- •I. Физколлоидная химия
- •1. Физическая химия
- •1.1. Вода
- •1.1.1. Вода как уникальная молекула жизни
- •1.1.3. Буферные растворы
- •1.2. Биоэнергетика клетки
- •1.3. Термохимия
- •1.4. Химическая кинетика и катализ
- •2. Коллоидная химия
- •2.1. Классификация дисперсных систем
- •2.2. Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсной фазы
- •2.2. Поверхностные явления
- •2.3. Адсорбция
- •2.4. Коллоидные растворы (золи)
- •2.4.1. Характеристика коллоидных растворов
- •2.4.2. Растворы высокомолекулярных соединений
- •II. Биологическая химия
- •3. Белки
- •3.1. Общая характеристика белков
- •3.3. Методы выделения, фракционирования и очистки белков
- •3.3.1. Методы выделения белков
- •3.4. Физико-химические свойства белков
- •3.5. Аминокислоты
- •3.6. Структура белковой молекулы
- •I'm 1.8. Денатурация и ренатурация рибонукле- азы (по Анфинсену):
- •3.7. Классификация белков
- •3.7.1. Простые белки
- •3.7.2. Сложные белки
- •4. Нуклеиновые кислоты
- •4.1. Общая характеристика нуклеиновых кислот
- •4.2. Нуклеотиды и нуклеозиды
- •4.3. Дезоксирибонуклеиновая кислота
- •4.4. Рибонуклеиновые кислоты
- •5. Углеводы 5.1. Общая характеристика углеводов
- •5.2. Моносахариды
- •5.3. Олигосахариды
- •5.4. Полисахариды (глюканы)
- •6. Липиды
- •6.1. Общая характеристика липидов
- •6.2. Простые липиды
- •6.3. Сложные липиды
- •6.4. Двойной липидный слой клеточных мембран
- •Контрольные вопросы и задания
- •7. Витамины
- •7.1. Общая характеристика витаминов
- •7.2. Классификация и номенклатура витаминов
- •7.2.1. Жирорастворимые витамины
- •7.2.2. Водорастворимые витамины
- •8. Ферменты 8.1. Общая характеристика ферментов
- •8.3. Общие свойства ферментов
- •8.4. Активирование и ингибирование ферментов
- •8.2. Участие ионов металлов в активировании ферментов
- •8.5. Классификация и номенклатура ферментов
- •III класс. Гидролазы. Они разрывают внутримолекулярные связи путем присоединения
- •8.6. Применение ферментов
- •9. Гормоны
- •9.1. Уровни регуляции гормонов
- •9.2. Гормоны, выделяемые железами внутренней секреции
- •9.3. Гормоны местного действия
- •11. Обмен углеводов
- •11.1. Переваривание углеводов в пищеварительном тракте
- •11.2. Катаболизм глюкозы
- •11.3. Цикл трикарбоновых кислот
- •11.4. Пентозофосфатный путь окисления глюкозо-6-фосфата
- •11.5. Биосинтез углеводов
- •11.6. Регуляция обмена углеводов
- •12. Обмен липидов
- •12.1. Переваривание липидов в пищеварительном тракте
- •12.2. Промежуточный обмен липидов
- •2. Если синтезируется много сн3—со—КоА, а энергии для синтеза жира недостаточно, то образуется активированная ацетоуксусная кислота:
- •12.3. Биосинтез липидов
- •12.4. Метаболизм стеринов и стеридов
- •13. Обмен белков
- •13.2. Биологическая ценность белков
- •13.3. Особенности переваривания белков у моногастричных животных
- •13.4. Особенности переваривания белков у жвачных
- •13.5. Метаболизм белков в тканях
- •13.6. Особенности обмена отдельных аминокислот
- •13.7. Биосинтез белка
- •14. Обмен нуклеиновых кислот
- •14.1. Переваривание нуклеиновых кислот в пищеварительном тракте
- •14.2. Промежуточный обмен нуклеиновых кислот (распад нуклеиновых кислот в тканях)
- •14.3. Биосинтез нуклеиновых кислот
- •14.4. Рекомбинантные молекулы и проблемы генной
- •15. Обмен воды и солей
- •15.1. Содержание и роль воды в организме
- •15.2. Электролиты тканей
- •15.3. Потребность организма в минеральных веществах, их поступление и выделение
