Карбоангидраза катализирует реакцию. Ингибиторы карбоангидразы. Механизм действия, препараты, показания. Иннервация дыхательных мышц

КАРБОАНГИДРАЗА (карбонат-дегидратаза, карбонат - гидролиаза , устаревшее название - угольная ангидраза ; КФ 4.2.1.1) - фермент, катализирующий обратимую реакцию расщепления угольной кислоты до углекислоты и воды; является одним из наиболее распространенных и наиболее активных ферментов организма человека, участвует в осуществлении таких функций организма, как транспорт CO 2 , образование соляной кислоты в желудке и поддержание кислотно-щелочного равновесия. Величина активности К. в крови человека служит диагностическим тестом при ряде заболеваний.

Углекислый газ, образующийся в процессе тканевого дыхания в тканевых капиллярах, под действием К. эритроцитов переходит в H 2 CO 3 (H + + HCO 3 -); ионы H + связываются гемоглобином (см.), а ионы HCO 3 - в виде бикарбоната переносятся с кровью в легкие. В легочных капиллярах под действием К. углекислый газ высвобождается из H 2 CO 3 и затем удаляется из организма. К. почек участвует в процессе реабсорбции воды в почечных канальцах. Снижение ее каталитической активности приводит к алкалозу мочи (т. е. повышению значений ее pH) и полиурии. К., обеспечивая поддержание кислотно-щелочного равновесия, оказывает существенное влияние на возбудимость и проводимость нервной ткани. К. катализирует также гидролиз ряда эфиров и гидратацию альдегидов. Фермент относится к классу лиаз, подклассу углерод-кислород-лиаз.

Впервые К. обнаружена в эритроцитах Мелдремом (N. Meldrum) и Рафтоном (F. J. Boughton) в 1932 г. Активность К. определяется, кроме эритроцитов, в обкладочных клетках слизистой оболочки желудка, в клетках коры надпочечников и почек, а также в клетках ц. н. с., поджелудочной железы, в сетчатке и хрусталике глаза и некоторых других органах человека.

К. млекопитающих является металлоферментом (цинк-протеидом).

На 1 моль ферментного белка приходится 1 г-атом цинка; Zn 2+ может быть замещен на Co 2+ без изменения активности фермента. Ионы Mn 2+ , Fe 2+ и Ni 2+ в этом отношении гораздо менее активны.

Растительные К. по своим свойствам отличаются от К., выделенных из тканей животных и человека.

К. эритроцитов человека имеет три изофермента (см.) - А, В и С, из которых последний отличается наиболее высокой активностью. Соотношение этих изоферментов при различных патол, состояниях меняется (в норме оно равно 5%, 83% и 12% соответственно).

К. ингибируется большинством моновалентных анионов, цианидом, сульфидами, азидами, фенолами, ацетонитрилом. Сильными ингибиторами К. животных и микроорганизмов являются некоторые сульфаниламиды и их производные, напр, ацетазоламид - диакарб (см.), который используется в медицине в качестве мочегонного и противосудорожного средства, а также при лечении глаукомы.

Активность К. в крови здоровых людей довольно постоянна, однако при некоторых патол, состояниях она резко изменяется. Так, напр., при анемиях различной этиологии увеличивается удельная активность К. крови, увеличивается она и при нарушениях кровообращения II - III степени, а также при некоторых поражениях легких (бронхоэктатическая болезнь, пневмосклероз). При внутрисосудистом гемолизе активность К. определяется в моче, где в норме она отсутствует* У больных с пониженной кислотностью желудочного сока отмечают низкую активность К. в крови, а при повышенной кислотности активность К. в крови несколько увеличена.

Принимая во внимание широкое использование в клинике фармакол, препаратов, являющихся ингибиторами К. (гипотиазида, диакарба и др.), очевидна целесообразность систематического контроля за активностью К. в крови больных, принимающих такие препараты.

Активность К. в клин, лабораториях определяют при помощи метода Бринкмана (см. Бринкмана метод) в модификации E. М. Крепса и Е. Ю. Ченыкаевой, а также микро-методом А. А. Покровского и В. А. Тутельяна, основанного на измерении времени, необходимого для сдвига pH с 9,0 до 6,3 в результате гидратации CO 2 под действием К. исследуемой пробы крови. В норме активность К., определяемая этим методом, равна 2,01 ± 0,08 ед., а в пересчете на 1 млн. эритроцитов 0,458 ± 0,006 ед. (за 1 ед. активности К. принимают ускорение катализируемой реакции в 2 раза по сравнению с некатализируемой при стандартных условиях: температура 0-1°, время 100-110 сек., разведение крови 1: 1000).

