معلومة

تأثير 2،3-bisphophoglycerate (2،3-BPG) على الهيموجلوبين

تأثير 2،3-bisphophoglycerate (2،3-BPG) على الهيموجلوبين


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

عندما يرتبط 2،3-bisphophoglycerate (2،3-BPG) بالهيموجلوبين ، هناك حاجة لضغط جزئي أعلى من الأكسجين لتحقيق حوالي 50٪ من التشبع بالأكسجين.

ما هي الأهمية الفسيولوجية لهذا وأساسه الجزيئي؟

كيف سيؤثر هذا على منحنى تفكك الأكسجين للهيموجلوبين وهل سيغير تأثير بوهر؟

ملاحظة بخصوص التحرير
في شكله الأصلي ، كان هذا سؤالًا متعدد الخيارات ظل بدون إجابة لمدة عام ، ربما لأن المنتقدين سيئون للغاية. نظرًا لأن الموضوع الذي يتناوله يُعتقد أنه ذو أهمية عامة ، فقد تمت إعادة صياغته كسؤال قياسي. بالنسبة للسجل ، طرح السؤال الأصلي أيًا مما يلي صحيحًا: (1) يتسبب 2،3-BPG في خلايا الدم الحمراء في تحول منحنى تفكك الأكسجين إلى اليسار. (2) إن ارتباط 2،3-BPG بالهيموجلوبين يقلل من تقارب الهيموجلوبين للأكسجين. (3) ربط 2،3-BPG بالهيموجلوبين يقلل من تأثير بوهر. (4) عند غياب 2،3-BPG ، تقل احتمالية تفريغ الأكسجين من الأكسجين. تم إعطاء الإجابة "الصحيحة" على أنها (2) ، لكن الملصق يعتقد أن (4) كان أيضًا صحيحًا.


يظهر منحنى تفكك الأكسجين للهيموجلوبين (Hb) في غياب ووجود 2،3-BPG في (1) أدناه: يمكن ملاحظة أن المنحنى قد تحول إلى اليمين (MC-1 غير صحيح) وانخفض تقارب الأكسجين بشكل واضح ، حيث يتطلب الأمر تركيزًا أعلى (ضغط) من الأكسجين لتحقيق نفس النسبة المئوية للتشبع (MC-2 صحيح - وهكذا هو الخيار MC-4 بقدر ما يمكن أن يراه أنا و @ JM97 ، بالاتفاق مع الملصق. تعد MCQs مكروهًا تربويًا!).

تم تناول الأهمية الفسيولوجية لهذا الأمر بالتفصيل في إجابتي على سؤال آخر ، ولكن باختصار ، تضمن أن نسبة كافية من كمية الأكسجين (الأصغر) التي يتم تناولها عند الضغط المنخفض في الرئتين يتم إطلاقها في الأنسجة (3 ناقص 4 ، قارن 1ʹ ناقص 2).

لمعالجة التفاعل بين تأثير 2،3-BPG وتأثير Bohr ، يحتاج المرء إلى النظر في المنحنيات المقابلة لتأثير أيونات الهيدروجين (هبوط الأس الهيدروجيني) ، كما هو موضح في (2) أعلاه (انظر أيضًا إجابتي التفصيلية على هذا سؤال). يمكن ملاحظة أن تأثير أيونات الهيدروجين هو مشابه إلى أن من 2،3-BPG. هل يمكن أن يكون لهذين الاثنين تأثيرات مستقلة (مضافة)؟ من المعروف من الدراسات الجزيئية أنهما يتفاعلان مع الهيموغلوبين deoxy-hemoglobin ويثبتهما في مواضع مختلفة (انظر الثاني ، أدناه) ، وفي نموذج واحد لآلية التباين يمكن اعتبارهما على أنهما يحولان التوازن من التوتر (deoxy-) إلى حالة الاسترخاء (أوكسي) للهيموجلوبين: (ط) رسم تخطيطي معمم للتوازن الخيفي للبروتين الرباعي بين حالة الاسترخاء (حيث يمكن ربط الركيزة / الترابط) والحالة المتوترة. المؤثرات السلبية تفضل حالة التوتر. (2) رسم توضيحي لهذا الهيموغلوبين ، حيث H.+ تشكل الأيونات بروتونات His-146 من الوحدات الفرعية β وتشكل 2،3-BPG جسورًا أيونية بين الوحدتين الفرعيتين β.

لذلك يبدو أن تأثير بور لا يزال بإمكانه زيادة تأثير 2،3-BPG ، لكنني أتخيل أن مدى هذه الزيادة سيعتمد على الوضع الأولي للتوازن ، ولا أتوقع أن يكون مضافًا - قد أكون كذلك خاطئ. (هل MC-3 صحيح أو لا؟ الاتجاه المعاكس لتأثير بوهر ". قد تفهم الآن لماذا أكره MCQs.)

فهرس

المخططات هي خاصة بي ، بناءً على مصادر مختلفة استخدمتها على مر السنين. للتحقق مما إذا كان ما كتبته صحيحًا ، قد يرغب القارئ في التحقق من أي من الحسابات العديدة عبر الإنترنت ، بما في ذلك ما يلي الذي يحتوي على مراجع للمواد الأصلية:


لماذا تزيد 2/3 DPG على ارتفاع؟

تبعا لذلك ، الرئيسي وظيفة من 2،3-DPG يتغيرون على علو شاهق (وكذلك في الاضطرابات الحمضية القاعدية) هو الحفاظ على منحنى تفكك الأكسجين في دم الإنسان في (أو بالقرب من) موقعه الأصلي. يبدو أن هذا الاستنتاج صالح للرجل يستريح على ارتفاعات تصل إلى 7000 م.

ويمكن للمرء أن يتساءل أيضا ، ما هي وظيفة 2/3 منحة سياسات عامة؟ و hellipthe الدم) ، وثاني أكسيد الكربون ، و 2,3-ثنائي فسفوغليسيرات (2,3-DPG ملح في خلايا الدم الحمراء الذي يلعب دور وظيفة في تحرير الأكسجين من الهيموجلوبين في الدورة الدموية الطرفية). لا ترتبط هذه المواد بالهيموجلوبين في مواقع الارتباط بالأكسجين.

وبالمثل ، يُسأل ، لماذا يزيد Bpg في الارتفاعات العالية؟

2،3 بيسفوسفوجليسيرات (2،3-BPG) يستقر الشكل T- (الأكسجين المشدود غير المرتبط) من الهيموجلوبين وبالتالي يقلل من تقاربه للارتباط بالأكسجين. 2،3-BPG وجد أنه مرتفع في الأشخاص الذين يعيشون في ارتفاعات عالية. ومع ذلك ، محتوى الهيموغلوبين أيضا يزيد لهذا السبب أعلى يمكن التقاط كميات من الأكسجين.

كيف يؤثر الارتفاع على جسمك؟

خلال الساعات القليلة الأولى من ارتفاع عند التعرض ، يزداد فقدان الماء أيضًا ، مما قد يؤدي إلى الجفاف. ارتفاع يمكن أن تزيد لك التمثيل الغذائي أثناء قمع لك الشهية ، مما يعني أنه عليك أن تأكل أكثر مما تشعر به للحفاظ على توازن الطاقة المحايد.


أين يرتبط Bpg بالهيموجلوبين؟

شاهد الإجابة الكاملة على سؤالك هنا. وبالمثل ، ما الذي يرتبط به Bpg؟

تحلل السكر وتكوين السكر 2،3-يرتبط BPG بـ الوحدة الفرعية بيتا في حالة الهيموغلوبين T (مشدود) ، ديوكسي هيموغلوبين ، الشكل الأقل نشاطًا. تقارب أكبر من 2،3-BPG للهيموغلوبين مقارنة بالأوكسي هيموغلوبين يسمح للهيموغلوبين المؤكسج بإطلاق الأكسجين إلى الأنسجة المحتاجة ، مثل الرئتين.

بجانب ما سبق ، كم عدد جزيئات Bpg التي ترتبط بالهيموغلوبين؟ 2، 3-BPG يرتبط بالهيموجلوبين في وسط رباعي الدم لتحقيق الاستقرار في حالة T (على سبيل المثال في أنسجة العضلات).

فيما يتعلق بهذا ، أين يرتبط ثاني أكسيد الكربون بالهيموغلوبين؟

ثانيا، يمكن لثاني أكسيد الكربون الارتباط لبروتينات البلازما أو علبة تدخل خلايا الدم الحمراء و يرتبط بالهيموجلوبين. ينقل هذا النموذج حوالي 10 بالمائة من نشبع. متي ثاني أكسيد الكربون يرتبط بالهيموجلوبين، يتكون جزيء يسمى carbaminohemoglobin. ربط من نشبع إلى الهيموغلوبين قابل للعكس.

كيف يؤثر 2/3 bpg على الهيموجلوبين؟

تراكم 2,3-BPG يقلل من تقارب الهيموغلوبين للأكسجين. في الأنسجة ذات المتطلبات العالية للطاقة ، يتم استهلاك الأكسجين بسرعة ، مما يزيد من تركيز H + وثاني أكسيد الكربون. من خلال بوهر تأثير, الهيموغلوبين يتم حثه على إطلاق المزيد من الأكسجين لتزويد الخلايا التي تحتاجه.


إعادة برمجة التمثيل الغذائي التكيفي لخلايا الدم الحمراء في ظل نقص الأكسجة الفسيولوجي والمرضي

الغرض من المراجعة: كريات الدم الحمراء هي أكثر أنواع الخلايا وفرة في أجسامنا ، حيث تعمل كحامل / ناقل ومستشعر للأكسجين (O2). يتم تنظيم قدرة توصيل O2 كرات الدم الحمراء بدقة عن طريق التحكم الأيضي المعقد. في السنوات الأخيرة ، قام فحص الأيض البشري غير المتحيز والقوي والدراسات الجينية للفأر ببحوث متقدمة في الكريات الحمر تكشف عن الدور التفاضلي لإعادة برمجة التمثيل الغذائي لنقص تأكسج كرات الدم الحمراء في الأفراد الطبيعيين على ارتفاعات عالية والمرضى الذين يعانون من نقص الأكسجة ، مثل مرض فقر الدم المنجلي (SCD) وأمراض الكلى المزمنة (كد). هنا نلخص التقدم الأخير ونلقي الضوء على الاحتمالات العلاجية المحتملة.

النتائج الأخيرة: أظهرت الدراسات الأولية أن ارتفاع CD73 القابل للذوبان (sCD73 ، يحول AMP إلى الأدينوزين) يؤدي إلى زيادة الأدينوزين المنتشر الذي ينشط مستقبلات الأدينوزين A2B (ADORA2B). يتم تعزيز الإشارات من خلال هذا المحور بشكل تعاوني عن طريق التوليف الخاص بخلايا الدم الحمراء من سفينجوزين -1 فوسفات (S1P). في النهاية ، تعزز هذه الآليات إنتاج 2،3-بيسفوسفوجليسيرات (2،3-BPG) ، وهو مُعدِّل خيفي خاص بكريات الدم الحمراء يقلل تقارب ارتباط الهيموجلوبين بالأكسجين ، وبالتالي ، يستحث المنجل منزوع الأكسجين Hb (deoxyHbS) ، بلمرة deoxyHbS ، المنجل ، الالتهاب المزمن وتلف الأنسجة في داء الكريّات المنجلية. على غرار SCD ، يرتفع أدينوزين البلازما وكريات الدم الحمراء S1P في البشر الذين يصعدون إلى ارتفاعات عالية. على ارتفاعات عالية ، يكون هذان المستقلبان مفيدان للحث على إعادة برمجة التمثيل الغذائي لخلايا الدم الحمراء وتخليق 2،3-BPG ، وبالتالي زيادة توصيل O2 لمواجهة تلف الأنسجة الناقص التأكسج. أظهرت دراسات المتابعة أن ناقل النوكليوسيدات المتوازنة في كرات الدم الحمراء 1 (eENT1) هو مكون خلوي بيورينيرجي رئيسي يتحكم في أدينوسين البلازما في البشر على ارتفاعات عالية والفئران تحت نقص الأكسجة ويؤثر على الارتفاع الأسرع والأعلى لأدينوسايد البلازما عند الصعود بسبب نقص الأكسجة السابق. - التحلل الناجم عن eENT1. أظهرت الدراسات الحديثة الدور المفيد لإنتاج 2،3-BPG بوساطة ADORA2B في خلايا الدم الحمراء.

ملخص: مجتمعة ، كشفت هذه النتائج عن الدور التفاضلي لإعادة برمجة التمثيل الغذائي لنقص تأكسج كرات الدم الحمراء في البشر العاديين على ارتفاعات عالية والمرضى الذين يعانون من CKD مقابل مرضى SCD وتقترح على الفور العلاجات التفاضلية والدقيقة لمواجهة نقص الأكسجة بين هذه المجموعات.


تأثير تحميل الفوسفات على مستويات كرات الدم الحمراء 2،3-بيسفوسفوجليسيرات

خلفية: تم استخدام مكملات الفوسفات في محاولة لتحسين الأداء الرياضي عن طريق زيادة مستويات 2،3-بيسفوسفوجليسيرات في كرات الدم الحمراء ([2،3-BPG]) وبالتالي تحسين تفريغ الأكسجين من الهيموجلوبين. الآثار المزعومة لتحميل الفوسفات على كل من أداء التمرين وكريات الدم الحمراء [2،3-بي بي جي] غير متسقة ، وأساس أي تغيير في [2،3-بي بي جي] غير معروف.

أساليب: قمنا بتحليل تركيز الفوسفات غير العضوي في البلازما ([P (i)]) وكريات الدم الحمراء [P (i)] و [2،3-BPG] في عينات الدم الوريدي من 12 شخصًا أصحاء. أعدنا فحص مجموعة فرعية من خمسة من هذه الموضوعات بعد 7 أيام من تحميل الفوسفات.

نتائج: كانت هناك ارتباطات إيجابية ذات دلالة إحصائية بين البلازما [P (i)] وكريات الدم الحمراء [P (i)] (r (2) = 0.51 ، p = 0.009) وبين كريات الدم الحمراء [P (i)] و [2،3-BPG] (ص (2) = 0.68 ، ع & lt0.001). بعد تحميل الفوسفات ، كانت هناك زيادة بنسبة 30٪ في البلازما [P (i)] (1.02 +/- 0.22 إلى 1.29 +/- 0.15 مليمول / لتر (متوسط ​​+/- SD) ، p = 0.03) وزيادة بنسبة 25٪ في كرات الدم الحمراء [2،3-BPG] (6.77 +/- 1.12 إلى 9.11 +/- 1.87 ملي مول / لتر خلية ، ع = 0.03). لا توجد علاقة بين [2،3-BPG] والبلازما [P (i)].