- •16. Взаимосвязь обмена белков, жиров и углеводов
- •17. Биохимия крови
- •18. Биохимия нервной ткани
- •18.1. Химический состав нервной ткани
- •18.2. Обмен веществ в нервной ткани
- •18.3. Химизм передачи нервного импульса
- •19. Биохимия мышечной ткани
- •19.1. Морфология и биохимический состав мышечной ткани
- •19.2. Механизм сокращения мышцы
- •19.3. Окоченение мышц
- •20. Биохимия молока и молокообразования
- •21. Биохимия почек и мочи
- •22. Биохимия кожи и шерсти
- •23. Биохимия яйца
- •Приложение
17. Биохимия крови
Общая характеристика системы крови. Кровь, лимфа, спинномозговая и межтканевая жидкости у животных составляют внутреннюю среду организма. Кровь омывает все клетки — доставляет необходимые вещества, уносит от них продукты жизнедеятельности. Состав крови свидетельствует о нормальном протекании физиологических процессов, а также о возникновении патологии. Кровь как внутренняя среда осуществляет связь между всеми органами и тканями, обеспечивает оптимальный режим их существования. Функции крови разнообразные, главные из них следующие: транспортная — перенос кислорода к тканям, диоксида углерода от тканей к легким, транспорт питательных веществ и удаление из тканей конечных продуктов обмена;
регуляторная — поддерживает постоянство рН и осмотического давления, доставляет к тканям гормоны;
защитная — антитела, лейкоциты, содержащиеся в крови, связывают возбудителей болезней и продукты их жизнедеятельности, предохраняют организм от заболевания. Кровь способна свертываться, тем самым защищая организм от кровотечения и кровопо- терь при повреждении сосудов и ранах.
Кровообращение, процессы кроветворения, химический состав крови регулируются центральной нервной системой. Исследования крови являются важным методом диагностики инфекционных и других заболеваний.
Количество крови, % массы тела: у лошадей 9,8; коров 8,8; овец 8; коз 6,2; кур 8,1; морских свинок 4,1.
Кровь состоит из плазмы (55...60 %) и форменных элементов- эритроцитов (39...44 %), лейкоцитов (1 %), тромбоцитов (0,1 %). Если сосуд с кровью некоторое время стоит неподвижно, форменные элементы оседают; при центрифугировании этот процесс ускоряется. В клинической практике широко применяют показатель СОЭ (РОЭ) — скорость (реакция) оседания эритроцитов, которая измеряется в миллиметрах в час. Для животных каждого вида СОЭ постоянная и составляет в норме: у лошади 64; свиньи 30; коровы 0,58; кролика 1,5; собаки 2,5. СОЭ увеличивается при патологии, т. е. этот показатель имеет большое диагностическое значение.
Физико-химические свойства крови. Плотность цельной крови 1,050...1,060. Форменные элементы имеют большую плотность (до 1,090), чем плазма (1,025... 1,030), и поэтому оседают (СОЭ).
Вязкость крови в 4,5...6 раз, сыворотки в 1,5...2 раза больше вязкости воды. Она зависит от концентрации в крови белков, форменных элементов. Так, при недостатке воды, продолжительной тяжелой работе, при диарее, рвоте в крови уменьшается количество воды и повышается ее вязкость, затрудняется продвижение крови по сосудам. Это приводит к обезвоживанию организма, что опасно для жизни. Например, у новорожденных телят диарея как следствие нарушения питания (выпойка холодного молока, молозива), авитаминоза, повреждения эпителия слизистой оболочки (размножение вирусов — короно-, рото-, энтеровирусов, бактерий — энтеропатогенных штаммов кишечной палочки) приводит к диарее, обезвоживанию организма, и телята погибают.
