). По­следний обеспечивает сохранность высокой внутриклеточной концентрации
ионов калия, внеклеточной - ионов натрия, противодействует постоянной
тенденции ионов натрия проникнуть в клетку, а ионов калия - покинуть ее.
При недостаточности гликолитических реакций и реакций ресинтеза АТФ в
эритроцитах возникает усиление пассивной диффузии ионов согласно концентрационному градиенту; в эритроците накапливаются ионы натрия и во­да, что приводит к его набуханию и гемолизу.

2. Запуск реакций энергопродукции в эритроцитах. Макроэргические
фосфатные связи АТФ необходимы для инициации реакции гликолиза, в
процессе которой происходит фосфорилирование глюкозы с превращением
ее в глюкозо-6- фосфат.

3. Поддержание железа в геме в восстановленной (двухвалентной)
форме. Образование окислителей в эритроците под влиянием патогенных
факторов может привести к окислению железа гемоглобина, появлению метгемоглобина, содержащего трехвалентное железо и не способного к транспорту кислорода. Более того, если перекиси и окислители не инактивируются, могут произойти денатурация и преципитация гемоглобина. В физиоло­гических условиях естественными антиоксидантами в эритроцитах являются восстановленные формы глютатиона и аскорбиновой кислоты; образова­ние метгемоглобина идет в очень небольших количествах, причем обратная трансформация его в восстановленный гемоглобин обеспечивается при уча­стии НАД-Н-метгемоглобинредуктазы. Таким образом, защита эритроцитов от окислителей происходит при обязательном участии НАДФ-Н и НАД-Н, образуемых в энергозависимых реакциях гликолиза и пентозного шунта.

4. Поддержание клеточной мембраны и формы эритроцита за счет
создания определенного соотношения между восстановленной и окисленной
формами глютатиона. Глютатион способен легко окисляться и тем самым
защищать от окисления ряд важнейших структурных и ферментных белков
эритроцитов, железа гемоглобина и др.

В условиях врожденной или приобретенной недостаточности энергообеспечения эритроцитов при нарушениях активности гликолитических ферментов, а также ферментов пентозофосфатного окисления глюкозы, глютатионредуктазы, АТФ-синтетазы, возникает дестабилизация эритроцитарной мембраны, появление сфероцитоза и гемолиза эритроцитов.

5. Поддержание внутри клетки необходимого уровня 2,3-ДФГ - регулятора степени сродства гемоглобина к кислороду.

Начиная с 60-го дня с момента выхода эритроцита в кровяное русло, постепенно снижается активность его ферментов, что сопровождается умень­шением энергообеспечения клетки и постепенным подавлением всех энергозависимых процессов.

Дата добавления: 2014-01-20