الاستنتاجات: يزيد تحميل الفوسفات كلاً من تجمعات الفوسفات في البلازما وكريات الدم الحمراء ، وربما يكون الارتفاع في [2،3-BPG] نتيجة لارتفاع الخلية [P (i)].


أكسجين الهيموجلوبين في وجود 2،3-ثنائي فوسفوجليسيرات. تأثير درجة الحرارة ودرجة الحموضة والقوة الأيونية وتركيز الهيموجلوبين

مشاهدات المقالات هي مجموع تنزيلات النصوص الكاملة للمقالات المتوافقة مع COUNTER منذ نوفمبر 2008 (بتنسيق PDF و HTML) عبر جميع المؤسسات والأفراد. يتم تحديث هذه المقاييس بانتظام لتعكس الاستخدام حتى الأيام القليلة الماضية.

الاقتباسات هي عدد المقالات الأخرى المقتبسة من هذه المقالة ، ويتم حسابها بواسطة Crossref ويتم تحديثها يوميًا. العثور على مزيد من المعلومات حول عدد الاقتباسات Crossref.

درجة الانتباه Altmetric هي مقياس كمي للاهتمام الذي تلقته مقالة بحثية عبر الإنترنت. سيؤدي النقر فوق أيقونة الكعك إلى تحميل صفحة على altmetric.com تحتوي على تفاصيل إضافية حول النتيجة ووجود وسائل التواصل الاجتماعي للمقالة المحددة. اعثر على مزيد من المعلومات حول "نقاط الانتباه البديلة" وكيفية احتساب النتيجة.

ملحوظة: بدلاً من الملخص ، هذه هي الصفحة الأولى للمقالة.


الهيموغلوبين

الوظيفة والتمثيل الغذائي وتنظيم الفوسفات العضوي في كريات الدم الحمراء

2،3-DPG ، ATP ، إينوزيتول هيكسافوسفات (IHP) ، والفوسفات العضوي الآخر يرتبط بالهيموغلوبين ويقلل من تقاربها مع الأكسجين. IHP ، الفوسفات العضوي الرئيسي في كريات الدم الحمراء في الطيور ، هو الأكثر سالبة الشحنة من هذه المركبات ويرتبط بشدة ، ومع ذلك ، فهو غير موجود في خلايا الدم الحمراء البشرية.

تساعد مستويات 2،3-DPG في كريات الدم الحمراء على تنظيم أكسجة الهيموجلوبين (الشكل 28-7). تفريغ الأكسجين في P.ا2 في الشعيرات الدموية للأنسجة يزداد بمقدار 2،3-DPG ، ويمكن أن يكون للتغيرات الطفيفة في تركيزها تأثيرات كبيرة على إطلاق الأكسجين. عند الرقم الهيدروجيني السائد في كريات الدم الحمراء ، يكون صافي الشحنة على جزيء 2،3-DPG هو −5. موقع الربط بين الاثنين β تحتوي سلاسل الهيموغلوبين على ثمانية سلاسل جانبية لبقايا الأحماض الأمينية موجبة الشحنة ساهمت بها كل من Va11 و His2 و Lys82 و His143 من كل سلسلة (الشكل 28-8). يتم حفظ هذه البقايا بشكل كبير في الهيموجلوبين في الثدييات ، مما يشير إلى أهميتها لوظيفة الهيموجلوبين الطبيعية. في الثدييات المشيمية ، يتلقى الجنين الأكسجين الخاص به عن طريق الانتشار من الدورة الدموية للأم ، عبر المشيمة ، إلى الدورة الدموية للجنين. للتأكد من أن تدفق الأكسجين كافٍ ، يتم زيادة تدرج الضغط من الأم إلى الجنين عن طريق زيادة تقارب الهيموجلوبين الجنيني للأكسجين. هذا يقلل من الضغط الجزئي للأكسجين في الدورة الدموية للجنين ، وبالتالي زيادة معدل الانتشار عبر المشيمة.

الشكل 28-7. تأثير 2،3-bisphosphoglycerate (2،3-DPG) على منحنى تشبع الأكسجين للهيموجلوبين. لاحظ أن 2،3-DPG يقلل من تقارب الهيموجلوبين للأكسجين.

الشكل 28-8. تمثيل تخطيطي لسلاسل جانبية من β الوحدات الفرعية للهيموجلوبين البشري التي تشارك في الارتباط بـ 2،3-DPG. تجويف التجليد مبطن بثماني شحنات موجبة (أربعة من كل منهما β الوحدة الفرعية) التي تتفاعل مع خمس شحنات سلبية على 2،3-DPG. يرتبط الهيموجلوبين الجنيني بـ 2،3-DPG بشكل أقل إحكامًا من ارتباط الهيموجلوبين الأمومي لأنه γ سلاسل (النظير β-السلاسل) تحتوي على Ser at γl43 مكانه في βل 43.

الأنواع المختلفة تزيد من انتشار عبر المشيمة بطرق مختلفة. في البشر والرئيسيات الأخرى ، يحتوي الهيموجلوبين البالغ على اثنين α و اثنان β سلاسل ، في حين أن الهيموجلوبين الجنيني له اثنان α و اثنان γ السلاسل. على الرغم من أن تسلسل الأحماض الأمينية β و γ السلاسل متشابهة ، فهي تختلف في الموضع 143 ، وهو جزء من موقع الربط 2،3-DPG. في ال γ السلسلة ، تم استبدال Hisl43 بـ Ser ، وبالتالي تقليل الشحن في موقع الربط 2،3-DPG من +8 إلى +6. وهكذا ، يرتبط 2،3-DPG بشكل أقل إحكامًا بالهيموجلوبين الجنيني ، وبالتالي يزداد تقارب الأكسجين منه بالنسبة إلى HbA عند نفس تركيز 2،3-DPG. وبالتالي ، فإن كريات الدم الحمراء في الرئيسيات الجنينية ، على الرغم من وجود تركيزات 2،3-DPG تساوي تلك الموجودة في كريات الدم الحمراء البالغة ، لديها تقارب أكسجين أعلى من خلايا الدم الحمراء للأم ، مما يسمح بنقل الأكسجين من الأم إلى الجنين.

في الثدييات الأخرى ، بما في ذلك الحصان والكلب والخنازير وخنازير غينيا ، لا يختلف الهيموجلوبين الجنيني هيكليًا عن الهيموجلوبين البالغ ، ويتم تسهيل الانتشار عبر المشيمة عن طريق انخفاض تركيز 2،3-DPG في كريات الدم الحمراء الجنينية. في المجترات ، لا يرتبط الهيموجلوبين بـ 2،3-DPG لأن β السلاسل متباعدة جدًا. ومع ذلك ، فإن الهيموغلوبين الجنيني في المجترات لديه تقارب أعلى للأكسجين من الهيموغلوبين لدى البالغين بسبب الاختلافات الهيكلية الأخرى. هذه الحلول الثلاثة المختلفة لمشكلة الحاجة إلى نقل الأكسجين إلى الجنين هي مثال على ذلك تطور متقاربة.

عند البشر ، فإن 2،3-DPG هو أكثر مركبات الفوسفات وفرة في الخلية الحمراء. تركيزه هو 5 مليمول / لتر ، تقريبًا نفس تركيز الهيموجلوبين رباعي. تركيز ATP مرتفع أيضًا ، 1.3 مليمول / لتر. على الرغم من أن ATP له نفس الانجذاب تقريبًا للهيموجلوبين كما هو الحال مع 2،3-DPG ، إلا أنه له تأثير ضئيل على تقارب الأكسجين لأنه موجود في الغالب مثل ATP-Mg 2+ ، والذي يرتبط ارتباطًا ضعيفًا بالهيموجلوبين. يتم تشكيل 2،3-DPG عن طريق إعادة ترتيب 1.3-bisphosphoglycerate ، وسيط في تحلل السكر (الفصل 13). تتطلب إعادة الترتيب ، التي يتم تحفيزها بواسطة طفرة البيسفوسفوجليسيرات ، 3-فسفوغليسيرات كعامل مساعد ويتم تحفيزها بشكل تفاضلي بواسطة 2-فوسفوجليسيرات (الشكل 28-9). يبدو أن الفوسفات غير العضوي معدل خيفي سلبي. 2،3-DPG هو أيضًا عامل مساعد في طفرة الفوسفوجليسيرات في تحلل السكر. يقوم فوسفاتاز بيسفوسفوجليسيرات بتحويل 2،3-DPG إلى 3-phosphoglycerate. تشير الأنماط الكهرومغناطيسية والكروماتوغرافية المتطابقة والتوحيد المشترك للنشاطين إلى أن المواقع المحفزة لمطفرة البيسفوسفوجليسيرات والفوسفاتيز قد تتواجد في نفس البروتين. يتم دعم هذه الفرضية من خلال تقرير عن فرد لديه تركيز منخفض للغاية داخل كرات الدم من 2،3-DPG والذي تفتقر خلايا الدم الحمراء الخاصة به إلى كل من نشاط طفرات البيسفوسفوجليسيرات والفوسفاتيز. كانت كميات التتبع من 2،3-DPG موجودة لتعمل كعامل مساعد لمطفرة الفوسفوجليسيرات وتسمح بتحلل الجلوكوز. أدى نقص 2،3-DPG إلى تقليل توصيل الأكسجين إلى الأنسجة وأدى إلى حدوث كثرة كريات الدم الحمراء الخفيفة. لم يكن هناك انحلال دم ، وكان الاضطراب صامتًا سريريًا. المرضى الذين يعانون من نقص بيروفات كيناز لديهم مستويات أعلى من الطبيعي من 2،3-DPG ، في حين أن أولئك الذين يعانون من نقص الهكسوكيناز لديهم مستويات أقل من الطبيعي. تظهر استجابات الكريات الحمر المناسبة في كلا النوعين (انظر أدناه). يمكن تغيير تركيز 2،3-DPG في الخلية الحمراء بنسبة 15-25٪ في أقل من 12 ساعة. يتم تلخيص الآليات الأكثر احتمالا المعنية أدناه.

الشكل 28-9. تكوين 2،3-بيسفوسفوجليسيرات (2،3-دي بي جي) في كريات الدم الحمراء. يحدث تكوين 2،3-DPG كتحويل من المسار الرئيسي لتحلل السكر ، ويتم استخدام الطاقة الحرة التي كان من الممكن استخدامها في تكوين ATP. ⊕ معدّل خيفي موجب ⊖ معدّل خيفي سلبي Pأنا، فوسفات غير عضوي.

يؤدي ارتباط 2،3-DPG إلى deoxyhemoglobin إلى تقليل مقدار 2،3-DPG المجاني المتاح للمشاركة في التفاعلات الأخرى ويسبب زيادة تخليق 2،3-DPG على حساب 1،3-bisphosphoglycerate. قد يعمل انخفاض تشبع الأكسجين بالهيموجلوبين بنفس الطريقة.

يؤثر الرقم الهيدروجيني داخل كرات الدم على تركيز 2،3-DPG. يؤدي الانخفاض في الرقم الهيدروجيني إلى زيادة كمية 2،3-DPG المقيدة عن طريق زيادة تركيز deoxyhemoglobin ، والذي يعمل كما هو موضح في الفقرة السابقة. تؤدي زيادة الأس الهيدروجيني إلى تحلل السكر ، والذي يميل إلى زيادة تركيز جميع المواد الوسيطة حال للجلوكوز ، بما في ذلك 2،3-DPG. كما أن انخفاض الرقم الهيدروجيني ضمن النطاق الفسيولوجي يقلل أيضًا من نشاط طفرات البيسفوسفوجليسيرات ويزيد من نشاط فوسفاتاز البايفوسفوجليسيرات.

مع تقدم عمر كريات الدم الحمراء في الجسم الحي ، يزيد تقاربهم للأكسجين. تركيز 2،3-DPG في الخلايا الحمراء الفتية أعلى منه في الخلايا الحمراء القديمة. قد يعكس هذا تغيرًا عامًا في نشاط طفرة البيسفوسفوجليسيرات والفوسفاتيز. نظرًا لأن كريات الدم الحمراء غير قادرة على تصنيع البروتينات ، فلا يمكن استبدال الإنزيمات المعطلة.

قد يكون هناك أيضًا سيطرة وراثية على مستويات 2،3-DPG. يخضع تركيز ATP في كريات الدم الحمراء للتحكم الوراثي ، وفي الفئران المغطاة ، يبدو أن مستويات ATP و 2،3-DPG متأثرة وراثيًا. ومع ذلك ، قد لا تكون هذه النتيجة ذات أهمية في إنتاج تغييرات سريعة وقصيرة المدى وقابلة للتكيف.

هذه العمليات هي ضوابط الخطوة النهائية التي تؤثر بشكل مباشر على تركيزات 2،3-DPG. تشمل المحفزات الأساسية التي تطلق هذه الخطوات النهائية ما يلي:

انخفاض تسليم O2 إلى الأنسجة نتيجة لفقر الدم أو الارتفاع أو قصور القلب أو مرض الرئة.

هرمون الثيروكسين (الذي قد يحفز بشكل مباشر طفرات البيسفوسفوجليسرات) ، والأندروجينات (التي تعمل جزئيًا عن طريق زيادة الكريات الحمر) ، وهرمونات أخرى.

كثرة الحمر ، مما يقلل من تركيز كريات الدم داخل كرات الدم من 2،3-DPG.

سواء كان التحول في O2- منحنى التفكك المصاحب للتغيرات في تركيز 2،3-DPG مفيد ويعتمد بشكل كبير على تشبع الأكسجين في الدم الشرياني. يمكن أن يختلف تركيز 2،3-DPG بشكل كبير بين المرضى الذين يعانون من نفس المرض. على سبيل المثال ، في مرض الرئة الحاد ، تتراوح الزيادة في تركيز 2،3-DPG من 0٪ إلى 100٪ في سرطان الدم مع انخفاض إنتاج كريات الدم الحمراء ، وتحدث الارتفاعات من 20-150٪ في نقص الحديد ، وتتراوح الزيادات من 40٪ إلى 75 ٪.

2،3-DPG ، وبدرجة أقل ، تنخفض تركيزات ATP بسرعة في الدم الذي يتم تخزينه حتى لبضعة أيام في وسط حمض-سيترات-دكستروز (ACD) المستخدم من قبل العديد من بنوك الدم. نتيجة لذلك ، يزداد تقارب الأكسجين وتقل قدرة الدم الذي يتم نقله لتزويد الأنسجة بالأكسجين. المتطوعون الذين تلقوا مثل هذا الدم لديهم زيادة في تقارب الأكسجين الذي لم يعد إلى طبيعته لمدة 6-24 ساعة. الأهمية العلاجية لهذه التغييرات غير واضحة. يجب أن تحدث التأثيرات الأكبر في المرضى الذين يتلقون عمليات نقل دم عديدة على مدار فترة تبلغ حوالي 6 ساعات ، بحيث يؤدي جزء كبير من كريات الدم الحمراء المنتشرة إلى زيادة تقارب الأكسجين.

