Енергетичний обмін та мікроелементне забезпечення еритроцита

Сумський державний університет

В.Е. Маркевич, д-р мед. наук, проф.;

А.М. Лобода, канд. мед. наук, асист.

Енергетичний обмін та мікроелементне забезпечення еритроцита

ВСТУП

Стаття присвячена вивченню енергетичного обміну еритроцита, а також дослідженню його мікроелементного забезпечення. Автори на основі аналізу власних даних та досліджень останніх років з'ясували, що шляхами отримання енергії в еритроциті є гліколіз та пентозофосфатний цикл. Мікроелементи забезпечують антиоксидантний захист еритроциту, підтримання його форми, а також енергетичний метаболізм.

Дослідженню ролі макро - та мікроелементів при патології та в нормі присвячена низка досліджень останніх років 1, 2. Але більшість з них вивчає мікроелементози на рівні макроорганізму, деякі з них опановують рівень органів або тканин, досить рідко ці дослідження проводяться на рівні клітин. Але і в останньому випадку залишається низка питань, зокрема, в яких процесах всередині клітини беруть участь ті чи інші мікроелементи. Досить часто об'єктом дослідження є червоні кров'яні тільця - еритроцити.

Зрілий еритроцит людини є спрощеною клітиною за біохімічною та структурною організацією. Він являє собою високоспеціалізовану клітину, що не містить ядра. До цього часу немає досить чітких уявлень про особливості енергетичного обміну та хімічного складу еритроцитів.

Вивчення обміну енергії та мікроелементів на субклітинному рівні є дуже важливим, оскільки дозволяє зрозуміти зміни, що виникають при їх порушенні на рівні цілісного організму.

МЕТА РОБОТИ

Відповісти на 2 запитання: 1) звідки береться енергія, необхідна для підтримання життєдіяльності еритроцита?; 2) в яких метаболічних процесах в еритроциті беруть участь мікроелементи - залізо, мідь, цинк, марганець, кобальт, селен?

МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ

Проаналізовано власні дані, а також дані досліджень останніх років, присвячені вивченню мікроелементного статусу та енергетичного забезпечення еритроцита 1-4.

РЕЗУЛЬТАТИ ТА ОБГОВОРЕННЯ

Для підтримки функціональної активності клітин організму необхідні затрати енергії. Зрілі еритроцити є метаболічно активними клітинами, незважаючи на відсутність здатності до синтезу білків, аеробного розщеплення глюкози в циклі Кребса.

Основним процесом отримання енергії в еритроцитах є гліколіз. До особливостей гліколізу в еритроцитах можна віднести використання, крім глюкози, інших моносахаридів: фруктози, манози, галактози. У процесі гліколізу відбувається утворення АТФ та НАД-Н. Енергія АТФ використовується для активного транспорту іонів через клітинну мембрану і підтримки співвідношення між іонами натрію та калію в еритроцитах та плазмі, для збереження цілісності мембрани та форми клітини. НАД-Н використовується для відновлення піровиноградної кислоти до молочної, а також для відновлення метгемоглобіну за участю метгемоглобінредуктази. Відновлення метгемоглобіну є надзвичайно важливим процесом, оскільки тривалентне залізо метгемоглобіну не здатне транспортувати кисень 5.

Характерною особливістю гліколізу в еритроциті є перетворення 1,3 - дифосфогліцерату не тільки в АТФ (трифосфогліцерат), але і в 2,3 - дифосфогліцерат під впливом дифосфогліцеромутази. В еритроцитах людини 2,3 - дифосфогліцерат регулює спорідненість гемоглобіну до кисню. Одна молекула 2,3 - дифосфогліцерату зв'язується з - ланцюгами діоксигемоглобіну (НbO2), тим самим зменшуючи його спорідненість до кисню. Зниження вмісту 2,3 - дифосфогліцерату в еритроциті викликає зсув кривої дисоціації вліво та погіршує віддачу кисню тканинам.

Поряд з гліколізом в еритроцитах існує додатковий шлях утилізації глюкози - пряме окислення до вуглекислого газу і води в ході пентозофосфатного циклу. Роль пентозного циклу в зрілих еритроцитах пов'язана з утворенням пентозофосфатів та НАДФ-Н. В реакції циклу утворюється 3-гліцероальдегідфосфат, який може бути субстратом гліколітичних реакцій і, таким чином, додатковим джерелом енергії еритроцитів. Але основне значення полягає в утворенні молекул НАДФ-Н, необхідних для підтримання функціональної активності і цілісності еритроцита. НАДФ-Н бере участь у відновленні метгемоглобіну в гемоглобін за участю метгемоглобінредуктази та у відновленні окисленого глутатіону за допомогою НАДФН - глутатіонредуктази 5.

Найважливішими мікроелементами еритроцита є залізо, мідь, цинк, марганець, кобальт, селен, метаболізм яких тісно пов'язаний між собою. Розглянемо основні процеси, з якими пов'язані вищезгадані мікроелементи.

1 Залізо:

є компонентом гемоглобіну;

входить до складу НАДН- дегідрогенази, яка бере участь в енергетичному обміні еритроцита;

є складовою частиною ксантиноксидази, яка бере участь в мобілізації заліза з феритину;

входить до складу залізозалежної каталази, яка знешкоджує перекиси:

2Н2О2 =2Н2О + О2 6;

є частиною антиоксидантної системи аскорбата - каталізує окислення аскорбінової кислоти до дегідроаскорбінової:

L-AK + O= L- ДАК+ Н2О 7.

