Эритроциты - клетки, которые переносят кислород дыхательных органов к клеткам рабочих и уносящие от них диоксид углерода (CO2 ). Кислород необходим для осуществления процессов катаболизма: окисления углеводов, жиров, белков - проходящих с выделением энергии, резервируемой в молекулах АТФ.
Функции
Транспорт кислорода из лёгких в клетки
Место обмена газов. Место обмена газов между кровью и лёгкими — альвеолярные мембраны, представляющие собой тонкие оболочки замкнутых (слепых) мешочков — структурных единиц лёгких, альвеол. Миллионы альвеол обеспечивают поверхность мембран для газообмена площадью 80 м2 . С одной стороны мембраны находится альвеолярный воздух, а с другой — капилляры, в которые с трудом проходит один эритроцит.
Кровь, приходящая к альвеолам, содержит:
1) Гидрокарбонат (HCO3 -) в составе плазмы. Эквивалентное Р(СО2 ) ≈ 6,1 кПа
2) Эритроциты с дезоксиглобином, соединённым с 2,3-бисфосфоглицерат (2,3-БФГ) и комбинированным с H+
3) Кислород в составе плазмы P(О2 ) ≈ 0,049 кПа и эритроцитов с оксигемоглобином Р(О2 ) ≈ 5,25 кПа
Альвеолы содержат:
Углекислый газ Р(СО2 ) ≈ 4,8 кПа.
Кислород Р(О2 ) ≈ 13,3 кПа
Ионы водорода высвобождаются из гемоглобина, а кислород попадает в эритроцит из вдыхаемого воздуха и связывается с гемоглобином. При этом 2,3-БФГ отсоединяется от гемоглобина. Свободные протоны повышают положительный заряд внутри эритроцита. HCO3 - диффундирует из плазмы в эритроцит. Далее протоны забуфериваются HCO3 - с формированием угольной кислоты. Так как её концентрация растёт, она начинает превращаться в воду и углекислый газ, который сначала диффундирует по градиенту концентрации из эритроцитов в альвеолы, а затем выводится с выдыхаемым воздухом.
Кислород переносится из альвеол (Р(О2 ) ≈ 13,3 кПа) в кровь (Р(О2 ) ≈ 5,3 кПа), а углекислый газ — из крови (Р(СО2 ) ≈ 6,1 кПа) в альвеолы (Р(СО2 ) ≈ 4,8 кПа).
Состояние молекулы гемоглобина(Hb) определяется Р(О2 ). При высоком значении Р(О2), как в артериальной крови, концентрация кислорода гемоглобина стремится к 100 %. Напротив, при низких значениях Р(О2 ), как в венозной крови и в тканях, гемоглобин имеет меньшее сродство к кислороду и менее насыщен им. Это и обуславливает максимальную загруженность гемоглобина кислородом в артериальной крови в области альвеол и высвобождение кислорода в тканях. Этот процесс активизируется относительно высоким Р(СО2 ), как основным продуктом окисления, и низкой величиной рН в большинстве тканей.
Эритроциты с оксиглобином не претерпевают модификаций в лёгких. Эритроциты, связанные с 2,3-БФГ оксигинируются(+) , а 2,3-БФГ вытесняется из центральной полости гемоглобина. Hb может присоединить 4 атома O2 В лёгких сродство Hb к кислороду повышается при соединении каждой из последующих молекул кислорода по сравнению с предыдущими. 2,3-БФГ, ионы водорода — Н+ и СО2 , снижают сродство Hb к О2 . С другой стороны, О2 снижает сродство Hb к этим веществам.
Ионы водорода высвобождаются из гемоглобина, а кислород диффундирует из вдыхаемого воздуха. Затем ионы водорода забуфериваются гидрокарбонатом, который диффундирует из плазмы в эритроциты с образованием угольной кислоты. Так как её концентрация растёт, она начинает превращаться в воду и углекислый газ, который диффундирует по градиенту концентрации из эритроцитов в альвеолы, откуда выводится с выдыхаемым воздухом.