تقليديا ، كان بقاء الخلايا الحمراء هو المعيار الرئيسي لنوعية الدم المخزن. ومع ذلك ، فإن بقاء الخلية لا يتوافق بالضرورة مع الحفاظ على مستويات الفوسفات العضوي المناسبة. تُظهر الدراسات التي أجريت على تكوين وسيط التخزين اللازم لمنع هذا الفقد الأيضي للفوسفات العضوي ما يلي:

وسيط السيترات والفوسفات وسكر العنب (CPD) أفضل من وسط ACD للحفاظ على مستويات الفوسفات العضوي ولمنع انخفاض الفوسفور.50، ربما بسبب ارتفاع درجة الحموضة في CPD. في عام 1971 ، استخدم 90٪ من بنوك الدم في الولايات المتحدة ACD و 10٪ فقط استخدم CPD بحلول عام 1975 ، كان العكس صحيحًا. العمر الافتراضي للخلايا هو نفسه لكل من الوسائط (21 يومًا) ، لكن الخلايا المخزنة في CPD تعمل بشكل أفضل من الناحية الفسيولوجية عند نقلها.

المكملات مع الإينوزين تولد إمدادًا من ريبوز 1-فوسفات ويوفر ركيزة سكري محتملة يمكن استقلابها إلى 2،3-DPG. البيروفات والفركتوز ، اللذان يساعدان في الحفاظ على إمداد NAD + المؤكسد ، يحفزان تأثير الإينوزين. يجب موازنة هذا التعديل مع احتمال فرط حمض يوريك الدم (الفصل 27) الناجم عن نقل كميات كبيرة من الدم المحتوي على إينوزين.

يمكن أن توفر مكملات فوسفات ثنائي هيدروكسي أسيتون ركيزة حال للجلوكوز دون التعرض لخطر فرط حمض يوريك الدم.


محتويات

الهيموغلوبين (Hb) هو الوسيلة الأساسية لنقل الأكسجين في الدم. كل جزيء هيموجلوبين لديه القدرة على حمل أربعة جزيئات أكسجين. ترتبط جزيئات الأكسجين هذه بحديد مجموعة الهيم الاصطناعية. [1]

عندما لا يحتوي الهيموغلوبين على أكسجين مقيد ، ولا يحتوي على ثاني أكسيد كربون مرتبط ، يكون له شكل (شكل) غير منضم. يؤدي ارتباط جزيء الأكسجين الأول إلى تغيير شكل الهيموجلوبين مما يزيد من قدرته على الارتباط بجزيئات الأكسجين الثلاثة الأخرى.

في حالة وجود ثاني أكسيد الكربون المذاب ، يتغير الرقم الهيدروجيني للدم ، مما يؤدي إلى تغيير آخر في شكل الهيموجلوبين ، مما يزيد من قدرته على الارتباط بثاني أكسيد الكربون ويقلل من قدرته على الارتباط بالأكسجين. مع فقدان جزيء الأكسجين الأول ، وربط جزيء ثاني أكسيد الكربون الأول ، يحدث تغيير آخر في الشكل ، مما يقلل بشكل أكبر من القدرة على ربط الأكسجين ، ويزيد من القدرة على الارتباط بثاني أكسيد الكربون. يتم إطلاق الأكسجين المرتبط بالهيموجلوبين في بلازما الدم ويتم امتصاصه في الأنسجة ، ويرتبط ثاني أكسيد الكربون الموجود في الأنسجة بالهيموجلوبين.

يحدث عكس هذه العملية في الرئتين. مع فقدان أول جزيء من ثاني أكسيد الكربون ، يتغير الشكل مرة أخرى ويجعل من السهل إطلاق ثاني أكسيد الكربون الثلاثة الأخرى.

يُحمل الأكسجين أيضًا مذابًا في بلازما الدم ، ولكن بدرجة أقل بكثير. الهيموغلوبين موجود في خلايا الدم الحمراء. يطلق الهيموغلوبين الأكسجين المرتبط عند وجود حمض الكربونيك ، كما هو الحال في الأنسجة. في الشعيرات الدموية ، حيث يتم إنتاج ثاني أكسيد الكربون ، يتم إطلاق الأكسجين المرتبط بالهيموجلوبين في بلازما الدم ويتم امتصاصه في الأنسجة.

يسمى مقدار هذه السعة المملوءة بالأكسجين في أي وقت تشبع الأكسجين. معبرًا عنه كنسبة مئوية ، فإن تشبع الأكسجين هو نسبة كمية الأكسجين المرتبطة بالهيموجلوبين ، إلى قدرة الهيموجلوبين على حمل الأكسجين. يتم تحديد قدرة الهيموجلوبين على حمل الأكسجين حسب نوع الهيموجلوبين الموجود في الدم. ترتبط كمية الأكسجين المرتبطة بالهيموجلوبين في أي وقت ، في جزء كبير منها ، بالضغط الجزئي للأكسجين الذي يتعرض له الهيموجلوبين. في الرئتين ، عند السطح البيني السنخي والشعري ، يكون الضغط الجزئي للأكسجين مرتفعًا بشكل نموذجي ، وبالتالي يرتبط الأكسجين بسهولة بالهيموجلوبين الموجود. عندما ينتقل الدم إلى أنسجة الجسم الأخرى التي يكون فيها الضغط الجزئي للأكسجين أقل ، يطلق الهيموجلوبين الأكسجين في الأنسجة لأن الهيموجلوبين لا يمكنه الحفاظ على قدرته الكاملة المقيدة للأكسجين في وجود ضغط جزئي منخفض للأكسجين.

عادةً ما يتم وصف المنحنى بشكل أفضل من خلال مخطط السيني ، باستخدام صيغة من النوع:

يمكن لجزيء الهيموغلوبين أن يربط ما يصل إلى أربعة جزيئات أكسجين بطريقة قابلة للعكس.

ينتج شكل المنحنى عن تفاعل جزيئات الأكسجين المرتبطة مع الجزيئات الواردة. من الصعب ربط الجزيء الأول. ومع ذلك ، فإن هذا يسهل ربط الثاني والثالث والرابع ، ويرجع ذلك إلى التغيير التوافقي المستحث في بنية جزيء الهيموجلوبين الناجم عن ارتباط جزيء الأكسجين.

في أبسط أشكاله ، يصف منحنى تفكك أوكسي هيموغلوبين العلاقة بين الضغط الجزئي للأكسجين (المحور السيني) وتشبع الأكسجين (المحور الصادي). يزداد تقارب الهيموغلوبين للأكسجين مع ارتباط جزيئات الأكسجين المتعاقبة. يرتبط المزيد من الجزيئات مع زيادة الضغط الجزئي للأكسجين حتى يتم الوصول إلى الحد الأقصى للكمية التي يمكن ربطها. مع اقتراب هذا الحد ، يحدث القليل جدًا من الارتباط الإضافي ومستويات المنحنى عندما يصبح الهيموجلوبين مشبعًا بالأكسجين. ومن ثم فإن المنحنى له شكل سيني أو شكل S. عند ضغوط تزيد عن 60 مم زئبق ، يكون منحنى التفكك القياسي مسطحًا نسبيًا ، مما يعني أن محتوى الأكسجين في الدم لا يتغير بشكل كبير حتى مع الزيادات الكبيرة في الضغط الجزئي للأكسجين. للحصول على المزيد من الأكسجين إلى الأنسجة يتطلب نقل الدم لزيادة عدد الهيموجلوبين (وبالتالي القدرة على حمل الأكسجين) ، أو الأكسجين الإضافي الذي من شأنه زيادة الأكسجين المذاب في البلازما. على الرغم من أن ارتباط الأكسجين بالهيموغلوبين يستمر إلى حد ما بالنسبة للضغوط التي تبلغ حوالي 50 مم زئبق ، حيث ينخفض ​​الضغط الجزئي للأكسجين في هذه المنطقة شديدة الانحدار من المنحنى ، يتم تفريغ الأكسجين إلى الأنسجة المحيطية بسهولة حيث يتضاءل تقارب الهيموجلوبين. يُعرف الضغط الجزئي للأكسجين في الدم الذي يكون فيه الهيموجلوبين مشبعًا بنسبة 50٪ ، حوالي 26.6 ملم زئبقي (3.5 كيلو باسكال) للشخص السليم ، باسم P50. تم العثور على P50 هو مقياس تقليدي لتقارب الهيموجلوبين للأكسجين. في حالة وجود مرض أو ظروف أخرى تغير تقارب الهيموجلوبين بالأكسجين وبالتالي تحول المنحنى إلى اليمين أو اليسار ، فإن P50 وفقًا لذلك. زيادة P50 يشير إلى التحول إلى اليمين في المنحنى القياسي ، مما يعني أن ضغطًا جزئيًا أكبر ضروري للحفاظ على تشبع الأكسجين بنسبة 50٪. يشير هذا إلى انخفاض التقارب. على العكس من ذلك ، فإن P أقل50 يشير إلى تحول إلى اليسار وتقارب أعلى.

جزء `` الهضبة '' من منحنى تفكك أوكسي هيموغلوبين هو النطاق الموجود في الشعيرات الدموية الرئوية (الحد الأدنى من انخفاض الأكسجين المنقول حتى p (O)2) 50 مم زئبق).

الجزء `` الحاد '' من منحنى تفكك أوكسي هيموغلوبين هو النطاق الموجود في الشعيرات الدموية الجهازية (انخفاض صغير في الشعيرات الدموية الجهازية p (O2) يمكن أن يؤدي إلى إطلاق كميات كبيرة من الأكسجين للخلايا النشطة في التمثيل الغذائي).

لمعرفة التقاربات النسبية لكل أكسجين متتالي أثناء إزالة / إضافة الأكسجين من / إلى الهيموجلوبين من المنحنى ، قارن الزيادة / النقص النسبي في p (O)2) اللازمة للزيادة / النقص المقابل في s (O2). 69

تتأثر القوة التي يرتبط بها الأكسجين بالهيموغلوبين بعدة عوامل. هذه العوامل تغير أو تعيد تشكيل منحنى تفكك أوكسي هيموغلوبين. يشير التحول إلى اليمين إلى أن الهيموجلوبين قيد الدراسة لديه تقارب منخفض للأكسجين. هذا يجعل من الصعب على الهيموجلوبين الارتباط بالأكسجين (يتطلب ضغطًا جزئيًا أعلى من الأكسجين لتحقيق نفس التشبع بالأكسجين) ، ولكنه يسهل على الهيموجلوبين إطلاق الأكسجين المرتبط به. يؤدي تأثير هذا التحول إلى اليمين في المنحنى إلى زيادة الضغط الجزئي للأكسجين في الأنسجة عندما تكون هناك حاجة ماسة إليه ، مثل أثناء التمرين أو الصدمة النزفية. في المقابل ، يتم إزاحة المنحنى إلى اليسار بعكس هذه الشروط. يشير هذا التحول إلى اليسار إلى أن الهيموغلوبين قيد الدراسة لديه تقارب متزايد للأكسجين بحيث يربط الهيموغلوبين الأكسجين بسهولة أكبر ، لكنه يفرغه على مضض. يعد الانزياح الأيسر للمنحنى علامة على زيادة تقارب الهيموجلوبين للأكسجين (على سبيل المثال في الرئتين). وبالمثل ، يظهر التحول الأيمن تقاربًا منخفضًا ، كما يظهر مع زيادة درجة حرارة الجسم ، أو أيونات الهيدروجين ، أو تركيز 2،3-بيسفوسفوجليسيرات (2،3-BPG) أو تركيز ثاني أكسيد الكربون.

عوامل التحكم يتغيرون تحول المنحنى
درجة حرارة
2،3-BPG
pCO2
حموضة [H +]

  • التحول الأيسر: أعلى O2 التقارب
  • التحول الأيمن: انخفاض O2 التقارب
  • الهيموغلوبين الجنيني يحتوي على نسبة أعلى من O2 تقارب الهيموجلوبين البالغ في المقام الأول بسبب التقارب الشديد الانخفاض إلى 2،3-بيسفوسفوجليسيرات.

يمكن تذكر أسباب التحول إلى اليمين باستخدام ذاكري ، "كاديتالوجه الصحيح! جا2, أسيد ، 2،3-دPG ، [الملاحظة 1] هتمرين و تيإمبيراتور. [2] العوامل التي تحرك منحنى تفكك الأكسجين إلى اليمين هي تلك الحالات الفسيولوجية حيث تحتاج الأنسجة إلى المزيد من الأكسجين. على سبيل المثال ، أثناء التمرين ، تتمتع العضلات بمعدل استقلاب أعلى ، وبالتالي تحتاج إلى المزيد من الأكسجين ، وتنتج المزيد من ثاني أكسيد الكربون وحمض اللاكتيك ، وترتفع درجة حرارتها.

تحرير الأس الهيدروجيني

يؤدي انخفاض الرقم الهيدروجيني (زيادة تركيز H + أيون) إلى تغيير المنحنى القياسي إلى اليمين ، بينما تؤدي الزيادة إلى إزاحته جهة اليسار. يحدث هذا لأنه عند زيادة تركيز أيون H + ، توجد بقايا الأحماض الأمينية المختلفة ، مثل الهيستيدين 146 في الغالب في شكلها البروتوني مما يسمح لها بتكوين أزواج أيونية تعمل على تثبيت deoxyhemoglobin في الحالة T. [3] الحالة T لديها تقارب أقل للأكسجين من الحالة R ، لذلك مع زيادة الحموضة ، يرتبط الهيموغلوبين بكمية أقل من O2 ل P معينO2 (والمزيد H +). يُعرف هذا بتأثير بوهر. [4] يسمى الانخفاض في السعة الكلية لربط الهيموجلوبين بالأكسجين (أي تحويل المنحنى لأسفل ، وليس فقط إلى اليمين) بسبب انخفاض درجة الحموضة ، تأثير الجذر. يظهر هذا في الأسماك العظمية. تقارب ارتباط الهيموجلوبين بـ O2 يكون أعظمه تحت درجة حموضة عالية نسبيًا.

