탄산탈수효소(동의어: 탄산 탈수효소, 탄산 가수분해효소)는 이산화탄소 수화의 가역적 반응인 CO 2 + H 2 O Û H 2 CO 3 Û H + + HCO 3를 촉매하는 효소입니다. 적혈구, 위 점막 세포, 부신 피질, 신장 및 중추 신경계, 췌장 및 기타 기관에 소량 함유되어 있습니다. 신체에서 탄산탈수효소의 역할은 유지와 관련이 있습니다. 산-염기 균형, CO 2 수송, 위 점막에 의한 염산 형성. 혈액 내 탄산탈수효소의 활성은 일반적으로 매우 일정하지만 일부 병리학적 상태에서는 극적으로 변합니다. 혈액 내 탄산탈수효소 활성의 증가는 다양한 기원의 빈혈, II-III 정도의 순환 장애, 일부 폐 질환(기관지 확장증, 폐렴) 및 임신 중에 관찰됩니다. 혈액에서 이 효소의 활성 감소는 신장 기원의 산증, 갑상선 기능 항진증으로 발생합니다. 혈관 내 용혈의 경우 탄산탈수효소 활성이 소변에 나타나지만 일반적으로는 없습니다. 심장과 폐에 외과적 개입을 하는 동안 혈액 내 탄산탈수효소의 활성을 모니터링하는 것이 좋습니다. 이는 신체의 적응 능력을 나타내는 지표 역할을 할 수 있을 뿐만 아니라 탄산탈수효소 억제제(하이포티아지드, 디아카브)로 치료하는 동안에도 사용될 수 있습니다.
탄산 탈수효소의 활성을 결정하기 위해 방사선, 면역 전기 영동, 비색 및 적정 방법이 사용됩니다. 헤파린과 함께 채취한 전혈이나 용혈된 적혈구에서 결정이 이루어집니다. 임상 목적을 위해, CO 2 수화의 결과로 배양 혼합물의 pH를 9.0에서 6.3으로 이동시키는 데 필요한 시간을 결정하는 데 필요한 탄산 탈수효소 활성을 결정하는 데 가장 적합한 비색 방법(예: Brinkman 방법의 변형) . 이산화탄소로 포화된 물에 지시완충용액과 일정량의 혈청(0.02)을 혼합한다. 밀리리터) 또는 용혈된 적혈구 현탁액. 페놀 레드가 지시약으로 사용됩니다. 탄산 분자가 해리됨에 따라 모든 새로운 CO 2 분자는 효소 수화를 겪습니다. 비교 가능한 결과를 얻으려면 반응이 항상 동일한 온도에서 진행되어야 하며, 얼음이 녹는 온도를 0°로 유지하는 것이 가장 편리합니다. 제어 반응 시간(CO 2 수화의 자발적 반응)은 일반적으로 110-125입니다. 와 함께. 일반적으로 이 방법으로 측정하면 탄산탈수효소 활성은 평균 2~2.5 Conventional Unit, 적혈구 100만 개로 환산하면 0.458 ± 0.006 Conventional Unit(탄산탈수효소 활성 1단위를 1단위로 한다)이다. 촉매 반응 속도가 2배 증가합니다.
서지:실험실 테스트의 임상 평가, ed. 잘. 티사, 당. 영어에서, p. 196, 엠., 1986.
1이 연구의 목적은 저강도 마이크로파 방사선에 노출된 조건에서 수컷 쥐의 생식 기관에서 아연 함유 탄산탈수효소의 활성에 영향을 미치는 요인을 결정하는 것입니다. 탄산탈수효소는 정액 혈장의 대사와 정자 성숙에 중요한 역할을 합니다. 우리 데이터에 따르면 대조군 쥐의 부고환과 고환의 물-소금 추출물의 탄산탈수효소 활성은 84.0 ± 74.5 U/ml 범위이며, 조직 중량 기준으로 336.0 ± 298.0 U/mg입니다. 아연 및 폴리아민 이온의 농도와 탄산탈수효소 활성 사이의 관계를 연구했습니다. 수컷 쥐의 생식계에서 탄산탈수효소의 활성은 복잡한 조절 체계를 가지고 있으며 이는 분명히 우리가 설명한 요인에 국한되지 않습니다. 얻은 결과에 기초하여, 이 효소 활성의 다양한 조절인자의 역할은 탄산 탈수효소 활성 정도에 따라 다르다는 결론을 내릴 수 있습니다. 이 폴리아민의 기능에 대한 데이터를 고려할 때 높은 스페르민 농도는 탄산탈수효소 유전자의 전사를 제한할 가능성이 높습니다. 스페르미딘은 아마도 탄산탈수효소 활성 조절의 트리보솜 이후 단계에서 제한 요인으로 작용할 것이며, 푸트레신과 아연 이온의 농도는 상호 연관된 활성화 요인입니다.
수컷 쥐의 생식 기관
아연 이온 농도
폴리아민
탄산탈수효소
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아연 함유 탄산 탈수효소의 활성은 수컷 조류, 포유류 및 인간의 생식 기관에서 높은 것으로 알려져 있습니다. 이 효소의 활성은 정자의 성숙, 정자 수 및 정자량에 영향을 미칩니다. 그러나 정자 형성에 적극적으로 영향을 미치는 아연 이온 및 폴리아민(푸트레신, 스페르민 및 스페르미딘)과 같은 생식계의 다른 일정한 구성 요소의 영향으로 탄산탈수효소 활성의 변화에 대한 정보는 없습니다. 수컷 쥐의 생식 기관 기관의 형태 기능적 상태, 정자 수 및 운동성에 대한 탄산탈수효소 활성 변화의 결과에 대한 일반적인 설명만 제공됩니다.
