Funkcje anhydrazy węglanowej. Transport dwutlenku węgla przez krew. Znaczenie anhydrazy węglanowej. Ośrodek oddechowy. Nowoczesne koncepcje dotyczące struktury i lokalizacji. Automatyzacja ośrodka oddechowego

Anhydraza węglanowa(synonim: dehydrataza węglanowa, hydroliaza węglanowa) to enzym katalizujący odwracalną reakcję hydratacji dwutlenku węgla: CO 2 + H 2 O Û H 2 CO 3 Û H + + HCO 3. Zawarty w czerwonych krwinkach, komórkach błony śluzowej żołądka, korze nadnerczy, nerkach oraz w małych ilościach w ośrodkowym układzie nerwowym, trzustce i innych narządach. Rola anhydrazy węglanowej w organizmie jest związana z utrzymaniem Równowaga kwasowej zasady, transport CO 2, tworzenie kwasu solnego przez błonę śluzową żołądka. Aktywność anhydrazy węglanowej we krwi jest zwykle dość stała, ale w niektórych stanach patologicznych zmienia się dramatycznie. Zwiększenie aktywności anhydrazy węglanowej we krwi obserwuje się w anemii różnego pochodzenia, zaburzeniach krążenia II-III stopnia, niektórych chorobach płuc (rozstrzenie oskrzeli, stwardnienie płuc), a także w czasie ciąży. Zmniejszenie aktywności tego enzymu we krwi występuje w przypadku kwasicy pochodzenia nerkowego, nadczynności tarczycy. W przypadku hemolizy wewnątrznaczyniowej w moczu pojawia się aktywność anhydrazy węglanowej, podczas gdy zwykle jest ona nieobecna. Wskazane jest monitorowanie aktywności anhydrazy węglanowej we krwi podczas zabiegów chirurgicznych na sercu i płucach, ponieważ może służyć jako wskaźnik zdolności adaptacyjnych organizmu, a także podczas terapii inhibitorami anhydrazy węglanowej – hipotiazydem, diakarbem.

Do określenia aktywności anhydrazy węglanowej stosuje się metody radiologiczne, immunoelektroforetyczne, kolorymetryczne i miareczkowe. Oznaczenie przeprowadza się w pełnej krwi pobranej z heparyną lub w hemolizowanych krwinkach czerwonych. Dla celów klinicznych najbardziej dopuszczalne metody kolorymetryczne oznaczania aktywności anhydrazy węglanowej (np. modyfikacje metody Brinkmana), polegające na określeniu czasu potrzebnego do przesunięcia pH mieszaniny inkubacyjnej z 9,0 na 6,3 w wyniku hydratacji CO 2 . Wodę nasyconą dwutlenkiem węgla miesza się z roztworem bufora wskaźnikowego i pewną ilością surowicy krwi (0,02 ml) lub zawiesina zhemolizowanych erytrocytów. Jako wskaźnik stosuje się czerwień fenolową. W miarę dysocjowania cząsteczek kwasu węglowego wszystkie nowe cząsteczki CO2 ulegają enzymatycznej hydratacji. Aby uzyskać porównywalne wyniki, reakcję należy zawsze prowadzić w tej samej temperaturze, najwygodniej jest utrzymywać temperaturę topnienia lodu na poziomie 0°. Czas reakcji kontrolnej (spontaniczna reakcja hydratacji CO 2) wynosi zwykle 110-125 Z. Zwykle, oznaczana tą metodą, aktywność anhydrazy węglanowej wynosi średnio 2-2,5 jednostek konwencjonalnych, a w przeliczeniu na 1 milion czerwonych krwinek wynosi 0,458 ± 0,006 jednostek konwencjonalnych (za jednostkę aktywności anhydrazy węglanowej uważa się 2-krotny wzrost szybkości katalizowanej reakcji).

Bibliografia: Kliniczna ocena badań laboratoryjnych, wyd. DOBRZE. Cyca, per. z języka angielskiego, s. 196, M., 1986.

Celem pracy jest określenie czynników wpływających na aktywność anhydrazy węglanowej zawierającej cynk w układzie rozrodczym samców szczurów w warunkach ekspozycji na promieniowanie mikrofalowe o niskim natężeniu. Anhydraza węglanowa odgrywa ważną rolę w metabolizmie plazmy nasienia i dojrzewaniu plemników. Według naszych danych aktywność anhydrazy węglanowej w wodno-solnych ekstraktach najądrzy i jąder szczurów z grupy kontrolnej waha się w granicach 84,0 ± 74,5 U/ml, co w przeliczeniu na masę tkanki wynosi 336,0 ± 298,0 U/mg. Badano związek pomiędzy stężeniem jonów cynku i poliamin a aktywnością anhydrazy węglanowej. Aktywność anhydrazy węglanowej w układzie rozrodczym samców szczurów ma złożony schemat regulacji, który oczywiście nie ogranicza się do opisanych przez nas czynników. Na podstawie uzyskanych wyników można stwierdzić, że rola różnych regulatorów aktywności tego enzymu jest zróżnicowana w zależności od stopnia aktywności anhydrazy węglanowej. Biorąc pod uwagę dane dotyczące funkcji tej poliaminy, prawdopodobne jest, że wysokie stężenia sperminy ograniczają transkrypcję genu anhydrazy węglanowej. Spermidyna prawdopodobnie służy jako czynnik ograniczający na posttribosomalnych etapach regulacji aktywności anhydrazy węglanowej, a putrescyna i stężenie jonów cynku są wzajemnie powiązanymi czynnikami aktywującymi.

układ rozrodczy samców szczurów

stężenie jonów cynku

poliaminy

anhydraza węglanowa

1. Bojko O.V. Metodyczne aspekty zastosowania sperminy i spermidyny kwasu solnego do identyfikacji mikroflory uropatogennej / O.V. Bojko, A.A. Terentiew, A.A. Nikołajew // Problemy reprodukcji. – 2010. – nr 3. – s. 77-79.

