Гемоглобин полимер

Строение и функционирование гемоглобина

Гемоглобин полимер

Гемоглобин (НЬ)– сложный олигомерный белок, состоящий из 4 протомеров двух типов (2α и 2β), включающих 574 аминокислотных остатка. Содержится в эритроцитах, на его долю приходится до 90% массы белков клетки. Гемоглобин обеспечивает перенос кислорода из легких в ткани и удаление диоксида углерода из тканей.

В мышцах внутриклеточный транспорт и кратковременное депонирование кислорода осуществляет другой белок – миоглобин (Mb). Он не является олигомером, так как состоит только из одной полипептидной цепи, конформация которой очень похожа на пространственную структуру β-цепи гемоглобина (рис. 1.20). Большую часть молекулы

Рис. 1.20. Структура миоглобина иβ-цепи гемоглобина

А– миоглобин; Б– β-цепь гемоглобина

Mb и протомеров Hb составляют 8 α-спиральных участков, образующих глобулу с гидрофобным углублением, в котором находится центр связывания с кислородом (активный центр).При этом полипептидные цепи миоглобина и протомеров гемоглобина идентичны всего на 20%.

Оба белка являются холопротеинами, простетическая группа – гем, который находится в активном центре и участвует во взаимодействии с кислородом (рис. 1.21).

Гем(ферропротопорфирин) представляет собой органическое соединение с плоской молекулой, включающей 4 пиррольных цикла и ион железа Fe2+.

Он является окрашенным соединением и придает красный цвет гемоглобину, эритроцитам (красные кровяные тельца) и крови.

Гем присоединяется к неполярным радикалам активного центра своими пиррольными циклами, а также к радикалу гистидина с помощью атома Fe. Пиррольные кольца гема расположены в одной плоскости, а ион Fe2+ в неоксигенированом состоянии Hb выступает над плоскостью на 0,6 А.

При присоединении кислорода ион железа погружается в плоскость колец гема (рис. 1.22). В результате сдвигается и участок полипептидной цепи, нарушаются слабые связи в молекуле Hb и изменяется конформация всей глобулы.

Таким образом, присоединение кислорода вызывает изменение пространственной структуры молекулы миоглобина или протомеров гемоглобина.

Рис. 1.21. Строение гемоглобина и гема

Агемоглобин– сложный белок, олигомер, состоит из 2 α- и 2 β-субъединиц глобина, каждая имеет центр связывания, где располагается небелковая часть молекулы – гем. Он участвует в присоединении молекулы кислорода. Между протомерами образуется аллостерический центр для присоединения регуляторного лиганда гемоглобина 2,3-бисфосфоглицерата;

Бгем– простетическая группа гемоглобина, миоглобина и других гемопротеинов. Связывается с глобином гидрофобными связями между пиррольными циклами и гидрофобными радикалами аминокислот. В центре молеку-

2+

лы расположен ион железа (Fe ), который образует 6 координационных связей: 4 – с атомами азота пиррольных колец гема, 1 – с азотом радикала гистидина цепей глобина, 1 – с молекулой кислорода. В присоединении О2к гему участвует еще один радикал гистидина цепи глобина

Рис. 1.22. Взаимодействие кислорода с гемом в миоглобине и гемоглобине

Молекула миоглобина может присоединять только 1 молекулу кислорода в свой активный центр:

Гемоглобин является олигомерным белком и имеет ряд особенностей функционирования, характерных для всех олигомерных белков. Молекула гемоглобина состоит из 4 протомеров и имеет 4 центра связывания О2 (активные центры).

Гемоглобин может существовать как в свободной (дезоксигемоглобин), так и в оксигенированной форме, присоединяя до 4 молекул кислорода. Взаимодействие с кислородом 1-го протомера вызывает изменение его конформации, а также кооперативные конформационные изменения остальных протомеров (рис. 1.23, А).

Сродство к кислороду возрастает, и присоединение О2 к активному центру 2-го протомера происходит легче, вызывая дальнейшую конформационную перестройку всей молекулы. В результате еще сильнее изменяется структура оставшихся протомеров и их активных центров, взаимодействие с О2 еще больше облегчается.

В итоге 4-я молекула кислорода присоединяется к Hb примерно в 300 раз легче, чем 1-я (рис. 1.23, Б). Так происходит в легких при высоком парциальном давлении кислорода. В тканях, где содержание кислорода

ниже, наоборот, отщепление каждой молекулы О2 облегчает освобождение последующих.

Таким образом, взаимодействие олигомерного белка гемоглобина с лигандом (О2) в одном центре связывания приводит к изменению конформации всей молекулы и других, пространственно удаленных центров, расположенных на других субъединицах (принцип «домино»). Подобные взаимосвязанные изменения структуры белка называют кооперативными конформационными изменениями.Они характерны для всех олигомерных белков и используются для регуляции их активности.

