Физиология крови. Эритроцит по мотивам пленарной лекции на XXIV съезде физиологического общества им. И.П. Павлова…

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Эритроциты человека обладают сложной системой регуляции объема и деформируемости клетки. Это абсолютно необходимо для обеспечения хорошей реологии крови как в больших сосудах, так и в капиллярной сети. В обзоре рассматриваются особенности устройства эритроцита, обеспечивающие хорошие газотранспортные функции и отличную реологию крови при том, что эритроциты занимают 40% объема крови. Обеспечение этих свойств требует участия ряда метаболических систем, что дает возможность эритроциту эффективно работать в кровотоке на протяжении 100–120 дней без синтеза новых белков.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ф. И Атауллаханов

Центр теоретических проблем физико-химической фармакологии РАН; Детский центр гематологии, онкологии и иммунологии им. Дмитрия Рогачева; Московский физико-технический институт

Автор, ответственный за переписку.
Email: ataullakhanov.fazly@gmail.com
Россия, 109029, Москва; 117997, Москва; 141710, Долгопрудный

Л. Колева

Центр теоретических проблем физико-химической фармакологии РАН; Детский центр гематологии, онкологии и иммунологии им. Дмитрия Рогачева

Email: ataullakhanov.fazly@gmail.com
Россия, 109029, Москва; 117997, Москва

С. С. Шахиджанов

Центр теоретических проблем физико-химической фармакологии РАН; Детский центр гематологии, онкологии и иммунологии им. Дмитрия Рогачева

Email: ataullakhanov.fazly@gmail.com
Россия, 109029, Москва; 117997, Москва

Список литературы

  1. Атауллаханов Ф.И. Регуляция метаболизма в эритроцитах. Дис. ... докт. физ.-мат. наук. М.: НИИ по БИХС, 1982. 296 с.
  2. Antonini E., Brunori M. Hemoglobin and myoglobin and their reactions with ligands // Frontiers in Biology. Amsterdam: North-Holland Pub. Co, 1971. V. 21. P. 436.
  3. Ataullakhanov F.I., Korunova N.O., Spiridonov I.S. et. al. How erythrocyte volume is regulated, or what mathematical models can and cannot do for biology // Biochemistry (Moscow), Supplement Series A: Membrane and Cell Biology. 2009. V. 3. № 2. P. 101.
  4. Ataullakhanov F.I., Martinov M.V., Shi Q., Vitvitsky V.M. Significance of two transmembrane ion gradients for human erythrocyte volume stabilization // PLoS ONE. 2022. V. 17. P. e0272675. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0272675
  5. Berg J.M., Tymoczko J.L., Gatto G.J. Jr., Stryer L. Hemoglobin: portrait of a protein in action // Biochemistry, 8th ed. New York: W.H. Freeman and Co, 2015. P. 191.
  6. Bohr C., Hasselbalch K., Krogh A. Ueber einen in biologischer Beziehung wichtigen Einfluss, den die Kohlensäurespannung des Blutes auf dessen Sauerstoffbindung übt. Skandinavisches // Arch. Physio. 1904. V. 16. P. 402.
  7. Cooling L. The RBC as a physiological object / Editor(s): McManus L.M., Mitchell R.N. Pathobiol. Hum. Dis. Academic Press: 2014. P. 3049.
  8. Corrons J.L.V., Casafont L.B., Frasnedo E.F. Concise review: how are red blood cells born, how do they live and die? // Ann. Hematol. Oncol. 2021. V. 8. P. 1.
  9. Crichton R.R. Iron: essential for almost all life / Editor(s): Crichton R.R. Biological Inorganic Chemistry (Second Edition), Elsevier, 2012. P. 247. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-53782-9.00013-9
  10. D’Alessandro A., Anastasiadi A.T., Tzounakas V.L., et. al. Red blood cell metabolism in vivo and in vitro // Metabolites. 2023. V. 27. P. 793. https://doi.org/10.3390/metabo13070793
  11. Doyle J., Cooper J.S. Physiology, carbon dioxide transport. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing, 2023. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK532988/
  12. Feher J. Oxygen and carbon dioxide transport / Editor(s): Feher J. Quantitative Human Physiology. New York: Academic Press, 2012. P. 586.
  13. Gallet R, Violle C, Fromin N. et. al. The evolution of bacterial cell size: the internal diffusion-constraint hypothesis // ISME J. 2017. V. 11. P. 1559. https://doi.org/10.1038/ismej.2017.35
  14. Gautier E.F., Leduc M., Cochet S. et. al. Absolute proteome quantification of highly purified populations of circulating reticulocytes and mature erythrocytes // Blood Adv. 2018. V. 23. P. 2646. https://doi.org/10.1182/bloodadvances.2018023515
  15. Hopkins E., Sanvictores T., Sharma S. Physiology, acid base balance. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing, 2023. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK507807/
  16. Jakobsson E. Interactions of cell volume, membrane potential, and membrane transport parameters // Am. J. Physiol. 1980. V. 238. P. 196.
  17. Kaestner L., Bogdanova A., Egee S. Calcium channels and calcium-regulated channels in human red blood cells // Adv Exp Med Biol. 2020. V. 1131. P. 625. https://doi.org/10.1007/978-3-030-12457-1_25
  18. Kalyagina N.V., Martinov M.V., Ataullakhanov F.I. mathematical analysis of human red blood cell volume regulation with regard to the elastic effect of the erythrocyte shell on metabolic processes // Biochemistry (Moscow), Supplement Series A: Membrane and Cell Biology. 2013. V. 7. № 2. P. 122.
  19. Kilmartin J.V. Interaction of haemoglobin with protons, CO2 and 2,3-diphosphoglycerate // Br. Med. Bull. 1976. V. 32. P. 209.
  20. Koch A.L. What size should a bacterium be? A question of scale // Ann. Rev. Microbiol. 1996. V. 50. P. 317. https://doi.org/10.1146/annurev.micro.50.1.317
  21. Lux S.E. Anatomy of the red cell membrane skeleton: unanswered questions // Blood. 2016. V. 127. P. 187. https://doi.org/10.1182/blood-2014-12-512772
  22. Pittman R.N. Oxygen Transport // Regulation of tissue oxygenation. San Rafael (CA): Morgan & Claypool Life Sciences, 2011. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK54103
  23. Rhodes C.E., Denault D., Varacallo M. Physiology, oxygen transport. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing. 2023. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK538336/
  24. Schwartz R.S., Conley C.L. Blood // Encyclopedia Britannica. 2023. https://www.britannica.com/science/blood-biochemistry
  25. Sharma S., Hashmi M.F. Partial pressure of oxygen. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing, 2023. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK493219/
  26. Svetina S. Red blood cell shape and deformability in the context of the functional evolution of its membrane structure // Cell. Mol. Biol. Lett. 2012. V. 17. P. 171.
  27. West J.B. Respiratory Physiology // Reference module in biomedical sciences. Elsevier, 2014. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801238-3.00214-2
  28. Wilson D.F., Matschinsky F.M. Metabolic homeostasis in life as we know it: its origin and thermodynamic basis // Front. Physiol. 2021. V. 12. P. 658997. https://doi.org/10.3389/fphys.2021.658997
  29. Windsor W.T., Philo J.S., Potschka M., Schuster T.M. Kinetics of oxygen binding and subunit assembly for the hemoglobin alpha subunit // Biophys. Chem. 1992. V. 43. P. 61. https://doi.org/10.1016/0301-4622(92)80042-4
  30. Young D.B. Control of cardiac output. San Rafael (CA): Morgan & Claypool Life Sciences, 2010. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK54473/
  31. Zhang Y., Xu Y., Zhang S. et. al. The regulation roles of Ca2+ in erythropoiesis: What have we learned? // Exp. Hematol. 2022. V. 106. P. 19.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Компоненты крови.

