23 Июн

ОСОБЕННОСТИ МОЛЕКУЛЯРНОЙ СТРУКТУРЫ МЕМБРАН ЭРИТРОЦИТОВ.




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Эритроциты – самые многочисленные форменные элементы крови, являются высокоспециализированными дифференцированными клетками. Для зрелых эритроцитов характерны гомогенная цитоплазма, отсутствие ядра и клеточных органелл [9, c.211; 21, c.157]. Вода составляет 60% массы эритроцитов, 40% массы сухого остатка на 90-95% представлены  белками – гемоглобинами [1, c.482]. Эритроциты человека в норме имеют размеры 6-8 нм, и форму двояковогнутого диска, что обеспечивает максимальную площадь поверхности при минимально возможном объеме (объем среднего эритроцита равен 87 мкм3, а площадь поверхности – 163 мкм2). При таких условиях молекулы гемоглобина находятся близко к поверх­ности, что обеспечивает максимальную скорость газообмена [4, c.68; 10, c.23]. Основной функцией эритроцитов в организме является транспорт О2 и СО2, а также перенос аминокислот, белков, углеводов, холестерина и многих других веществ. Эритроциты принимают участие в свертывании крови, фибринолизе, в поддержании сосудисто-тромбоцитарного гомеостаза, также они регулируют рН крови, ионный состав плазмы и водный обмен [11, c.215; 7, c.421; 22, c.2946; 20, c.1115;17,c.550].

Принципиальная организация плазматической мембраны эритроцита не отличается от организации других мембран клеток эукариот, но обладает при этом специфическими особенностями. В эритроцитарных мембранах присутствуют липидные рафты, они также обогащены холестеролом, сфинголипидами и связаны со специфическими мембранными белками флотиллинами, стоматином (белок полосы 7.2), G-белками и β-адренергическими рецепторами. Условно эритроцитарную мембрану можно разделить на три составляющие: гликокаликс, который обогащен углеводами и расположен на экстрацеллюлярной поверхности; липидный бислой, включающий трансмембранные белки;  примембранный цитоскелет, образованный структурной сетью белков и локализованный на внутренней стороне липидного бислоя. Липиды составляют половину массы эритроцитарной мембраны и представлены в основном глицерофосфолипидами, сфингофосфолипидами и холестеролом [25, c.3945]. В то время как холестерол, составляющий 25%  общей массы липидов,  входит в состав обоих листков бислоя и распределен между ними достаточно равномерно, 4 мажорных фосфолипида создают ассиммметричность мембраны. Это – фосфатидилхолин (19%) и сфингомиелин (17,5%), которые преимущественно находятся в наружном монослое, и фосфатидилсерин (8,5%) и фосфатидилэтаноламин (18%), которые вместе с минорным компонентом фосфатидилинозитолом находятся во внутреннем монослое [2, c.189; 32, c.181]. Нарушение определенной асимметрии приводит к изменениям функционального состояния клетки. В частности, фосфатидилсерин в норме располагается на внутренней стороне плазматической мембраны, и его переход на наружную сторону, осуществляемый АТФ-зависимыми мембраносвязанными ферментами – флоппазами, является маркером апоптотической гибели клетки [15, c.235,240; 19, c.2210; 24, c.3941; 28, c.1492]. Кроме того, ограничение распространения фосфатидилсерина внутренним монослоем приводит к ингибированию взаимодействия эритроцитов и эндотелиоцитов сосудов, что обеспечивает нормальное движение эритроцитов по микрососудам [27, c.1566]. Фосфатидилинозитол-4,5-бифосфат повышает связывание белка 4.1R с гликофорином С, но при этом снижает его взаимодействие с белком полосы 3, регулируя таким образом связь бислоя с мембранным цитоскелетом. Другие представители семейства фосфатидилинозитолов оказывают влияние в значительно меньшей степени, либо не оказывают его вовсе [12, c.5727].

