Биологический каталог




Основы биохимии. Том 3

Автор А.Уайт, Ф.Хендлер, Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман

тся в гидратированной форме в виде угольной кислоты. В эритроцитах гидратация С02 катализируется карбоангидразой.

СОа + Н20 н2со3

В эритроцитах человека находятся три изоферментные формы карбоангидразы А, В и С, которые могут быть разделены электрофорезом. В наибольшем количестве присутствует форма В; удельная активность формы С в три раза выше удельной активности формы В. Каждая из форм имеет молекулярную массу около 30000 и содержит один атом Zn на молекулу. Хотя пептидные цепи генетически гомологичны, последовательность аминокислотных остатков формы В отличается от последовательности формы С. Имеется ряд доказательств, свидетельствующих об участии Zn2+ в каталитической реакции. Zn2+ может быть удален и заменен»

1246

IV. ЖИДКАЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА

различными ионами двухвалентных металлов, однако только при замене ??2+ на Со2+ фермент сохраняет активность. Выраженное, сродство к таким анионам, как С1~, SCN- и HCOJ, также указывает на участие Zn2+ в каталитическом процессе. Сульфонамиды являются мощными неконкурентными ингибиторами всех карбоан-гидраз; ?? для ацетазоламида равно примерно 1,5-Ю-8 М; это позволяет использовать данный лекарственный препарат в опытах по выяснению вопроса об участии карбоангидразы в изучаемых физиологических процессах.

2) С02 реагирует с недиссоциированными аминогруппами алифатических соединений с образованием карбаминопроизводных:

В плазме количество С02, связанного с белками плазмы в такой форме, составляет 0,5 ммоль С02/л. Незначительное различие (в состоянии покоя) между артериальной и венозной кровью в отношении содержания карбаминовых групп в белках плазмы свиде-, тельствует о том, что белки плазмы не принимают значительного участия в транспорте С02. Однако, как указывалось выше (разд. 31.3.2.1), при реакции С02 с ?-аминогруппами Hb образуется карбаминогемоглобин, причем Hb связывает С02 легче, чем НЬ02. Вклад карбамино-С02 в транспорт С02 невелик по сравнению с ролью других форм транспорта; так, артериальная кровь' содержит около 1,0 ммоль карбамино-С02 в литре, в то время как (в покое) литр венозной крови транспортирует в карбаминовой форме от 1,5 до 2,0 ммоль С02.

3) Как отмечалось выше (разд. 31.3.2.1), Hb является функционально более слабой кислотой, чем Hb02. Это показано на рис. 31.11, на котором сравниваются кривые титрования Hb и НЬ02 в области рН 7,4. Эти две кривые при физиологических значениях рН практически параллельны. К раствору 1 ммоля каждого из белков при 7,4 требуется добавить 2,54 ммоля кислоты или щелочи, чтобы изменить рН на единицу. Приведенные графики свидетельствуют о том, что НЬ02 является более сильной кислотой, чем Hb. Если при рН 7,4 происходит дезоксигенирование 1 ммоля НЬ02 (все другие факторы остаются постоянными), то рН должен был бы сдвинуться в точку В на графике титрования Hb, т. е. увеличиться до значения 7,67. Добавление 0,7 ммоля кислоты потребовалось бы для того, чтобы сдвинуть рН в обратном направлении по кривой до точки С, которой соответствует рН 7,4. Наоборот, если бы удалось мгновенно оксигенировать 1 ммоль Hb в точке С, то рН крови снизился бы приблизительно до рН 7,13 и затем потребовалось бы 0,7 ммоля щелочи, чтобы вновь довести рН до 7,4.

31. ГЕМОГЛОБИН И ХИМИЯ ДЫХАНИЯ

1247

7,30 7,40 7,50 7,60 7,70)

рН

Рис. 31.11. Кривые титрования гемоглобина и оксигемоглобина. АС — рН не изменяется при добавлении Н+; АВ — рН изменяется при дезоксигенировании. [Davenport ?. W., The ABC of Acid-Base Chemistry, 3d ed., University of Chicago

Press, Chicago, 1950.]

