Понятие клеточного цикла и общая характеристика его основных периодов

План.

1. Свойства и функции крови;

2. Состав плазмы крови;

3. Неорганические вещества;

4. Белки плазмы крови;

- Альбуминовые фракции;

- Глобулиновые фракции.

5. Функции белков крови;

6. Азотосодержащие вещества небелковой природы;

7. Липопротеины;

8. Осмотическое давление крови;

9. Кислотно-основное равновесие крови;

10. Буферные системы плазмы;

11. Свертывание крови;

12. Фибринолиз.

Участие физико-химических компонентов плазмы крови в обмене веществ и системах гомеостаза целостного организма.

Гомеостаз - это интегральное понятие, функционально и морфологически объединяющее сердечно-сосудистую систему, систему дыхания, почечную систему, водно-электролитный обмен, кислотно-щелочное равновесие.

Главная задача крови - транспорт кислорода.

1. Свойства и функции крови. Состав плазмы крови.

Функции крови:

- Транспортная - выражается в том, что кровь переносит (транспортирует) различные вещества: кислород, углекислый газ, питательные вещества, гормоны и т. д.;

- Дыхательная - перенос кислорода от органов дыхания к клеткам организма и углекислого газа от клеток к легким;

- Трофическая - перенос питательных веществ от пищеварительного тракта к клеткам организма

- Экскреторная - транспорт конечных продуктов обмена веществ (мочевины, мочевой кислоты, углекислого газа и др.), а также избыточной воды, органических и минеральных веществ к органам выделения (почки, легкие, потовые железы и др.).

- Терморегуляторная - выражается в том, что кровь, обладая большой теплоемкостью, транспортирует тепло от более нагретых органов к менее нагретым и органам теплоотдачи, т. е. Кровь способствует перераспределению тепла в организме и поддержанию температуры тела.

- Защитная - проявляется в процессах гуморального (связывание антигенов, токсинов, чужеродных белков, выработка антител) и клеточного (фагоцитоз) специфического и неспецифического иммунитета, а также в процессах свертывания (коагуляции) крови, протекающих с участием компонентов крови.

- Регуляторная - проявляется в реализации гуморального вида регуляции, т. е. регуляции через доставку гормонов, пептидов и других биологически активных веществ к клеткам организма. Таким образом, кровь, осуществляя связь между различными компонентами организма, обеспечивает объединение их в единое целое и соотнесение уровней их функционирования между собой.

- Осуществление креаторных связей - передача с помощью макромолекул информации, которая обеспечивает регуляцию внутриклеточных процессов синтеза белка, сохранение степени дифференцированности клеток, постоянства структуры тканей и т.д.

- Гомеостатическая - участие крови в под держании постоянства внутренней среды.

2. Плазма крови: ее состав, значение отдельных компонентов.

Плазма крови - это раствор, состоящий из воды (90-92%) и сухой остаток (10 - 8%), состоящий из органических и неорганических веществ. (рис. 1)

3. Неорганические соли. Находятся растворенными в виде анионов (ионы хлора, бикарбонат, фосфат, сульфат) и катионов (натрий, калий, кальций и магний). Действуют как щелочной резерв, поддерживающий постоянство рН, и регулирует содержание воды.

Минеральные вещества плазмы составляют 0,9%. В их состав входят преимущественно катионы Ма+, К+, Са2+, Мg2+ и анионы Cl-, HCO3-, HPO4-.

4. Белки плазмы крови. (рис 2)

Основную массу растворимых нелетучих веществ плазмы крови образуют белки - 6-8 % (от всех 8-10 % сухого остатка). Содержание белков в плазме 67-75 г/л.

Группы белков плазмы крови:

- Альбумины 60 % от всех белков - 37-41 г/л;

- Глобулины 30-40 % всех белков - 30-34 г/л;

- Фибриноген 0,3-0,4 % - 3-3,3 г/л.

В плазме крови человека содержится около 100 различных белков. Их можно разделить на пять фракций: альбумин, альфа-1, альфа-2, бета и гамма-глобулины. Разделение на альбумин и глобулин первоначально основывалось на различии в растворимости: альбумины растворимы в чистой воде, а глобулины -- только в присутствии солей.

Большинство белков плазмы синтезируется в клетках печени. Исключение составляют иммуноглобулины, которые продуцируются плазматическими клетками иммунной системы (см. рис.), и пептидные гормоны, секретируемые клетками эндокринных желез (см. рис.).