В качестве лечебного воздействия, чтобы сохранить нормальную вязкость крови, вводят физиологический раствор. Вязкость коови во многом зависит от числа эритроцитов (см. ниже).
Кровь содержит много белков и имеет благодаря этому высокую диэлектрическую постоянную и, как следствие, обладает высокой растворяющей способностью. Белки проявляют свойства коллоидной защиты по отношению к труднорастворимым веществам, находящимся в плазме, удерживая их в растворенном состоянии. Так, например, в крови растворимость фосфата кальция в 2 раза, а карбоната кальция в 6 раз выше, чем в воде.
При различных заболеваниях коллоидная устойчивость крови уменьшается и многие вещества, такие как соли кальция и магния, холестерил, мочевая кислота и другие, выпадают в осадок, откладываются в тканях и органах (соли в суставах, холестерин на внутренней поверхности сосудов, мочевая кислота в виде мочевых камней, желчные кислоты в виде желчных камней).
Осмотическое давление крови зависит от количества электролитов, белков и других растворенных веществ. На осмотическое давление крови наибольшее влияние оказывает концентрация NaCl. Общее осмотическое давление равно 7...8 атм, или в единицах депрессии дельта t = 0,56...0,63.
Постоянство осмотического давления поддерживается поступлением и удалением из крови воды и электролитов. Особенно большую роль в этом играют почки, потовые железы. С мочой удаляется избыток минеральных солей. Осмотическое давление мочи всегда выше, чем крови. Только при тяжелых нарушениях функции почек осмотическое давление мочи может понижаться. Потовые железы удаляют в основном воду, поэтому осмотическое давление пота всегда ниже, чем крови.
Избыточное количество солей всегда довольно быстро выводится из организма. Поэтому даже при большом поступлении минеральных солей они быстро удаляются, и осмотическое давление крови быстро возвращается к норме.
Регуляция осмотического давления имеет большое значение для функционирования клеток и тканей, прежде всего эритроцитов, которые могут функционировать только при определенном осмотическом давлении окружающей их плазмы. Если осмотическое давление плазмы уменьшается, то эритроциты набухают (эн- доосмос) и происходит их гемолиз. Если осмотическое давление плазмы выше нормы, то это приводит к плазмолизу эритроцитов. Как гемолиз, так и плазмолиз нежелательны для организма, так как при этом эритроциты теряют способность транспортировать кислород. Поэтому жидкости для внутривенных вливаний должны быть изотоничными (0,9 % NaCl или 5,4 % глюкозы).
В создании осмотического давления важную роль играют белки крови. Давление, которое создается белками, называют онкотическим.
Кровь содержит много белков и благодаря этому имеет высокую диэлектрическую постоянную, и как следствие, обладает высокой растворяющей способностью.
Онкотическое давление обеспечивает более высокое давление в крови, чем в межклеточном пространстве, что препятствует выходу воды из сосудов в ткани и регулирует водный обмен между кровью и тканями.
Буферные системы крови. Биохимические процессы в организме животных могут происходить только при строго определенных значениях рН. Даже незначительное изменение рН среды вызывает изменение активности ферментов и нарушение течения биохимических процессов. Смещение рН крови на 0,5 ед. приводит к агонии. Допустимые физиологические колебания рН крови не выше 0,05...0,07 ед. В процессе жизнедеятельности постоянно образуются промежуточные продукты окисления, в том числе значительное количество СО2. Из пищеварительного тракта всасываются органические кислоты, продукты брожения углеводов. Много кислот образуется в тканях в результате распада и окисления фосфорных эфиров и углеводов, нуклеотидов и других фосфор- и серосодержащих соединений с образованием соответственно Н3Р04, H2S04. Усиленное образование кислых продуктов происходит при нарушении углеводного, липидного и белкового обменов, когда в крови в больших количествах появляются кетоновые тела (ацетоуксусная и р-оксимасляная кислоты, ацетон).