Кровь, покидающая альвеолы:
- Эритроциты с оксиглобином
- Плазма с атмосферным количеством CO2
2. Транспорт углекислого газа к лёгким
Кровь, приходящая к тканям:
Эритроциты с оксиглобином P(O2 ) ≈ 12 кПа
Плазма с атмосферным количеством. Низкое P(CO2 )
Вещества в тканях:
1,3-БФГ
Высокое P(CO2 )
В тканях происходит окисление органических веществ. 1,3-БФГ, диффундирует в эритроцит, где из него синтезируется 2,3-БФГ. 2,3-БФГ имеет большой отрицательный заряд. В центральной части тетрамерной молекулы Hb имеется полость, содержащая положительно заряженные группы, расположенные на поверхностях обоих β-протомеров, приближённых друг к другу. 2,3-БФГ взаимодействует своими отрицательно заряженными фосфатными и карбоксильными группами с положительно заряженными группами β-цепей в центральной полости молекулы Hb. Результат этого взаимодействия — создание 5 дополнительных ионных связей, что приводит к изменению конформации и снижению сродства Hb к О2 , вследствие чего кислород поступает в ткани.
В тканях СО2 диффундирует из клеток в кровоток. Большая часть СО2 диффундирует в эритроциты, меньшая в кровоток. Внутри эритроцитов часть углекислоты соединяется с гемоглобином, освободившимся от кислорода, и формирует карбгемоглобин, а часть соединяется с водой в цитоплазме эритроцитов и образует угольную кислоту. Эту реакцию катализирует фермент карбоангидраза. Угольная кислота диссоциирует на ионы водорода и бикарбонат-ионы, которые диффундируют из эритроцитов в плазму.
Из тканей СО2 диффундирует в капиллярную кровь. В небольшой концентрации он растворяется в плазме крови и транспортируется в неизмененном виде в лёгкие. Однако основная масса углекислого газа попадает в эритроциты, где под действием фермента карбоангидразы реагирует с водой, образуя угольную кислоту. Эта кислота далее диссоциирует на ион водорода и гидрокарбонат. Ионы водорода комбинируются с дезоксигенированным гемоглобином (гемоглобин выполняет роль буфера), предотвращая опасное падение показателя рН в клетках, а бикарбонат диффундирует по градиенту концентрации из эритроцитов в плазму. Таким образом, незначительная часть углекислого газа, производимого в тканях, транспортируется к лёгким в виде гидрокарбоната в плазме крови. Небольшая часть углекислого газа, диффундирующего в эритроциты, транспортируется в связанном с гемоглобином виде.
Кровь, покидающая ткани:
1) Гидрокарбонат (HCO3 -) в составе плазмы. Эквивалентное Р(СО2 ) ≈ 6,1 кПа
2) Эритроциты с дезоксиглобином, соединённым с 2,3-бисфосфоглицерат (2,3-БФГ) и комбинированным с H+
3) Плазма, содержащая О2 в малом количестве, и эритроциты с оксигемоглобином имеют суммарное Р(О2 ) ≈ 5,3 кПа.
3. Участвуют в регуляции ph. В эритроците образуется HCO3 -, являющийся компонентом основной буферной системы крови
4. Осуществляют транспорт воды из тканей к лёгким, где она выделяется в виде пара
5. Участвуют в свёртывании крови
6. При лизисе патогенами гемоглобин эритроцитов высвобождает свободные радикалы, которые разрушают клеточные стенки патогенных клеток, убивая их.
Ресурсы
Сайт проекта
К. Хиггинс // Расшифровка клинических лабораторных анализов // 2016
СМ Льюис, Б. Бэйн, И. Бэйтс // Практическая и Лабораторная гематология // 2009
Е.С. Северин, Т.Л. Алейникова, Е.В. Осипов, С.А. Силаева // Биологическая химия // 2008