2. Ilyina O.S. Zmiany zawartości cynku we krwi ludzkiej w cukrzycy typu I i cechy hipoglikemicznego działania kompleksu insuliny i siarczanu chondroityny zawierającego cynk: streszczenie. dis. ...cad. biol. Nauka. – Ufa, 2012. – 24 s.

3. Lutsky D.L. Spektrum białek ejakulatów o różnej płodności / D.L. Łucki, A.A. Nikołajew, L.V. Lozhkina // Urologia. – 1998. – nr 2. – s. 48-52.

4. Nikolaev A.A. Aktywność enzymów spermoplazmatycznych w ejakulatach o różnej płodności / A.A. Nikołajew, D.L. Łucki, V.A. Bochanowski, L.V. Lozhkina // Urologia. – 1997. – nr 5. – s. 35.

5. Ploskonos M.V. Oznaczanie poliamin w różnych obiektach biologicznych / M.V. Ploskonos, A.A. Nikołajew, A.A. Nikołajew // Stan Astrachań. Miód. akad. – Astrachań, 2007. – 118 s.

6. Polunin A.I. Zastosowanie preparatu cynkowego w leczeniu niepłodności męskiej / A.I. Polunin, V.M. Mirosznikow, A.A. Nikołajew, V.V. Dumczenko, D.L. Łucky // Mikroelementy w medycynie. – 2001. – T. 2. – Nr 4. – s. 44-46.

7. Haggis G.C., Gortos K. Aktywność anhydrazy węglanowej w tkankach układu rozrodczego samców szczurów i jej związek z produkcją nasienia // J. Fert. Odtwórz – 2014. - V. 103. - S. 125-130.

Wiadomo, że aktywność anhydrazy węglanowej zawierającej cynk jest wysoka w układzie rozrodczym samców ptaków, ssaków i ludzi. Aktywność tego enzymu wpływa na dojrzewanie plemników, ich liczbę i objętość. Brak jest jednak informacji o zmianach aktywności anhydrazy węglanowej pod wpływem innych stałych składników układu rozrodczego, takich jak jony cynku i poliaminy (putrescyna, spermina i spermidyna), które aktywnie wpływają na spermatogenezę. Podano jedynie ogólny opis skutków zmian aktywności anhydrazy węglanowej na stan morfofunkcjonalny narządów układu rozrodczego samców szczurów, liczbę plemników i ich ruchliwość.

Cel naszej pracy było badanie aktywności anhydrazy węglanowej zawierającej cynk i jej związku z poziomem poliamin i jonów cynku w tkance układu rozrodczego dojrzałych płciowo samców szczurów.

Materiały i metody. Część eksperymentalna badania obejmowała 418 samców szczurów rasy białej rasy Wistar. Szczury miały 6-7 miesięcy (osobniki dojrzałe). Masa ciała szczurów trzymanych w standardowych warunkach wiwarium wynosiła 180-240 g. Aby uniknąć wpływu sezonowych różnic w reakcji na wpływy eksperymentalne, wszystkie badania przeprowadzono w okresie jesienno-zimowym. Pobieranie jąder i najądrzy od szczurów przeprowadzono w znieczuleniu eterowym (badania eksperymentalne przeprowadzono ściśle według Deklaracji Helsińskiej o Humanitarnym Traktowaniu Zwierząt).

Obiektem badań były wodno-solne ekstrakty z najądrzy i jąder dojrzałych płciowo samców szczurów białych. Ekstrakty przygotowano w buforze Tris-kwas solny o pH = 7,6 w stosunku wagowo-objętościowym 1/5, po czterokrotnym zamrożeniu, rozmrożeniu i wirowaniu przy 8000 g przez 50 minut, próbki zamrożono i przechowywano w temperaturze -24°C do badania.

Oznaczanie cynku. Do 2 ml badanego ekstraktu dodano 0,1 ml 10% NaOH i 0,2 ml 1% roztworu ditizonu w czterochlorku węgla. Do kontroli negatywnej dodano 2 ml wody destylowanej, do kontroli pozytywnej - 2 ml 20 µmol roztworu siarczanu cynku (stężenie molowe mianowanego roztworu siarczanu cynku). Próbki fotometryzowano przy 535 nm. Stężenie kationów cynku w próbce obliczono ze wzoru: CZn=20 µmol × Próbka OD535/Standard OD535, gdzie Próbka OD535 to gęstość optyczna próbki mierzona przy 535 nm; Standard OD535 - gęstość optyczna wzorcowego 20 mikromolowego roztworu siarczanu cynku, mierzona przy 535 nm.

Oznaczanie anhydrazy węglanowej. Metoda polega na reakcji odwadniania wodorowęglanów z usunięciem powstałego w wyniku odwadniania dwutlenku węgla z intensywnym barbotowaniem środowiska reakcji powietrzem pozbawionym tlenku węgla i jednoczesną rejestracją szybkości zmian pH. Reakcję inicjuje się poprzez szybkie wprowadzenie roztworu substratu - wodorowęglanu sodu (10 mM) do mieszaniny reakcyjnej zawierającej badaną próbkę. W tym przypadku pH wzrasta o 0,01-0,05 jednostki. Próbki (10,0-50,0 mg) najądrzy i jąder dojrzałych płciowo samców szczurów białych homogenizowano i wirowano przy 4500 g przez 30 minut. w temperaturze 4°C, a supernatant rozcieńcza się wodą podwójnie destylowaną w temperaturze 4°C do objętości umożliwiającej pomiar czasu reakcji. Aktywność anhydrazy węglanowej określa się poprzez zmianę początkowej wartości pH z 8,2 na 8,7 w reakcji odwodnienia CO2. Szybkość akumulacji jonów hydroksylowych mierzy się elektrometrycznie przy użyciu czułego programowalnego pehametru (InoLab pH 7310) połączonego z komputerem PC. Zmiana pH z 8,2 na 8,7 w funkcji czasu w przekroju liniowym uwzględnia aktywność enzymu. Obliczono średni czas (T) dla 4 pomiarów. Jako kontrolę przyjęto czas zmiany pH podczas samoistnej hydratacji CO2 w ośrodku bez próbki. Aktywność anhydrazy węglanowej wyrażono w jednostkach enzymu (U) na mg mokrej tkanki według równania: ED = 2 (T0 - T)/ (T0 × mg tkanki w mieszaninie reakcyjnej), gdzie T0 = średni czas z 4 pomiarów czysty roztwór 4 ml schłodzonego, nasyconego dwutlenku węgla, wody destylowanej.