Основные компоненты гликокаликса – гликолипиды, которые содержат остатки сахаров и включают цереброзиды, ганглиозиды и производные сфингозина, а также гликопротеины – белки, ковалентно связанные с олигосахаридами и полисахаридами [5, c.321]. На мембране эритроцита эти структуры представлены рецепторами инсулина, со­матотропного гормона, ацетилхолина, катехола­минов, простагландинов, иммуноглобулинов, компонентов каскада комплемента С3b и С4b, а также рецепторами к церулоплаз­мину,  лектинам, токсинам, бактериям и вирусам, помимо этого, углеводы, локализованные в гликокаликсе, отвечают за адгезивные свойства клеток и группы крови [6, c.23; 8, c.32; 16, c.365]. Сиаловые кислоты, входящие в состав ганглиозидов, формируют отрицательный заряд поверхности эритроцитов, который создает между ними равномерное электростатическое отталкивание, при исчезновении заряда эритроциты слипаются, образуя характерные скопления в виде монетных столбиков [3, c.211; 9, c.469]. Взаимодействие углеводных цепей в гликокаликсе определяется, в основном, электростатическими силами [7, c.512].

К настоящему времени для эритроцитов описано свыше 50-ти трансмебранных белков, различающихся по количеству копий на клетку – от нескольких сотен до миллиона [25, c.3940]. Существенная их часть вовлечена в механизм транспорта ионов и веществ через мембрану. Белок полосы 3 (band 3, гликопротеин) функционирует как ионный канал, обменивая в легких HCO3 на Clпо механизму пассивного транспорта. Этот белок через цитоплазматический домен связан с белком мембранного цитоскелета анкирином, также с белками Rh и поверхностным гликопротеином CD47 [29, c.135; 30, c.14821]. Изменение структуры белка полосы 3 в стареющих эритроцитах способствует удалению их из кровообращения  [24, c.531]. Из всех клеток человека, в эритроцитах отмечено наибольшее содержание белка Glut1 – транспортера глюкозы и L-дегидроаскорбата [26, c.1041]. Белки групповой системы Kidd являются транспортерами мочевины [13, c.163; 14, c.234]. Составляющие систему Rhesus, RhAG белки обладают активностью газовых каналов, обеспечивающих прохождение через мембрану CO2 и NH3 [18, c.64]. Некоторые трансмембранные белки эритроцитов участвуют в транспорте ионов К+ , Na+,  Ca2+,  Cl. Это – Na+-K+-ATФаза, Ca2+-ATФаза, Na+-K+-2Cl котранспортер, Na+-Cl-котранспортер, Na+-K+-котранспортер, K+-Cl-котранспортер, и Гардос каналы (KCa3.1- Ca2+-активируемые К+-каналы) [25, c.3942; 31, c.322]. Перенос ионов через мембрану чрезвычайно важен для обеспечения нормальной жизнедеятельности клетки. Увеличение внутриклеточной концентрации ионов кальция является одной из причин снижения деформируемости эритроцитов. Другим следствием роста внутриклеточной концентрации ионов кальция является открытие Са2+-активируемых К+-каналов, обеспечивающих выход ионов калия из эритроцитов, что приводит к дегидратации клеток и уменьшению их объема. Следовательно, увеличение проницаемости мембраны для калия также вносит вклад в снижение деформируемости. Деформируемость – свойство эритроцитов, обусловливающее их способность выполнять физиологические функции. При движении через капилляры, эритроциты подвергаются существенным деформациям, не изменяя при этом свои объем и площадь поверхности, что дает возможность поддерживать процессы диффузии газов на высоком уровне.

Основу фибриллярной сети субмембранной системы поверхностного аппарата эритроцита составляют связанные между собой тетрамерные комплексы молекул белка спектрина, формирующие гексагональные структуры на внутренней стороне мембраны. Спектрин взаимодействует, с одной стороны, с интегральными белками мембраны (белок полосы 3, Glut1, Rh-белки, RhAG, CD47, гликофорины, антигены Келл и Даффи), а с другой с целой системой субмембранных белков (белок 4.1 R, р55, аддуцин, дематин, тропомиозин, тропомодулин, актиновые филаменты, анкирин, белок полосы 4.2). Система весьма пластична и подвержена внутриклеточной регуляции, она обеспечивает возможность изменения формы эритроцитов [3, c.298; 25, c.3942].