우리 일의 목적아연 함유 탄산탈수효소의 활성과 성적으로 성숙한 수컷 쥐의 생식계 조직 내 폴리아민 및 아연 이온 수준과의 관계에 대한 연구였습니다.
재료 및 방법. 연구의 실험 부분에는 418마리의 수컷 백색 Wistar 쥐가 포함되었습니다. 쥐는 6~7개월령이었습니다(성숙한 개체). 쥐의 체중은 180-240g이었고 표준 사육장 조건에서 유지되었습니다. 실험적 영향에 대한 반응의 계절적 차이의 영향을 피하기 위해 모든 연구는 가을-겨울 기간에 수행되었습니다. 쥐의 고환 및 부고환 수집은 에테르 마취하에 수행되었습니다(실험 연구는 동물의 인도적 치료에 관한 헬싱키 선언을 엄격히 준수하여 수행되었습니다).
우리 연구의 대상은 성적으로 성숙한 수컷 흰쥐의 부고환과 고환의 물-소금 추출물이었습니다. 추출물은 Tris-염산 완충액 pH = 7.6에서 중량/부피 비율 1/5로 제조되었으며, 4회에 걸쳐 동결, 해동 및 8000g에서 50분간 원심분리한 후 샘플을 냉동하여 24℃까지 -24°C에서 보관했습니다. 연구.
아연의 결정. 연구 중인 추출물 2ml에 10% NaOH 0.1ml와 사염화탄소 중 디티존 1% 용액 0.2ml를 첨가했습니다. 음성 대조군에는 증류수 2ml를 첨가하였고, 양성 대조군에는 20μmol 황산아연 용액(표준 황산아연 용액의 몰 농도) 2ml를 첨가하였다. 샘플을 535nm에서 광도계로 측정했습니다. 샘플 내 아연 양이온의 농도는 다음 공식을 사용하여 계산되었습니다: CZn=20 µmol × 샘플 OD535/표준 OD535, 여기서 샘플 OD535는 535 nm에서 측정된 샘플의 광학 밀도입니다. OD535 표준 - 표준 20 마이크로몰 황산아연 용액의 광학 밀도, 535 nm에서 측정.
탄산탈수효소의 결정. 이 방법은 일산화탄소가 제거된 공기를 사용하여 반응 매질을 집중적으로 버블링하고 pH 변화율을 동시에 기록하면서 탈수의 결과로 형성된 이산화탄소를 제거하는 중탄산염 탈수 반응을 기반으로 합니다. 반응은 기질 용액인 중탄산나트륨(10mM)을 테스트 샘플이 포함된 반응 혼합물에 신속하게 도입하여 시작됩니다. 이 경우 pH는 0.01-0.05 단위 증가합니다. 성적으로 성숙한 수컷 흰쥐의 부고환 및 고환 샘플(10.0-50.0mg)을 균질화하고 4500g에서 30분간 원심분리했습니다. 4 °C에서 상청액을 4 °C의 이중 증류수로 반응 시간을 측정할 수 있는 부피로 희석합니다. 탄산 탈수효소 활성은 CO2 탈수 반응에서 초기 pH 값이 8.2에서 8.7로 변화하여 결정됩니다. 수산기 이온의 축적 속도는 PC와 인터페이스된 민감하고 프로그래밍 가능한 pH 측정기(InoLab pH 7310)를 사용하여 전기측정법으로 측정됩니다. 선형 구간에서 시간의 함수로서 pH가 8.2에서 8.7로 이동하는 것은 효소 활성을 고려한 것입니다. 4회 측정에 대한 평균 시간(T)을 계산했습니다. 샘플이 없는 배지에서 CO2가 자발적으로 수화되는 동안 pH 변화 시간을 대조군으로 삼았습니다. 탄산 탈수효소 활성은 다음 방정식에 따라 젖은 조직 mg당 효소 단위(U)로 표현되었습니다. ED = 2(T0 - T)/(T0 × 반응 혼합물의 조직 mg), 여기서 T0 = 4회 측정에 대한 평균 시간 냉각된 포화 이산화탄소 4ml와 2차 증류수의 순수한 용액.
폴리아민의 결정. 성숙한 수컷 알비노 쥐의 부고환 및 고환 샘플(100~200mg)을 균질화하고 0.2 일반 과염소산 1ml에 현탁하여 유리 폴리아민을 추출한 후 원심분리했습니다. 상층액 100μl에 1.5M 탄산나트륨 110μl와 염화 단실(7.5mg/ml 용액, 아세톤, Sigma, 뮌헨, 독일) 200μl를 첨가했습니다. 또한 내부 표준물질로 0.5mM 디아미노헥산 10μL를 첨가했습니다. 암실에서 60°C에서 1시간 동안 배양한 후, 50μL의 프롤린 용액(100mg/mL)을 첨가하여 유리 단실 클로라이드를 결합시켰습니다. 그런 다음 폴리아민의 단실 유도체(이하 DNSC-폴리아민이라고 함)를 톨루엔으로 추출하고 진공 증발기에서 승화시킨 후 메탄올에 용해시켰습니다. 크로마토그래피는 구배 혼합기(모델 P 580), 자동 주입기(ASI 100) 및 형광 검출기(RF 2000)로 구성된 고성능 액체 크로마토그래피 시스템(Dionex)에서 역상 LC 18 컬럼(Supelco)에서 수행되었습니다. . 폴리아민은 1 mL/min의 유속으로 물에서 70%에서 100%(v/v) 메탄올의 선형 구배로 용출되었으며 365 nm의 여기 파장과 510 nm의 방출 파장에서 검출되었습니다. Dionex Chromeleon 소프트웨어를 사용하여 데이터를 분석하고 순수 물질 혼합물에서 얻은 검량선을 사용하여 정량화를 수행했습니다(그림 A).