Oznaczanie poliamin. Próbki (100–200 mg) najądrzy i jąder dojrzałych samców szczurów albinosów homogenizowano, zawieszano w 1 ml 0,2 normalnego kwasu nadchlorowego w celu ekstrakcji wolnych poliamin i odwirowano. Do 100 µl supernatantu dodano 110 µl 1,5 M węglanu sodu i 200 µl chlorku dansylu (7,5 mg/ml roztwór w acetonie; Sigma, Monachium, Niemcy). Dodatkowo dodano 10 µl 0,5 mM diaminoheksanu jako standard wewnętrzny. Po 1 h inkubacji w temperaturze 60°C w ciemności dodano 50 µL roztworu proliny (100 mg/ml) w celu związania wolnego chlorku dansylu. Następnie pochodne dansylowe poliamin (zwane dalej DNSC-poliaminami) ekstrahowano toluenem, sublimowano w wyparce próżniowej i rozpuszczano w metanolu. Chromatografię prowadzono na kolumnie LC 18 z odwróconą fazą (Supelco), w wysokosprawnym systemie chromatografii cieczowej (Dionex) składającym się z mieszalnika gradientowego (model P 580), automatycznego wstrzykiwacza (ASI 100) i detektora fluorescencji (RF 2000). . Poliaminy eluowano w gradiencie liniowym od 70% do 100% (v/v) metanolu w wodzie przy natężeniu przepływu 1 ml/min i wykrywano przy długości fali wzbudzenia 365 nm i długości fali emisji 510 nm. Dane analizowano za pomocą oprogramowania Dionex Chromeleon, a ocenę ilościową przeprowadzono na podstawie krzywych kalibracyjnych uzyskanych dla mieszaniny czystych substancji (Rysunek A).

Wysokosprawna chromatografia poliamin DNSC:

A - chromatogram standardowej mieszaniny poliamin DNSC; B - chromatogram DNSC-poliamin z jednej z próbek tkanek najądrza i jąder samców szczurów. 1 - putrescyna; 2 - zwłoki; 3 - heksanodiamina (wzorzec wewnętrzny); 4 - spermidyna; 5 - spermina. Oś x to czas w minutach, oś y to fluorescencja. Nienumerowane piki - niezidentyfikowane zanieczyszczenia

Wyniki badań i dyskusja. Jak wiadomo, anhydraza węglanowa odgrywa ważną rolę w metabolizmie plazmy nasienia i dojrzewaniu plemników. Według naszych danych aktywność anhydrazy węglanowej w wodno-solnych ekstraktach najądrzy i jąder szczurów z grupy kontrolnej waha się w granicach 84,0 ± 74,5 U/ml, co w przeliczeniu na masę tkanki wynosi 336,0 ± 298,0 U/mg. Tak wysoką aktywność enzymu można wytłumaczyć jego ważną rolą fizjologiczną. Dla porównania poziom aktywności tego enzymu w innych tkankach tych samych zwierząt jest znacznie niższy (tab. 1), z wyjątkiem krwi pełnej, w której znana jest wysoka aktywność anhydrazy węglanowej erytrocytów. Zwraca jednak uwagę bardzo duży rozrzut wartości aktywności anhydrazy węglanowej w najądrzach i jądrach, którego współczynnik zmienności przekracza 150% (tab. 1).

Tabela 1

Aktywność anhydrazy węglanowej w tkankach dojrzałych płciowo mężczyzn

Tkanka samca szczura	Aktywność enzymatyczna, jednostki	Liczba obserwacji	Współczynnik zmienności,%


tkanka mózgowa
Mięsień
Błona śluzowa przewodu żołądkowo-jelitowego
najądrza i jąder
Pełna krew

Wskazuje to na wpływ nieuwzględnionych czynników na aktywność enzymu. Istnieją dwie okoliczności wyjaśniające tę funkcję. Po pierwsze wiadomo, że biologicznie aktywne aminy, do których zaliczają się poliaminy spermidyna i spermina, są zdolne do aktywacji anhydrazy węglanowej. To właśnie męski układ rozrodczy jest najbogatszym źródłem sperminy i spermidyny. W związku z powyższym przeprowadziliśmy równoległe oznaczanie stężenia poliamin w ekstraktach wodno-solnych z najądrzy i jąder samców szczurów. Poliaminy, spermidynę, sperminę i putrescynę analizowano metodą HPLC, jak opisano w Metodach. Wykazano, że w tkance najądrzy i jąder samców szczurów wykryto sperminę, spermidynę i putrescynę (ryc. B).

U zdrowych, dojrzałych płciowo samców szczurów poziom sperminy wynosił 5,962±4,0,91 µg/g tkanki, spermidyny 3,037±3,32 µg/g tkanki, putrescyny 2,678±1,82 µg/g tkanki, a stosunek sperminy/spermidyny 1,88-2,91. Ponadto, jak wynika z naszych danych, zarówno poziom spermidyny, jak i poziom sperminy (w mniejszym stopniu) podlegają znacznym wahaniom. Analiza korelacji wykazała istotną dodatnią zależność (r=+0,3) pomiędzy poziomami odpowiednio sperminy i spermidyny oraz odpowiednio spermidyny i putrescyny (r=+0,42). Wydaje się, że okoliczność ta jest jednym z czynników wpływających na duże rozproszenie wyników oznaczania aktywności anhydrazy węglanowej.