Постоянно образуются также щелочные соединения: аммиак, креатин, основные аминокислоты и т. д. Однако кислоты и основания, попадая в кровь, не изменяют рН крови благодаря наличию регуляторных механизмов — буферных систем крови и органов выделения.
Сила буферных систем крови (буферная емкость) весьма велика. Например, для смещения рН крови к ней нужно добавить в 320 раз больше кислоты, чем к такому же количеству воды.
В крови имеются как органические, так и минеральные буферные системы. К органическим буферным системам относятся: ге- моглобиново-оксигемоглобиновый буфер эритроцитов, белки плазмы крови, аминокислоты, органические кислоты и их соли.
К минеральным буферным системам относятся гидрокарбонатный и фосфатный буферы. Гидрокарбонатная буферная система крови состоит (в соотношении объем % СО,) из СО, 2 7" 1; NaHC03 47; Na2CО3 - следы.
Образующиеся в процессе обмена кислоты взаимодействуют с гидрокарбонатом натрия NaHC03, и в результате образуются соли, а протон водорода связывается с анионом гидрокарбоната, в результате образуется слабо диссоциирующая угольная кислота Н2СО3. В легких она разлагается на Н2О и СО2; СО2 удаляется из организма с выдыхаемым воздухом:
Для поддержания постоянства рН крови необходим определенный запас гидрокарбоната и других веществ, определяющих щелочной резерв.
Щелочной резерв определяют по методу Ван-Слайка и выражают количеством миллилитров выделившегося СО, на 100 мл плазмы. Количество выделившегося С02 определяют разрушением Н2С03 более сильной кислотой. При этом выделяется С02 в норме, %: у лошади 56...80, крупного рогатого скота 50...67. Резервную щелочность можно выражать также кислотной емкостью, т. е. количеством миллиграммов щелочи, идущей на титрование избытка кислоты, которую добавляют к крови [расчет ведется на 100 мл крови, выражается в миллиграмм-процентах (мг%) щелочи]. Кислотная емкость составляет в норме, мг%: у лошадей 420...640; коров 540...600; овец 440...540; свиней 450...660.
Понижение щелочного резерва — ацидоз — наблюдается при кетозах, сердечной недостаточности, рахите и т. д. Ацидоз может быть компенсированным, если рН крови не изменен. Если же кислот много и они не могут быть нейтрализованы буферными системами, то рН крови смещается в кислую сторону.
Алкалоз наблюдают при повышенном содержании гидрокарбонатов, избыток которых выделяется с мочой: при рвоте, гипервентиляции легких, отравлении оксидом углерода.
Неорганический фосфатный буфер имеет большое значение в клетках, тогда как в крови занимает незначительное место, так как количество неорганических фосфатов крови составляет 3...4 мг%. Органические фосфаты играют большую роль в создании буферной емкости крови.
Буферное действие белков плазмы обеспечивает 10 %, гемоглобин эритроцитов — 70, другие пептидные и протеиновые системы — 20 % буферной емкости крови.
Действие гемоглобина как буфера тесно связано с его функцией в процессе дыхания. Гемоглобин не только выполняет роль переносчика кислорода, но и оказывает существенное влияние на связывание СО2 в тканях и выделение его в легких. Основное количество диоксида углерода переносится из тканей в легкие при участии катионов калия, связанных в эритроцитах с гемоглобином. Кроме того, диоксид углерода может присоединяться к гемоглобину непосредственно через свободные аминогруппы при помощи карбаминовой связи, при этом образуется карбгемоглобин. Полагают, что 15 % СО2 переносится в легкие в виде карбге- моглобина.
Плазма крови и ее химический состав. Если удалить из крови форменные элементы, остается плазма. В обычных условиях, вне организма, плазма свертывается. После удаления из плазмы фибриногена остается сыворотка крови. Чтобы предотвратить свертывание крови, добавляют стабилизаторы (соль лимонной или щавелевой кислоты, гепарин).