DNSC 폴리아민의 고성능 크로마토그래피:
A - DNSC-폴리아민 표준 혼합물의 크로마토그램; B - 수컷 쥐의 부고환 및 고환 조직 샘플 중 하나에서 추출한 DNSC-폴리아민 크로마토그램. 1 - 푸트레신; 2 - 카다베린; 3 - 헥산디아민(내부 표준); 4 - 스퍼미딘; 5 - 정자. x축은 분 단위의 시간이고, y축은 형광입니다. 번호가 없는 피크 - 미확인 불순물
연구결과 및 토론. 알려진 바와 같이, 탄산탈수효소는 정액 혈장의 대사와 정자 성숙에 중요한 역할을 합니다. 우리 데이터에 따르면 대조군 쥐의 부고환과 고환의 물-소금 추출물의 탄산탈수효소 활성은 84.0 ± 74.5 U/ml 범위이며, 조직 중량 기준으로 336.0 ± 298.0 U/mg입니다. 이러한 효소의 높은 활성은 중요한 생리학적 역할로 설명될 수 있습니다. 비교를 위해, 동일한 동물의 다른 조직에서 이 효소의 활성 수준은 적혈구 탄산탈수효소의 높은 활성이 알려진 전혈을 제외하고 훨씬 낮습니다(표 1). 그러나 주목할만한 점은 부고환과 고환의 탄산탈수효소 활성 값이 매우 광범위하게 분산되어 있으며 변동 계수가 150% 이상이라는 것입니다(표 1).
1 번 테이블
성적으로 성숙한 남성 조직의 탄산탈수효소 활성
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수컷 쥐 조직 |
효소 활성, 단위 |
관측치 수 |
변동 계수, % |
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뇌 조직 |
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근육 |
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위장관 점막 |
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부고환과 고환 |
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전혈 |
이는 설명되지 않은 요인이 효소 활성에 미치는 영향을 나타냅니다. 이 기능을 설명하는 두 가지 상황이 있습니다. 첫째, 폴리아민인 스페르미딘과 스페르민을 포함한 생물학적 활성 아민이 탄산탈수효소를 활성화할 수 있는 것으로 알려져 있습니다. 스페르민과 스페르미딘의 가장 풍부한 공급원은 남성 생식 기관입니다. 따라서 우리는 수컷 쥐의 부고환과 고환의 물-소금 추출물에서 폴리아민 농도를 동시에 측정했습니다. 폴리아민 스페르미딘, 스페르민 및 푸트레신을 방법에 설명된 대로 HPLC로 분석했습니다. 수컷 쥐의 부고환 및 고환 조직에서 스페르민, 스페르미딘 및 퓨트레신이 검출되는 것으로 나타났습니다(그림 B).
건강한 성적으로 성숙한 수컷 쥐에서 스페르민 수치는 5.962±4.0.91 µg/g 조직, 스페르미딘 3.037±3.32 µg/g 조직, 푸트레신 2.678±1.82 µg/g 조직, 스페르민/스페르미딘 비율은 1.88-2.91이었습니다. 또한, 우리의 데이터에 따르면 스페르미딘 수준과 스페르민 수준(적은 정도) 모두 상당한 변동을 겪습니다. 상관관계 분석에서는 스페르민과 스페르미딘의 수준, 그리고 각각 스페르미딘과 푸트레신의 수준(r=+0.42) 사이에 유의미한 양의 관계(r=+0.3)가 나타났습니다. 분명히 이러한 상황은 탄산탈수효소 활성 측정 결과의 높은 분산에 영향을 미치는 요인 중 하나입니다.
탄산 탈수효소 활성의 또 다른 조절자는 성적으로 성숙한 수컷 쥐의 생식 조직에 있는 아연 수준일 수 있습니다. 우리의 데이터에 따르면, 아연 이온의 수준은 성적으로 성숙한 수컷 쥐의 고환과 부고환 전체 준비 조직의 3.2에서 36.7μg/g까지 다양합니다.
아연 수준과 스페르민, 스페르미딘 및 탄산탈수효소 활성 수준의 상관관계 분석에서는 아연 이온 농도와 이러한 대사산물 사이에 서로 다른 수준의 양의 상관관계가 있음을 보여주었습니다. 스페르민에서는 미미한 수준의 연관성이 발견되었습니다(+0.14). 사용된 관측치 수를 고려할 때 이 상관관계는 유의하지 않습니다(p≥0.1). 아연 이온 수준과 퓨트레신 농도(+0.42), 스페르미딘 농도(+0.39) 사이에는 유의한 양의 상관관계가 있는 것으로 나타났습니다. 아연 이온 농도와 탄산탈수효소 활성 사이에는 예상대로 높은 양의 상관관계(+0.63)가 발견되었습니다.