Innym regulatorem aktywności anhydrazy węglanowej może być poziom cynku w tkance rozrodczej dojrzałych płciowo samców szczurów. Według naszych danych poziom jonów cynku jest bardzo zróżnicowany i wynosi od 3,2 do 36,7 µg/g tkanki całkowitego preparatu jąder i najądrzy u dojrzałych płciowo samców szczurów.

Analiza korelacji poziomu cynku z poziomem aktywności sperminy, spermidyny i anhydrazy węglanowej wykazała różne poziomy dodatniej korelacji pomiędzy stężeniem jonów cynku i tych metabolitów. Nieistotny poziom związku stwierdzono w przypadku sperminy (+0,14). Biorąc pod uwagę liczbę wykorzystanych obserwacji, korelacja ta nie jest istotna (p≥0,1). Stwierdzono istotną dodatnią korelację pomiędzy poziomem jonów cynku a stężeniem putrescyny (+0,42) i stężeniem spermidyny (+0,39). Stwierdzono również oczekiwaną wysoką dodatnią korelację (+0,63) pomiędzy stężeniem jonów cynku a aktywnością anhydrazy węglanowej.

W kolejnym etapie próbowaliśmy połączyć stężenie cynku i poziom poliamin jako czynniki regulujące aktywność anhydrazy węglanowej. Analizując szeregi zmian wspólnego oznaczania stężenia jonów cynku, poliamin i aktywności anhydrazy węglanowej, ujawniono pewne prawidłowości. Wykazano, że spośród 69 przeprowadzonych badań poziomu aktywności anhydrazy węglanowej można wyróżnić trzy grupy:

Grupa 1 – wysoka aktywność od 435 do 372 jednostek (liczba obserwacji 37),

Grupa 2 – niska aktywność od 291 do 216 jednostek (liczba obserwacji 17),

Grupa 3 – bardzo niska aktywność od 177 do 143 jednostek (liczba obserwacji 15).

Zestawiając poziomy poliamin i stężenia jonów cynku z tymi grupami, ujawniono ciekawą cechę, która nie pojawiła się przy analizie szeregu zmian. Maksymalne stężenia sperminy (średnio 9,881±0,647 μg/g tkanki) związane są z trzecią grupą obserwacji o bardzo niskiej aktywności anhydrazy węglanowej, zaś minimalne (średnio 2,615±1,130 μg/g tkanki) z drugą grupą obserwacji o niskiej aktywności aktywność enzymatyczna.

Najwięcej obserwacji wiąże się z pierwszą grupą o wysokim poziomie aktywności anhydrazy węglanowej, w tej grupie stężenia sperminy są zbliżone do wartości średnich (średnio 4,675 ± 0,725 µg/g tkanki).

Stężenie jonów cynku wykazuje złożony związek z aktywnością anhydrazy węglanowej. W pierwszej grupie aktywności anhydrazy węglanowej (tab. 2) stężenie jonów cynku jest również wyższe od wartości w pozostałych grupach (średnio 14,11±7,25 µg/g tkanki). Ponadto stężenie jonów cynku zmniejsza się zgodnie ze spadkiem aktywności anhydrazy węglanowej, ale spadek ten nie jest proporcjonalny. Jeżeli w drugiej grupie aktywność anhydrazy węglanowej spadnie w porównaniu do pierwszej o 49,6%, a w trzeciej o 60,35%, to w drugiej grupie stężenie jonów cynku spadnie o 23%, a w trzeciej o 39%.

Tabela 2

Zależność stężenia poliamin i jonów cynku od aktywności anhydrazy węglanowej

Grupy aktywności anhydraza węglanowa, jednostki	Średnie stężenie spermina, µg/g tkanki	Średnie stężenie spermidyna, µg/g tkanki	Średnie stężenie putrescyna, µg/g tkanki	Średnie stężenie jony cynku, µg/g tkanki

Wskazuje to na dodatkowe czynniki wpływające na aktywność tego enzymu. Nieco inaczej wygląda dynamika stężenia putrescyny (tab. 2). Szybciej spada poziom tej poliaminy, a w trzeciej grupie porównawczej poziom putrescyny jest niższy średnio o prawie 74%. Dynamika poziomu spermidyny różni się tym, że „skokowe” wartości stężeń tej poliaminy są związane przede wszystkim z drugą grupą poziomów aktywności anhydrazy węglanowej. Przy dużej aktywności tego enzymu (grupa 1) stężenie spermidyny jest nieco wyższe od średniej dla wszystkich obserwacji, a w grupie trzeciej jest prawie 4-krotnie mniejsze od stężenia w grupie drugiej.

Zatem aktywność anhydrazy węglanowej w układzie rozrodczym samców szczurów ma złożony schemat regulacji, który oczywiście nie ogranicza się do opisanych przez nas czynników. Na podstawie uzyskanych wyników można stwierdzić, że rola różnych regulatorów aktywności tego enzymu jest zróżnicowana w zależności od stopnia aktywności anhydrazy węglanowej. Biorąc pod uwagę dane dotyczące funkcji tej poliaminy, prawdopodobne jest, że wysokie stężenia sperminy ograniczają transkrypcję genu anhydrazy węglanowej. Spermidyna prawdopodobnie służy jako czynnik ograniczający na posttribosomalnych etapach regulacji aktywności anhydrazy węglanowej, a putrescyna i stężenie jonów cynku są wzajemnie powiązanymi czynnikami aktywującymi.

W tych warunkach ocena wpływu czynników zewnętrznych (w tym zmieniających funkcje rozrodcze) na aktywność anhydrazy węglanowej, jako jednego z ważnych ogniw metabolizmu układu rozrodczego samców ssaków, staje się nie tylko ważnym, ale także dość złożony proces, wymagający dużej liczby kontroli i wielostronnej oceny.

