Krevní barviva
hemoglobin bilirubinhemoglobin, bilirubin
Josef Tomandl 2013Josef Tomandl, 2013
1
Hemoglobin
Bílkovina globin, prostetická skupina hem
Červené krevní barvivo (120–170 g/l krve)
Obsažen v erytrocytechy y
Transport kyslíku z plic do tkání a CO2 ze tkání do plic.
Ú HÚčast na udržování ABR.
Struktura:
Hem
Struktura:
• primární
• sekundární
• terciární
2• kvartérní Hem
Úrovně struktury hemoglobinu
Kvartérní struktura HbA
tetramer (2 podjednotky α, 2 podjednotky β)
Hem
Hem
3
Úrovně struktury hemoglobinu
Sekundární a terciární struktura
8 helikálních úseků
(helixy A–H)
Hem
je uložen v hydrofobní
kapse každého globinu
4
p g
Úrovně struktury hemoglobinu
Primární struktura globinůg
• Dána pořadím aminokyselinDána pořadím aminokyselin
• Každý řetězec má odlišný genetický kód
α-globin 141 aminokyselin
β-globin 146 aminokyselin
5
Struktura hemu Hem :
Cyklický tetrapyrrol (porfyrin)
s centrálním atomem Fe
Konjugovaný systém
dvojných vazeb
Fe :
Oxidační číslo +IIOxidační číslo +II
Koordinační číslo:
5 (d á f )5 (deoxygenovaná forma)
6 (oxygenovaná forma)
6
Vazba O2 na hem vyvolá pohyb Fe2+ do roviny hemu
deoxygenovaný hem oxygenovaný hem
N
F-helix His F8
F-helix His F8
deoxygenovaný hem oxygenovaný hem
N
N
N
FeII
FeII
O
Rovina
porfyrinu
O
O
His E7
H é F II j á á l bi tř d i t í Hi F8Hemové FeII je vázáno na globin prostřednictvím His F8
Navázání O2 na FeII ⇒ zmenšení objemu FeII + pohyb FeII do roviny hemu
⇒ pohyb His F8 ⇒ změna konformace globinové podjednotky
7
⇒ pohyb His F8 ⇒ změna konformace globinové podjednotky
Konformační změna se přenáší i na další podjednotky.
Změny v kvartérní struktuře hemoglobinuZměny v kvartérní struktuře hemoglobinu
při vazbě a uvolnění kyslíku
Navázání první molekuly O2 kyslíku vyvolá přerušení iontových vazeb mezi
podjednotkami. Navázání dalších molekul O2 je usnadněno → kooperativní efekt
O2
α1
β2 β1
+
+
+
+
+
-
+-
+
-
-+
+
α1
β1β2
4 O2
2 H+ + 2,3‐BPG
O2
O2
T-konformace R-konformace
α2
+ α2
4 O2
2 H+ + 2,3‐BPG
O2
T-konformace R-konformace
Uvolnění O2 je usnadněno navázáním 2,3-bisfosfoglycerátu.
8
Navázání kyslíku je spojeno s uvolněním protonů (Bohrův efekt)
Úloha 2,3-bisfosfoglycerátuÚloha 2,3 bisfosfoglycerátu
2,3-BPG - meziprodukt glykolýzy v erc
váže se v kavitě tetrameruOCH
COO
PO
O
-
-
-
váže se v kavitě tetrameru
- stabilizuje T-formu Hb
l í í Hb
CH2O P
O
O
OCHP
O
O
-
-
uvolní se oxygenací Hb
O
Fetální Hb má nižší afinitu k 2,3-BPG než HbA
to umožňuje přenos O2 mezi matkou a plodem
9
Pochody spojené s transportem kyslíku
plíce tkáň
y j y
plíce tkáň
Vazba O2 na Hb Vazba 2,3-BPG
Uvolnění 2,3-BPG
Uvolnění H+ z Hb
Uvolnění O2
Navázání H+ na Hb
Ovlivnění acidobazické rovnováhy
10
MyoglobinMyoglobin
• Zásoba kyslíku ve svalu
V t l ě tů• V cytoplasmě myocytů
• Váže O2 uvolněné v kapiláráchVáže O2 uvolněné v kapilárách
• Monomer – pro kyslík má jediné vazebné místo
• Ostatní vlastnosti shodné s hemoglobinem
Má ětší fi it k k lík• Má větší afinitu ke kyslíku
11
Saturace Hb kyslíkem
vazba kyslíku: při úplném nasycení 4 mol O2/mol Hb
saturace Hb kyslíkem: arteriální krev ~ 0,97
venózní krev ~ 0 73venózní krev ~ 0,73
Saturační křivkaSaturační křivka% saturace
100
plíce
Hemoglobin A
Myoglobin
perif.tkáň50
Hemoglobin F
12
pO2 (kPa)
5 10 15
Typy lidského hemoglobinuTypy lidského hemoglobinu