Плазма составляет около 55...60 % объема крови. В ее составе 90...96 % воды, 4...10 % сухих веществ, в том числе органические вещества: белковые — альбумины, глобулины, фибриноген, ферменты; небелковые — пептиды, аминокислоты, мочевина, мочевая кислота, аллантоин, креатинин, билирубин, амиды, минеральные вещества (около 1 %), гормоны, витамины; безазотистые вещества — глюкоза, молочная кислота, жирные кислоты, глицерин, триглицериды, холестерин, промежуточные продукты их обмена.
Минеральные вещества плазмы: NaCl, КС1, СаС12, MgCl2, NaHC03, CaC03, K2HP04, Na2S04, Са3(Р04)2. Кроме того, в небольших количествах содержатся ионы железа, меди, иода, цинка, кобальта, марганца и т. д.
Минеральные вещества могут находиться в ионо- и молекулярно-дисперсном состоянии, а также входить в состав сложных органических соединений. Полагают, что в обменных процессах наиболее активны минеральные вещества, связанные с белками крови.
Роль солей щелочных и щелочно-земельных металлов в крови разнообразна. Они участвуют в создании осмотического давления, состояния изотонии с внутриклеточным содержимым различных тканей. Отдельные ионы имеют специфические функции- ионы Na+ повышают набухание тканей и увеличивают их проницаемость; ионы Са+2 действуют противоположно: уплотняют протоплазму клетки, уменьшают ее проницаемость; ионы Mg+2 вызывают анестезию. Катионы крови влияют на активность многих ферментов.
Содержание ионов (катионов и анионов) в плазме крови у лошади составляет следующие величины, мг/л:
Содержание кальция и фосфора изменяется при рахите, остеомаляции, тетании и других нарушениях минерального обмена.
Железо сосредоточено в эритроцитах; в плазме оно находится в составе трансферрина. Депонируется в виде ферритина. Избыток железа откладывается в форме гемосидерина в клетках мононук- леарномакрофагальной (ретикулоэндотелиальной) системы.
Белки плазмы и сыворотки крови. Плазма содержит 2,5...8 % белка, в том числе фибриногена 0,5 %. У животных разных видов содержание белка в плазме составляет, %: куры 5,2; кролики 7,1; коровы 7,5; лошади 7,8; свиньи 7,4.
Содержание белка в сыворотке крови колеблется в зависимости от возраста, пола, продуктивности. Снижение содержания белка (гипопротеинемия) возникает при белковом голодании, при приеме больших количеств жидкости, нарушении функции почек, печени, неполноценном белковом питании, повышенном распаде белков. При сильных диарее и рвоте концентрация белков в крови повышается (гиперпротеинемия). При электрофорезе в поли- акриламидном геле белки крови можно разделить до 30 фракций и более.
Альбумины имеют повышенную электрофоретическую подвижность, хорошо растворимы в воде, на 98 % состоят из аминокислот. Изоэлектрическая точка при рН 4,9; молекулярная масса 65 000...70 000; период полураспада 3,7 сут. В крови альбумины составляют 30...55 % белков.
Синтезируются в основном в клетках печени. Участвуют в регуляции водно-солевого обмена между кровью и тканями. Альбумины можно рассматривать как аминокислотный резерв организма. Кроме того, они адсорбируют аминокислоты и в таком виде транспортируют их в ткани.
Альбумины могут образовывать различные комплексы с металлами, гормонами, витаминами, токсинами, осуществляя их транспорт в организме. В этих комплексах многие биологически активные вещества теряют свою активность или, наоборот, усиливают, т. е. альбумины регулируют влияние их на метаболические процессы. Выступают в виде буферных веществ, поддерживая рН.
Глобулины подразделяют на а-, β-, у-глобулины.