تحرير ثاني أكسيد الكربون

يؤثر ثاني أكسيد الكربون على المنحنى بطريقتين. أولا ، CO2 يتسبب التراكم في تكوين مركبات الكاربامينو من خلال التفاعلات الكيميائية ، والتي ترتبط بالهيموغلوبين مكونًا كربامينوهيموغلوبين. كو2 يعتبر تنظيمًا خيفيًا لأن التثبيط لا يحدث في موقع ارتباط الهيموجلوبين. [5] ثانيًا ، يؤثر على الأس الهيدروجيني داخل الخلايا بسبب تكوين أيون البيكربونات. يعمل تكوين الكاربامينوهيموغلوبين على استقرار الهيموغلوبين في الحالة التائية عن طريق تكوين أزواج أيونية. [3] فقط حوالي 5-10٪ من إجمالي ثاني أكسيد الكربون2 يتم نقل محتوى الدم على شكل مركبات كاربامينو ، بينما (80-90٪) يتم نقلها على هيئة أيونات بيكربونات وكمية صغيرة تذوب في البلازما. سيؤدي تكوين أيون البيكربونات إلى إطلاق بروتون في البلازما ، مما يقلل الرقم الهيدروجيني (زيادة الحموضة) ، والذي يؤدي أيضًا إلى إزاحة المنحنى إلى اليمين كما تمت مناقشته أعلاه.2 تؤدي المستويات في مجرى الدم إلى ارتفاع درجة الحموضة ، وبالتالي توفر شروط ربط أفضل للهيموجلوبين والأكسجين2. هذه آلية مفضلة من الناحية الفسيولوجية ، لأن الهيموغلوبين سوف يسقط المزيد من الأكسجين مع زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون بشكل كبير حيث يحدث تنفس الأنسجة بسرعة والحاجة إلى الأكسجين. [6] [7]

2،3-BPG تحرير

2،3-Bisphosphoglycerate أو 2،3-BPG (المسمى سابقًا 2،3-diphosphoglycerate أو 2،3-DPG - مرجع؟) هو فوسفات عضوي يتكون في خلايا الدم الحمراء أثناء تحلل السكر وهو القاعدة المترافقة لـ 2،3-bisphosphoglyceric حامض. من المحتمل أن يكون إنتاج 2،3-BPG آلية تكيفية مهمة ، لأن الإنتاج يزداد لعدة ظروف في وجود الأنسجة المحيطية المتضائلة O2 التوفر ، مثل نقص تأكسج الدم ، وأمراض الرئة المزمنة ، وفقر الدم ، وفشل القلب الاحتقاني ، من بين أمور أخرى. تؤدي المستويات العالية من 2،3-BPG إلى تحويل المنحنى إلى اليمين (كما في الطفولة) ، بينما تؤدي المستويات المنخفضة من 2،3-BPG إلى حدوث تحول إلى اليسار ، كما هو الحال في حالات مثل الصدمة الإنتانية ونقص فوسفات الدم. [4] في حالة عدم وجود 2،3-BPG ، تزداد ألفة الهيموجلوبين للأكسجين. يعمل 2،3-BPG كمؤثر غير متجانس للهيموجلوبين ، مما يقلل من تقارب الهيموجلوبين للأكسجين عن طريق الارتباط التفضيلي بـ deoxyhemoglobin. يساعد التركيز المتزايد لـ BPG في خلايا الدم الحمراء على تكوين الهيموجلوبين T (مشدود أو متوتر) ، وبالتالي فإن منحنى الارتباط بالأكسجين سوف يتحول إلى اليمين.

تحرير درجة الحرارة

تحرير أول أكسيد الكربون

يرتبط الهيموجلوبين بأول أكسيد الكربون بسهولة 210 مرات أكثر من ارتباطه بالأكسجين. [4] بسبب هذا التقارب العالي للهيموجلوبين بأول أكسيد الكربون مقارنة بالأكسجين ، يعتبر أول أكسيد الكربون منافسًا ناجحًا للغاية والذي سيحل محل الأكسجين حتى في ضغوط جزئية ضئيلة. تفاعل HbO2 + أول أكسيد الكربون → HbCO + O2 يزيح جزيئات الأكسجين بشكل لا رجعة فيه تقريبًا جزيئات الأكسجين المكونة للكربوكسي هيموغلوبين ، ويكون ارتباط أول أكسيد الكربون بمركز الحديد للهيموجلوبين أقوى بكثير من الأكسجين ، ويظل موقع الارتباط مغلقًا لبقية دورة حياة خلايا الدم الحمراء المصابة. [9] مع زيادة مستوى أول أكسيد الكربون ، يمكن أن يعاني الشخص من نقص الأكسجة الحاد في الأنسجة مع الحفاظ على مستوى الأكسجين الطبيعي2 لأن الكربوكسي هيموغلوبين لا يحمل الأكسجين إلى الأنسجة.

آثار ميتهيموغلوبين الدم تحرير

ميتهيموغلوبين الدم هو شكل من أشكال الهيموغلوبين غير الطبيعي حيث يتأكسد مركز الحديد من حالة الأكسدة الحديدية +2 (الشكل الطبيعي) إلى حالة الحديد +3. يتسبب هذا في حدوث تحول يسار في منحنى تفكك الهيموغلوبين الأكسجين ، حيث أن أي هيم متبقي مع الحديدوز المؤكسج (حالة +2) غير قادر على تفريغ الأكسجين المرتبط به في الأنسجة (لأن الحديد 3+ يضعف تعاون الهيموغلوبين) ، وبالتالي زيادة تقاربه مع الأكسجين . ومع ذلك ، فقد زاد الميثيموغلوبين من تقارب السيانيد ، وبالتالي فهو مفيد في علاج التسمم بالسيانيد. في حالات الابتلاع العرضي ، يمكن استخدام النتريت (مثل amyl nitrite) لأكسدة الهيموغلوبين عن عمد ورفع مستويات الميثيموغلوبين ، واستعادة عمل أوكسيديز السيتوكروم. يعمل النتريت أيضًا كموسع للأوعية ، ويعزز الإمداد الخلوي للأكسجين ، كما أن إضافة ملح الحديد يوفر ارتباطًا تنافسيًا للسيانيد الحر باعتباره أيون سداسي فرات (III) خامل كيميائيًا حيويًا ، [Fe (CN)6] 3−. نهج بديل ينطوي على إدارة الثيوسلفات ، وبالتالي تحويل السيانيد إلى ثيوسيانات ، SCN - ، الذي يفرز عبر الكلى. يتشكل الميثيموغلوبين أيضًا بكميات صغيرة عندما يؤدي تفكك أوكسي هيموغلوبين إلى تكوين ميثيموغلوبين وفوق أكسيد ، O2 - بدلاً من المنتجات المعتادة. الأكسيد الفائق هو أحد الجذور الحرة ويسبب ضررًا كيميائيًا حيويًا ، ولكن يتم تحييده عن طريق عمل إنزيم ديسموتاز الفائق.

تأثيرات تحرير ITPP

Myo-inositol trispyrophosphate (ITPP) ، المعروف أيضًا باسم OXY111A ، هو فوسفات إينوزيتول يسبب تحولًا يمينًا في منحنى تفكك الهيموغلوبين الأكسجين من خلال تعديل خيفي للهيموجلوبين داخل خلايا الدم الحمراء. إنه دواء تجريبي يهدف إلى تقليل نقص الأكسجة في الأنسجة. يبدو أن التأثيرات تستمر تقريبًا طالما بقيت خلايا الدم الحمراء المصابة في الدورة الدموية.

يختلف الهيموغلوبين الجنيني (HbF) هيكليًا عن الهيموغلوبين الطبيعي للبالغين (HbA) ، مما يعطي HbF تقاربًا أعلى للأكسجين من HbA. يتكون HbF من سلسلتي ألفا واثنين من سلاسل جاما بينما يتكون HbA من سلسلتين ألفا وسلسلتين بيتا. يتم تحويل منحنى تفكك الجنين إلى اليسار بالنسبة لمنحنى الشخص البالغ الطبيعي بسبب هذه الاختلافات الهيكلية.

عادة ، يكون ضغط الأكسجين الشرياني للجنين أقل من ضغط الأكسجين الشرياني لدى البالغين. ومن ثم فإن التقارب العالي لربط الأكسجين مطلوب عند مستويات أقل من الضغط الجزئي في الجنين للسماح بانتشار الأكسجين عبر المشيمة. في المشيمة ، يوجد تركيز أعلى من 2،3-بي بي جي يتكون ، ويرتبط 2،3-بي بي جي بسهولة بسلاسل بيتا بدلاً من سلاسل ألفا. نتيجة لذلك ، يرتبط 2،3-BPG بقوة أكبر بالهيموجلوبين البالغ ، مما يؤدي إلى إطلاق HbA المزيد من الأكسجين لامتصاصه من قبل الجنين ، الذي لا يتأثر HbF بـ 2،3-BPG. [10] يقوم HbF بعد ذلك بتوصيل الأكسجين المرتبط إلى الأنسجة التي لديها ضغوط جزئية أقل حيث يمكن إطلاقه.


2،3-BPG

الجزيء الآخر الذي يفضل إطلاق الأكسجين بواسطة الهيموجلوبين هو 2،3- ثنائي فوسفوجليسيرات (يُسمى أيضًا 2،3-BPG أو BPG فقط - الشكل 4.2.5). مثل البروتونات وثاني أكسيد الكربون ، يتم إنتاج 2،3-BPG عن طريق أنسجة تتنفس بنشاط ، كمنتج ثانوي لعملية التمثيل الغذائي للجلوكوز. يتلاءم جزيء 2،3-BPG مع & lsquohole من الكعكة و rsquo من الهيموجلوبين البالغ. يفضل هذا الارتباط لـ 2،3-BPG حالة T (ارتباط محكم - منخفض الأكسجين) للهيموجلوبين ، الذي يقلل من تقارب الأكسجين. في حالة عدم وجود 2،3-BPG ، يمكن أن يوجد الهيموجلوبين بسهولة أكبر في حالة R (الاسترخاء - ارتباط أعلى بالأكسجين) ، والتي لها انجذاب كبير للأكسجين.

الشكل 4.2.5: 2،3- بيسفوسفوجليسيرات

أول أكسيد الكربون

ثاني أكسيد الكربون هو غاز شديد السمية بدون لون ورائحة. ينتج عادة عن الاحتراق الجزئي للمركبات المحتوية على الكربون. يتنافس مع الأكسجين لربط الهيموجلوبين. تقاربها ملزم هو


البروتينات الليفية - البنية الثانوية

تتكون البروتينات التي يكون لأدوارها الخلوية أو خارج الخلية مكونًا هيكليًا قويًا بشكل أساسي من بنية أولية وثانية ، مع القليل من طي السلاسل. وبالتالي ، لديهم القليل جدًا من البنية الثلاثية وهي ليفية بطبيعتها. عادة ما تكون البروتينات التي تظهر هذه الصفات غير قابلة للذوبان في الماء ويشار إليها بالبروتينات الليفية (وتسمى أيضًا البروتينات الصلبة). تم العثور على الأمثلة الموصوفة في هذه الفئة حصريًا في الحيوانات حيث تؤدي أدوارًا في اللحم والأنسجة الضامة والهياكل الخارجية الصلبة ، مثل الشعر. كما أنها تحتوي على ثلاثة تراكيب بروتينية ليفية شائعة وقفازات ألفا (كيراتين) وخيوط / صفائح بيتا (فيبروين وأمبير إيلاستين) وحلزون ثلاثي (كولاجين).البروتينات الليفية لها بعض القواسم المشتركة في تسلسل الأحماض الأمينية. يمتلك كل منها عددًا كبيرًا من التسلسلات المتكررة للأحماض الأمينية مع مجموعات جانبية صغيرة غير تفاعلية. يحتوي العديد منها على تكرارات قصيرة من التسلسلات ، غالبًا مع الجلايسين.

الشكل 2.56 - قرون إمبالا تتكون من الكيراتين ويكيبيديا

الكيراتين هي عائلة من البروتينات الحيوانية ذات الصلة والتي تتخذ أشكالًا عديدة. & alpha-keratins هي مكونات هيكلية للطبقة الخارجية من جلد الإنسان وهي جزء لا يتجزأ من الشعر والأظافر والمخالب والريش والمناقير والمقاييس والحوافر. توفر الكيراتين قوة للأنسجة ، مثل اللسان ، ويتم ترميز أكثر من 50 كيراتينًا مختلفًا في الجينوم البشري. على المستوى الخلوي ، تتكون الكيراتين من الخيوط الوسيطة للهيكل الخلوي. & alpha- keratins تحتوي بشكل أساسي على & alpha-helices ، ولكن يمكن أن تحتوي أيضًا على هياكل بيتا ستراند / صفائح. غالبًا ما تتشابك الحلزونات الفردية والألفا لتشكيل ملفات من الهياكل الملفوفة ويمكن أيضًا ربط هذه الخيوط معًا بواسطة روابط ثاني كبريتيد ، مما يزيد من القوة الهيكلية إلى حد كبير. هذا مهم بشكل خاص لـ & alpha-keratin في الشعر الذي يحتوي على حوالي 14٪ سيستين. تنبع رائحة الشعر المحروق ورائحة المواد الكيميائية المستخدمة في تجعيد / فك الشعر (تكسير / إعادة تكوين روابط ثاني كبريتيد) من مكوناتها الكبريتية. وبيتا كيراتين تتكون من صفائح بيتا ، كما يوحي اسمها.

الشكل 2.57 - تكرار تسلسل الأحماض الأمينية للفيبروين

بروتين ليفي غير قابل للذوبان وهو أحد مكونات حرير العناكب ويرقات العث والحشرات الأخرى ، يتكون الفيبروين من خيوط بيتا ومضادة للتوازي معبأة بإحكام معًا لتكوين صفائح بيتا. الهيكل الأساسي للفيبروين هو تسلسل قصير مكرر مع الجلايسين في كل بقايا أخرى (الشكل 2.57). تسمح مجموعات R الصغيرة من الجلايسين والألانين في تسلسل التكرار بخاصية التعبئة الضيقة لألياف الحرير. رابط ويكيبيديا هنا الإيلاستين كما يقترح اسمه ، الإيلاستين هو بروتين ذو خصائص مرنة يعمل في العديد من أنسجة الجسم للسماح لها باستئناف أشكالها بعد التمدد أو الانقباض. البروتين غني بالجليسين والبرولين ويمكن أن يشكل أكثر من 50٪ من وزن الشرايين الجافة المنزوعة الدهن.

الشكل 2.58 - نسج الساري الحريري ويكيبيديا

الشكل 2.59 - Desmosine Wikipedia

يتم تصنيعه عن طريق ربط بروتينات التروبولاستين معًا من خلال بقايا اللايسين لإنشاء مركب متشابك متشابك بواسطة ديسموسين. في الشرايين ، يساعد الإيلاستين في انتشار موجات الضغط لتسهيل تدفق الدم.

الشكل 2.60 - ويكيبيديا Collagen & rsquos triple helix

الكولاجين هو البروتين الأكثر وفرة في الثدييات ، حيث يحتل ما يصل إلى ثلث الكتلة الكلية. هناك ما لا يقل عن 16 نوعًا من الكولاجين. تعتبر أليافها مكونًا رئيسيًا للأوتار وتوجد أيضًا بكثرة في الجلد. الكولاجين بارز أيضًا في القرنية والغضاريف والعظام والأوعية الدموية والأمعاء.