В количественном отношении среди белков плазмы наиболее представлен альбумин (около 45 г/л), который играет существенную роль в поддержании коллоидно-осмотического давления в крови и служит для организма важным резервом аминокислот. Альбумин обладает способностью связывать липофильные вещества, вследствие чего он может функционировать в качестве белка-переносчика длинноцепочечных жирных кислот, билирубина, лекарственных веществ, некоторых стероидных гормонов и витаминов. Кроме того, альбумин связывает ионы кальция и магния.

К альбуминовой фракции принадлежит также транстиретин (преальбумин), который вместе с тироксинсвязывающим глобулином и альбумином транспортирует гормон тироксин и его метаболит иодтиронин.

Общий белок сыворотки состоит из смеси белков с разной структурой и функциями. Выделяют 5-6 стандартных фракций: 1 - альбумины и 4-5 фракций глобулинов (альфа1-, альфа2-, бета- и гамма-глобулины, иногда отдельно выделяют фракции бета-1 и бета-2 глобулинов). Глобулиновые фракции более разнородны.

Фракция альфа1-глобулина включает в себя острофазные белки: альфа1-антитрипсин (основной компонент этой фракции) - ингибитор многих протеолитических ферментов - трипсина, химотрипсина, плазмина и.т.д., а также альфа1-кислый гликопротеин (орозомукоид). Он обладает широким спектром функций, в зоне воспаления способствует фибриллогенезу. К глобулинам относятся транспортные белки: тироксинсвязывающий глобулин, транкортин (функции - связывание и транспорт кортизола и тироксина соответственно), альфа1-липопротеин (функция - участие в транспорте липидов).

Фракция альфа2-глобулинов преимущественно включает острофазные белки - альфа2-макроглобулин, гаптоглобин, церулоплазмин. Альфа2-макроглобулин (основной компонент фракции) участвует в развитии инфекционных и воспалительных реакций. Гаптоглобин - это гликопротеин, который образует комплекс с гемоглобином, высвобождающимся из эритроцитов при внутрисосудистом гемолизе, утилизирующийся затем клетками ретикулоэндотелиальной системы. Церулоплазмин - специфически связывает ионы меди, а также является оксидазой аскорбиновой кислоты, адреналина, диоксифенилаланина (ДОФА), способен инактивировать свободные радикалы.

Фракция бета-глобулинов содержит трансферрин (белок-переносчик железа), гемопексин (предотвращает его выведение почками и потерю железа), компоненты комплемента (участвующие в реакциях иммунитета) и часть иммуноглобулинов.

Фракция гамма-глобулинов состоит из иммуноглобулинов, функционально представляющих собой антитела, обеспечивающие гуморальную иммунную защиту организма от инфекций и чужеродных веществ. (таблица)

5. Функции белков крови:

- создают онкотическое давление крови, от которого зависит обмен воды между кровью и межклеточной жидкостью;

- определяют вязкость крови, что в свою очередь оказывает влияние на гидростатическое давление крови;

- принимают участие в процессе свертывания крови (фибриноген, глобулины);

- соотношение альбуминов и глобулинов влияет на величину СОЭ;

- являются важным компонентом защитной функции крови (особенно гамма-глобулины);

- принимают участие в транспорте продуктов обмена, жиров, гормонов, витаминов, солей тяжелых металлов;

- являются незаменимым резервом для построения тканевых белков;

- участвуют в поддержании кислотно-основного равновесия, выполняя буферные функции (белковый барьер).

6. К азотосодержащим веществам небелковой природы относятся: мочевина, мочевая кислота, креатин, креатинин. Они образуются в результате обмена белков - это остаточный азот крови. Содержание: 14,3-28,6 ммоль/л. Остаточный азот характеризует: поступление белка из внешней среды и выведение продуктов белкового обмена через почки.

7. Липопротеины - это высокомолекулярные водорастворимые частицы, представляющие собой комплекс белков и липидов. В этом комплексе белки вместе с полярными липидами формируют поверхностный гидрофильный слой, окружающий и защищающий внутреннюю гидрофобную липидную сферу от водной среды и обеспечивающий транспорт липидов в кровяном русле и их доставку в органы и ткани.

Липопротеины плазмы подразделяются на две группы: белки, связанные с липидами ковалентно, и белки, связанные с липидами нековалентными связями. Липид, ковалентно связанный с липопротеином, служит якорем, с помощью которого белки прикрепляются к мембране (см. рис.). Липопротеины второй группы не имеют строго определенного состава. Они скорее представляют собой агрегаты липидов с белками. Эти липопротеиновые комплексы имеют переменные размеры и состав. В плазме крови они обеспечивают транспорт водонерастворимых липидов.