다음 단계에서 우리는 탄산 탈수효소 활성을 조절하는 요인으로 아연 농도와 폴리아민 수준을 결합하려고 했습니다. 아연 이온, 폴리아민 및 탄산탈수효소 활성의 농도에 대한 공동 결정의 일련의 변화를 분석할 때 일부 규칙성이 밝혀졌습니다. 탄산탈수효소 활성 수준에 대해 수행된 69개 연구 중에서 세 그룹이 구별될 수 있는 것으로 나타났습니다.
그룹 1 - 435~372 단위의 높은 활동(관찰 횟수 37),
그룹 2 - 291~216 단위의 낮은 활동(관찰 횟수 17),
그룹 3 - 177~143 단위의 매우 낮은 활동(관찰 횟수 15).
이들 그룹으로 폴리아민 수준과 아연 이온 농도의 순위를 매길 때, 변이 계열을 분석할 때 나타나지 않았던 흥미로운 특징이 드러났습니다. 최대 스페르민 농도(평균 9.881±0.647μg/g 조직)는 탄산탈수효소 활성이 매우 낮은 관찰의 세 번째 그룹과 연관되어 있으며, 최소(평균 2.615±1.130μg/g 조직)는 낮은 탄산탈수효소 활성을 보이는 두 번째 그룹과 연관되어 있습니다. 효소 활성.
가장 많은 관찰은 탄산탈수효소 활성 수준이 높은 첫 번째 그룹과 관련이 있으며, 이 그룹에서 스페르민 농도는 평균값에 가깝습니다(평균 4.675 ± 0.725 μg/g 조직).
아연 이온의 농도는 탄산 탈수효소의 활성과 복잡한 관계를 나타냅니다. 탄산 탈수효소 활성의 첫 번째 그룹(표 2)에서는 아연 이온의 농도도 다른 그룹의 값보다 높습니다(평균 14.11±7.25μg/g(조직)). 또한, 탄산탈수효소 활성이 감소함에 따라 아연이온의 농도도 감소하지만, 이러한 감소는 비례적이지 않다. 두 번째 그룹에서 탄산탈수효소 활성이 첫 번째 그룹에 비해 49.6%, 세 번째 그룹에서 60.35% 감소하면 아연 이온 농도는 두 번째 그룹에서는 23%, 세 번째 그룹에서는 39% 감소합니다.
표 2
폴리아민과 아연 이온의 농도와 탄산탈수효소 활성의 관계
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활동 그룹 탄산탈수효소, 단위 |
평균 농도 스페르민, µg/g 조직 |
평균 농도 스퍼미딘 µg/g 조직 |
평균 농도 푸트레신, µg/g 조직 |
평균 농도 아연 이온, µg/g 조직 |
이는 이 효소의 활성에 영향을 미치는 추가 요인을 나타냅니다. 퓨트레신 농도의 역학은 다소 다르게 보입니다(표 2). 이 폴리아민의 수준은 더 빠른 속도로 감소하고 있으며 세 번째 비교 그룹에서는 퓨트레신의 수준이 평균 거의 74%만큼 낮습니다. 스페르미딘 수준의 역학은 이 폴리아민의 "점프" 농도 값이 주로 탄산 탈수효소 활성 수준의 두 번째 그룹과 연관되어 있다는 점에서 다릅니다. 이 효소의 높은 활성(그룹 1)으로 인해 스퍼미딘 농도는 모든 관찰의 평균보다 약간 높으며 세 번째 그룹에서는 두 번째 그룹의 농도보다 거의 4배 낮습니다.
따라서 수컷 쥐의 생식계에서 탄산탈수효소의 활성은 복잡한 조절 체계를 가지고 있으며 이는 분명히 우리가 설명한 요인에 국한되지 않습니다. 얻은 결과에 기초하여, 이 효소 활성의 다양한 조절인자의 역할은 탄산 탈수효소 활성 정도에 따라 다르다는 결론을 내릴 수 있습니다. 이 폴리아민의 기능에 대한 데이터를 고려할 때 높은 스페르민 농도는 탄산탈수효소 유전자의 전사를 제한할 가능성이 높습니다. 스페르미딘은 아마도 탄산탈수효소 활성 조절의 트리보솜 이후 단계에서 제한 요인으로 작용할 것이며, 푸트레신과 아연 이온의 농도는 상호 연관된 활성화 요인입니다.
이러한 조건 하에서 수컷 포유류의 생식계 대사의 중요한 연결 중 하나인 탄산탈수효소의 활성에 대한 외부 요인(생식 기능 변화를 포함)의 영향을 평가하는 것은 중요할 뿐만 아니라 오히려 수많은 통제와 다자간 평가가 필요한 복잡한 프로세스입니다.
참고문헌 링크
Kuznetsova M.G., Ushakova M.V., Gudinskaya N.I., Nikolaev A.A. 수컷 쥐의 생식 기관에서 아연 함유 카르보난 수화물의 활성 규제 // 과학 및 교육의 현대 문제. – 2017. – 2번;URL: http://site/ru/article/view?id=26215 (접근 날짜: 2019년 7월 19일).
출판사 "자연 과학 아카데미"에서 발행하는 잡지에 주목합니다.