Библиография Крепе E. М. Дыхательный фермент - угольная ангидраза и его значение в физиологии и патологии, Усп. совр, биол., т. 17, в. 2, с. 125, 1944; Л е-нинджер А. Биохимия, пер. с англ., с. 177, М., 1974; L i n d s k о g S. a. o. Carbonic anhydrase, в кн.: Enzymes, ed. by P. D. Boyer, v. 5, p. 587, N. Y.-L., 1971, bibliogr.; Scrutton M. Assay of enzymes of carbon dioxide metabolism, в кн.: Meth. microbiol., ed. by J. R. Norris a. D. W. Ribbons, v. 6A, p. 479, L.-N. Y., 1971.

Г. А. Кочетов.

Карбоангидраза (синоним: карбонатдегидратаза, карбонатгидролиаза) - фермент, катализирующий обратимую реакцию гидратации диоксида углерода: СО 2 + Н 2 О Û Н 2 СО 3 Û Н + + НСО 3 . Содержится в эритроцитах, клетках слизистой оболочки желудка, коре надпочечников, почках, в незначительных количествах - в ц.н.с., поджелудочной железе и других органах. Роль К. в организме связана с поддержанием кислотно-щелочного равновесия , транспортом СО 2 , образованием соляной кислоты слизистой оболочкой желудка. Активность К. в крови в норме довольно постоянна, но при некоторых патологических состояниях она резко меняется. Повышение активности К. в крови отмечается при х различного генеза, нарушениях кровообращения II-III степени, некоторых заболеваниях легких (бронхоэктазах, пневмосклерозе), а также при беременности. Снижение активности этого фермента в крови происходит при ацидозе почечного генеза, гипертиреозе. При внутрисосудистом гемолизе активность К. появляется в моче, в то время как в норме она отсутствует.

Для определения активности К. применяют радиологические, иммуноэлектрофоретические, колориметрические и титриметрические методы. Определение производят в цельной крови, взятой с гепарином, или в гемолизированных эритроцитах. Для клинических целей наиболее приемлемы колориметрические методы определения активности К. (например,

Библиогр.: Клиническая оценка лабораторных тестов, под ред. Н.У. Тица, пер. с англ., с. 196, М., 1986.

Карбоангидраза (синоним: карбонатдегидратаза, карбонатгидролиаза) - фермент, катализирующий обратимую реакцию гидратации диоксида углерода: СО 2 + Н 2 О Û Н 2 СО 3 Û Н + + НСО 3 . Содержится в эритроцитах, клетках слизистой оболочки желудка, коре надпочечников, почках, в незначительных количествах - в ц.н.с., поджелудочной железе и других органах. Роль карбоангидразы в организме связана с поддержанием кислотно-щелочного равновесия , транспортом СО 2 , образованием соляной кислоты слизистой оболочкой желудка. Активность карбоангидразы в крови в норме довольно постоянна, но при некоторых патологических состояниях она резко меняется. Повышение активности карбоангидразы в крови отмечается при анемиях различного генеза, нарушениях кровообращения II-III степени, некоторых заболеваниях легких (бронхоэктазах, пневмосклерозе), а также при беременности. Снижение активности этого фермента в крови происходит при ацидозе почечного генеза, гипертиреозе. При внутрисосудистом гемолизе активность карбоангидразы появляется в моче, в то время как в норме она отсутствует. Контролировать активность карбоангидразы в крови целесообразно во время оперативных вмешательств на сердце и легких, т.к. она может служить показателем адаптивных возможностей организма, а также при терапии ингибиторами карбоангидразы - гипотиазидом, диакарбом.

Для определения активности карбоангидразы применяют радиологические, иммуноэлектрофоретические, колориметрические и титриметрические методы. Определение производят в цельной крови, взятой с гепарином, или в гемолизированных эритроцитах. Для клинических целей наиболее приемлемы колориметрические методы определения активности карбоангидразы (например, модификации метода Бринкмана), основанные на установлении времени, необходимого для сдвига рН инкубационной смеси с 9,0 до 6,3 в результате гидратации СО 2 . Воду, насыщенную углекислотой, смешивают с индикаторно-буферным раствором и определенным количеством сыворотки крови (0,02 мл ) или взвеси гемолизированных эритроцитов. В качестве индикатора используют феноловый красный. По мере диссоциации молекул угольной кислоты все новые молекулы СО 2 подвергаются ферментативной гидратации. Для получения сравнимых результатов реакция должна протекать всегда при одинаковой температуре, наиболее удобно поддерживать температуру тающего льда - 0°. Время контрольной реакции (спонтанной реакции гидратации СО 2) в норме составляет 110-125 с . В норме при определении этим методом активность карбоангидразы в среднем равна 2-2,5 условным единицам, а в пересчете на 1 млн. эритроцитов 0,458 ± 0,006 условным единицам (за единицу активности карбоангидразы принимают увеличение скорости катализируемой реакции в 2 раза).