Взаимодействие обоих белков (Mb и Hb) с кислородом зависит от его парциального давления в тканях. Эта зависимость имеет разный характер, что связано с их особенностями структуры и функционирования (рис. 1.24).

Гемоглобин имеет S-образную кривую насыщения, которая показывает, что субъединицы белка работают кооперативно, и чем больше кислорода они отдают, тем легче идет освобождение остальных молекул О2. Этот процесс зависит от изменения парциального давления кислорода в тканях.

График насыщения миоглобина кислородом имеет характер простой гиперболы, т.е. насыщение Mb кислородом происходит быстро и отражает его функцию – обратимое связывание с

Рис. 1.23. Кооперативные изменения конформации молекулы гемоглобина при взаимодействии с кислородом

А– при взаимодействии молекулы дезоксигемоглобина НЬ с О2 происходят кооперативные конформационные изменения, которые сопровождают присоединение каждой последующей молекулы кислорода; Б– в результате изменения конформации активного центра возрастает сродство НЬ к кислороду, 4-я молекула кислорода присоединяется к оксигенированному гемоглобину [НЬ(О2)3] в 300 раз легче, чем 1-я

Рис. 1.24. Кривые насыщения миоглобина и гемоглобина кислородом

кислородом, высвобождаемым гемоглобином, и освобождение в случае интенсивной физической нагрузки.

Изменение сродства гемоглобина к О2 обеспечивает быстрое насыщение крови кислородом в легких, а также освобождение и передачу его в ткани. Миоглобин обладает более высоким сродством к О2, поэтому связывает и передает в митохондрии клеток кислород, транспортируемый НЬ в мышцы.

Гемоглобин доставляет в сутки до 600 л (850 г) О2 в ткани и способствует удалению из них ~ 500 л (1000 г) СО2. Движущей силой этих потоков является градиент концентраций О2 между альвеолярным воздухом и межклеточной жидкостью. Парциальное давление О2 в альвеолярном воздухе составляет 100 мм рт.ст. Парциальное давление О2

в тканях намного ниже (~ 40 мм рт.ст.), что обусловлено поступлением и использованием кислорода митохондриями клеток, где он превращается в Н2О. Таким образом О2 поглощается клетками.

Обмен О2 и СО2 происходит в капиллярах: в легких О2 переходит из альвеолярного воздуха в эритроциты, а СО2 – в обратном направлении; в капиллярах тканей О2 из эритроцитов перемещается в клетки тканей, а СО2 – в обратном направлении (рис. 1.25).

Изменение функциональной активности белка при взаимодействии с другими лигандами вследствие конформационных изменений называется аллостерической регуляцией,а соединения-регуляторы –аллостерическими лигандами.

Способность к аллостерической регуляции характерна, как правило, для олигомерных белков, т.е. для проявления аллостерического эффекта необходимо взаимодействие протомеров.

При воздействии аллостерических лигандов белки меняют свою конформацию (в том числе и активного центра) и функцию.

Молекула гемоглобина способна связываться с несколькими лигандами: О2, Н+, СО2, 2,3-бис- фосфоглицератом (БФГ). Н+, СО2 и БФГ являются аллостерическими регуляторами активности гемоглобина и присоединяются к участкам (аллостерическим центрам), пространственно удаленным от активного центра.

Концентрация аллостерических лигандов снижает сродство гемоглобина к кислороду, а миоглобин и отдельные субъединицы гемоглобина нечувствительны к изменениям концентрации Н+, СО2 и БФГ, т.е. аллостерические свойства гемоглобина возникают только в результате взаимодействия субъединиц.

Рис. 1.25. Перенос кислорода и диоксида углерода гемоглобином. Эффект Бора

БФГ образуется из глюкозы в эритроцитах и является одним из регуляторов работы гемоглобина. Его молярная концентрация в крови близка к молярной концентрации НЬ.

В центре молекулы гемоглобина полипептидные цепи 4 протомеров образуют полость (аллостерический центр), причем величина ее увеличивается в дезоксигемоглобине и уменьшается в оксигемоглобине. БФГ поступает в полость дезоксигемоглобина, связываясь с положительно заряженными группами на β-протомере (рис. 1.26).

При этом его сродство к О2 снижается в 26 раз. В результате происходит высвобождение кислорода в капиллярах ткани при низком парциальном давлении О2.