а-Глобулины при электрофорезе продвигаются за альбуминами, разделяются на несколько фракций (а1, а2-, а3-глобулины). Молекулярная масса 160 000...200 000. Изоэлектрическая точка при рН 4,7...5,2. Глобулины служат белками-переносчиками (легко соединяются с липидами, углеводами, витаминами, желчными пигментами). В их составе 25...35 % углеводов. Сюда относятся гаптоглобулин — переносчик железа, церулоплазмин — переносчик меди. Церулоплазмин, относящийся к а2-гликопротеидам плазмы крови, играет главную роль в обмене медьсодержащих ферментов. К фракции а-глобулинов относятся также белки, участвующие в свертывании крови.
-Глобулины — это белки с молекулярной массой 90 000... 1 300 000. Изоэлектрическая точка при рН 4,4. Образуют комплексы с липидами. К этой группе относится трансферрин. В этой фракции находится белок проконвертин, участвующий в превращении протромбина в тромбин.
у-Глобулины — это наименее подвижная фракция с высокой молекулярной массой. Они выполняют защитные функции. В их составе белки-антитела, обеспечивающие защиту против инфекционных болезней.
Иммунные белки — иммуноглобулины (Ig). Содержание иммуноглобулинов резко увеличивается при иммунизации, хронических заболеваниях. Иммуноглобулины синтезируются в лимфоидной ткани селезенки, лимфатических узлов, костного мозга и т. д. против чужеродных белков (антигенов). Их молекулярная масса составляет до 1 000 000 и более. Состоят из двух тяжелых Н (от англ. Heavy — тяжелый) полипептидных цепей (молекулярная масса 50 000...75 000) и двух легких цепей L (от англ. Light — легкий) (молекулярная масса 23 000), соединенных дисульфидными мостиками (рис. 17.1). Н-цепи имеют около 700, а L-цепи — около 200 аминокислотных остатков. В пептидных цепях различают вариабельные (V) и константные (С) области. В результате различных сочетаний отдельных участков иммуноглобулинов может образовываться большое число индивидуальных иммуноглобулинов — до 107.
Рис. 17.1. Структура молекулы иммуноглобулина
Две легкие и две тяжелые цепи удерживаются вместе дисульфидными связями. Каждая из легких и тяжелых цепей имеет на своем N-конце вариабельный участок (VL или VH). В состав легких цепей входит один константный участок (CL); У тяжелых цепей константная часть состоит из четырех доменов (Сн1, Сн2, Сн3 и шарнирный участок)
Различают иммуноглобулины классов О, М, А, D, Ь. ини различаются по молекулярной массе, скорости седиментации, концентрации в сыворотке крови и т. д.
В сыворотке крови содержатся и другие белки. Например, С-реактивный белок появляется при воспалительных процессах и некрозах. Пропердин и интерферон — защитные белки. Интерферон является универсальным противовирусным белком. Фибриноген и протромбин принимают участие в процессе свертывания крови. В небольших количествах в сыворотки крови содержатся гормоны и ферменты. Металлопротеиды — целый ряд белков крови, способных связывать различные металлы, образуя комплексные соединения: церулоплазмин — молекулярная масса 150 000, восемь атомов Сu+2, трансферрин, гаптоглобин и др.
Небелковые азотистые вещества крови. В плазме крови содержится значительное количество небелковых азотсодержащих веществ, к ним относятся аминокислоты, пептиды, мочевина, мочевая кислота, креатин, креатинин, билирубин и т. д.
Все эти вещества называют остаточным азотом, они остаются в растворе после осаждения белков (табл. 17.1). В норме их количество составляет 200...650 мг/л. При повышении обмена веществ, интенсивной работе количество остаточного азота увеличивается до 1000 мг/л.
Безазотистые органические вещества — глюкоза, липиды, жирные кислоты, пировиноградная и молочная кислоты — играют роль питательных веществ или являются промежуточными метаболитами.