Библиогр.: Клиническая оценка лабораторных тестов, под ред. Н.У. Тица, пер. с англ., с. 196, М., 1986.

Первые школьные уроки об устройстве человеческого организма знакомят с главными «обитателями крови: красные клетки – эритроциты (Er, RBC), определяющие цвет за счет , в них содержащегося, и белые (лейкоциты), присутствие которых на глаз не видно, поскольку на окраску они не влияют.

Эритроциты человека, в отличие от животных, не имеют ядра, но прежде чем потерять его, они должны пройти путь от клетки-эритробласта, где только начинается синтез гемоглобина, достигнуть последней ядерной стадии – , накапливающего гемоглобин, и превратиться в зрелую безъядерную клетку, основным компонентом которой является красный кровяной пигмент.

Чего только люди не делали с эритроцитами, изучая их свойства: и вокруг земного шара пытались их обернуть (получилось 4 раза), и в монетные столбики укладывать (52 тысячи километров), и площадь эритроцитов сопоставлять с площадью поверхности тела человека (эритроциты превзошли все ожидания, их площадь оказалась выше в 1,5 тысячи раз).

Эти уникальные клетки…

Еще одна важная особенность эритроцитов заключается в их двояковогнутой форме, но если бы они были шарообразными, то общая площадь их поверхности была бы меньше на 20% настоящей. Однако способности эритроцитов заключаются не только в величине их общей площади. Благодаря двояковогнутой дисковидной форме:

1. Эритроциты способны переносить больше кислорода и углекислого газа;
2. Проявлять пластичность и свободно проходить через узкие отверстия и изогнутые капиллярные сосуды, то есть, для молодых полноценных клеток в кровяном русле практически нет препятствий. Способность проникать в самые отдаленные уголки организма теряется с возрастом эритроцитов, а также при их патологических состояниях, когда изменяется их форма и размер. Например, сфероциты, серповидные, гири и груши (пойкилоцитоз), не обладают такой высокой пластичностью, не могут пролезать в узкие капилляры макроциты, а тем более, мегалоциты (анизоцитоз), поэтому и задачи свои измененные клетки выполняют не столь безупречно.

Химический состав Er представлен в большей степени водой (60%) и сухим остатком (40%), в котором 90 – 95% занимает красный пигмент крови – , а остальные 5 – 10% распределены между липидами (холестерин, лецитин, кефалин), белками, углеводами, солями (калий, натрий, медь, железо, цинк) и, конечно, ферментами (карбоангидраза, холинэстераза, гликолитические и пр.).

Клеточные структуры, которые мы привыкли отмечать в других клетках (ядро, хромосомы, вакуоли), у Er отсутствуют за ненадобностью. Живут эритроциты до 3 – 3,5 месяцев, затем состариваются и с помощью эритропоэтических факторов, которые выделяются при разрушении клетки, подают команду, что их пора заменить новыми – молодыми и здоровыми.

Начало свое эритроцит берет от предшественников, которые, в свою очередь, происходят от стволовой клетки. Воспроизводятся красные кровяные тельца, если в организме все нормально, в костном мозге плоских костей (череп, позвоночник, грудина, ребра, тазовые кости). В случаях, когда по каким-либо причинам костный мозг не может их производить (поражение опухолью), эритроциты «вспоминают», что во внутриутробном развитии этим занимались другие органы (печень, вилочковая железа, селезенка) и заставляют организм начать эритропоэз в забытых местах.

Сколько их должно быть в норме?

Общее количество эритроцитов, содержащееся в организме в целом, и концентрация красных клеток, курсирующих по кровяному руслу – понятия разные. В общее число входят клетки, которые еще пока не покинули костный мозг, ушли в депо на случай непредвиденных обстоятельств или пустились в плавание для выполнения своих непосредственных обязанностей. Совокупность всех трех популяций эритроцитов носит название – эритрон . В эритроне содержится от 25 х 10 12 /л (Тера/литр) до 30 х 10 12 /л красных кровяных клеток.