8. Осмотическое давление крови.

Под осмотическим давлением понимают силу, с которой растворенное вещество удерживает или притягивает растворитель (сила, обусловливающая движение растворителя через полупроницаемую мембрану из менее концентрированного раствора в более концентрированный).

Осмотическое давление способствует распределению воды между тканями, клетками и кровью.

Осмотическое давление крови равно 7,6 атм. Оно зависит в основном от содержания солей и воды в плазме крови и обеспечивает поддержание на физиологически необходимом уровне концентрации различных веществ, растворенных в жидких средах организма. Осмотическое давление способствует распределению воды между тканями, клетками и кровью.

9. Кислотно-основное равновесие крови. (рис. 3)

Главное назначение кислотно-щелочного равновесия заключается в сохранении постоянства pH жидких сред организма как основы для нормальных биохимических реакций и, следовательно, жизнедеятельности. Метаболизм происходит при непременном участии ферментативных систем, активность которых тесно зависит от химической реакции электролита. Вместе с водно-электролитным обменом кислотно-щелочное равновесие играет решающую роль в упорядочении биохимических реакций. В регуляции кислотно-щелочного равновесия принимают участие буферные системы и многие физиологические системы.

Активная реакция крови обусловлена соотношением водородных и гидроксильных ионов и является жесткой константой, так как только при строго определенном кислотно-основном равновесии возможно нормальное протекание обменных процессов. Для оценки активной реакции крови используют водородный показатель или рН крови, равный 7,36 (артериальной крови 7,4, венозной - 7,35). Увеличение концентрации водородных ионов приводит к сдвигу реакции крови в кислую сторону, что называется ацидозом. Уменьшение концентрации водородных ионов и увеличение концентрации гидроксильных ионов рН приводит к сдвигу реакции в щелочную сторону, что называется алкалозом.

Удержание констант крови на определенном уровне осуществляется по принципу саморегуляции, что достигается формированием соответствующих функциональных систем. В качестве примера рассмотрим схему функциональной системы, направленной на поддержание рН крови.

В результате обмена веществ образуются продукты обмена, которые могут привести к изменению рН крови, т. е. к смещению активной реакции крови в кислую или щелочную сторону. Вместе с тем, у человека в условиях нормы рН крови сохраняется на относительно постоянном уровне, что обусловлено наличием в крови прежде всего буферных систем: гемоглобиновой, карбонатной, фосфатной, белковой. Эти системы нейтрализуют значительную часть кислых и щелочных веществ, поступающих в кровь, и препятствуют сдвигу рН. Буферные системы имеются и в тканях, где они представлены в основном клеточными белками и фосфатами. В процессе метаболизма кислых продуктов образуется больше, чем щелочных. Следовательно, опасность сдвига рН крови в кислую сторону больше. Поэтому буферные системы крови и тканей более устойчивы к действию кислот, чем щелочей. Так, для сдвига рН крови в щелочную сторону требуется прибавить к ней в 70 раз больше едкого натра, чем к чистой воде. Для сдвига рН в кислую сторону необходимо добавить к плазме в 300 раз больше соляной кислоты, чем к воде.

Если буферные системы неспособны противодействовать изменению рН, то включаются другие механизмы. Так, накопление продуктов метаболизма приводит к раздражению хеморецепторов сосудов (прежде всего сосудистых рефлексогенных зон) импульсы от головного мозга. Эти структуры на основе поступающей информации формируют ответные реакции, направленные на восстановление исходной величины рН. При этом изменяется деятельность почек, желудочно-кишечного тракта, в результате чего из организма удаляется избыток веществ, вызвавших сдвиг рН. Например, при ацидозе почки выделяют больше кислого одноосновного фосфата натрия, а при алкалозе - больше щелочных солей. Через потовые железы удаляется молочная кислота, а изменение легочной вентиляции приводит к удалению углекислого газа. В регуляции рН обязательное участие принимает гормональная регуляция.

Включение всех этих аппаратов реакций приводит к восстановлению константы рН. Если же этого не происходит, то формируется поведенческий компонент функциональной системы, в результате соответствующего поведения (исключение или увеличение потребления кислых или щелочных веществ) константа рН возвращается к исходному уровню.