تعتبر بنية الكولاجين و rsquos مثالًا على الحلزون اللولبي ، الذي يتكون من ثلاث سلاسل حلزونية باليد اليسرى يتم لف كل منها معًا بطريقة اليد اليمنى لصنع ألياف الكولاجين (الشكل 2.60). يمتد كل حلزون أكثر من & alpha-helix ، مما يمنحه مظهرًا ممتدًا. في داخل الهيكل الحلزوني الثلاثي ، تم العثور على بقايا الجلايسين فقط ، لأن السلاسل الجانبية للأحماض الأمينية الأخرى ضخمة جدًا. سلاسل الكولاجين لها بنية متكررة glycinem-n حيث m غالبًا عبارة عن برولين و n غالبًا هيدروكسي برولين (الشكل 2.61).

الشكل 2.61 - تكرار التتابعات في الكولاجين

يتم تصنيع الكولاجين في شكل ما قبل البروكولاجين. ينتج عن معالجة ما قبل البروكولاجين في الشبكة الإندوبلازمية الارتباط بالجليكوزيل ، وإزالة تسلسل & lsquopre & rsquo ، والهيدروكسيل لمخلفات الليسين والبرولين (انظر أدناه). يمكن أن تشكل الهيدروكسيدات روابط تساهمية متقاطعة مع بعضها البعض ، مما يقوي ألياف الكولاجين. كما يتم تصدير الكولاجين المحترف من الخلية ، يقوم البروتياز بتقليصه ، مما ينتج عنه شكل نهائي من الكولاجين يسمى تروبوكولاجين.

الهيدروكسيل

يحدث الهيدروكسيل في السلاسل الجانبية للبرولين والليسين بعد متعدية في تفاعل محفز بواسطة برولايل -4 هيدروكسيلاز وليزيل هيدروكسيلاز (ليسيل أوكسيديز) ، على التوالي. يتطلب التفاعل فيتامين سي. نظرًا لأن الهيدروكسيل لهذه المخلفات ضروري لتكوين حلزونات ثلاثية مستقرة في درجة حرارة الجسم ، يؤدي نقص فيتامين ج إلى ضعف الكولاجين وعدم استقراره ، وبالتالي ضعف الأنسجة الضامة. وهو سبب المرض المعروف باسم الاسقربوط. يستخدم الكولاجين المتحلل في صناعة الجيلاتين ، وهو أمر مهم في صناعة الأغذية. الكولاجين. رابط ويكيبيديا هنا

الشكل 2.62 - الأكسدة والربط المتبادل لبقايا الليسين في التروبوكولاجين. يتم عرض خيطين فقط من الحلزون الثلاثي للبساطة صورة Aleia Kim

اللامينات عبارة عن بروتينات ليفية توفر بنية في نواة الخلية وتلعب دورًا في تنظيم النسخ. إنها تشبه البروتينات التي تشكل الخيوط الوسيطة ، ولكنها تحتوي على أحماض أمينية إضافية في ملف واحد من البروتين. تساعد اللامينات في تكوين الصفيحة النووية في داخل الغلاف النووي وتلعب أدوارًا مهمة في تجميع وتفكيك الأخير في عملية الانقسام الفتيلي. كما أنها تساعد على وضع المسام النووية. في عملية الانقسام الفتيلي ، يتم تعزيز تفكيك الغلاف النووي عن طريق فسفرة اللامينات بواسطة بروتين يسمى عامل تعزيز الانقسام ويفضل التجميع عن طريق عكس التفاعل (نزع الفسفرة).

المجالات الهيكلية - الهيكل الثالث

يعتمد كل بروتين كروي على هيكله الثلاثي لأداء وظيفته ، لذلك بدلاً من محاولة العثور على بروتينات تمثيلية للبنية الثلاثية (مهمة شبه مستحيلة!) ، نركز هنا على عدد قليل من عناصر البنية الثلاثية المشتركة بين العديد من البروتينات. هذه هي المجالات الهيكلية وتختلف عن الأشكال الهيكلية للبنية فوق الثانوية من خلال كونها أكبر (25-500 من الأحماض الأمينية) ، ولها تسلسل حمض أميني محفوظ ، وتاريخ من التطور والعمل بشكل مستقل عن سلاسل البروتين الموجودة فيها. المجالات الهيكلية هي وحدات أساسية للبنية الثلاثية وتوجد في أكثر من بروتين واحد. المجال الهيكلي هو استقرار ذاتي وغالبًا ما يتم طيه بشكل مستقل عن بقية سلسلة البروتين.

سحاب Leucine

الشكل 2.63 - سحاب Leucine مرتبط بـ DNA Wikipedia

سمة مشتركة للعديد من البروتينات الرابطة للحمض النووي حقيقية النواة ، تتميز سحابات الليوسين بمجموعة متكررة من بقايا الليوسين في البروتين الذي يتفاعل مثل السوستة لصالح الثنائيات. يحتوي جزء آخر من المجال على أحماض أمينية (عادةً أرجينين وليسين) تسمح له بالتفاعل مع الحلزون المزدوج للحمض النووي (الشكل 2.63). تشمل عوامل النسخ التي تحتوي على سحابات الليوسين Jun-B و CREB و AP-1 fos / jun.

الشكل 2.64 - هيكل سحاب Leucine. يشار إلى Leucines بواسطة كرات برتقالية وأرجوانية. صورة بينيلوب ايرفينغ

أصابع الزنك

أقصر المجالات الهيكلية هي أصابع الزنك ، والتي اشتق اسمها من حقيقة أن واحدًا أو أكثر من أيونات الزنك المنسقة تعمل على تثبيت هيكلها الشبيه بالأصابع. على الرغم من اسمها ، فإن بعض أصابع الزنك لا تربط الزنك. هناك العديد من المجالات الهيكلية المصنفة كأصابع الزنك ويتم تجميعها في عائلات مختلفة. تم تحديد أصابع الزنك لأول مرة كمكونات لعوامل النسخ المرتبطة بالحمض النووي ، ولكن من المعروف الآن أن آخرين يربطون الحمض النووي الريبي والبروتين وحتى الهياكل الدهنية. تلعب السلاسل الجانبية للسيستين والهيستيدين دورًا في تنسيق الزنك.

Src SH2 نطاق

الشكل 2.65 - ويكيبيديا مجال SH2

يحتوي بروتين الأورام Src على SH محفوظ2المجال الهيكلي الذي يتعرف ويربط سلاسل التيروزين الجانبية الفسفورية في البروتينات الأخرى (الشكل 2.65). تعتبر الفسفرة نشاطًا أساسيًا في إرسال الإشارات وفسفرة التيروزين والتفاعل بين البروتينات الحاملة للإشارات ضروري للغاية للاتصال الخلوي. إن SH2تم العثور على المجال في أكثر من 100 بروتين بشري.

مجال الحلزون بدوره الحلزون

الشكل 2.66 - مجال Helix-Turn-Helix لبروتين مرتبط بـ DNA Wikipedia

Helix-turn-helix هو مجال شائع موجود في بروتينات ربط الحمض النووي ، ويتألف من حلزوني ألفا وألفا مفصولين بعدد صغير من الأحماض الأمينية. كما هو موضح في الشكل 2.66 ، تتفاعل الأجزاء الحلزونية للمجال الهيكلي مع القواعد الموجودة في الأخدود الرئيسي للحمض النووي. تعد الحلزونات الفردية والألفا في البروتين جزءًا من هيكل اللولب الحلزوني ، حيث يفصل الدور الحلزون الفردي.

مجال التماثل Pleckstrin

مجالات Pleckstrin Homology (PH) هي مجالات بروتينية لها وظائف مهمة في عملية إرسال الإشارات. ينشأ هذا جزئيًا عن تقارب inositides الفسفرة الملزمة ، مثل PIP2 و PIP3 ، الموجودان في الشكل 2.66 - مجال Helix-Turn-Helix لبروتين مرتبط بـ DNA Wikipedia الشكل 2.65 - SH 2 المجال الأغشية البيولوجية ويكيبيديا. يمكن أن ترتبط نطاقات PH أيضًا ببروتينات G وبروتين كيناز C. يمتد المجال حول الأحماض الأمينية ويوجد في العديد من بروتينات الإشارة. وتشمل هذه Akt / Rac Serine / Threonine Protein Kinases و Btk / ltk / Tec tyrosine protein kinases وركيزة مستقبلات الأنسولين (IRS-1) و Phosphatidylinositolspecific phospholipase C والعديد من بروتينات الخميرة المشاركة في تنظيم دورة الخلية.

الشكل 2.67 - مجال التماثل البليكسترين لـ Btk بروتين كيناز التيروزين. البروتين مضمن في غشاء (فوق الخط الأزرق) ويكيبيديا

البروتينات الكروية الهيكلية

تحفز الإنزيمات التفاعلات والبروتينات مثل الهيموجلوبين تؤدي وظائف متخصصة مهمة. أدى الانتقاء التطوري إلى تقليل النفايات والقضاء عليها حتى نتمكن من التأكد من أن كل بروتين في الخلية له وظيفة ، على الرغم من أننا في بعض الحالات قد لا نعرف ما هو. في بعض الأحيان ، تكون بنية الشكل 2.68 - علاقة الغشاء القاعدي بالظهارة ، والبطانة ، و tein النسيج الضام هي وظيفتها الأساسية لأن الهيكل يوفر الاستقرار ، والتنظيم ، والوصلات ذات الخصائص الهامة الأخرى. ومن هذا المنطلق نقدم البروتينات التالية.

الغشاء القاعدي

الغشاء القاعدي عبارة عن مصفوفة خارج الخلية من الأنسجة تتكون من ألياف البروتين (النوع الرابع من الكولاجين) والجليكوزامينوجليكان الذي يفصل الظهارة عن الأنسجة الأخرى (الشكل 2.68). الأهم من ذلك ، أن الغشاء القاعدي يعمل مثل الغراء لتثبيت الأنسجة معًا. الجلد ، على سبيل المثال ، يرتكز على باقي الجسم بواسطة الغشاء القاعدي. توفر الأغشية القاعدية واجهة تفاعل بين الخلايا والبيئة المحيطة بها ، مما يسهل عمليات إرسال الإشارات. يلعبون أدوارًا في التمايز أثناء التطور الجنيني وأيضًا في الحفاظ على الوظيفة في الكائنات الحية البالغة.

الشكل 2.68 - علاقة الغشاء القاعدي بالظهارة والبطانة والنسيج الضام

الأكتين هو البروتين الكروي الأكثر وفرة في معظم أنواع الخلايا حقيقية النواة ، ويشكل ما يصل إلى 20٪ من وزن خلايا العضلات. تم التعرف على بروتينات مماثلة في البكتيريا (MreB) والآثار (Ta0583). الأكتين هو وحدة فرعية أحادية قادرة على البلمرة بسهولة إلى نوعين مختلفين من الخيوط. تعتبر الألياف الدقيقة مكونًا رئيسيًا في الهيكل الخلوي ويتم تفعيلها بواسطة الميوسين في تقلص خلايا العضلات (انظر هنا). سيتم مناقشة الأكتين بمزيد من التفصيل في القسم التالي هنا.

المتوسطة الشعيرات

الشكل 2.69 - تجميع الخيوط الوسيطة

الخيوط الوسيطة هي جزء من الهيكل الخلوي في العديد من الخلايا الحيوانية وتتألف من أكثر من 70 بروتينًا مختلفًا. يطلق عليهم اسم وسيط لأن حجمهم (متوسط ​​القطر = 10 نانومتر) يقع بين حجم الألياف الدقيقة (7 نانومتر) والأنابيب الدقيقة (25 نانومتر).

تشتمل مكونات الخيوط الوسيطة على البروتينات الليفية ، مثل الكيراتين والفيتامينات النووية ، وكذلك الأشكال السيتوبلازمية. تعطي الخيوط الوسيطة المرونة للخلايا بسبب خصائصها الفيزيائية. يمكن ، على سبيل المثال ، أن تتمدد إلى عدة مرات من طولها الأصلي.

هناك ستة أنواع مختلفة من الخيوط الوسيطة. النوع الأول والثاني حمضي أو قاعدي ويجذبان بعضهما البعض لصنع خيوط أكبر. وهي تشمل الكيراتين الظهاري والكيراتين ثلاثي الخلايا (مكونات الشعر). تشتمل بروتينات النوع الثالث على أربعة بروتينات هيكلية - desmin و GFAP (بروتين حمضي ليفي دبقي) و peripherin و vimentin. النوع الرابع هو أيضًا مجموعة من ثلاثة بروتينات وهيكل واحد متعدد البروتينات (خيوط عصبية). البروتينات الثلاثة هي & alpha-internexin و synemin و syncoilin. تشمل الخيوط الوسيطة من النوع الخامس اللامينات ، والتي تعطي بنية للنواة. تؤدي فسفرة اللامينات إلى تفكيكها وهذا أمر مهم في عملية الانقسام الفتيلي. تتضمن فئة النوع السادس بروتينًا واحدًا يُعرف باسم nestin.

النوع الثالث من الخيوط الموجودة في الخلايا هو نوع الميكروبات. تتكون من بوليمر مكون من وحدتين من بروتين كروي يسمى توبولين ، وتوفر الأنابيب الدقيقة & ldquorails & rdquo للبروتينات الحركية لنقل العضيات وغيرها من أجزاء الخلية إلى جزء آخر. تتم مناقشة الأنابيب الدقيقة والتوبولين بمزيد من التفصيل هنا.

Vimentin (الشكل 2.70) هو البروتين الأكثر انتشارًا من الخيوط الوسيطة. يتم التعبير عنها في الخلايا الليفية ، الكريات البيض ، والخلايا البطانية للأوعية الدموية. يلعب البروتين دورًا مهمًا في الحفاظ على موضع العضيات في السيتوبلازم ، مع ارتباطات بالنواة والميتوكوندريا والشبكة الإندوبلازمية (الشكل 2.70). يوفر Vimentin مرونة للخلايا ومرونة لا تنشأ من الأنابيب الدقيقة أو الألياف الدقيقة. تعيش الفئران المصابة التي تفتقر إلى جين الفيمنتين على قيد الحياة ، ولكنها تستغرق وقتًا أطول للشفاء من الجروح مقارنة بالفئران البرية. يتحكم Vimentin أيضًا في حركة الكوليسترول من الجسيمات الحالة إلى موقع الأسترة. والنتيجة هي انخفاض في كمية الكوليسترول المخزنة داخل الخلايا ولها آثار على خلايا الغدة الكظرية ، والتي يجب أن تحتوي على إسترات الكوليسترول.

