Содержание аскорбиновой, дегидроаскорбиновой и дикетогулоновой кислот в эритроцитах здоровых детей и страдающих инсулинзависимым сахарным диабетом

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Биологический факультет

Кафедра биохимии и физиологии человека и животных

С.А. Костогорова

студентка 4 курса

СОДЕРЖАНИЕ АСКОРБИНОВОЙ, ДЕГИДРОАСКОРБИНОВОЙ И ДИКЕТОГУЛОНОВОЙ КИСЛОТ В ЭРИТРОЦИТАХ ЗДОРОВЫХ ДЕТЕЙ И СТРАДАЮЩИХ ИНСУЛИНЗАВИСИМЫМ САХАРНЫМ ДИАБЕТОМ

(курсовая работа)

Научный руководитель:

к.б.н., доц. Титова Н.М.

КРАСНОЯРСК, 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 2

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 3

1.1.Биохимические процессы при созревании и старении эритроцитов 3

1.1.1. Характеристика эритроцитов 3

1.1.2. Энергетический обмен в эритроцитах 5

1.1.3. Антиоксидантная система эритроцитов 6

1.2. Аскорбат как компонент АОС эритроцитов 8

1.2.1. Строение и физико-химические свойства аскорбата 8

1.3. Сахарный диабет как один из распространёенных патологических процессов 9

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 11

2.1. Подготовка эритроцитов 11

2.2. Метод раздельного определения аскорбиновой, дегидроаскорбиновой и дикетогулоновой кислот в эритроцитах 11

2.3. СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ 13

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 14

ВЫВОДЫ 15

ЛИТЕРАТУРА 16

SUMMARY 19

Приложение 20

ВВЕДЕНИЕ

Зрелые эритроциты млекопитающих – это высокоспециализированные безъя-дерные клетки. Основной функцией эритроцитов является транспорт кислорода от клетки к тканям и углекислоты в обратном направлении. Высокие концентрации кислорода и процессы оксигенации – деоксигенации гемоглобина обуславливают образование высокореакционных интермедиатов кислорода, вызывающих наруше-ние нормального функционирования клетки. Существует антиоксидантная система защиты клетки от свободнорадикального окисления. В её состав входит ряд фер-ментов и небелковых веществ. Важную роль в антиоксидантной системе играет вещество небелковой природы – аскорбат. Он обладает широким спектром антиок-сидантных свойств, в частности, только аскорбат достаточно реакционноспособен для эффективного ингибирования инициации перекисного окисления липидов. Ас-корбат блокирует поглощение кислорода и образование перекиси водорода; при-сутствие аскорбата в клетках оказывает защитное действие на гемоглобин, препят-ствуя его окислению. Аскорбат в ходе выполнения своих биохимических функций обратимо переходит в окисленную форму – ДАК и ДКГК. Основную роль в био-химических процессах играет редокс-пара – АК/ДАК. По данным литературы, это соотношение может меняться при различных патологических процессах, одним из наиболее распространённых из них является инсулинзависимый сахарный диабет. Исследования, направленные на изучение изменения содержания АК, ДАК и ДКГК в клетках могут быть одним из критериев, свидетельствующих о наличии в орга-низме вышеуказанных процессов.

Целью данной работы явилось определение содержания АК, ДАК, ДКГК в об-щей эритроцитарной массе у детей, страдающих инсулинзависимым сахарным диабетом. Данная работа представляет собой часть исследований, проводимых на кафедре биохимии и физиологии человека и животных КГУ по изучению метабо-лизма эритроцитов.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1.Биохимические процессы при созревании и старении эритроцитов

1.1.1. Характеристика эритроцитов

Зрелый эритроцит человека является упрощенной клеткой по биохимической и структурной организации. Это высокоспециализированная безъядерная клетка. Эритроциты человека образуются из ядросодержащих клеток преимущественно в костном мозге. В этих предшественниках эритроцитов содержатся субклеточные структуры и ферментные системы, необходимые для деления, созревания, диффе-ренцировки, процессов биосинтеза ДНК, РНК, белков, в том числе глобина, синте-за гема, липидов, углеводов, других соединений. На этой стадии развития эритро-цита осуществляются окислительные процессы, тканевое дыхание, анаэробное расщепление углеводов (гликолиз), прямое окисление глюкозы через пентозофос-фатный путь (Черняк Н.Б., 1976).

До сих пор нет достаточно чётких представлений о том, как соотносятся от-дельные стадии созревания ядерных клеток с изменениями химического состава и обмена веществ. Однако известно, что в процессе развития клетки на стадии нор-мобласта уменьшается количество РНК, увеличивается содержание гемоглобина и утрачивается способность к синтезу ДНК, в связи с чем нарушается способность к митотическому делению.