10. Буферные системы плазмы. (рис. 4)

Наиболее важной буферной системой плазмы является бикарбонатный буфер, состоящий из слабой угольной кислоты (рК₁ 6,1) и ее кислого аниона бикарбоната. Угольная кислота Н₂СО₃ находится в равновесии со своим ангидридом СО₂. Установление равновесия между обеими формами ускоряется ферментом карбонат-дегидратазой ("карбоангидразой"). При рН плазмы концентрации НСО₃^- и СО₂ находятся в соотношении 20/1. Растворенный в крови СО₂ равновесно обменивается с СО₂ газовой фазы альвеол легких. Поэтому НСО₃^-/СО₂ -система является эффективной открытой буферной системой. Ускоренное или замедленное дыхание изменяет концентрацию СО₂, что приводит к изменению рН плазмы (дыхательный ацидоз или соответственно алкалоз). Таким образом, легкие могут быстро и действенно влиять на рН плазмы без участия систем удаления прогонов.

Белки плазмы и особенно гемоглобин эритроцитов также способны присоединять протоны, поддерживая постоянство рН. Определенный вклад в буферные свойства крови вносит фосфат.

11. Свертывание крови.

Фибриноген обладает свойством становиться нерастворимым, переходя под воздействием фермента тромбина в волокнистую структуру - фибрин, что и обусловливает свертывание (коагуляцию) крови. Фибриноген образуется в печени.

При нарушении целостности кровеносной системы уменьшение кровопотери обеспечивает система гемостаза. Гемостаз поддерживается двумя путями: остановкой кровотечения с помощью тромбоцитов и свертыванием крови. В данном разделе основное внимание уделено ферментативным реакциям свертывания крови. Повторное растворение сгустков крови, фибринолиз.

При свертывании крови происходит ферментативное превращение растворимого белка плазмы фибриногена (фактора I, см. рис.) в фибриновый полимер, сеть волокон нерастворимого белка. В этой реакции принимает участие фермент тромбин (фактор IIа), который протеолитически отщепляет от молекулы фибриногена небольшой пептидный фрагмент, в результате чего освобождаются участки связывания, что позволяет молекуле фибрина агрегировать в полимер. Затем с помощью глутамин-трансферазы (фактора XIII) образуются изопептидные связи боковых цепей аминокислот фибрина, что приводит к формированию нерастворимого фибринового сгустка (тромба).

Свертывание крови может запускаться двумя различными путями: вследствие нарушения целостности ткани (внесосудистый путь, на схеме справа) или процессами, которые начинаются на внутренней поверхности сосуда (внутрисосудистый путь, на схеме слева). В обоих случаях запускается каскад протеолитических реакций: из неактивных предшественников ферментов (зимогенов, условно обозначаемых на схеме окружностями) путем отщепления пептидов образуются активные сериновые протеиназы (обозначаемые на схеме окрашенными кружочками с вырезанным сектором), которые в свою очередь действуют на другие белки. Оба реакционных пути нуждаются в ионах Са²⁺ и фосфолипидах и оба завершаются активацией фактором Ха протромбина (фактора II) с образованием тромбина (IIа).

12. Фибринолиз.

Образующийся в результате свертывания крови фибриновый тромб растворяется благодаря действию плазмина -- сериновой протеиназы плазмы крови. В плазме плазмин находится в виде предшественника -- плазминогена. Последний может активироваться протеиназами различных тканей, например, активатором плазминогена из почек (урокиназой) и тканевым активатором плазминогена (ТАП) из эндотелия сосудов. Активность плазмина контролируется белком плазмы ?₂-антиплазмином, способным связывать и инактивировать активный плазмин.

Система свертывания крови входит в состав более обширной системы - системы регуляции агрегатного состояния крови и коллоидов (PACK), которая поддерживает постоянство внутренней среды организма и ее агрегатное состояние на таком уровне, который необходим для нормальной жизнедеятельности путем обеспечения поддержания жидкого состояния крови, восстановления свойств стенок сосудов, которые изменяются даже при нормальном их функционировании.

Литература:

1. Физиологические показатели организма здорового человека: Морфологический состав и биохимические показатели крови / Е.К. Алимова и др. - Ростов н/Д., 1985. - 84 с.

2. Захаров В.Б. Анатомия и физиология человека. - М.: Просвещение, 2000. - 288 с.

3. Ян Кольман, Клаус-Генрих Рем, Юрген Вирт «Наглядная биохимия»;

4. Иржак Л.И. Гемоглобины и их свойства. М.: Наука, 1975.

5. Физиология человека: Пер. с англ. / Под ред. Р. Шмидта, Г. Тевса. М.: Мир, 1986. Т. 3.