الشكل 2.70 - الفيمنتين في الخلايا ويكيبيديا

الميوسين عبارة عن مجموعة من البروتينات الموجودة في الأنسجة الظهارية الحيوانية التي تحتوي على العديد من بقايا الجليكوزيل ، وعادة ما تكون ذات وزن جزيئي مرتفع (1 إلى 10 مليون دا). فهي تشبه الهلام في طبيعتها وغالبًا ما تستخدم للتزييت. يتكون المخاط من مخاط. بالإضافة إلى التزليق ، يساعد الميوسين أيضًا في التحكم في التمعدن ، مثل تكوين العظام في الكائنات الحية الفقارية والتكلس في شوكيات الجلد. كما أنها تلعب أدوارًا في جهاز المناعة من خلال المساعدة في تقييد مسببات الأمراض. يُفرز الميوسين عادة على الأسطح المخاطية (فتحات الأنف ، العيون ، الفم ، الأذنين ، المعدة ، الأعضاء التناسلية ، فتحة الشرج) أو في السوائل ، مثل اللعاب. بسبب ارتباطها بالغشاء المخاطي الواسع ، تحتوي الميوسينات على كمية كبيرة من الماء (مما يمنحها الإحساس & ldquoslimy & rdquo) ومقاومة لتحلل البروتين.

الشكل 2.71 - خيوط أكتين (خضراء) متصلة بالفينكولين في التصاق بؤري (أحمر) ويكيبيديا

الفينكولين (الشكل 2.72) هو بروتين هيكلي خلوي غشائي موجود في هياكل الالتصاق البؤري لخلايا الثدييات. يوجد في تقاطعات الخلية الخلوية والمصفوفة الخلوية ويتفاعل مع الإنتغرينات والتالين والباكسلين و F-actin. يُعتقد أن الفينكولين يساعد (جنبًا إلى جنب مع البروتينات الأخرى) في تثبيت الأغشية الدقيقة للأكتين في الغشاء (الشكل 2.71). يتم تنظيم ارتباط الفينكولين بالأكتين والتالين بواسطة عديد الفوسفوينوسيتيدات ويمكن تثبيطه بواسطة الدهون الفوسفورية الحمضية.

الشكل 2.72 - فينكولين ويكيبيديا

Syndecans هي بروتينات عبر الغشاء تقوم بتمرير واحد بسلسلة طويلة من الأحماض الأمينية (24-25 بقايا) عبر أغشية البلازما وتسهل مستقبلات G البروتينية والتفاعل مع الشكل 2.71 - خيوط أكتين (خضراء) متصلة بالفينكولين في التصاق بؤري (أحمر) روابط ويكيبيديا ، مثل عوامل النمو ، الفبرونيكتين ، الكولاجين (الأول والثالث والرابع) ومضاد الثرومبين -1. عادة ما يكون لدى Syndecans 3-5 سلاسل كبريتات هيباران وكبريتات شوندروتن مرتبطة بها.

يمكن شطر كبريتات الهيبارين في موقع الجرح وتحفيز عمل عامل نمو الخلايا الليفية في عملية الشفاء. يظهر دور المتلازمات في التصاق الخلايا الخلوية في الخلايا الطافرة التي تفتقر إلى المتلازمة الأولى والتي لا تلتصق جيدًا ببعضها البعض. ومن المعروف أيضًا أن Syndecan 4 يلتزم بالإنتجرين. يمكن أن يمنع Syndecans انتشار الأورام من خلال قدرة المجال الخارجي الخاص بـ syndecan 1 على قمع نمو الخلايا السرطانية دون التأثير على الخلايا الظهارية الطبيعية.

الشكل 2.73 - مونومر ديفينسين (أعلى) وثنائي (أسفل) - بقايا كاتيونية في بقايا زرقاء كارهة للماء باللون البرتقالي ، وبقايا أنيونية في ويكيبيديا الحمراء

Defensins (الشكل 2.73) عبارة عن مجموعة من البروتينات الكاتيونية الصغيرة (الغنية بمخلفات السيستين) التي تعمل كببتيدات دفاع مضيفة في الكائنات الحية الفقارية واللافقارية. إنها تحمي من العدوى بالبكتيريا والفطريات والفيروسات المختلفة. يحتوي Defensins على ما بين 18 و 45 من الأحماض الأمينية مع (نموذجيًا) حوالي 6-8 بقايا سيستين. في جهاز المناعة ، يساعد الديفينسين على قتل البكتيريا التي تبتلعها الخلايا الظهارية والعدلات. يقتلون 120 شكل 2.72 - بكتيريا فينكولين ويكيبيديا من خلال العمل مثل الأيونوفور - ربط الغشاء وفتح هياكل تشبه المسام لإطلاق الأيونات والمواد المغذية من الخلايا.

التصاقات بؤرية

في الخلية ، الالتصاقات البؤرية عبارة عن هياكل تحتوي على بروتينات متعددة تربط ميكانيكيًا هياكل الهيكل الخلوي (حزم الأكتين) بالمصفوفة خارج الخلية. إنها ديناميكية ، حيث تجلب البروتينات وتغادر بإشارات تتعلق بدورة الخلية وحركة الخلية وأكثر بشكل مستمر تقريبًا. تعمل الالتصاقات البؤرية كمثبتات وكمحور إشارات في المواقع الخلوية حيث تربط الإنتجرينات الجزيئات وحيث تحدث أحداث تجمع الغشاء. تم العثور على أكثر من 100 بروتين مختلف في التصاقات البؤرية.

تعمل الالتصاقات البؤرية على توصيل رسائل مهمة إلى الخلايا ، حيث تعمل كمستشعرات لتحديث المعلومات حول حالة المصفوفة خارج الخلية ، والتي بدورها تضبط / تؤثر على أفعالها. في الخلايا المستقرة ، تكون أكثر ثباتًا من الخلايا المتحركة لأنه عندما تتحرك الخلايا ، يتم إنشاء اتصالات الالتصاق البؤري في & ldquofront & rdquo وإزالتها في الخلف مع تقدم الحركة. يمكن أن يكون هذا مهمًا جدًا في خلايا الدم البيضاء والقدرة على اكتشاف تلف الأنسجة.

الشكل 2.74 - مجال ربط الغشاء Ankyrin و rsquos

Ankyrins (الشكل 2.74) هي عائلة من بروتينات محول الغشاء التي تعمل كـ & ldquoanchors & rdquo لربط بروتينات الغشاء المتكامل بالهيكل الخلوي لغشاء سبيكترين أكتين. ترتكز Ankyrins على غشاء البلازما عن طريق palmitoyl-CoA المرتبط تساهميًا. ترتبط بالوحدة الفرعية & بيتا من سبيكترين وما لا يقل عن اثنتي عشرة مجموعة من بروتينات الغشاء المتكاملة. تحتوي بروتينات ankyrin على أربعة مجالات وظيفية: منطقة N-terminal مع 24 تكرار ankyrin ترادفيًا ، ومجال ربط سبيكترين مركزي ، ومجال & ldquodeath & rdquo يتفاعل مع بروتينات موت الخلايا المبرمج ، ومجال تنظيمي C- طرفي متنوع بشكل كبير بين أنواع مختلفة من ankyrins.

الشكل 2.75 - سبكترين وبروتينات أخرى في الهيكل الخلوي ويكيبيديا

Spectrin (الشكلان 2.75 و amp 2.76) هو بروتين من الهيكل الخلوي الخلوي يلعب دورًا مهمًا في الحفاظ على هيكله وسلامة غشاء البلازما. في الحيوانات ، يعطي سبكترين شكل خلايا الدم الحمراء. يقع Spectrin داخل الطبقة الداخلية من غشاء البلازما حقيقية النواة حيث يشكل شبكة من الترتيبات الخماسية أو السداسية.

تتجمع ألياف Spectrin معًا في مجمعات الوصل من الأكتين وترتبط أيضًا بـ ankyrin لتحقيق الاستقرار ، بالإضافة إلى العديد من بروتينات الغشاء المتكاملة ، مثل glycophorin.

الشكل 2.76 - سبكترين (أخضر) ونوى (أزرق) ويكيبيديا

الشكل 2.77 - إنتجرين وموقع الربط الخاص به (أعلى اليسار) ويكيبيديا

في الكائنات متعددة الخلايا ، تحتاج الخلايا إلى وصلات ، سواء مع بعضها البعض أو بالمصفوفة خارج الخلية. تسهيل هذه المرفقات في الطرف الخلوي هي بروتينات عبر الغشاء تعرف باسم الإنتغرينات (الشكل 2.77). تم العثور على Integrins في جميع خلايا metazoan. تشمل الروابط الخاصة بالإنتجرينات الكولاجين والفيبرونيكتين واللامينين والفيترونكتين. لا تعمل الإنتغرينات فقط في التعلق ، ولكن أيضًا في التواصل ، وترحيل الخلايا ، والارتباطات الفيروسية (الفيروس الغدي ، على سبيل المثال) ، وتجلط الدم. إن Integrins قادرة على استشعار الإشارات الكيميائية والميكانيكية حول المصفوفة خارج الخلية ونقل تلك المعلومات إلى المجالات داخل الخلايا كجزء من عملية نقل الإشارة. داخل الخلايا ، تؤثر الاستجابات للإشارات على شكل الخلية ، وتنظيم دورة الخلية ، والحركة ، أو التغيرات في مستقبلات الخلايا الأخرى في الغشاء. هذه العملية ديناميكية وتسمح بالاستجابات السريعة التي قد تكون ضرورية ، على سبيل المثال في عملية تخثر الدم ، حيث يرتبط الإنتجرين المعروف باسم GPIbIIIa (على سطح الصفائح الدموية) بالفيبرين في الجلطة أثناء تطوره.

تعمل الإنتغرينات جنبًا إلى جنب مع المستقبلات الأخرى ، بما في ذلك الغلوبولين المناعي ، وجزيئات التصاق الخلايا الأخرى ، والكادرينات ، والسيليكاتين ، والسانديكان. تحتوي البروتينات في الثدييات على عدد كبير من الوحدات الفرعية - 18 وسلاسل ألفا و 8 وسلاسل بيتا. إنها جسر يربط بين روابطها خارج الخلية بالمصفوفة خارج الخلية (ECM) وروابطها داخل الخلية بالهيكل الخلوي. تلعب Integrins دورًا مركزيًا في تكوين واستقرار التصاقات البؤرية. هذه مجمعات جزيئية كبيرة تنشأ عن تجميع وصلات إنتغرين-إي سي إم. في عملية الحركة الخلوية ، يُنشئ الإنتجرينات في مقدمة الخلية & ldquofront & rdquo (في اتجاه الحركة) ، مرفقات جديدة للركيزة وتحرر وصلات إلى الركيزة في الجزء الخلفي من الخلية. يتم بعد ذلك توطين هذه الإنتغرينات الأخيرة وإعادة استخدامها.

تساعد Integrins أيضًا على تعديل نقل الإشارة من خلال مستقبلات التيروزين كيناز في غشاء الخلية عن طريق تنظيم حركة المحولات إلى غشاء البلازما. & beta1c intel ، على سبيل المثال ، يقوم بتجنيد Shp2 phosphatase لمستقبل عامل نمو الأنسولين ليجعله ينزع الفسفرة ، وبالتالي يوقف الإشارة التي ينقلها. يمكن أن تساعد Integrins أيضًا في تجنيد جزيئات الإشارة داخل الخلية لتنشيط كينازات التيروزين لمساعدتها على توصيل إشاراتها.

الشكل 2.78 - المجال الخارجي خارج الخلية لكادرين

يشكل Cadherins (الشكل 2.78) فئة من النوع الأول من بروتينات الغشاء التي تلعب أدوارًا مهمة في التصاق الخلية. تتطلب أيونات الكالسيوم لتعمل ، وتشكل وصلات ملتصقة تربط الأنسجة ببعضها البعض (انظر الشكل 2.69). سوف تتجمع الخلايا من نوع كاديرين معين بشكل تفضيلي مع بعضها البعض في تفضيل الاقتران بالخلايا التي تحتوي على نوع كاديرين مختلف. Caderins هي مستقبلات وأماكن لربط الروابط. أنها تساعد في تحديد المواقع المناسبة للخلايا في التنمية ، وفصل طبقات الأنسجة المختلفة ، وهجرة الخلايا.

الشكل 2.79 - سيليكتين مرتبط بسكر ويكيبيديا

Selectins (الشكل 2.79) عبارة عن بروتينات سكرية التصاق الخلايا التي ترتبط بجزيئات السكر. على هذا النحو ، فهي نوع من الليكتين - البروتينات التي تربط بوليمرات السكر (انظر هنا أيضًا). تحتوي جميع سيليكتينات على مجال لكتين يعتمد على الكالسيوم N- طرفي ، ومجال عبر غشاء واحد ، وذيل خلوي داخل الخلايا.

هناك ثلاثة أنواع مختلفة من سيليكتينز ، 1) إي سيليكتين (بطاني) 2) L (الخلايا الليمفاوية و 3) ف (الصفائح الدموية والخلايا البطانية. يعمل السيليكاتين في الخلايا اللمفاوية الموجبة (التصاق الخلايا الليمفاوية في الدم بالخلايا في الأعضاء اللمفاوية) ، في حالة الالتهاب العمليات ، وفي ورم خبيث السرطان. بالقرب من موقع الالتهاب ، يتفاعل P-selectin على سطح خلايا الشعيرات الدموية مع البروتينات السكرية على أسطح خلايا الكريات البيض. وهذا له تأثير على إبطاء حركة الكريات البيض. في الموقع المستهدف للالتهاب ، E- selectin الموجود على الخلايا البطانية للأوعية الدموية و L-selectin الموجود على سطح الكريات البيض يرتبط بالكربوهيدرات الخاصة بكل منها ، مما يوقف حركة الكريات البيض ، ثم تعبر الكريات البيض جدار الأوعية الدموية وتبدأ الاستجابة المناعية. في العمليات الالتهابية للربو والصدفية والتصلب المتعدد والتهاب المفاصل الروماتويدي.

اللامينين عبارة عن بروتينات سكرية مصفوفة خارج الخلية مكونة رئيسية من الصفيحة القاعدية وتؤثر على تمايز الخلايا ، والهجرة ، والالتصاق. يتم إفرازها في المصفوفة خارج الخلية حيث يتم دمجها وهي ضرورية لصيانة الأنسجة والبقاء على قيد الحياة. عندما يكون اللامينين معيبًا ، قد لا تتشكل العضلات بشكل صحيح مما يؤدي إلى ضمور العضلات.

ترتبط اللامينين ببروتينات الفبرونكتين والإنتاكتين والبيرليكان في شبكات الكولاجين من النوع الرابع وترتبط بمستقبلات الإنتجرين في غشاء البلازما. نتيجة لذلك ، يساهم اللامينين في الارتباط الخلوي والتمايز والشكل والحركة. البروتينات ذات هيكل ثلاثي ، ولها سلسلة واحدة وألفا ، وسلسلة بيتا ، وسلسلة أ & جاما. خمسة عشر مجموعة من السلاسل المختلفة معروفة.