Ретикулоциты – безъядерные клетки, образующиеся на последнем этапе созре-вания, предшествующем образованию эритроцитов, характеризуются схожей мор-фологией, в частности, содержат митохондрии, рибосомы, ЭПР. В ретикулоцитах осуществляется биосинтез глобина, гема, пуринов, пиридиннуклеотидов, фосфати-дов, липидов (Фёдоров Н.А., Черняк Н.Б., 1976). РНК практически не синтезирует-ся. Происходит фосфорилирование, сопряжённое с окислением, и гликолиз (Ги-нодман Л.М., 1968). В обмене веществ ретикулоцитов участвуют эндогенные и эк-зогенные субстраты, в том числе аминокислоты, глюкоза.

Последний этап созревания – превращение ретикулоцита в эритроцит – проте-кает 1-3 дня. Происходят значительные изменения в обмене веществ и морфологии клеток (Фёдоров Н.А., 1976).

В зрелых безъядерных эритроцитах нарушены биологический аппарат дыхания, системы синтеза белка, пуринов, порфиринов. Сохраняется способность к гликоли-зу, утилизации небольшого количества глюкозы в пентозном цикле и синтезу неко-торых соединений, например, глутатиона.

В норме длительность жизни эритроцитов поддерживается в течение 120 дней специализированными ферментными системами. Выведение эритроцитов из цир-куляции связано с изменениями (структурных компонентов, химического состава, источников энергии), характеризующими старение клеток. Наиболее характерными изменениями при старении эритроцитов являются:

1) уменьшение активности различных ферментов гликолиза и пентозного цикла, что понижает интенсивность данных процессов (Мортенсен, Брайн, 1974);

2) уменьшение содержания липидов, что приводит к изменению структуры эритроцитов, увеличению чувствительности к осмотическому лизису и меха-ническим воздействиям;

3) изменения в составе катионов в результате изменения проницаемости мембраны;

4) изменение содержания АТР, что в свою очередь связывается как с одной из причин нарушения проницаемости, так и с уменьшением приживаемости эритроцитов в кровяном русле.

Одной из ведущих гипотез старения является свободнорадикальная гипотеза, предложенная Д. Хартманом. Она связывает причины возрастных изменений с накоплением молекулярных повреждений в мембранах и генетическом аппара-те клетки свободными радикалами и продуктами перекисного окисления липи-дов. Нарушение нормального функционирования клетки обусловлено высоки-ми скоростями образования высокореакционных интермедиатов кислорода (супероксидрадикал, пероксид водорода, гидроксильный радикал), что, в свою очередь, связано с постоянно протекающими процессами оксигенации и деок-сигенации гемоглобина и наличием высоких концентраций кислорода в ходе выполнения основной функции эритроцитов – транспорта кислорода от клетки к тканям и углекислого газа в обратном направлении.

1.1.2. Энергетический обмен в эритроцитах

Для поддержания функциональной активности клеток организма необходима затрата энергии. Зрелые эритроциты, циркулирующие в кровяном русле, являются метаболически активными клетками, несмотря на отсутствие способности к синте-зу белков, аэробному расщеплению глюкозы в лимоннокислом цикле Кребса (Вла-димиров Г.Е. по Рапопорту, 1970). Основным процессом обмена энергии в них яв-ляется гликолиз. Процесс, протекающий в эритроцитах, близок к процессам в дру-гих клетках и тканях, и подробно описан (Фёдоров Н.А. по Райкеру, 1976).

К особенностям гликолиза в эритроцитах можно отнести использование, поми-мо глюкозы, других моносахаридов: фруктозы, маннозы, галактозы, а также инози-на, сорбита при наличии соответствующих ферментов (Йошикава, 1968). В процес-се гликолиза происходит образование АТР и NADH. Энергия гликолиза использу-ется для активного транспорта катионов через клеточную мембрану и поддержания соотношения между ионами калия и натрия в эритроцитах и плазме, для сохране-ния целостности мембраны и двояковогнутой формы клетки. Образующийся NADH используется для восстановления пировиноградной кислоты в молочную и для восстановления метгемоглобина при участии метгемоглобинредуктазы. В со-ставе метгемоглобина содержится трёхвалентное железо, вследствие чего он не способен к транспорту кислорода. Характерной особенностью гликолиза в эритро-цитах является превращение 1,3- дифосфоглицерата не только в 3-фосфоглицерат, но и в 2,3-дифосфоглицериновую кислоту под действием дифосфоглицеромутазы. 2,3-дифосфоглицерат имеет, наряду с АТР, важное значение в регуляции сродства гемоглобина к кислороду. По мере старения эритроцита происходит уменьшение способности к восстановлению метгемоглобина в гемоглобин, т.е. нарушение функциональной активности эритроцита. Это связанно именно с уменьшением ин-тенсивности гликолиза, в результате которого образуется NADH, необходимый для действия метгемоглобинредуктазы.