4) Как эритроциты, так и плазма содержат НСОз и Н2С03. Если бы С02 находился в крови только в виде этих двух форм, то из уравнения Хендерсона — Хассельбаха (разд. 4.3.1.1) можно рассчитать отношение [соль]/[кислота]

[соль]

РН = р/С-flog [кислота]

Для нормального рН крови, равного 7,4, учитывая, что рКа Н2СОз равен 6,1, найдем, что log ([соль]/[кислота]) равен 1,3 и отношение [НСОз ]/[Н2С03] равно 20. Следовательно, при физиологических значениях рН С02 гшазмы и эритроцитов находится преимущественно в виде НСОз.

В типичной пробе артериальной крови содержание НСОз составляет в плазме 25,5 мэкв./л, а в клетках 12,7 мэкв/л. В венозной крови значения этих величин равны 26,4 мэкв./л в плазме и

1248

IV. ЖИДКАЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА

13,9 мэкв./л в клетках. При объяснении наблюдаемого различия следует учитывать влияние двух факторов.

Первый фактор — это различное содержание белка в эритроцитах и в плазме. Так, концентрация белка составляет в эритроцитах 34%, а в плазме 7,5%. Если, следовательно, выразить НСОз в мэкв. на литр воды эритроцитов и плазмы, а не на литр клеток или плазмы, то получим следующие величины: для артериальной крови 27,2 мэкв./л в плазме и 19,6 мэкв./л в клетках; для венозной крови 28,1 мэкв./л в плазме и 2!,3 мэкв./л в клетках. Очевидно, что один рассматриваемый фактор не позволяет полностью объяснить различие концентраций НСОз в клетках и в плазме. Необходимо учитывать второй фактор, а именно наличие в клетках гемоглобина, который не способен диффундировать через клеточную мембрану; на его долю приходится большая часть анионов клетки, в то время как в плазме на долю белков приходится небольшая часть анионов. В результате проявляется действие эффекта Гиббса — Доннана (разд. 29.2.2.2). Так как рассматриваемые растворы находятся в осмотическом равновесии, то суммарная концентрация диффундирующих анионов в эритроцитах должна быть меньше, чем общая концентрация анионов в плазме. При равновесии отношения г для концентраций различных анионов в эритроцитах (э) и плазме (п) должны быть постоянными. Таким образом,

[НСОз1э [СПэ [НСОДэ [НСОз]п

г- [НС03-]п ~ [СГ]п - " - [СПэ ~~ [СГ]п

и

[нсОзЧэ___[нсоЛп

[НСОз1э+[С1-]э ~~ [НСОДп + [СГ]„

Так как

[НСОз-]п+ [С1-]п> [НСОз1э + [СГ],

очевидно, что [НСО~] плазмы должна превышать [НСОз] в клетках, что согласуется с экспериментальными данными.

Из равновесия Гиббса — Доннана можно вывести еще одно заключение. Гидроксильные ионы как ионы, способные к диффузии, должны распределяться между эритроцитами и плазмой также в соответствии с равновесием Гиббса — Доннана, в то же время произведение [ОН-] · [Н+] должно быть одинаковым в обоих растворах.

[Н+ЫОН-]. = [Н+]„[ОН-]„

Поэтому

ГОН-]э [№·]„ [ОН-]п - [Н+], **'

31. ГЕМОГЛОБИН И ХИМИЯ ДЫХАНИЯ

1249

Ткани

СО, ¦ Д И

Плазма

^со2о:

У 3

CO^ .тпрэнспор тируемый в плазме в результате буферного Эемствия

нсо.