정맥혈에서 55~58vol.%의 이산화탄소를 추출할 수 있습니다. 혈액에서 추출된 CO2의 대부분은 혈장과 적혈구에 존재하는 탄산염에서 나오며, 약 2.5vol.%의 이산화탄소만이 용해되고 약 4~5vol.%는 카보헤모글로빈 형태로 헤모글로빈과 결합됩니다.
탄산은 적혈구의 이산화탄소로부터 형성되며, 여기에는 CO2의 수화 반응을 가속화하는 강력한 촉매제인 탄산탈수효소가 포함되어 있습니다.
전신 순환의 모세 혈관에서 혈액 내 이산화탄소 결합.조직에서 형성된 이산화탄소는 모세혈관의 혈액으로 확산됩니다. 왜냐하면 조직의 CO2 장력이 동맥혈의 장력을 훨씬 초과하기 때문입니다. 혈장에 용해된 CO2는 적혈구로 확산되어 영향을 받습니다. 탄산탈수효소즉시 탄산으로 변하고,
계산에 따르면 적혈구의 탄산탈수효소의 활성은 이산화탄소 수화 반응이 1500-2000배 가속되는 정도입니다. 적혈구 내부의 이산화탄소가 모두 탄산으로 변환되기 때문에 적혈구 내부의 CO2 장력은 0에 가까워서 점점 더 많은 양의 새로운 CO2가 적혈구로 들어갑니다. 적혈구에서 CO3로부터 탄산이 형성됨에 따라 HCO3" 이온의 농도가 증가하고 혈장으로 확산되기 시작합니다. 이는 적혈구 표면 막이 음이온을 투과할 수 있기 때문에 가능합니다. 양이온의 경우 적혈구 막은 실질적으로 불침투성입니다. HCO3" 이온 대신 적혈구 이온이 염소로 들어갑니다. 혈장에서 적혈구로 염소 이온이 전이하면 혈장에서 나트륨 이온이 방출되어 적혈구로 들어가는 HCO3 이온과 결합하여 NaHCO3를 형성합니다.정맥 혈장의 화학적 분석에 따르면 중탄산염이 크게 증가하는 것으로 나타났습니다.
적혈구 내부에 음이온이 축적되면 적혈구 내부의 삼투압이 증가하고 이로 인해 혈장에서 적혈구 표면 막을 통해 물이 통과하게 됩니다. 결과적으로 전신 모세혈관의 적혈구량이 증가합니다. 헤마토크릿을 이용한 연구에 따르면 적혈구는 동맥혈량의 40%, 정맥혈량의 40.4%를 차지하고 있다. 이로 인해 정맥혈 적혈구의 양이 동맥 적혈구의 양보다 크며 이는 물이 침투하여 설명됩니다.
적혈구에 CO2가 유입되고 탄산이 형성되는 동시에 산소는 산소 헤모글로빈에서 방출되어 환원 헤모글로빈으로 전환됩니다. 후자는 산소헤모글로빈과 탄산보다 훨씬 덜 해리되는 산입니다. 따라서 산소헤모글로빈이 헤모글로빈으로 전환되면 H2CO3는 헤모글로빈에서 칼륨 이온을 대체하고 이들과 결합하여 중탄산염의 칼륨염을 형성합니다.
유리된 탄산의 H˙ 이온은 헤모글로빈과 결합합니다. 환원헤모글로빈은 약간 해리된 산이므로 혈액의 산성화가 없으며 정맥혈과 동맥혈의 pH 차이가 극히 작습니다. 조직 모세혈관의 적혈구에서 일어나는 반응은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
KHbO2 + H2CO3= HHb + O2 + KHSO3
위에서부터 헤모글로빈으로 변하고 이와 관련된 염기를 이산화탄소로 포기하는 산소헤모글로빈은 중탄산염의 형성과 이 형태의 이산화탄소 수송을 촉진합니다. 또한 gcmoglobin은 CO2와 결합하여 카르보헤모글로빈을 형성합니다. 혈액 내 헤모글로빈과 이산화탄소의 존재는 다음 실험에 의해 결정되었습니다. 탄산탈수효소를 완전히 비활성화하는 시안화칼륨을 전혈에 첨가하면 해당 혈액의 적혈구가 혈장보다 더 많은 CO2와 결합하는 것으로 나타났습니다. 이것으로부터 탄산탈수효소의 불활성화 후 적혈구에 의한 CO2의 결합은 적혈구에 CO2와 함께 헤모글로빈 화합물이 존재함으로써 설명된다는 결론이 내려졌습니다. 나중에 CO2가 헤모글로빈의 아민 그룹에 부착되어 소위 카바민 결합을 형성한다는 사실이 발견되었습니다.
카르보헤모글로빈 형성 반응은 혈액 내 이산화탄소의 장력에 따라 한 방향 또는 다른 방향으로 진행될 수 있습니다. 혈액에서 추출할 수 있는 이산화탄소 총량 중 작은 부분이 헤모글로빈과 결합되어 있지만(8~10%), 혈액 내 이산화탄소 운반에서 이 화합물의 역할은 상당히 큽니다. 전신 모세혈관에서 혈액에 흡수된 이산화탄소의 약 25~30%가 헤모글로빈과 결합하여 카보헤모글로빈을 형성합니다.
폐 모세혈관의 혈액에 의한 CO2 방출. 정맥혈의 장력에 비해 폐포 공기의 CO2 분압이 더 낮기 때문에 이산화탄소는 폐 모세혈관의 혈액에서 폐포 공기로 확산을 통해 전달됩니다. 혈액의 CO2 장력이 떨어집니다.