Несмотря на присущие эритроцитарной мембране особенности, в ней сохраняются общие принципы молекулярной организации биологических мембран, что позволяет проводить самые разнообразные исследования, направленные как на изучение общих свойств плазматических мембран, так и на изучение специфических взаимодействий различных веществ и мембран. Результаты, полученные в исследованиях на  мембранах эритроцитов, в определенной степени могут быть экстраполированы и на другие плазматические мембраны эукариотических клеток.

Список литературы:

1.Агаджанян Н.А., Смирнов В.М. Нормальная физиология. М.: Медицинское информационное агентство. 2009. 520 c.

2.Болдырев А.А., Кяйвяряйнен Е.И., Илюха В.А. Биомембранология. Петрозаводск:  Изд-во Кар. НЦ РАН. 2006. 226 с.

3.Заварзин А.А. Сравнительная гистология. СПб.: Изд-во СПбГУ. 2000. 520 c.

4.Козинец Г.И., Шишканова З.Г., Сарычева Т.Г. Клетки крови и костного мозга. Цветной атлас. М.: МИА. 2004. 208 c

5.Марри Р., Греннер Д.,Мейес П., Родуэлл В. Биохимия человека. М.: Мир. 1993. Т.2. 416 с.

6.Морозова В.Т., Луговская С.А., Почтарь М.Е. Эритроциты: структура, функции, клинико-диагностическое значения. Клиническая лабораторная диагностикака. 2007. N10. С.21–35.

7.Покровский В.М., Коротько Г.Ф. Физиология человека. М.: Медицина. 2003. 656 с.

8.Рыскина Е.А., Чернов Н.Н., Епифанова А.А, Нефедова Н.С.  Полиморфизм и  полифункциональность антигенов АВО системы крови. Вестник Росийского университета дружбы народов. 2011. N4. C.31-36.

9.Смирнов В.М. Физиология человека. М.: Медицина. 2002. 608 c.

10.Шейко Л.М., Бокуть С.Б. Практикум по медицинской и биологической физике. Раздел «Биологическая физика»: Методы биофизических исследований. Минск: Изд-во МГЭУ им. А. Д. Сахарова. 2011. 64 с.

11.Шмидт Р., Тевс Г., Ульмер Х.Ф.  Физиология человека. Том 2. М.: Мир. 1996. 321 c.

12.An X., Zhang X., Debnath G., Baines A.J., Mohandas N. Phosphatidylinositol-4,5-biphosphate (PIP2) differentially regulates the interaction of human erythrocyte protein 4.1 (4.1R) with membrane proteins. Biochemistry. 2006. V.45. N18. P.5725-5732.

13.Cartron J.P., Colin Y. Structural and functional diversity of blood group antigens.  Transfusfusion clinique et biologique: journal de la Societe fancaise de transfusion sanguine. 2001. V.8. N3. P.163-199.

14.Cartron J.P., Ripoche P. Urea transport and Kidd blood groups. Transfusfusion clinique et biologique: journal de la Societe fancaise de transfusion sanguine. 1995. V.2. N4. P.309-315.

15.Daleke D.L. Regulation of transbilayer plasma membrane phospholipid asymmetry. J. Lipid Res. 2003. N44. P.233–242.

16.Dejter-Juszynski M., Harpaz N., Flowers., Sharon N. Blood-group ABH-specific macroglicolipids of human erythrocytes: isolation in hight yield from a crude membrane glycoprotein fraction. Eur J Bioch. N83. 1978. P.363-378.

17.Diesen D.L., Douglas T.H., Jonathan S.S.  Hypoxic Vasodilation by Red Blood Cells. Evidence for an S-Nitrosothiol–Based Signal. Circulation Research. 2008. N103. P.545-553.