Link bibliograficzny

Kuznetsova M.G., Ushakova M.V., Gudinskaya N.I., Nikolaev A.A. REGULACJA AKTYWNOŚCI HYDRAZY WĘGLOWEJ ZAWIERAJĄCEJ CYNK W UKŁADU ROZRODCZYM MĘŻCZYZN SZCZURÓW // Współczesne problemy nauki i edukacji. – 2017 r. – nr 2.;
Adres URL: http://site/ru/article/view?id=26215 (data dostępu: 19.07.2019).

Zwracamy uwagę na czasopisma wydawane przez wydawnictwo „Akademia Nauk Przyrodniczych”

Z krwi żylnej można wyekstrahować 55–58% obj. dwutlenku węgla. Większość CO2 ekstrahowanego z krwi pochodzi z soli kwasu węglowego obecnych w osoczu i erytrocytach, a tylko około 2,5% obj. dwutlenku węgla ulega rozpuszczeniu, a około 4-5% obj. łączy się z hemoglobiną w postaci karbohemoglobiny.

Kwas węglowy powstaje z dwutlenku węgla w czerwonych krwinkach, które zawierają enzym anhydrazę węglanową, będący silnym katalizatorem przyspieszającym reakcję hydratacji CO2.

Wiązanie dwutlenku węgla we krwi w naczyniach włosowatych kręgu ogólnoustrojowego. Tworzący się w tkankach dwutlenek węgla dyfunduje do krwi naczyń włosowatych, gdyż napięcie CO2 w tkankach znacznie przewyższa jego napięcie we krwi tętniczej. CO2 rozpuszczony w osoczu dyfunduje do czerwonych krwinek, gdzie jest pod wpływem anhydraza węglanowa natychmiast zamienia się w kwas węglowy,

Według obliczeń aktywność anhydrazy węglanowej w erytrocytach jest taka, że reakcja hydratacji dwutlenku węgla ulega przyspieszeniu 1500-2000 razy. Ponieważ cały dwutlenek węgla znajdujący się w erytrocytach jest przekształcany w kwas węglowy, napięcie CO2 wewnątrz erytrocytów jest bliskie zeru, w związku z czym do erytrocytów przedostaje się coraz więcej nowych ilości CO2. W wyniku tworzenia się kwasu węglowego z CO3 w erytrocycie wzrasta stężenie jonów HCO3”, które zaczynają dyfundować do osocza. Jest to możliwe, ponieważ błona powierzchniowa erytrocytu jest przepuszczalna dla anionów. W przypadku kationów erytrocyt membrana jest praktycznie nieprzepuszczalna. Zamiast jonów HCO3” jon erytrocytów przedostaje się do chloru Przejście jonów chloru z osocza do erytrocytu powoduje uwolnienie w osoczu jonów sodu, które wiążą jony HCO3 dostające się do erytrocytu, tworząc NaHCO3.Analiza chemiczna osocza krwi żylnej wykazuje znaczny wzrost zawartości wodorowęglanów w nim.

Nagromadzenie anionów wewnątrz erytrocytu prowadzi do wzrostu ciśnienia osmotycznego wewnątrz erytrocytu, co powoduje przedostawanie się wody z osocza przez błonę powierzchniową erytrocytu. W rezultacie zwiększa się objętość czerwonych krwinek w naczyniach włosowatych układowych. Badanie z wykorzystaniem hematokrytu wykazało, że czerwone krwinki zajmują 40% objętości krwi tętniczej i 40,4% objętości krwi żylnej. Wynika z tego, że objętość erytrocytów krwi żylnej jest większa niż erytrocytów tętniczych, co tłumaczy się przenikaniem do nich wody.

Jednocześnie z wejściem CO2 do erytrocytu i utworzeniem w nim kwasu węglowego, z oksyhemoglobiny uwalniany jest tlen i przekształcany w zredukowaną hemoglobinę. Ten ostatni jest kwasem znacznie mniej dysocjującym niż oksyhemoglobina i kwas węglowy. Dlatego, gdy oksyhemoglobina przekształca się w hemoglobinę, H2CO3 wypiera jony potasu z hemoglobiny i łącząc się z nimi tworzy sól potasową wodorowęglanu.

Uwolniony jon H˙ kwasu węglowego wiąże się z hemoglobiną. Ponieważ zredukowana hemoglobina jest lekko zdysocjowanym kwasem, nie dochodzi do zakwaszenia krwi, a różnica pH pomiędzy krwią żylną i tętniczą jest niezwykle mała. Reakcję zachodzącą w czerwonych krwinkach naczyń włosowatych tkanek można przedstawić w następujący sposób:

KHbO2 + H2CO3= HHb + O2 + KHSO3

Z powyższego wynika, że oksyhemoglobina zamieniając się w hemoglobinę i oddając związane z nią zasady dwutlenkowi węgla, sprzyja tworzeniu się wodorowęglanów i transportowi dwutlenku węgla w tej postaci. Dodatkowo gcmoglobina tworzy z CO2 związek chemiczny – karbohemoglobinę. W następującym doświadczeniu oznaczono obecność hemoglobiny i dwutlenku węgla we krwi. Jeśli do krwi pełnej doda się cyjanek potasu, który całkowicie inaktywuje anhydrazę węglanową, okazuje się, że czerwone krwinki takiej krwi wiążą więcej CO2 niż osocze. Na tej podstawie stwierdzono, że wiązanie CO2 przez erytrocyty po inaktywacji anhydrazy węglanowej można wytłumaczyć obecnością związku hemoglobiny z CO2 w erytrocytach. Później odkryto, że CO2 przyłącza się do grupy aminowej hemoglobiny, tworząc tak zwane wiązanie karbaminowe.