동시에, 정맥혈의 장력에 비해 폐포 공기의 산소 분압이 더 높기 때문에 산소는 폐포 공기에서 폐 모세 혈관의 혈액으로 흐릅니다. 혈액의 O2 장력이 증가하고 헤모글로빈이 산소헤모글로빈으로 전환됩니다. 후자는 탄산 헤모글로빈보다 해리가 훨씬 높은 산이기 때문에 칼륨 산에서 탄산을 대체합니다. 반응은 다음과 같습니다.
ННb + O2 + KНSO3= KНbO2+H2CO3
염기와의 결합이 해제된 탄산은 탄산탈수효소에 의해 분해되어 이산화탄소를 물로 만듭니다. 폐에서 이산화탄소 방출에 있어 탄산탈수효소의 중요성은 다음 데이터에서 확인할 수 있습니다. 물에 용해된 H2CO3의 탈수 반응이 일어나기 위해서는 혈액이 폐의 모세혈관에 있는 동안 혈액을 떠나는 이산화탄소의 양이 형성되면서 300초가 소요됩니다. 혈액은 1~2초 내에 폐의 모세혈관을 통과하지만, 이 시간 동안 적혈구 내부의 탄산이 탈수되고 생성된 CO2가 먼저 혈장으로 확산된 다음 폐포 공기로 확산됩니다.
적혈구의 HCO3 이온 농도가 폐 모세 혈관에서 감소하기 때문에 혈장의 이러한 이온은 적혈구로 확산되기 시작하고 염소 이온은 적혈구에서 혈장으로 확산됩니다. 폐 모세 혈관의 혈액 내 이산화탄소 장력이 감소하기 때문에 카바민 결합이 끊어지고 카보헤모글로빈이 이산화탄소를 방출합니다.
혈액 내 탄산 화합물의 해리 곡선. 이미 말했듯이, 혈액을 산성화하여 추출할 수 있는 이산화탄소의 85% 이상이 중탄산염(적혈구의 칼륨, 혈장의 나트륨) 분해의 결과로 배출됩니다.
이산화탄소의 결합과 혈액으로의 방출은 부분 장력에 따라 달라집니다. 산소헤모글로빈의 해리 곡선과 유사하게 혈액 내 이산화탄소 화합물의 해리 곡선을 구성하는 것이 가능합니다. 이를 위해 혈액에 결합된 이산화탄소의 부피 백분율을 세로축에 표시하고, 이산화탄소의 부분 응력을 가로축에 표시합니다. 그림의 아래쪽 곡선. 도 58은 동맥혈에 의한 이산화탄소의 결합을 보여주며, 그 헤모글로빈은 산소로 거의 완전히 포화되어 있습니다. 위쪽 곡선은 정맥혈에 의한 산성 가스의 결합을 보여줍니다.
이 곡선 높이의 차이는 산소헤모글로빈이 풍부한 동맥혈이 정맥혈에 비해 이산화탄소를 결합하는 능력이 낮다는 사실에 달려 있습니다. 탄산보다 강한 산인 산소헤모글로빈은 중탄산염에서 염기를 제거하여 탄산의 방출에 기여합니다. 조직에서 헤모글로빈으로 변하는 산소헤모글로빈은 이와 관련된 염기를 포기하여 혈액 내 산성 가스의 결합을 증가시킵니다.
그림의 아래쪽 곡선에 있는 점 A. 58은 40mmHg의 산성 전압에 해당합니다. Art., 즉 동맥혈에 실제로 존재하는 전압입니다. 이 전압에서는 52vol.% CO2가 결합됩니다. 위쪽 곡선의 점 V는 46mmHg의 산성 가스 전압에 해당합니다. Art., 즉 실제로 정맥혈에 존재합니다. 곡선에서 볼 수 있듯이 이 전압에서 정맥혈은 58vol.%의 이산화탄소와 결합합니다. 위쪽과 아래쪽 곡선을 연결하는 AV 선은 동맥혈이 정맥으로 전환되거나 반대로 정맥혈이 동맥으로 전환될 때 발생하는 이산화탄소 결합 능력의 변화에 해당합니다.
정맥혈은 함유된 헤모글로빈이 산소헤모글로빈으로 전환되기 때문에 폐 모세혈관에서 약 6%의 CO2를 방출합니다. 폐의 헤모글로빈이 산소헤모글로빈으로 변환되지 않으면 곡선에서 볼 수 있듯이 정맥혈은 폐포의 이산화탄소 분압이 40mmHg에 해당합니다. Art..는 54vol.% CO2를 결합하므로 6vol.%가 아니라 4vol.%만 포기합니다. 마찬가지로, 전신 순환계의 모세혈관에 있는 동맥혈이 산소를 포기하지 않았다면, 즉 헤모글로빈이 산소로 포화된 상태로 남아 있다면, 이 동맥혈은 신체의 모세혈관에 존재하는 이산화탄소 분압에서 조직은 58vol.% CO2를 결합할 수 없고 55vol.%만 결합할 수 있습니다.