Скачать (2MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Эритроциты.

Скачать (832KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Гемоглобин.

Скачать (1MB)
Метаданные
5. Рис. 4. Кривая связывания кислорода с гемоглобином. Сплошная линия – кривая связывания кислорода с гемоглобином. Точечный пунктир – гипотетическая кривая связывания кислорода с белком, имеющим сродство к кислороду такое, какое имеет гемоглобин при связывании первой молекулы кислорода. Пунктир – кривая связывания кислорода с миоглобином.

Скачать (199KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Регуляция кооперативности гемоглобина. 2,3-бисфосфоглицерат (БФГ). Сплошные линии – кривые связывания кислорода с гемоглобином при разных концентрациях 2,3-бисфосфоглицерата.

Скачать (79KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Транспорт углекислого газа из тканей в легкие.

Скачать (134KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Распределение белков эритроцитов по количеству копий в одном эритроците (красная кривая). Белки ранжированы по числу копий от первого – гемоглобина, число копий которого около 109 молекул, до белков, встречающихся в эритроците в виде нескольких копий. Зеленым показаны аналогичные результаты для ретикулоцитов, оранжевым – данные предыдущей работы на эту тему.

Скачать (1006KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Деформация эритроцитов при прохождении через узкие капилляры.

Скачать (1MB)
Метаданные
10. Рис. 9. Основные белки, обеспечивающие регуляцию объема эритроцита и градиенты ионов, создаваемые этими белками на мембране эритроцитов. В первую очередь это Na, K-насос, создающий два встречных градиента одновалентных катионов, и Са2+-насос, снижающий концентрацию Са2+ в цитоплазме на 4 порядка, по сравнению с плазмой. Внутриклеточный Са2+ управляет проводимостью Са-активируемых К+-каналов.

Скачать (1MB)
Метаданные
11. Рис. 10. Вклад в регуляцию объема эритроцитарных насосов и каналов.

Скачать (876KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024