Označení Struktura Podíl z celkového Hb u dospělýchOznačení Struktura Podíl z celkového Hb u dospělých
HbA
HbAo
α2β2 ~ 97 %
*HbA1
α2β2 97 %
HbAF
HbA2 α2δ2 ~ 2,5 %
HbAF α2γ2 ~ 0,5 %
*HbA1 – glykovaný hemoglobin
13
Glykovaný hemoglobiny ý g
+C
H O
H2N CH2 Protein
C OHH
R
H2O
Glc
Neenzymová glykace
ireversibilní
2
A d ih
H N CH2 HProtein Amadoriho
přesmyk
C
C OHH
2
C
C O
N CH2H2
H
Protein
R RAldimin
labilní Glykovaný protein
ketoamin, aminoderivát fruktosy
14
Glykovaný hemoglobiny ý g
• suma sacharidových aduktů na N terminálních koncích Hb• suma sacharidových aduktů na N-terminálních koncích Hb
nebo ε-NH2 skupinách Lys v Hb
iká k í i Hb Gl k i• vzniká neenzymovou reakcí mezi Hb a Glc v krvi
• jeho tvorba je ireversibilní
• hladina glykovaného hemoglobinu
• odráží koncentraci glukosy v krvi po celou dobu existenceg y p
erytrocytu, tj. asi 120 dní
• využívá se k posouzení úspěšnosti léčby/kompenzace diabetu
v období 4–8 týdnů před vyšetřenímv období 4 8 týdnů před vyšetřením
15
Glykovaný hemoglobin – terminologie
HbA1
y ý g g
1
• glykace pouze na N-konci (Val) β-globinu
(Hb ztrácí jednu skupinu –NH3
+)
• HbA1 má negativnější náboj než HbA0
→ lze stanovit elektroforézou (frakce a1, a2, b, c, d)
ionexovou chromatografiíionexovou chromatografií
• klinicky nejvýznamnější frakcí je HbA1c N-(1-deoxy-β-D-fruktosyl)HbA
HbA-Glc
• glykace v jiných pozicích Hb
• na N-konci α-globinu nebo na ε-NH2 (Lys) α- a β-globinu
16
Deriváty hemoglobinuDeriváty hemoglobinu
H i l bi ( th l bi )Hemiglobin (methemoglobin)
obsahuje Fe3+, ztrácí schopnost přenášet O2
Karbonylhemoglobin
vazba CO namísto kyslíku, vazba je reverzibilní,y , j ,
avšak 210krát silnější než u kyslíku
COHb v krvi:
fyziologické: < 5%
kuřáci: < 15 %
smrtelné otravy: 60–90 %
17
smrtelné otravy: 60 90 %
Dědičné poruchy syntézy hemoglobinu
PříčinyPříčiny
• bodové mutace
abnormální hemoglobiny
(hemoglobinpatie, známo více než 200 forem)(hemoglobinpatie, známo více než 200 forem)
Př.: HbS α2 β2
6 Glu → Val
HbC α β 6 Glu → LysHbC α2 β2
6 Glu Lys
HbM α2 β2
.. His → Tyr α2 β2
67 Val → Glu
• nedostatečná / chybějící tvorba jednoho z řetězců (α, β)
18
α-talasemie β-talasemie
Funkce hemu součást hemoproteinůFunkce hemu – součást hemoproteinů
• vazba a přenos kyslíku (hemoglobin, myoglobin)
• přenos elektronů v dýchacím řetězci (cytochromy a, a3, b, c)
h d l d t ik• hydroxylace a detoxikace (cytochromy P-450)
• metabolismus kyslíkatých sloučenin (katalasa peroxidasa)metabolismus kyslíkatých sloučenin (katalasa, peroxidasa)
• syntéza NO (NO-synthasa)
19
Syntéza hemuSyntéza hemu
• v kostní dřeni (Hb) a játrech (cytochromy)( ) j ( y y)
• začátek a konec syntézy se odehrává v mitochondrii
některé me iprod kt en m• některé meziprodukty enzymy
δ-aminolevulová kyselina (ALA) ALA-synthasa
porfobilinogen (PBG)
uroporfyrinogen IIIp y g
protoporfyrin IX hemsythasa
(citlivá na nedostatek Fe(citlivá na nedostatek Fe,
inhibována těžkými kovy – Pb)
20
1 reakce syntézy hemu1. reakce syntézy hemu
sukcinyl-CoA + glycin → δ-aminolevulová kyselinasukcinyl CoA + glycin → δ aminolevulová kyselina
• určuje rychlost syntézy hemuurčuje rychlost syntézy hemu
• ALA-synthasa
– závislá na pyridoxalfosfátu (vit. B6)
v játrech inhibována hemem a indukována léky– v játrech – inhibována hemem a indukována léky
– v kostní dřeni – pouze regulace na úrovni dostupnosti Fe