Reakcja tworzenia karbohemoglobiny może przebiegać w jednym lub drugim kierunku, w zależności od napięcia dwutlenku węgla we krwi. Choć niewielka część całkowitej ilości dwutlenku węgla, jaką można wydobyć z krwi, łączy się z hemoglobiną (8-10%), to rola tego związku w transporcie dwutlenku węgla we krwi jest dość duża. Około 25-30% dwutlenku węgla wchłoniętego przez krew w naczyniach włosowatych łączy się z hemoglobiną, tworząc karbohemoglobinę.

Uwalnianie CO2 przez krew w naczyniach włosowatych płuc. Ze względu na niższe ciśnienie parcjalne CO2 w powietrzu pęcherzykowym w porównaniu z jego napięciem we krwi żylnej, dwutlenek węgla przedostaje się przez dyfuzję z krwi naczyń włosowatych płuc do powietrza pęcherzykowego. Spada napięcie CO2 we krwi.

Jednocześnie, ze względu na wyższe ciśnienie parcjalne tlenu w powietrzu pęcherzykowym w porównaniu z jego napięciem w krwi żylnej, tlen przedostaje się z powietrza pęcherzykowego do krwi naczyń włosowatych płuc. Wzrasta napięcie O2 we krwi, a hemoglobina przekształca się w oksyhemoglobinę. Ponieważ ten ostatni jest kwasem, którego dysocjacja jest znacznie większa niż w przypadku hemoglobiny kwasu węglowego, wypiera kwas węglowy z kwasu potasowego. Reakcja przebiega następująco:

ННb + O2 + KНSO3= KНbO2+H2CO3

Kwas węglowy uwolniony z wiązań z zasadami jest rozkładany przez anhydrazę węglanową na dwutlenek węgla i wodę. Znaczenie anhydrazy węglanowej w uwalnianiu dwutlenku węgla w płucach można zobaczyć na podstawie poniższych danych. Aby doszło do reakcji odwodnienia rozpuszczonego w wodzie H2CO3, wraz z utworzeniem takiej ilości dwutlenku węgla, która opuszcza krew znajdującą się w naczyniach włosowatych płuc, potrzeba 300 sekund. Krew przepływa przez naczynia włosowate płuc w ciągu 1-2 sekund, ale w tym czasie następuje odwodnienie kwasu węglowego wewnątrz czerwonych krwinek i dyfuzja powstałego CO2 najpierw do osocza krwi, a następnie do powietrza pęcherzykowego.

Ponieważ stężenie jonów HCO3 w erytrocytach zmniejsza się w naczyniach włosowatych płuc, jony te z osocza zaczynają dyfundować do erytrocytów, a jony chlorkowe dyfundują z erytrocytów do osocza. W związku ze spadkiem napięcia dwutlenku węgla we krwi naczyń włosowatych płuc, wiązanie karbaminowe zostaje rozerwane, a karbohemoglobina uwalnia dwutlenek węgla.

Krzywe dysocjacji związków kwasu węglowego we krwi. Jak już powiedzieliśmy, ponad 85% dwutlenku węgla, który można wydobyć z krwi poprzez jej zakwaszenie, uwalnia się w wyniku rozkładu wodorowęglanów (potasu w czerwonych krwinkach i sodu w osoczu).

Wiązanie dwutlenku węgla i jego uwalnianie do krwi zależy od jego napięcia cząstkowego. Możliwe jest skonstruowanie krzywych dysocjacji związków dwutlenku węgla we krwi, podobnych do krzywych dysocjacji oksyhemoglobiny. W tym celu na osi rzędnych wykreśla się procenty objętościowe dwutlenku węgla związanego we krwi, a na osi odciętych naprężenia cząstkowe dwutlenku węgla. Dolna krzywa na rys. 58 pokazuje wiązanie dwutlenku węgla przez krew tętniczą, której hemoglobina jest prawie całkowicie nasycona tlenem. Górna krzywa przedstawia wiązanie kwaśnego gazu przez krew żylną.

Różnica w wysokości tych krzywych wynika z faktu, że krew tętnicza bogata w oksyhemoglobinę ma mniejszą zdolność wiązania dwutlenku węgla w porównaniu z krwią żylną. Będąc silniejszym kwasem niż kwas węglowy, oksyhemoglobina usuwa zasady z wodorowęglanów, przyczyniając się w ten sposób do uwalniania kwasu węglowego. W tkankach oksyhemoglobina zamieniając się w hemoglobinę oddaje związane z nią zasady, zwiększając wiązanie kwaśnych gazów we krwi.

Punkt A na dolnej krzywej na ryc. 58 odpowiada napięciu kwasowemu 40 mm Hg. Art., czyli napięcie, które faktycznie istnieje we krwi tętniczej. Przy tym napięciu wiąże się 52% obj. CO2. Punkt V na górnej krzywej odpowiada napięciu gazu kwaśnego o wartości 46 mmHg. Art., tj. faktycznie obecny w krwi żylnej. Jak widać z krzywej, przy tym napięciu krew żylna wiąże 58% obj. dwutlenku węgla. Linia AV łącząca górną i dolną krzywą odpowiada zmianom zdolności wiązania dwutlenku węgla, które zachodzą, gdy krew tętnicza przekształca się w żylną lub odwrotnie, krew żylna w tętniczą.

Krew żylna, ze względu na to, że zawarta w niej hemoglobina przekształca się w oksyhemoglobinę, uwalnia w naczyniach włosowatych płuc około 6% obj. CO2. Jeżeli hemoglobina w płucach nie uległa przekształceniu w oksyhemoglobinę, wówczas, jak widać z krzywej, krew żylna ma ciśnienie parcjalne dwutlenku węgla w pęcherzykach płucnych równe 40 mm Hg. Art.. związałby 54% obj. CO2, zatem oddałby nie 6, a jedynie 4% obj. Podobnie, jeśli krew tętnicza w naczyniach włosowatych kręgu układowego nie oddała tlenu, to znaczy, jeśli jej hemoglobina pozostała nasycona tlenem, to ta krew tętnicza, przy ciśnieniu parcjalnym dwutlenku węgla obecnego w naczyniach włosowatych tkanek organizmu , nie byłby w stanie związać 58% obj. CO2, ale tylko 55% obj.