فيترونكتين

فيترونكتين هو بروتين سكري (75 كيلو دالتون) موجود في مصل الدم (الصفائح الدموية) والمصفوفة خارج الخلية والعظام. يعزز عملية التصاق الخلايا وانتشارها ويرتبط بالعديد من مثبطات الأنزيم البروتيني (السربينات). يتم إفرازه من الخلايا ويعتقد أنه يلعب أدوارًا في تخثر الدم والأورام الخبيثة. يرتبط أحد مجالات فيتامينكتين بمثبط منشط البلازمينوجين ويعمل على تثبيته. يرتبط مجال آخر من البروتين ببروتينات الإنتجرين الخلوية ، مثل مستقبلات فيترونكتين التي تثبت الخلايا في المصفوفة خارج الخلية.

الكاتينين هي عائلة من البروتينات التي تتفاعل مع بروتينات كاديرين في التصاق الخلية (الشكل 2.69). أربعة أنواع رئيسية من الكاتينين معروفة ، و alpha- و beta- و gamma- و & delta-catenin. يلعب Catenins دورًا في التنظيم الخلوي قبل حدوث التطور ويساعد على تنظيم النمو الخلوي. تم العثور على & alpha-catenin و & beta-catenin عند التقاطعات الملتصقة مع cadherin وتساعد الخلايا على الحفاظ على الطبقات الظهارية. ترتبط الكاديرين بخيوط الأكتين في الهيكل الخلوي وتلعب الكاتينين الدور الحاسم. تعتبر الكاتينين مهمة للعملية التي يتم من خلالها تثبيط الانقسام الخلوي عندما تتلامس الخلايا مع بعضها البعض (تثبيط التلامس).

عندما يتم تحور جينات الكاتينين ، يمكن أن تختفي التصاقات خلية الكاديرين وقد ينتج عن ذلك تكون الأورام. تم العثور على الكاتينين مرتبطة مع القولون والمستقيم والعديد من أشكال السرطان الأخرى.

جليكوفورين

الشكل 2.80 - الجليكوفرين أ

جميع بروتينات الغشاء الموصوفة حتى الآن جديرة بالملاحظة بسبب الروابط التي تقوم بها بالبروتينات والتركيبات الخلوية الأخرى. ومع ذلك ، فإن بعض بروتينات الغشاء مصممة لتقليل الروابط الخلوية لبروتينات الخلايا الأخرى. هذا مهم بشكل خاص لخلايا الدم حيث يكون & ldquostickiness & rdquo غير مرغوب فيه باستثناء ما يتعلق بالتخثر.

الجليكوفرينات (الشكل 2.80) عبارة عن بروتينات سيالوغليكوبروتينات تمتد عبر الغشاء لخلايا الدم الحمراء. فهي غنية بالجليكوزيلات (60٪) وغنية بحمض السياليك ، مما يمنح الخلايا طبقة شديدة المحبة للماء (وشحنة سالبة الشحنة) ، والتي تمكنها من الدوران في مجرى الدم دون الالتصاق بالخلايا الأخرى أو جدران الأوعية.

تم تحديد خمسة جليكوفرينات - أربعة (A ، B ، C ، D) من أغشية معزولة وشكل خامس (E) من الترميز في الجينوم البشري. البروتينات وفيرة ، وتشكل حوالي 2٪ من بروتينات الغشاء الكلي في هذه الخلايا. تلعب الجليكوفرينات أدوارًا مهمة في تنظيم الخصائص الميكانيكية لأغشية كرات الدم الحمراء وشكلها. نظرًا لأنه يمكن التعبير عن بعض الجليكوفورينات في أنسجة غير درقية مختلفة (خاصة Glycophorin C) ، فقد يكون لأهمية تفاعلاتها مع الهيكل العظمي الغشائي أهمية بيولوجية كبيرة.

التعاونية والتمايز - الهيكل الرباعي

الشكل 2.81 - تتفاعل وحدتان عديد الببتيد من البروتين في البنية الرباعية ويكيبيديا

يصف الهيكل الرباعي بالطبع تفاعلات الوحدات الفرعية الفردية لبروتين متعدد الوحدات (الشكل 2.81). يمكن أن تؤدي نتيجة هذه التفاعلات إلى ظهور ظواهر بيولوجية مهمة ، مثل الارتباط التعاوني للركائز بالبروتين والتأثيرات الخيفية على عمل الإنزيم.

يمكن أن تحدث التأثيرات الخيفية من خلال سلسلة من الآليات ، ولكن الميزة الشائعة هي أن ارتباط المستجيب بوحدة الإنزيم الفرعية يسبب (أو يحبس) الإنزيم في أي من Tstate (نشاط أقل) أو في حالة R (نشاط أكثر). يمكن أن تكون المستجيبات عبارة عن ركائز إنزيمية (مؤثرات متجانسة) أو غير ركائز (مؤثرات غير متجانسة). سيتم تغطية Allosterism بمزيد من العمق في فصل الحفز هنا.

نبدأ نظرنا في البنية الرباعية بمناقشة التعاونية ، وكيف تنشأ في بروتين الهيموجلوبين متعدد الوحدات الفرعية وكيف تتناقض خصائصه مع خصائص الميوجلوبين البروتين أحادي الوحدة ذات الصلة.

التعاون

يتم تعريف التعاونية على أنها الظاهرة التي يؤدي فيها ارتباط جزيء ليجند واحد ببروتين إلى تفضيل ارتباط جزيئات إضافية من نفس النوع. الهيموغلوبين ، على سبيل المثال ، يُظهر تعاونًا عندما يؤدي ارتباط جزيء الأكسجين بواسطة الحديد من مجموعة الهيم في إحدى الوحدات الفرعية الأربع إلى حدوث تغيير طفيف في التشكل في الوحدة الفرعية. يحدث هذا بسبب ارتباط حديد الهيم بسلسلة جانبية من الهيستيدين وربط الأكسجين و lsquolifts & rsquo والحديد مع حلقة الهيستيدين (المعروفة أيضًا باسم حلقة الإيميدازول).

فيلم 2.3 - التغييرات الهيكلية للهيموجلوبين و rsquos على ويكيبيديا المرتبطة بالأكسجين

نظرًا لأن كل وحدة فرعية للهيموجلوبين تتفاعل مع الوحدات الفرعية الأخرى وتؤثر عليها ، فإنها أيضًا تُحث على تغيير الشكل قليلاً عندما ترتبط الوحدة الفرعية الأولى بالأكسجين (انتقال يوصف بأنه الانتقال من الحالة T إلى الحالة R). هذه التغييرات في الشكل تفضل كل من الوحدات الفرعية المتبقية التي تربط الأكسجين أيضًا. هذا مهم جدًا في الرئتين حيث يلتقط الهيموجلوبين الأكسجين ، لأن ارتباط جزيء الأكسجين الأول يسهل الامتصاص السريع لمزيد من جزيئات الأكسجين. في الأنسجة ، حيث يكون تركيز الأكسجين أقل ، يترك الأكسجين الهيموجلوبين وتنقلب البروتينات من الحالة R إلى Tstate.

كو2 المواصلات

الشكل 2.82 - هيكل Heme داخل خضاب الدم صورة Aleia Kim

التعاون هو واحد فقط من العديد من الجوانب الهيكلية الرائعة للهيموجلوبين التي تساعد الجسم على تلقي الأكسجين حيث يحتاج إليه والتقاطه حيث يكون وفيرًا. يساعد الهيموجلوبين أيضًا في نقل منتج التنفس الخلوي (ثاني أكسيد الكربون) من الأنسجة التي تنتجها إلى الرئتين حيث يتم الزفير. مثل ارتباط الأكسجين بالهيموغلوبين ، يؤثر ارتباط الجزيئات الأخرى بالهيموغلوبين على تقاربها مع الأكسجين. يكون التأثير واضحًا بشكل خاص عند مقارنة خصائص ارتباط الأكسجين للهيموجلوبين و rsquos الأربعة مع الوحدات الفرعية المرتبطة بالبروتين الميوجلوبين و rsquos (الشكل 2.83).

ارتباط الأكسجين المختلف

الرقم من قبل Aleia Kim

مثل الهيموغلوبين ، يحتوي الميوغلوبين على حديد في مجموعة الهيم التي ترتبط بالأكسجين. إن بنية بروتين الغلوبين في الميوجلوبين تشبه إلى حد بعيد بنية الغلوبين في الهيموغلوبين ويعتقد أن الهيموغلوبين قد تطور من الميوغلوبين في التاريخ التطوري. كما هو موضح في الشكل 2.83 ، يكون منحنى ربط الهيموجلوبين بالأكسجين على شكل حرف S (السيني) ، بينما يكون منحنى الربط للميوجلوبين قطعيًا. ما يخبرنا به هذا هو أن تقارب الهيموجلوبين و rsquos للأكسجين منخفض عند تركيز الأكسجين المنخفض ، ولكنه يزداد مع زيادة تركيز الأكسجين. نظرًا لأن الميوغلوبين يتشبع بالأكسجين بسرعة كبيرة ، حتى في ظل تركيزات الأكسجين المنخفضة ، فإنه يقول إن تقاربه للأكسجين مرتفع ولا يتغير.

الشكل 2.84 - ارتباط الأكسجين في مركز الهيموغلوبين صورة ألييا كيم

نظرًا لأن الميوغلوبين يحتوي على وحدة فرعية واحدة فقط ، فإن ارتباط الأكسجين بهذه الوحدة الفرعية يمكن أن يؤثر على أي وحدات فرعية أخرى ، نظرًا لعدم وجود وحدات فرعية أخرى للتأثير. وبالتالي ، يتطلب التعاون أكثر من وحدة فرعية واحدة. لذلك ، يمكن أن يظهر الهيموغلوبين تعاونًا ، لكن الميوغلوبين يمكنه & rsquot. من الجدير بالذكر أن مجرد وجود وحدات فرعية متعددة لا يعني وجود تعاون. الهيموغلوبين هو أحد البروتينات التي تظهر هذه الخاصية ، ولكن العديد من البروتينات متعددة الوحدات لا تظهر كذلك.

تفاعلي 2.2 - الهيموغلوبين في وجود (أعلى) وغياب (أسفل) من الأكسجين

التخزين مقابل التسليم

إن عدم قدرة الميوجلوبين على ضبط تقاربها للأكسجين وفقًا لتركيز الأكسجين (تقارب منخفض عند تركيز الأكسجين المنخفض ، كما هو الحال في الأنسجة وتقارب عالي عند تركيز الأكسجين العالي ، كما هو الحال في الرئتين) يعني أنه أكثر ملاءمة للتخزين الأكسجين من توصيله وفقًا لاحتياجات الأكسجين المتغيرة لجسم الحيوان. كما سنرى ، إلى جانب التعاون ، يمتلك الهيموجلوبين ميزات هيكلية أخرى تسمح له بإيصال الأكسجين بدقة حيث هو في أمس الحاجة إليه في الجسم.

الشكل 2.85 - نموذج متسلسل للربط. النموذج المتسلسل هو إحدى الطرق لشرح تعاون الهيموجلوبين و rsquos. لا تمثل المربعات أي ارتباط بالأكسجين. تمثل الدوائر وحدات فرعية مرتبطة بالأكسجين وتتوافق الوحدات الفرعية المستديرة مع الوحدات التي يزداد تقاربها مع الأكسجين بالتفاعل مع وحدة فرعية مرتبطة بالأكسجين. صورة Aleia Kim 131

تأثير بوهر

الشكل 2.86 - تأثير بوهر فيما يتعلق بتغييرات الأس الهيدروجيني صورة ألييا كيم

تم وصف تأثير بوهر لأول مرة منذ أكثر من 100 عام من قبل كريستيان بور ، والد الفيزيائي الشهير نيلز بور. موضح بيانياً (الأشكال 2.86 و 2.87 و 2.88) ، كان التأثير الملحوظ هو أن تقارب الهيموغلوبين و rsquos للأكسجين يتناقص مع انخفاض الرقم الهيدروجيني ومع زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون. تجليد البروتونات وثاني أكسيد الكربون بالأمينو الشكل 2.85 - نموذج متسلسل للربط. النموذج المتسلسل هو إحدى الطرق لشرح تعاون الهيموجلوبين و rsquos. لا تمثل المربعات أي ارتباط بالأكسجين. تمثل الدوائر وحدات فرعية مرتبطة بالأكسجين وتتوافق الوحدات الفرعية المستديرة مع الوحدات التي يزداد تقاربها مع الأكسجين من خلال التفاعل مع وحدة فرعية مرتبطة بالأكسجين. صورة عن طريق السلاسل الجانبية لحمض Aleia Kim في بروتينات الغلوبين تساعد على تسهيل التغييرات الهيكلية فيها. الأكثر شيوعًا أن الحمض الأميني المتأثر بالبروتونات هو الهيستيدين # 146 من خيوط وبيتا. عندما يحدث هذا ، يمكن أن يشكل الهيستيدين المتأين رابطة أيونية مع السلسلة الجانبية لحمض الأسبارتيك # 94 ، والذي له تأثير على استقرار الحالة T (انخفاض حالة ارتباط الأكسجين) وإطلاق الأكسجين. الهيستيدينات الأخرى والأمين للأحماض الأمينية الطرفية في سلاسل & ألفا هي أيضًا مواقع ربط للبروتونات.

الشكل 2.87 - ألفة ملزمة للهيموجلوبين بالأكسجين تحت ظروف مختلفة صورة ألييا كيم

الشكل 2.88 - تأثير بور من الناحية الفسيولوجية - منحنيات ربط الأكسجين للعضلات المريحة (باللون الأزرق) والعضلة النشطة (الخضراء) والعضلة المرجعية (البرتقالية) فيما يتعلق بالرقم الهيدروجيني و 2،3-BPG و CO2 الصورة بواسطة Aleia Kim

جزيء آخر يفضل إطلاق الأكسجين عن طريق الهيموجلوبين هو 2،3- بيسفوسفوجليسيرات (ويسمى أيضًا 2،3-BPG أو BPG فقط - الشكل 2.89). مثل البروتونات وثاني أكسيد الكربون ، يتم إنتاج 2،3-BPG عن طريق أنسجة تتنفس بنشاط ، كمنتج ثانوي لعملية التمثيل الغذائي للجلوكوز. تتلاءم وحدة الخلد 2،3-BPG مع & lsquohole من الكعكة & rsquo من الهيموغلوبين البالغ (الشكل 2.89). يفضل هذا الارتباط لـ 2،3-BPG حالة T (ارتباط محكم - منخفض الأكسجين) للهيموجلوبين ، الذي يقلل من تقارب الأكسجين. في حالة عدم وجود 2،3-BPG ، يمكن أن يوجد الهيموجلوبين بسهولة أكبر في حالة R (الاسترخاء - ارتباط أعلى بالأكسجين) ، والتي لها انجذاب كبير للأكسجين.