Норма эритроцитов в крови взрослых людей отличается по половому признаку, а у детей в зависимости от возраста. Таким образом:

• Норма у женщин колеблется в пределах 3,8 – 4,5 х 10 12 /л, соответственно, гемоглобина у них тоже меньше;
• Что для женщины является нормальным показателем, то у мужчин называется анемией легкой степени, поскольку нижняя и верхняя граница нормы эритроцитов у них заметно выше: 4,4 х 5,0 х 10 12 /л (то же самое касается и гемоглобина);
• У детей до года концентрация эритроцитов постоянно меняется, поэтому для каждого месяца (у новорожденных – каждого дня) существует своя норма. И если вдруг в анализе крови повышены эритроциты у ребенка двух недель отроду до 6,6 х 10 12 /л, то это нельзя расценивать как патологию, просто у новорожденных такая норма (4,0 – 6,6 х 10 12 /л).
• Некоторые колебания наблюдаются и после года жизни, но нормальные значения не особо отличаются от таковых у взрослых. У подростков 12 -13 лет содержание гемоглобина в эритроцитах и уровень самих эритроцитов соответствует норме взрослых людей.

Повышенное содержание эритроцитов в крови называется эритроцитозом , который бывает абсолютным (истинным) и перераспределительным. Перераспределительный эритроцитоз патологией не является и возникает, когда эритроциты в крови повышены при определенных обстоятельствах:

1. Пребывание в горной местности;
2. Активный физический труд и спорт;
3. Психоэмоциональное возбуждение;
4. Дегидратация (потеря организмом жидкости при диарее, рвоте и т. д.).

Высокие показатели содержания эритроцитов в крови являются признаком патологии и истинного эритроцитоза, если они стали результатом усиленного образования красных кровяных телец, вызванного неограниченной пролиферацией (размножением) клетки-предшественницы и ее дифференцировки в зрелые формы эритроцитов ().

Снижение концентрации красных клеток крови называют эритропенией . Она наблюдается при кровопотере, угнетении эритропоэза, распаде эритроцитов () под действием неблагоприятных факторов. Низкие эритроциты в крови и пониженное содержание Hb в эритроцитах является признаком .

О чем говорит аббревиатура?

Современные гематологические анализаторы, помимо гемоглобина (HGB), пониженного или повышенного содержания эритроцитов в крови (RBC), (HCT) и других привычных анализов, могут рассчитывать и другие показатели, которые обозначаются латинской аббревиатурой и бывают совсем не понятны читателю:

Кроме всех перечисленных достоинств эритроцитов, хочется отметить еще одно:

Эритроциты считают зеркалом, отражающим состояние многих органов. Своеобразным индикатором, способным «почувствовать» неполадки или позволяющим следить за течением патологического процесса, является .

Большому кораблю – большое плавание

Почему красные кровяные клетки так важны для диагностики многих патологических состояний? Их особая роль вытекает и формируется в силу уникальных возможностей, а чтобы читатель мог себе представить истинную значимость эритроцитов, попробуем перечислить их обязанности в организме.

Поистине, функциональные задачи красных кровяных клеток широки и многообразны:

1. Они осуществляют транспортировку кислорода к тканям (с участием гемоглобина).
2. Переносят углекислый газ (с участием, помимо гемоглобина, фермента карбоангидразы и ионообменника Cl- /HCO 3).
3. Выполняют защитную функцию, так как способны адсорбировать вредные вещества и переносить на своей поверхности антитела (иммуноглобулины), компоненты комплементарной системы, образованные иммунные комплексы (Ат-Аг), а также синтезировать антибактериальное вещество, называемое эритрином .
4. Участвуют в обмене и регуляции водно-солевого равновесия.
5. Обеспечивают питание тканей (эритроциты адсорбируют и переносят аминокислоты).
6. Участвуют в поддержании информационных связей в организме за счет переноса макромолекул, которые эти связи обеспечивают (креаторная функция).
7. Содержат тромбопластин, который выходит из клетки при разрушении эритроцитов, что является сигналом для системы свертывания начать гиперкоагуляцию и образование . Кроме тромбопластина, эритроциты несут гепарин, препятствующий тромбообразованию. Таким образом, активное участие эритроцитов в процессе свертывания крови – очевидно.
8. Красные клетки крови способны подавлять высокую иммунореактивность (выполняют роль супрессоров), что может быть использовано в лечении различных опухолевых и аутоиммунных заболеваний.
9. Участвуют в регуляции производства новых клеток (эритропоэз) путем освобождения из разрушенных старых эритроцитов эритропоэтических факторов.

Разрушаются красные кровяные тельца преимущественно в печени и селезенке с образованием продуктов распада ( , железо). Кстати, если рассматривать каждую клетку по отдельности, то она будет не такой уж и красной, скорее, желтовато – красной. Скапливаясь в огромные миллионные массы, они, благодаря гемоглобину, в них находящемуся, становятся такими, как мы привыкли их видеть – насыщенно-красного цвета.

Видео: урок по эритроцитам и функциям крови