탄산수화물 (탄산탈수효소, 탄산가수분해효소, 오래된 이름 - 탄산탈수효소; EC 4.2.1.1) - 탄산이 이산화탄소와 물로 분해되는 가역 반응을 촉매하는 효소입니다. 인체에서 가장 흔하고 가장 활동적인 효소 중 하나이며 CO 2 수송, 위에서 염산 형성 및 산-염기 균형 유지와 같은 신체 기능에 관여합니다. 인간 혈액 내 K 활성의 양은 다양한 질병에 대한 진단 테스트 역할을 합니다.
적혈구의 영향으로 조직 모세 혈관에서 조직 호흡 중에 형성된 이산화탄소는 H 2 CO 3 (H + + HCO 3 -)로 변환됩니다. H + 이온은 헤모글로빈에 의해 결합되고 (참조), HCO 3 - 중탄산염 형태의 이온은 혈액과 함께 폐로 운반됩니다. 폐 모세 혈관에서는 이산화탄소의 영향으로 이산화탄소가 H 2 CO 3에서 방출 된 다음 신체에서 제거됩니다. K. 신장은 신장 세뇨관에서 수분 재흡수 과정에 참여합니다. 촉매 활성이 감소하면 소변 알칼리증(즉, pH 값의 증가)과 다뇨증이 발생합니다. 산-염기 균형 유지를 보장하는 K.는 신경 조직의 흥분성과 전도도에 중요한 영향을 미칩니다. K.는 또한 다수의 에스테르의 가수분해와 알데히드의 수화를 촉매합니다. 이 효소는 탄소-산소 리아제의 하위 클래스인 리아제 클래스에 속합니다.
K.는 1932년 N. Meldrum과 F. J. Boughton에 의해 적혈구에서 처음 발견되었습니다. K.의 활성은 적혈구 외에도 위 점막의 벽 세포, 부신 피질 및 신장 세포에서 다음과 같이 결정됩니다. c의 셀에서도 마찬가지입니다. N. pp., 췌장, 눈의 망막과 수정체 및 기타 인간 기관.
K. 포유류는 금속효소(아연 단백질)입니다.
효소 단백질 1몰당 아연 원자 1g이 있습니다. Zn 2+는 효소 활성의 변화 없이 Co 2+로 대체될 수 있습니다. Mn 2+, Fe 2+ 및 Ni 2+ 이온은 이와 관련하여 훨씬 덜 활동적입니다.
식물 세포는 동물 및 인간 조직에서 분리된 세포와 그 특성이 다릅니다.
K. 인간 적혈구에는 A, B 및 C의 세 가지 동위 효소가 있습니다 (참조). 그 중 후자가 가장 높은 활성으로 구별됩니다. 이러한 동종효소의 비율은 병태 상태에 따라 다릅니다(보통 각각 5%, 83% 및 12%).
K.는 대부분의 1가 음이온, 시안화물, 황화물, 아지드, 페놀 및 아세토니트릴에 의해 억제됩니다. 일부 설폰아미드 및 그 유도체는 동물 및 미생물에서 K.의 강력한 억제제입니다(예: 아세타졸아미드-디아카르브(참조)). 이는 의학에서 이뇨제 및 항경련제뿐만 아니라 녹내장 치료에도 사용됩니다.
건강한 사람들의 혈액에서 K. 의 활동은 매우 일정하지만 일부 병리 상태에서는 급격하게 변합니다. 예를 들어 다양한 병인의 빈혈로 인해 혈액 K의 특정 활동이 증가하고 2~3도 순환 장애 및 일부 폐 병변(기관지 확장증, 폐렴)에서도 증가합니다. 혈관 내 용혈의 경우 K.의 활성은 일반적으로 소변에서 결정되지만 일반적으로 존재하지 않습니다* 위액의 산성도가 낮은 환자의 경우 혈액 내 K의 활성이 낮고 산도가 증가하면 K.' 혈액 내 활동이 약간 증가합니다.
K. 억제제(하이포티아지드, 디아카르브 등)인 약물인 Pharmakol의 클리닉에서 널리 사용되는 것을 고려할 때, 이러한 약물을 복용하는 환자의 혈액에서 K.의 활동을 체계적으로 모니터링하는 것이 타당성은 분명합니다.
웨지 및 실험실에서 K.의 활동은 E. M. Kreps 및 E. Yu. Chenykaeva가 수정한 Brinkman 방법(Brinkman 방법 참조)과 A. A. Pokrovsky 및 V. A. Tutelyan의 마이크로 방법을 사용하여 결정됩니다. 연구 중인 혈액 샘플의 K. 영향으로 CO 2 수화의 결과로 pH가 9.0에서 6.3으로 이동하는 데 필요한 시간. 일반적으로 이 방법으로 측정한 K 활성은 2.01±0.08 단위이고, 적혈구 100만 개로 환산하면 0.458±0.006 단위이다. (1 단위의 K 활동에 대해 촉매 반응의 가속은 표준 조건(온도 0-1°, 시간 100-110초, 혈액 희석 1:1000)에서 비촉매 반응에 비해 2배로 간주됩니다.)
서지 Crepe E. M. 호흡 효소 - 탄산 탈수효소 및 생리학 및 병리학에서의 중요성, Usp. 현대, 생물학, t. 17, v. 2, p. 125, 1944; L e-ninger A. 생화학, trans. 영어에서, p. 177, 엠., 1974; L i n d s k o g S. a. 영형. 탄산 탈수효소, in: Enzymes, ed. P. D. Boyer, v. 5, p. 587, N.Y.-L., 1971, 참고문헌; Scrutton M. 책에서 이산화탄소 대사 효소 분석: Meth. 미생물., 에디션. J. R. 노리스(J. R. Norris) D. W. 리본스, v. 6A, p. 479, L.-N. 와이., 1971.