18.Endeward V., Cartron J.P., Ripoche P., Gros G. RhAG protein of the Rhesus complex is a CO2 channel in the human red cell membrane. FASEB J. 2008. V.22. N1. P.64-73.

19.Fadok V.A., Voelker D.R., Campbell P.A., Cohen J.J., Bratton D.L., Henson P.M. Exposure of phosphatidylserine on the surface of apoptotic lymphocytes triggers specific recognition and removal by macrophages. J Immunol. 1992. V.148. N7. P.2207–2216.

20.Jiang N., Tan N.S., Ho B., Ding J.L. Respiratory protein-generated reactive oxygen species as an antimicrobial strategy. Nature Immunology. 2007. V.8. N10. P.1114-1122.

21.Kabanova S., Kleinbongard P., Volkmer J., Andrée B., Kelm M., Jax T.W. Gene expression analysis of human red blood cells. International Journal of Medical Sciences. 2003. V.6 N4. P.156–159.

22.Kleinbongard P., Schulz R., Rassaf T., Lauer T., Dejam A., Jax T., Kumara I., Gharini P., Kabanova S., Ozüyaman B., Schnürch H.G., Gödecke A., Weber A.A., Robenek M., Robenek H., Bloch W., Rösen P., Kelm M. Red blood cells express a functional endothelial nitric oxide synthase. Blood. 2006. V.107. N7. P.2943–2951.

24.Li M.O., Sarkisian M.R., Mehal W.Z., Rakic P., Flavell R.A. Phosphatidylserine receptor is required for clearance of apoptotic cells. Science. 2003. V.302. N5650. P.1560-1563.

24.Low P.S., Waugh S.M., Zinke K., Drenckhahn D.  The role of hemoglobin denaturation and band 3 clustering in red blood cell aging. Science. 1985. V.227. N4686. P.531-533.

25.Mohandas N., Gallagher P.G. Red cell membrane: past, present, and future. Blood. 2008. V.112. N10. P.3939–3948.

26.Montel-Hagen A., Kinet S., Manel N., Mongellaz C., Prohaska R., Battini J.L., Delaunay J., Sitbon M., Taylor N. Erythrocyte Glut1 triggers dehydroascorbic acid uptake in mammals unable to synthesize vitamin C. Cell. 2008. V.132. N6. P.1039-1048.

27.Setty B.N., Kulkarni S., Stuart M.J. Role of erythrocyte phosphatidylserine in sickle red cell-endothelial adhesion. Blood. 2002. V.99. N5. P.1564-1571.

28.Tang, X., Halleck, M.S., Schlegel R.A., Williamson P. A subfamily of P-type ATPases with aminophospholipid transporting activity. Science. 1996. N272. P.1495–1499.

29.Tanner M.J. Band 3 anion exchanger and its involvement in erythrocyte and kidney disorders. Curr. Opin. Hematol. 2002. V.9. N2. P.133-139.

30.Van Dort H.M., Moriyama R., Low P.S. Effect of band 3 subunit equilibrium on the kinetics and affinity of ankyrin binding to erythrocyte membrane vesicles. J.Biol.Chem. 1998. V.273.  N24.  P.14819-14826.

31.Vergara C., Latorre R., Marrion N.V., Adelman J.P. Calcium-activated potassium channels. Current opinion in neurobiology. 1998. V.8. N3. P.321-329.

32.Verkleij A.J., Zwaal R.F., Roelofsen B., Comfurius P., Kastelijn D., Van Deenen L.L. The asymmetric distribution of phospholipids in the human red cell membrane. A combined study using phospholipases and freeze-etch electron microscopy. Biochimica et biophysica acta. 1973. V.323. N2. P.178-193.

ОСОБЕННОСТИ МОЛЕКУЛЯРНОЙ СТРУКТУРЫ МЕМБРАН ЭРИТРОЦИТОВ.
Рассмотрены особенности молекулярного строения мембран эритроцитов.
Written by: Матейкович Полина Алексеевна
Published by: Басаранович Екатерина
Date Published: 12/15/2016
Edition: euroasia-science_6(27)_23.06.2016
Available in: Ebook