HYDRAZA WĘGLOWA (dehydrataza węglanowa, hydrolaza węglanowa, przestarzała nazwa - anhydraza węglanowa; EC 4.2.1.1) – enzym katalizujący odwracalną reakcję rozkładu kwasu węglowego na dwutlenek węgla i wodę; jest jednym z najpowszechniejszych i najaktywniejszych enzymów organizmu człowieka, bierze udział w takich funkcjach organizmu jak transport CO 2, powstawanie kwasu solnego w żołądku oraz utrzymanie równowagi kwasowo-zasadowej. Ilość aktywności K w ludzkiej krwi służy jako test diagnostyczny dla wielu chorób.

Dwutlenek węgla powstający podczas oddychania tkanek w naczyniach włosowatych tkankowych pod wpływem czerwonych krwinek przekształca się w H 2 CO 3 (H + + HCO 3 -); Jony H + są wiązane przez hemoglobinę (patrz), a jony HCO 3 - w postaci wodorowęglanów są transportowane wraz z krwią do płuc. W naczyniach włosowatych płuc pod wpływem dwutlenku węgla dwutlenek węgla uwalnia się z H 2 CO 3, a następnie jest usuwany z organizmu. K. nerki biorą udział w procesie ponownego wchłaniania wody w kanalikach nerkowych. Spadek jego aktywności katalitycznej prowadzi do zasadowicy moczu (czyli wzrostu jego wartości pH) i wielomoczu. K., zapewniając utrzymanie równowagi kwasowo-zasadowej, ma istotny wpływ na pobudliwość i przewodnictwo tkanki nerwowej. K. katalizuje także hydrolizę szeregu estrów i hydratację aldehydów. Enzym należy do klasy liaz, podklasy liaz węglowo-tlenowych.

K. została po raz pierwszy odkryta w erytrocytach przez N. Meldruma i F. J. Boughtona w 1932 r. Aktywność K. oprócz erytrocytów określa się w komórkach okładzinowych błony śluzowej żołądka, w komórkach kory nadnerczy i nerek, jak również jak również w komórkach c. N. pp., trzustce, w siatkówce i soczewce oka oraz w niektórych innych narządach człowieka.

K. ssaki to metaloenzym (białko cynkowe).

Na 1 mol białka enzymatycznego przypada 1 g atomu cynku; Zn 2+ można zastąpić Co 2+ bez zmiany aktywności enzymu. Jony Mn 2+, Fe 2+ i Ni 2+ są pod tym względem znacznie mniej aktywne.

Komórki roślinne różnią się właściwościami od komórek izolowanych z tkanek zwierzęcych i ludzkich.

K. ludzkie erytrocyty mają trzy izoenzymy (patrz) - A, B i C, z których ten ostatni wyróżnia się najwyższą aktywnością. Stosunek tych izoenzymów jest różny w różnych stanach patolu (zwykle wynosi odpowiednio 5%, 83% i 12%).

K. jest hamowany przez większość jednowartościowych anionów, cyjanek, siarczki, azydki, fenole i acetonitryl. Niektóre sulfonamidy i ich pochodne są silnymi inhibitorami K. u zwierząt i mikroorganizmów, na przykład acetazolamid - diakarb (patrz), który jest stosowany w medycynie jako środek moczopędny i przeciwdrgawkowy, a także w leczeniu jaskry.

Aktywność K. we krwi osób zdrowych jest dość stała, jednak w niektórych stanach patologicznych zmienia się gwałtownie. Na przykład w przypadku niedokrwistości o różnej etiologii wzrasta specyficzna aktywność krwi K, wzrasta ona również w przypadku zaburzeń krążenia 2. - 3. stopnia, a także w przypadku niektórych zmian w płucach (rozstrzenie oskrzeli, stwardnienie płuc). W przypadku hemolizy wewnątrznaczyniowej aktywność K. określa się w moczu, gdzie normalnie jej nie ma.* U pacjentów z niską kwasowością soku żołądkowego obserwuje się niską aktywność K. we krwi, a przy zwiększonej kwasowości K.' aktywność we krwi jest nieznacznie zwiększona.

Biorąc pod uwagę powszechne stosowanie w klinice Pharmakol leków będących inhibitorami K. (hypotiazyd, diakarb itp.), celowość systematycznego monitorowania aktywności K. we krwi pacjentów przyjmujących takie leki jest oczywista.

Aktywność K. w klinach i laboratoriach określa się metodą Brinkmana (patrz metoda Brinkmana) zmodyfikowaną przez E. M. Krepsa i E. Yu. Chenykaeva oraz mikrometodą A. A. Pokrovsky'ego i V. A. Tutelyana, opartą na pomiarze czas potrzebny do zmiany pH z 9,0 na 6,3 w wyniku uwodnienia CO 2 pod wpływem K. badanej próbki krwi. Zwykle aktywność K określona tą metodą wynosi 2,01 ± 0,08 jednostki, a w przeliczeniu na 1 milion czerwonych krwinek 0,458 ± 0,006 jednostki. (na 1 jednostkę aktywności K przyjmuje się, że przyspieszenie reakcji katalizowanej jest 2 razy większe w porównaniu do reakcji niekatalizowanej w standardowych warunkach: temperatura 0-1°, czas 100-110 sekund, rozcieńczenie krwi 1:1000).

Bibliografia Crepe E. M. Enzym oddechowy – anhydraza węglanowa i jego znaczenie w fizjologii i patologii, Usp. nowoczesny, biol., t. 17, t. 2, s. 125, 1944; L e-ninger A. Biochemistry, przeł. z języka angielskiego, s. 177, M., 1974; Linds k o g S. a. o. Anhydraza węglanowa, w: Enzymes, wyd. przez PD Boyer, v. 5, s. 587, N. Y.-L., 1971, bibliogr.; Scrutton M. Test enzymów metabolizmu dwutlenku węgla, w książce: Meth. mikrobiologia, wyd. przez J. R. Norrisa a. DW Ribbons, t. 6A, s. 479, L.-N. Y., 1971.