Углеводы —глюкоза, фруктоза, гликоген, глюкозамин, фосфаты моноз и другие продукты промежуточного обмена углеводов. Больше всего в крови содержится глюкозы, концентрацию которой определяют обычно глюкозооксидазным методом. Содержание глюкозы в плазме крови в норме составляет, мкмоль: у лошадей 4,4...5,5; крупного рогатого скота 3,3...4,4; свиней 4,4...6,1; собак 4,4...6,6. Глюкоза и другие монозы в плазме крови находятся в свободном и в связанном с белками состоянии. Содержание связанной глюкозы достигает 40...50 % общего количества углеводов. Среди продуктов промежуточного обмена углеводов содержание молочной кислоты резко возрастает после тяжелой работы (например, у лошади с 0,01 % в норме до 0,1 %).
Уровень глюкозы в плазме крови возрастает (гипергликемия) при сахарном диабете, гипертиреозе, при повышении температуры тела. Гипогликемия возникает при голодании, избыточном поступлении в кровь инсулина, при снижении синтеза глюкозы в тканях организма.
Липиды содержатся в плазме крови (до 0,7 %) в свободном состоянии или связанные с белками. В плазме крови лактирую- щих коров содержание холестеридов составляет 0,16 %; холестерина — 0,02; фосфолипидов — 0,15 и триглицерида — 0,03 %. Содержание липидов в плазме крови резко меняется при многих нарушениях обмена веществ.
Ацетоновые тела — β-оксимасляная кислота, ацетоуксусная кислота и ацетон — содержатся в норме в пределах 0,001...0,005 %. Их содержание возрастает при недостаточном кормлении легкопереваримыми углеводами, кетозах, родильном парезе, сахарном диабете, воспалении печени.
Минеральные вещества содержатся в виде катионов Na+, К+, Са+2, Mg+2, Cu+2; анионов , и т. д. или в составе органических соединений.
Содержание
отдельных минеральных элементов
изменяется в зависимости от состава
кормов, вида животных, возраста, уровня
продуктивности. Средние показатели их
представлены в таблице 17.2.
Форменные элементы крови. К форменным элементам крови относятся эритроциты, лейкоциты и тромбоциты.
Число эритроцитов в крови у животных разных видов различно. Различаются они по наличию ядра: у птиц и земноводных эритроциты ядерные, а у млекопитающих безъядерные. Основная функция эритроцитов дыхательная, она связана с гемоглобином. Число эритроцитов составляет, млн/мм3: у лошади 6... 10; коровы 5,5...10; свиньи 5,5...9; овцы 8... 16. Содержание гемоглобина составляет 100...150 г/л. Кроме гемоглобина в эритроцитах присутствуют ферменты каталаза, карбоангидраза. Каталаза обеспечивает расщепление пероксида водорода на воду и молекулярный кислород, а карбоангидраза — синтез угольной кислоты из СО2 и Н2Ов тканевых капиллярах и распад Н2СО3 на СО2 и Н2О в легочных альвеолах. Таким образом, этот фермент обеспечивает связывание СО2 в тканях и удаление его из крови в альвеолах легких.
Выполнение дыхательной функции эритроцитов связано с гемоглобином. Молекула гемоглобина состоит из четырех субъединиц, в том числе двух пептидов а-цепи из 141 аминокислотного остатка и двух пептидов β-цепи из 146 аминокислотных остатка. Эти четыре пептида соединены между собой водородными связями (см. рис. 3.9). В каждом пептиде содержится гем, связанный с двухвалентным железом (см. рис. 3.13).
Строение гемоглобина обеспечивает кооперативное связывание четырех молекул кислорода (02): каждый гем присоединяет кислород не самостоятельно, а совместно, кооперативно. Кооперативность состоит в том, что каждую последующую молекулу кислорода гемоглобин присоединяет (и отдает) легче, чем предыдущую.
Оксигемоглобин — основное производное гемоглобина, легко диссоциирует на гемоглобин и О2. Скорость прямой и обратной реакций при взаимодействии гемоглобина и О2 зависит от величины парциального давления кислорода в воздухе, с которым контактирует кровь, находясь в капиллярах легочных альвеол.