21
Poruchy syntézy hemu – porfyriePoruchy syntézy hemu porfyrie
vrozené nebo získané• vrozené nebo získané
Abnormální enzymy
Porušené metabolické dráhy
Akumulace ALA a PBG
Nedostatek hemu
Akumulace porfyrinogenů
v kůži a tkáních
Neuropsychické symptomy
Bolesti břicha
Spontání oxidace na porfyriny
Fotosensitivita
22• otrava olovem – hromadí se ALA (krev, moč)
Odbourávání hemoglobinu a hemuOdbourávání hemoglobinu a hemu
• Hb uvolněný z erytrocytů v oběhu je rychle vychytán
haptoglobinem → RES
• volný hem je v krvi vázán na hemopexin
• v buňkách RES sleziny, kostní dřeně, jater (Kupferovy buňky)
h bili di bili bihem → biliverdin → bilirubin
23
Oxidativní štěpení a vznik bilirubinu
štěpení
• V mikrosomech RES jater, sleziny,V mikrosomech RES jater, sleziny,
kostní dřeně
• Oxidačním odštěpení methinového
můstku (-CH=) vzniká CO
hemoxygenasa
( )
• Uvolnění Fe
• Vznik lineárního tetrapyrolu –
biliverdinu (zelený)
• Redukce na bilirubin (oranžový)
biliverdin-reduktasa
• nepolární, ve vodě nerozpustný, toxický
• 80 % pochází z hemoglobinu
• vázaný na albumin → transport do jater
24
vázaný na albumin transport do jater
• aktivně vychytáván hepatocyty
Konjugace bilirubinuKonjugace bilirubinu
• v mikrosomech hepatocytů konjugován s glukuronovou kys.
• UDP-glukuronyltransferasag y
– syntéza enzymu se plně vyvíjí až po narození
– syntéza indukována léky - fenobarbitalsyntéza indukována léky fenobarbital
• konjugovaný bilirubin
polární rozpustný vylučován do žluči– polární, rozpustný, vylučován do žluči
– při jeho zvýšení v krvi → vyloučen do moče
25
Osud konjugovaného bilirubinuOsud konjugovaného bilirubinu
• v ileu a na počátku tlustého střeva dekonjugace
• bilirubin redukován na bezbarvé urobilinogeny (ubg)• bilirubin redukován na bezbarvé urobilinogeny (ubg)
• část ubg reabsorbována, portální krví do jater, kde je
utilizována nebo přechází do cirkulace
t é ž t í b l č á l d i i• stopové množství ubg vylučováno ledvinami
• ubg snadno oxidován na barevné urobiliny - zbarveníg y
stolice
26
HyperbilirubinemieHyperbilirubinemie
• Koncentrace v krvi > 20 μmol/l• Koncentrace v krvi > 20 μmol/l
• Žluté zbarvení sklér, kůže a sliznic - ikterus, žloutenka
• Dělení podle místa poruchy
P h tál í d ě ý ik h l bi jč ěji h lýPrehepatální: nadměrný vznik hemoglobinu, nejčastěji hemolýza,
překročená konjugační kapacita zdravých jater
Hepatální: poškození jaterních buněk
Posthepatální: porucha exkrece konjugovaného bilirubinu,Posthepatální: porucha exkrece konjugovaného bilirubinu,
uzávěr žlučových cest
27
Označování bilirubinu
bilirubin rozpustnost ve vodě označení výskyt
nekonjugovaný
nerozpustný
(vázán na albumin)
nepřímý krev
konjugovaný rozpustný přímý
žluč
(moč)(moč)
delta-bilirubin
28
Hyperbilirubinemie → žloutenka = ikterus
Bil Bil Ubg Ubg
příčina ikterus
Bil
v séru
Bil
v moči
Ubg
v moči
Ubg
ve stolici
prehepatální hemolytický ↑ nekonj. - ↑ ↑
hepatální
při poškození
jater
↑ nekonj. a
konj.
+ ↓ ↓
posthepatální obstrukční ↑ konj. + - -posthepatální j
29
Novorozenecká hyperbilirubinemieNovorozenecká hyperbilirubinemie
• zvýšený zánik erytrocytů
• nedokonalé jaterní konjugační a transportní systémyj j g p y y
• nekonjugovaná hyperbilirubinemie
h l í h ěti d h té ěř 1/2 ů• vrchol v prvních pěti dnech, téměř u 1/2 novorozenců
30