2 Мідь:

є компонентом протопорфіринових комплексів при синтезі гемоглобіну (необхідна для утворення порфобіліногену з
-амінолевулінової кислоти);

входить до складу Cu-Zn - залежної супероксиддисмутази, яка знешкоджує супероксидний аніон:

О2+ О2= Н2О2 + О2;

90% міді входить до складу церулоплазміну. Церулоплазмін - хелатна сполука, яка містить метал перемінної валентності (мідь), завдяки чому, по перше, останній не включається в окисно - відновлювальні реакції - антиоксидантний ефект, по друге, має оксидазну активність - знешкоджує О2 -;

як і залізо, є частиною антиоксидантної системи аскорбата - каталізує окислення аскорбінової кислоти до дегідроаскорбінової:

L-AK + O= L- ДАК+ Н2О 2,7,8.

3 Цинк:

бере участь в обміні нуклеїнових кислот в еритроїдних попередниках завдяки включенню до складу РНК- та ДНК - полімерази;

входить до складу Cu-Zn - залежної супероксиддисмутази, яка знешкоджує супероксидний аніон:

О2 - + О2 -= Н2О2 + О2;

бере участь в гліколізі - входить до складу піруваткарбоксилази;

бере участь у синтезі білка - є компонентом карбоксипептидази А та В;

до 80% цинку входить до складу карбоангідрази еритроцитів, яка знешкоджує вугільну кислоту:

Н2СО3 = СО2 + Н2О;

є інгібітором фосфоліпази А2 та аденозинтрифосфатази 1,9.

4 Селен:

входить до складу глутатіонпероксидази:

Н2О2 + RH2 (відновлений глутатіон)= 2 Н2О + R (окислений глутатіон).

Глутатіон є інгібітором активних кисневих радикалів та стабілізатором мембран. Завдяки наявності SH - груп він піддається окисленню раніше інших компонентів клітини 1,2; сприяє підтриманню форми еритроцита (підтримує тетрамерну структуру спектрина, втрата якої призводить до гемолізу) 10.

Марганець: входить до складу Mn- залежної супероксиддисмутази, яка знешкоджує супероксидний аніон:

О2 - + О2 -= Н2О2 + О2;

необхідний для підтримання активності енолази, яка каталізує таку реакцію при гліколітичному перетворенні глюкози:

2- фосфогліцерат фосфоенолпіруват + Н2О; підтримує активність глюколактонгідролази, фосфоглюконатдегідрогенази - ключових ферментів пентозофосфатного циклу 5.

Кобальт - в еритроциті входить до складу каталізатора, який сприяє більш швидкому переходу заліза трансферину до складу заліза гемоглобіну 1.

ВИСНОВКИ

1 Основними шляхами отримання енергії в еритроциті є гліколіз та пентозофосфатний цикл.

2 Мікроелементи (залізо, мідь, цинк, марганець, кобальт, селен) необхідні для антиоксидантного захисту еритроцита, підтримання його форми, а також для забезпечення його енергетичного обміну.

SUMMARY

The article is devoted to study of a power exchange of red blood cell, and researches its microelement maintenance. Authors based on the analysis of own data and works of last years have found out, that ways of reception of energy in red blood cell are glycolisis and pentose cycle. Microelements provide antioxidant protection of red blood cell, support its form, and a metabolism.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Гайдукова С.М., Видиборець С.В. Проблема мікроелементозів у гематології // Український журнал гематології та трансфузіології. - 2002. - №1(2). - С. 10 - 14.

2. Нетребенко О.К. Медь и селен в питании недоношенных детей // Российский педиатрический журнал. - 2005. - №1. - С. 25-27.

3. Передерий В.Г. Витамины и минералы в жизни человека вообще и среднестатистического жителя Украины в частности // Здоровье и питание. - 1998. - №1. - С. 3-7.

4. Маркевич В.Е., Лобода А.М. Дисбаланс мікроелементів та його корекція у дітей із залізодефіцитною анемією // Педіатрія, акушерство та гінекологія. - 2003. - №2. - С. 32- 36.

5. Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В. Биохимия человека / Пер. с англ.: М.: Мир, 1993. - Т. 1. - 384 с.

6. Бугланов А.А., Саяпина Е.В., Тураев А.Т. Биохимическая и клиническая роль железа // Гематология и трансфузиология. -1994.-Т.39, №6.-С.44-45.

7. Burns J., Evans C. Ascorbic acid in human erythrocytes // J. Biol. Chem. - 1996. - №4. - P. 223-241.

8. Венцковський Б.М., Купновицький О.П., Жегулович В.Г. Значення деяких мікроелементів у розвитку анемії вагітних // Лікарська справа. -1994. - №3. - С.42-46.

9. Шейбак М.П., Шейбак Л.Н. Недостаточность цинка у детей // Российский вестник перинатологии и педиатрии. - 2000. - №1. - С. 48-51.

10. Yang F.Y., Yang J., Ziu Z.M. The role of Se in the interconversion of polimeric states of spectrin from human erythrocytes// Biofactors. - 1991. - Vol.3, №1. - Р.49-52.