الشكل 2.89 - هيكل 2،3 بيسفوسفوجليسيرات (2،3-بي بي جي)

والجدير بالذكر أن دم المدخنين أعلى في تركيز 2،3-BPG منه لدى غير المدخنين ، لذلك يبقى المزيد من الهيموجلوبين لديهم في حالة T ، وبالتالي فإن قدرة حمل الأكسجين لدى المدخنين أقل من غير المدخنين. سبب انخفاض قدرة المدخنين والأكسجين عن قدرة غير المدخنين هو أن دخان السجائر يحتوي على أول أكسيد الكربون وهذا الجزيء ، الذي له أبعاد متطابقة تقريبًا مع الأكسجين الجزيئي ، يتفوق بشكل فعال مع الأكسجين للارتباط بذرة الحديد للهيم (الشكل 2.90). يرجع جزء من سمية أول أكسيد الكربون و rsquos إلى قدرته على ربط الهيموجلوبين ومنع ارتباط الأكسجين.

الشكل 2.90 - ربط الأكسجين (يسار) وأول أكسيد الكربون (يمين) بواسطة مجموعة الهيموجلوبين صورة ألييا كيم

نشبع

الشكل 2.91 - ثقب الهيموجلوبين والرسكوس في الدونات لربط 2،3-BPG Wikipedia

يرتبط ثاني أكسيد الكربون بتكوين كربامات عند ربط & alpha-amine لكل سلسلة غلوبين. تُطلق عملية تكوين هذا الهيكل بروتونًا ، مما يساعد على زيادة تعزيز تأثير بوهر. من الناحية الفسيولوجية ، فإن ارتباط ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون له أهمية لأن الأنسجة التي تتنفس بنشاط (مثل العضلات المتقلصة) تتطلب الأكسجين وإطلاق البروتونات وثاني أكسيد الكربون. كلما زاد تركيز البروتونات وثاني أكسيد الكربون ، يتم إطلاق المزيد من الأكسجين لتغذية الأنسجة التي هي في أمس الحاجة إليها.

يتم إعادة حوالي 40٪ من البروتونات التي تم إطلاقها وحوالي 20٪ من ثاني أكسيد الكربون إلى الرئتين بواسطة الهيموجلوبين. يسافر الباقي كجزء من نظام التخزين المؤقت للبيكربونات أو على شكل CO2 مذاب. في الرئتين ، تنعكس العملية نفسها. تحتوي الرئتان على درجة حموضة أعلى من أنسجة التنفس ، لذلك يتم إطلاق البروتونات من الهيموغلوبين ويتم تحرير ثاني أكسيد الكربون أيضًا للزفير.

الهيموجلوبين الجنيني

الشكل 2.92 - تكوين البيكربونات من ثاني أكسيد الكربون في الدم

يطلق الهيموجلوبين البالغ الأكسجين عندما يرتبط 2،3- BPG. هذا على عكس الهيموغلوبين الجنيني ، الذي له تكوين مختلف قليلاً (& alpha2 & gamma2) عن الهيموغلوبين البالغ (& alpha2 & beta2). يمتلك الهيموغلوبين الجنيني تقاربًا أكبر للأكسجين من الهيموغلوبين الأمومي ، مما يسمح للجنين بالحصول على الأكسجين بشكل فعال من دم الأم و rsquos. جزء من سبب تقارب الهيموجلوبين و rsquos الجنيني الأكبر للأكسجين هو أنه لا يربط & rsquot بـ 2،3-BPG. وبالتالي ، يبقى الهيموغلوبين الجنيني في الحالة R أكثر بكثير من الهيموغلوبين البالغ ، ولهذا السبب ، فإن الهيموغلوبين الجنيني له تقارب أكبر للأكسجين من الهيموغلوبين البالغ ويمكن أن يأخذ الأكسجين بعيدًا عن الهيموغلوبين البالغ. وبالتالي ، يمكن للجنين الحصول على الأكسجين من الأم.

الشكل 2.93 - مقارنة ارتباط الأكسجين بالميوجلوبين (الأزرق) والهيموجلوبين الجنيني (البرتقالي) والهيموجلوبين البالغ (الأخضر) صورة ألييا كيم

مرض فقر الدم المنجلي

الشكل 2.94 - أربع خلايا دم حمراء طبيعية (يمين) وخلايا دم حمراء منجلية (يسار) ويكيبيديا

يمكن أن يكون للطفرات في جينات الغلوبين التي ترمز للهيموجلوبين عواقب وخيمة في بعض الأحيان. مرض فقر الدم المنجلي (يسمى أيضًا فقر الدم المنجلي) هو مرض ينتقل جينيًا وينشأ عن مثل هذه الطفرات. هناك أشكال مختلفة من المرض. إنها سمة متنحية ، بمعنى أنه لكي يصاب بها الفرد يجب أن يرث نسختين من الجين المتحور.

الشكل 2.95 - حركة الدم في الشعيرات الدموية. أعلى - خلايا الدم الحمراء الطبيعية. خلايا الدم الحمراء المنجلية السفلية

الشكل السائد للهيموجلوبين عند البالغين هو الهيموجلوبين A ، المعين HbA (سلسلتان وألفا وسلاسلان وبيتا). يُعرف الشكل المتحور باسم HbS. الطفرة الأكثر شيوعًا هي الطفرة A إلى T في منتصف الكودون للحمض الأميني السابع (بعض أنظمة العد تسميه الحمض الأميني السادس) من سلسلة & بيتا.ينتج عن هذا تحويل كودون GAG إلى GTG وبالتالي يغير الحمض الأميني المحدد في هذا الموضع من حمض الجلوتاميك إلى حمض أميني. هذا التغيير الطفيف يضع رقعة صغيرة كارهة للماء من الأحماض الأمينية على سطح سلاسل بيتا غلوبين.

البلمرة

الشكل 2.96 - نمط التعبير لستة كرات مختلفة من الهيموجلوبين - & ألفا ، وبيتا ، وجاما ، وإبسيلون ، ودلتا ، وزيتا.

في ظل ظروف انخفاض الأكسجين ، سترتبط هذه البقع الكارهة للماء مع بعضها البعض لصنع بوليمرات طويلة من جزيئات الهيموجلوبين. والنتيجة هي أن خلايا الدم الحمراء المحتوية عليها ستتغير من شكل دائري إلى شكل منجل (الشكل 2.94). خلايا الدم الحمراء المستديرة تجعلها بسهولة من خلال الشعيرات الدموية الدقيقة ، لكن الخلايا المنجلية لا تفعل ذلك.

والأسوأ من ذلك أنها تمنع تدفق خلايا الدم الأخرى. الأنسجة التي تحدث فيها هذه الانسدادات منخفضة بالفعل في الأكسجين ، لذا فإن إيقاف تدفق الدم من خلالها يؤدي إلى انتقالها بسرعة إلى اللاهوائية ، مما يسبب الألم ، وفي بعض الحالات ، موت الأنسجة. في الظروف الشديدة ، قد يؤدي إلى موت كريات الدم الحمراء المنجلية. يشار إلى المرض باسم فقر الدم لأن منجل خلايا الدم الحمراء يستهدف إزالتها بواسطة نظام مراقبة الدم في الجسم ، لذلك فإن الشخص المصاب بالمرض قد قلل بشكل مزمن من أعداد خلايا الدم الحمراء.

ميزة الزيجوت المتغاير

ومن المثير للاهتمام ، أنه يبدو أن هناك ميزة انتقائية للأشخاص غير المتجانسين للمرض في المناطق التي تنتشر فيها الملاريا. لا تعاني الزيجوت متغايرة الزيجوت من آثار ضارة واضحة للمرض ، ولكن يبدو أن خلايا الدم الحمراء لديها أكثر عرضة للتمزق عند الإصابة. نتيجة لذلك ، تقل فرصة الطفيل في التكاثر ويكون لدى الشخص المصاب فرصة أكبر للبقاء على قيد الحياة.

ومع ذلك ، فإن التأثير الوقائي للجين الطافر لا يمتد إلى الأشخاص الذين يعانون من المرض الكامل (متماثل الزيجوت للجين الطافر). تشمل علاجات هذا المرض نقل الدم وإدارة الألم وتجنب المجهود الشديد. تم ربط عقار هيدروكسي يوريا بتقليل عدد وشدة الهجمات ، بالإضافة إلى زيادة وقت البقاء على قيد الحياة. يبدو أنه يعمل عن طريق إعادة تنشيط التعبير عن جين الهيموجلوبين الجنيني ، والذي لا يتم تصنيعه عادةً إلى أي حد كبير بشكل طبيعي بعد حوالي 6 أسابيع من العمر.

ارتباط الأكسجين

تحتاج الحيوانات إلى أكسجين يختلف عن باقي الكائنات الحية. الأكسجين ، بالطبع ، هو متقبل الإلكترون النهائي في الحيوانات وهو ضروري لنقل الإلكترون للعمل. عندما يعمل نقل الإلكترون ، يكون توليد ATP بواسطة الخلايا أكثر كفاءة بعدة مرات مما لو كان غائبًا. نظرًا لأن وفرة ATP ضرورية للتقلص العضلي وتتحرك الحيوانات كثيرًا - للقبض على الفريسة ، وممارسة الرياضة ، والهروب من الخطر ، وما إلى ذلك ، فإن وجود إمدادات وفيرة من الأكسجين أمر مهم.

هذا بشكل خاص مصدر قلق عميق داخل الأنسجة حيث لا يوفر انتشار الأكسجين وحده (كما يحدث في الحشرات) كميات كافية ضرورية للبقاء على المدى الطويل. لا تمثل هذه المشكلة مشكلة للنباتات نظرًا لأن حركاتها ، في معظمها ، مرتبطة إلى حد كبير بالنمو ، وبالتالي لا توجد احتياجات / طلبات متغيرة بسرعة للأكسجين التي تمتلكها الحيوانات. تمتلك الكائنات أحادية الخلية مجموعة متنوعة من الآليات للحصول على الأكسجين والبقاء على قيد الحياة بدونه. هناك نوعان آخران من البروتينات المرتبطة بالأكسجين إلى جانب الهيموجلوبين وهما الميوجلوبين والهيموسيانين.

الشكل 2.97 - يرتبط الميوجلوبين بالأكسجين

الميوغلوبين هو بروتين تخزين الأكسجين الأساسي الموجود في أنسجة العضلات الحيوانية. على عكس الهيموجلوبين ، الذي يدور في جميع أنحاء الجسم ، يوجد بروتين الميوغلوبين فقط في الأنسجة العضلية ولا يظهر في الدم إلا بعد الإصابة. مثل الهيموغلوبين ، يربط الميوغلوبين الأكسجين في مجموعة الهيم الاصطناعية التي يحتوي عليها.

ينشأ اللون الأحمر للحوم من هيم الميوجلوبين وتحمير اللحم عن طريق طهيه يأتي من أكسدة أيون الحديدوز (Fe ++) من الميوجلوبين و rsquos heme إلى أيون الحديديك (Fe +++) عن طريق الأكسدة في عملية الطهي. نظرًا لأن اللحوم تجلس في غلافنا الجوي (بيئة غنية بالأكسجين) ، تحدث أكسدة Fe ++ إلى Fe +++ ، تاركة اللون البني المذكور أعلاه. إذا تم تخزين اللحوم في بيئة أول أكسيد الكربون (CO) ، فإن ثاني أكسيد الكربون يرتبط بمجموعة الهيم ويقلل من كمية الأكسدة ، مما يجعل اللحم يبدو أحمر لفترة أطول من الوقت.

انجذاب شديد

يُظهر الميوغلوبين (الشكل 2.97) تقاربًا أعلى للأكسجين بتركيزات أكسجين منخفضة مقارنة بالهيموغلوبين ، وبالتالي فهو قادر على امتصاص الأكسجين الذي ينقله الهيموغلوبين في ظل هذه الظروف. تقارب الميوغلوبين و rsquos العالي للأكسجين يجعله أكثر ملاءمة لتخزين الأكسجين من التوصيل. يوجد البروتين كوحدة فرعية واحدة من الغلوبين (على عكس الهيموجلوبين ، الذي يحتوي على أربع وحدات فرعية) ويرتبط بالوحدات الفرعية الموجودة في الهيموجلوبين. تمتلك الثدييات التي تغوص بعمق في المحيط ، مثل الحيتان والفقمات ، عضلات ذات وفرة عالية بشكل خاص من الميوجلوبين. عندما ينخفض ​​تركيز الأكسجين في العضلات إلى مستويات منخفضة ، يطلق الميوجلوبين الأكسجين الخاص به ، وبالتالي يعمل كأكسجين وبطارية ldquobattery و rdquo يوفر وقود الأكسجين عند الحاجة ويتمسك به في جميع الظروف الأخرى. يتميز الميوغلوبين بكونه أول بروتين تم تحديد هيكله ثلاثي الأبعاد بواسطة التصوير البلوري بالأشعة السينية بواسطة جون كيندرو في عام 1958 ، وهو إنجاز فاز عنه لاحقًا بجائزة نوبل.

الشكل 2.98 - أكسجين مرتبط عند الهيم في ميوغلوبين ويكيبيديا

الشكل 2.99 - ارتباط الأكسجين في الهيموسيانين ويكيبيديا

الهيموسيانين هو البروتين الذي ينقل الأكسجين في أجسام الرخويات والمفصليات. وهو عبارة عن بروتين يحتوي على النحاس لا يوجد داخل خلايا الدم لهذه الكائنات الحية ، بل يتم تعليقه في الدملمف المنتشر الذي تمتلكه. يحتوي موقع ارتباط الهيموسيانين بالأكسجين على زوج من الكاتيونات النحاسية (I) المنسقة مباشرةً مع البروتين بواسطة حلقات إيميدازول لستة سلاسل جانبية هيستيدين.

الشكل 2.100 - الهيموسيانين (الأرجواني) في ويكيبيديا السلطعون الصخري الأحمر

معظم ، وليس كل الهيموسيانين ، يربط الأكسجين بشكل غير تعاوني ويكون أقل كفاءة من الهيموجلوبين في نقل الأكسجين. والجدير بالذكر أن الهيموسيانين في سلطعون حدوة الحصان وبعض المفصليات الأخرى ، في الواقع ، تربط الأكسجين بشكل تعاوني. يحتوي الهيموسيانين على العديد من بروتينات الوحدة الفرعية ، ولكل منها ذرتان من النحاس يمكنهما ربط جزيء أكسجين واحد (O2). تحتوي بروتينات الوحدة الفرعية على كتل ذرية تبلغ حوالي 75 كيلودالتون (كيلو دالتون). قد يتم ترتيبها في ثنائيات أو سداسية حسب الأنواع. يتم ترتيب الهياكل الفوقية المكونة من مجمعات ثنائية أو سداسية في سلاسل أو مجموعات ولها أوزان جزيئية تزيد عن 1500 كيلو دالتون.