Э ригпроциты

И Я

Н20 + карйс ангиЭраэа

н2со3

?Q транспортиру-2 епгея в БИЗе СО,

•нсо3- + н+<

СО;,, транспорты руегиый эритроцитами о виЗ

нсо;

Рис. 31.12. Схематическое изображение процессов, происходящих пра переходе

С02 из тканей в эритроциты. Имидазольная группа гистидина показана как функционально активная часть молекулы гемоглобина. [Davenport ?. W., The ABC of Acid-Base Chemistry, p. 36, 6th ed., University of Chicago Press, Chicago, 1974.]

Поскольку г меньше 1, [H+] в эритроцитах больше, чем [Н+] в плазме, следовательно, рН внутри эритроцита ниже, чем в окружающей плазме.

Изокислотный сдвиг форм С02 (isohydric shift). Имея в виду рассмотренные выше факторы, можно с помощью рис. 31.12 проанализировать процессы, которые происходят при транспорте С02 от тканей до альвеолярного воздуха. Когда артериальная кровь -попадает в капилляры тканей, оксигенирование гемоглобина составляет примерно 96%. Вследствие увеличения парциального давления С02 и уменьшения парциального давления 02 НЬ02 диссоциирует; 02 диффундирует в интерстициальную жидкость, а С02 диффундирует в эритроциты. Небольшая часть С02 немедленно связывается в форме карбаминогемоглобина. Однако остается еще

7—1503

1250

IV. ЖИДКАЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА

Таблица 31.5

Распределение С02 в артериальной и венозной крови

Артериальная кровь, ммоль Венозная кровь, ммоль Разность ммоль 1 мл Общее количество СОг в 1 л крови 21,53 23,21 1,63 37,4

Общее количество СОг в плазме

(600 мл) из 1 л крови 15,94 16,99 1,05 23,5

в форме растворенного СОг 0,71 0,80 0,09 2,0

в форме бикарбонатных ионов 15,23 16,19 0,56 21,5

Общее количество СОг в 400 мл

эритроцитов 5,59 6,22 0,63 14,0

в форме растворенного С02 0,34 0.39 0,Г5 1,1

в форме бикарбонатных ионов 4,28 4,41 0,13 2,9

в форме карбамино-СОг 0,97 1,42 0,45 W.0

большой избыток С02, который должен быть уловлен другим способом. Под действием карбоангидразы этот С02 быстро гидрати-руется до Н2С03, которая затем диссоциирует. Далее вступают в действие два противоположных процесса: 1) Н2С03 способствует снижению рН внутри эритроцита, однако 2) превращение НЬ02 в Hb приводит к кажущемуся изменению рА' от 6,2 до 6,6, которое Ё свою очередь должно приводить к увеличению рН внутри эритроцита. В итоге протоны, образующиеся при диссоциации Н2С03, акцептируются группами Hb, участвующими в эффекте Бора. Суммарным результатом этих двух процессов будет поддержание рН практически постоянным и удерживание внутри эритроцитов ионов К?, ранее нейтрализованных НЬ02, а теперь нейтрализуемых образовавшимися ионами НС03. В результате большая часть С02, которая диффундировала из тканей в эритроциты, переходит из капилляров в вены в виде НС03 , находящихся в эритроцитах. Этот ряд превращений называют изокислотный сдвигом (форм С02).

Изокислотный сдвиг сопровождается образованием около 0,6 мэкв. бикарбоната на каждый мнллимоль 02, диссоциирующего от НЬ02. Из данных, приведенных в табл. 31.5, следует, что в количественном отношении изокислотный сдвиг, в основе которого лежит различие кислотных свойств НЬ02 и Hb, хорошо соответствует физиологической задаче — удалению С02.

Хлоридный сдвиг. Благодаря изокислотному сдвигу отношение [НС03]э/[НС03]п изменяется за счет повышения [НСОз] в эритроцитах. Отношение [НСОз]э/[Сг~]э более не сохраняется равным отношению [НС03]п/[С1~]п. Тенденция НС03 покидать клетки увеличивается, а вышедшие ионы НСОз замещаются на С1~ из плазмы до тех пор, пока не будет достигну

страница 19
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161

Скачать книгу "Основы биохимии. Том 3" (10.5Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(15.09.2019)