Количество кислорода, связываемого гемоглобином, содержащимся в 100 мл крови, называется кислородной емкостью крови. Для разных животных она составляет 10,1... 19,5 мл.
Оксигенация гемоглобина (НЬ) происходит быстрее, чем распад оксигемоглобина:
В артериальной крови весь гемоглооин находится в виде оксигемоглобина. Это обеспечивается высоким парциальным давлением кислорода в легких, через которые проходит кровь. Во вдыхаемом воздухе содержится 20,9 % кислорода, 0,03 % СО2; в выдыхаемом — 15,5...16,3 % кислорода и 4,1 % СО2, или СО2 в 136 раз больше, чем в атмосфере. В легких создаются условия для диффузии О2 в кровь, СО2 — в воздух. В процессе дыхания организм использует около 5 % кислорода, содержащегося в воздухе.
Присоединение молекулярного кислорода к гемоглобину не ведет к изменению валентности железа, поэтому этот процесс называется оксигенацией, а не окислением. При оксигенации образуется оксигемоглобин, который в тканях распадается на гемоглобин и О2, после чего О2 усваивается тканями.
При уменьшении парциального давления О2 в воздухе количество НЬ02 снижается (гипоксемия), что ведет к гипоксии.
Гемоглобин участвует в переносе СО2. В межтканевых жидкостях парциальное давление С02 около 8 кПа (60 мм рт. ст.), в венозной крови около 6 кПа (47 мм рт. ст.). Эта разница обеспечивает диффузию СО2 из тканей в венозные сосуды. В крови около 20 % СО2 соединяется с гемоглобином, около 80 % превращается в гидрокарбонат калия КНС03. В легких гидрокарбонаты разрушаются до Н2СО3 с последующим распадом до Н2О и СО2, которые удаляются из организма с выдыхаемым воздухом. Эти процессы катализируются ферментом карбоангидразой.
Метгемоглобин (НЬ-ОН) образуется под действием различных окислителей, когда Fe+2 окисляется до Fe+3 и прочно соединяется с группой ОН. Метгемоглобин не присоединяет кислород. Окислители: метиленовый синий, бензол, нитробензол, анилин. Образование метгемоглобина может привести к смерти.
Карбоксигемоглобин (Hb-СО) — это соединение гемоглобина с оксидом углерода (угарный газ). Оксид углерода СО имеет сродство к НЬ в 300 раз больше, чем кислород. Поэтому даже небольшое количество (0,1 %) оксида углерода связывает гемоглобин, превращая его в карбоксигемоглобин, и приводит к гибели. В карб- оксигемоглобине железо остается двухвалентным.
Циангемоглобин (Hb-CN) образуется при попадании в кровь синильной кислоты или ее солей. Это ведет к потере способности гемоглобина связывать кислород.
Распад гемоглобина происходит в селезенке, печени, костном мозге. Глобин распадается до аминокислот, а гем превращается в желчные пигменты: биливердин, билирубин, которые далее удаляются из организма с калом (стеркобилин) или с мочой (уробилин).
Лейкоциты — белые клетки крови; выполняют защитные функции, являются продуцентами иммуноглобулинов. Они могут захватывать и переваривать (фагоцитоз) чужеродные тела, попавшие в организм.
Тромбоциты — кровяные пластинки, участвуют в процессе свертывания крови. На их поверхности адсорбируются факторы свертывания крови. В первой фазе свертывания крови с участием тромбокиназы и ионов кальция из протромбина образуется тромбин, а во второй фазе под действием фермента тромбина, фибриноген превращается в фибрин.
Контрольные вопросы и задания
1. Каковы функции крови? 2. Какие буферные системы крови обеспечивают постоянство концентрации ионов водорода? 3. Что представляют собой плазма и сыворотка крови? 4. Назовите химический состав плазмы.