G. A. Kochetov.

Które paradoksalnie nie są niezależnie stosowane jako leki moczopędne (diuretyki). Inhibitory anhydrazy węglanowej stosuje się głównie w leczeniu jaskry.

Anhydraza węglanowa w nabłonku kanalików bliższych nefronu katalizuje odwodnienie kwasu węglowego, który jest kluczowym ogniwem w ponownej absorpcji wodorowęglanów. Kiedy działają inhibitory anhydrazy węglanowej, wodorowęglan sodu nie jest wchłaniany ponownie, ale jest wydalany z moczem (mocz staje się zasadowy). Następnie sód, potas i woda są wydalane z organizmu z moczem. Działanie moczopędne substancji z tej grupy jest słabe, ponieważ prawie cały sód wydalany z moczem w kanalikach proksymalnych jest zatrzymywany w dystalnych częściach nefronu. Dlatego Inhibitory anhydrazy węglanowej nie są obecnie stosowane samodzielnie jako leki moczopędne..

Leki będące inhibitorami anhydrazy węglanowej

Acetazolamid

(diakarb) jest najbardziej znanym przedstawicielem tej grupy leków moczopędnych. Dobrze wchłania się z przewodu pokarmowego i w niezmienionej postaci jest szybko wydalany z moczem (tzn. jego działanie jest krótkotrwałe). Leki podobne do acetazolamidu - dichlorofenamid(daranid) i metazolamid(neptazan).

Metazolamid należy również do klasy inhibitorów anhydrazy węglanowej. Ma dłuższy okres półtrwania niż acetazolamid i jest mniej nefrotoksyczny.

Dorzolamid. Wskazany w celu obniżenia podwyższonego ciśnienia wewnątrzgałkowego u pacjentów z jaskrą z otwartym kątem przesączania lub nadciśnieniem ocznym, którzy nie reagują dostatecznie na beta-blokery.

Brynzolamid(nazwy handlowe Azopt, Alcon Laboratories, Inc, Befardin Fardi MEDICALS) również należy do klasy inhibitorów anhydrazy węglanowej. Stosowany w celu obniżenia ciśnienia wewnątrzgałkowego u pacjentów z jaskrą otwartego kąta lub nadciśnieniem ocznym. Połączenie brynzolamidu i tymololu jest aktywnie stosowane na rynku pod nazwą handlową Azarga.

Skutki uboczne

Inhibitory anhydrazy węglanowej mają następujące główne skutki uboczne:

hipokaliemia;
hiperchloremiczna kwasica metaboliczna;
fosfaturia;
hiperkalciuria z ryzykiem wystąpienia kamieni nerkowych;
neurotoksyczność (parestezje i senność);
reakcje alergiczne.

Przeciwwskazania

Acetazolamid, podobnie jak inne inhibitory anhydrazy węglanowej, jest przeciwwskazany w marskości wątroby, ponieważ alkalizacja moczu zapobiega uwalnianiu amoniaku, co prowadzi do encefalopatii.

Wskazania do stosowania

Inhibitory anhydrazy węglanowej są stosowane głównie w leczeniu jaskry. Można je również stosować w leczeniu epilepsji i ostrej choroby górskiej. Ponieważ sprzyjają rozpuszczaniu i eliminacji kwasu moczowego, można je stosować w leczeniu dny moczanowej.

Acetazolamid używany w następujących warunkach:

Jaskra (zmniejsza wytwarzanie płynu wewnątrzgałkowego przez splot naczyniówkowy ciała rzęskowego.
Leczenie padaczki (petit mal). Acetazolamid jest skuteczny w leczeniu większości rodzajów napadów, w tym napadów toniczno-klonicznych i napadów nieświadomości, chociaż przynosi ograniczone korzyści ze względu na rozwój tolerancji podczas długotrwałego stosowania.
Do zapobiegania nefropatii podczas leczenia, ponieważ rozpad komórek powoduje uwolnienie dużej ilości zasad purynowych, które zapewniają gwałtowny wzrost syntezy kwasu moczowego. Alkalizacja moczu acetazolamidem w wyniku uwalniania wodorowęglanów hamuje nefropatię spowodowaną utratą kryształów kwasu moczowego.
Aby zwiększyć diurezę podczas obrzęków i skorygować zasadowicę metaboliczną hipochloremiczną w CHF. Zmniejszając wchłanianie zwrotne NaCl i wodorowęglanów w kanalikach proksymalnych.

Jednakże w żadnym z tych wskazań acetazolamid nie jest podstawowym leczeniem farmakologicznym (lekiem z wyboru). Acetazolamid jest również przepisywany na chorobę górską (ponieważ powoduje kwasicę, co prowadzi do przywrócenia wrażliwości ośrodka oddechowego na niedotlenienie).

Inhibitory anhydrazy węglanowej w leczeniu choroby górskiej

Na dużych wysokościach ciśnienie parcjalne tlenu jest niższe i ludzie muszą oddychać szybciej, aby uzyskać wystarczającą ilość tlenu do życia. Kiedy tak się dzieje, ciśnienie parcjalne dwutlenku węgla CO2 w płucach ulega zmniejszeniu (po prostu jest wydmuchiwane podczas wydechu), co powoduje zasadowicę oddechową. Proces ten jest zwykle kompensowany przez nerki poprzez wydalanie wodorowęglanów i w ten sposób powoduje kompensacyjną kwasicę metaboliczną, ale mechanizm ten trwa kilka dni.

Bardziej natychmiastowym leczeniem są inhibitory anhydrazy węglanowej, które zapobiegają wychwytowi wodorowęglanów w nerkach i pomagają skorygować zasadowicę. Inhibitory anhydrazy węglanowej łagodzą również przewlekłą chorobę górską.