G. A. Kochetov.
역설적이게도 이뇨제 (이뇨제)로 독립적으로 사용되지 않습니다. 녹내장에는 탄산탈수효소억제제가 주로 사용된다.
네프론의 근위세뇨관 상피에 있는 탄산탈수효소는 중탄산염 재흡수의 핵심 연결고리인 탄산의 탈수를 촉매합니다. 탄산탈수효소 억제제가 작용하면 중탄산나트륨은 재흡수되지 않고 소변으로 배설됩니다(소변은 알칼리성이 됩니다). 나트륨, 칼륨, 물은 소변을 통해 몸 밖으로 배설됩니다. 이 그룹의 물질의 이뇨 효과는 약합니다. 왜냐하면 근위 세뇨관에서 소변으로 방출되는 나트륨의 거의 대부분이 네프론의 원위 부분에 유지되기 때문입니다. 그렇기 때문에 탄산 탈수효소 억제제는 현재 이뇨제로 독립적으로 사용되지 않습니다..
탄산 탈수효소 억제제
아세타졸아미드
(diacarb)는 이 이뇨제 그룹의 가장 유명한 대표자입니다. 위장관에서 잘 흡수되고 변화 없이 빠르게 소변으로 배설됩니다(즉, 그 효과는 단기적입니다). 아세타졸아미드와 유사한 약물 - 디클로르페나미드(다라니드) 그리고 메타졸아미드(넵타잔).
메타졸아미드또한 탄산탈수효소 억제제 계열에 속합니다. 아세타졸아미드보다 반감기가 길고 신독성이 적습니다.
도르졸라미드. 베타차단제에 불충분하게 반응하는 개방각 녹내장 또는 고안압증 환자의 안압 상승을 감소시키는 데 사용됩니다.
브린졸라미드(상품명 Azopt, Alcon Laboratories, Inc, 베파르딘 Fardi MEDICALS)도 탄산 탈수효소 억제제 계열에 속합니다. 개방각 녹내장이나 고안압증 환자의 안압을 낮추는 데 사용됩니다. 브린졸라미드와 티몰롤의 조합은 Azarga라는 상표명으로 시장에서 활발히 사용되고 있습니다.
부작용
탄산 탈수효소 억제제에는 다음과 같은 주요 부작용이 있습니다.
- 저칼륨혈증;
- 고염소산성 대사성 산증;
- 인산뇨증;
- 신장 결석 위험이 있는 고칼슘뇨증;
- 신경독성(감각이상 및 졸음);
- 알레르기 반응.
금기사항
다른 탄산 탈수효소 억제제와 마찬가지로 아세타졸아미드는 간경변증에 금기입니다. 소변의 알칼리화가 뇌병증을 유발하는 암모니아 방출을 방지하기 때문입니다.
사용에 대한 적응증
탄산 탈수효소 억제제는 주로 녹내장 치료에 사용됩니다. 또한 간질과 급성 고산병을 치료하는 데에도 사용할 수 있습니다. 요산의 용해 및 제거를 촉진하므로 통풍 치료에 사용할 수 있습니다.
아세타졸아미드다음 조건에서 사용됩니다.
- 녹내장(모양체의 맥락막 신경총에 의한 안내액 생성을 감소시킵니다.
- 간질(쁘띠 말)의 치료. 아세타졸아미드는 긴장성 간대 발작과 결신 발작을 포함한 대부분의 유형의 발작을 치료하는 데 효과적이지만, 장기간 사용하면 내성이 생기기 때문에 이점이 제한적입니다.
- 치료 중 신장병 예방을 위해 세포가 파괴되면 다량의 퓨린 염기가 방출되어 요산 합성이 급격히 증가합니다. 중탄산염의 방출로 인한 아세타졸아미드로 소변을 알칼리화하면 요산 결정의 손실로 인한 신장병증이 억제됩니다.
- 부종 중 이뇨작용을 증가시키고 CHF의 대사성 저염소성 알칼리증을 교정합니다. 근위세뇨관에서 NaCl과 중탄산염의 재흡수를 줄입니다.
그러나 이러한 적응증 중 어느 것도 아세타졸아미드가 주요 약리학적 치료법(선택 약물)이 아닙니다. Acetazolamide는 또한 산병에도 처방됩니다 (산증을 유발하여 저산소증에 대한 호흡 센터의 민감도가 회복되기 때문입니다).
산악병 치료에 사용되는 탄산탈수효소 억제제
높은 고도에서는 산소 부분압이 낮아지므로 사람들이 살기에 충분한 산소를 얻으려면 더 빨리 호흡해야 합니다. 이런 일이 발생하면 폐 내 이산화탄소 CO2 분압이 감소하여(숨을 내쉴 때 간단히 불어나감) 호흡성 알칼리증이 발생합니다. 이 과정은 일반적으로 중탄산염 배설을 통해 신장에 의해 보상되어 보상성 대사성 산증을 유발하지만 이 메커니즘에는 며칠이 걸립니다.
보다 즉각적인 치료는 신장의 중탄산염 흡수를 방지하고 알칼리증 교정에 도움이 되는 탄산탈수효소 억제제입니다. 탄산 탈수효소 억제제는 또한 만성 산악병을 개선합니다.