Рис. 1.26. Связывание БФГ с дезоксигемоглобином

Центр связывания БФГ находится в положительно заряженной полости между 4 протомерами гемоглобина. Взаимодействие БФГ с центром связывания изменяет конформацию α- и β-протомеров НЬ и их активных центров.

Сродство НЬ к молекулам О2 снижается и кислород высвобождается в ткани.

В легких при высоком парциальном давлении О2 активные центры гемоглобина насыщаются за счет изменения конформации и БФГ вытесняется из аллостерического центра

В легких высокое парциальное давление О2, наоборот, приводит к оксигенированию НЬ и освобождению БФГ.

БФГ в крови человека соответствует содержанию гемоглобина и повышается при понижении содержания кислорода в воздухе (гипоксии) или затруднении дыхания при заболеваниях легких. Понижение его концентрации ухудшает снабжение тканей кислородом.

Это важно учитывать при переливании крови и сохранять необходимую концентрацию БФГ при консервации. Переливание донорской крови с пониженным содержанием БФГ может привести к гипоксии и гибели больных.

В регуляции работы гемоглобина основная роль принадлежит протонам Н+. • В тканиНЬ поступает преимущественно в виде НЬ(О2)4. Но при низком парциальном давлении О2 происходит отщепление части кислорода. Увеличение содержания не полностью оксигенированных форм НЬ облегчает высвобождение О2.

В мышцах образуется много СО2, который под действием карбоангидразы превращается в угольную кислоту Н2СО3, диссоциирующую на Н+ и бикарбонат-ион:

СО2 + Н2О → Н2СО3 → Н+ + НСО3-

Повышение концентрации Н+ вызывает протонирование ионогенных групп НЬ, что приводит к снижению его сродства к О2:

Н+ + НЬ О2 → Н+ НЬ + О2

Далее с дезоксигемоглобином взаимодействует

БФГ:

В легкиепоступает кровь с высоким содержанием дезоксигемоглобина, протонированного, связанного с БФГ или СО2. В такой форме гемоглобин имеет пониженное сродство к О2.

Из капилляров диффундирует СО2, освобождающийся в результате реакции:

Н+ + НСО-3 → Н2СО3 → СО2 + Н2О

Это стимулирует депротонирование гемоглобина:

Н+ НЬ → Н+ + НЬ

Высокое парциальное давление О2 приводит к оксигенированию НЬ, при этом вытесняется БФГ:

НЬ БФГ → НЬ + БФГ

Частичное оксигенирование гемоглобина повышает его сродство к кислороду, все реакции, приведенные выше, происходят в обратном порядке.

Зависимость сродства гемоглобина к кислороду от концентрации ионов водорода (Н+) получила названиеэффекта Борапо имени датского физиолога, изучавшего функционирование гемоглобина (см. рис. 1.25).

Таким образом, количество транспортируемого гемоглобином в ткани кислорода регулируется и повышается при увеличении содержания СО2 и Н+ в крови (например, при интенсивной физической работе); при сдвиге рН крови в щелочную сторону (алкалозе) доставка кислорода в ткани понижается.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: //studopedia.ru/17_134014_stroenie-i-funktsionirovanie-gemoglobina.html

Эритроциты помогут синтезировать полимеры внутри живых организмов

Гемоглобин полимер

Гемоглобин

Wikimedia commons

Австралийские химики разработали способ контролируемой полимеризации полиакрилатов и полиакриламида внутри живого организма. В качестве катализатора реакции ученые использовали содержащиеся в молекулах гемоглобина эритроцитов ионы железа.

Реакция запускается в присутствии перекиси водорода, поэтому для этого необходимы либо ферменты, либо условия с повышенной концентрацией перекиси, которые наблюдаются, например, в раковых клетках, пишут ученые в Engewandte Chemie.

Сейчас синтетические полимерные материалы используются повсеместно: это всевозможные виды пластиков, волокон и тканей, или соединения, а также вещества для химических и биологических применений.

Многие из полимерных соединений ученые предлагают использовать и внутри живых организмов — как в исследовательских, так и в медицинских целях.

При этом иногда получать функциональные полимеры необходимо непосредственно внутри организма — например, для синтеза везикул, искусственных тканей или при химической модификации живых клеток.

Для получения этих соединений химики предлагают использовать несколько типов реакций, для которых применяются различные катализаторы биологического происхождения. Однако полностью провести весь процесс синтеза нужных полимерных соединений in vivo не удается: часть реагентов не совместима с биологическими средами, поэтому подготовку веществ приходится проводить заранее во внешней среде.

Для решения этой проблемы австралийские химики под руководством Грега Цяо (Greg G. Qiao) из Мельбурнского университета предложили в качестве катализатора для реакции полимеризации использовать тот гемоглобин, который содержится в эритроцитах.

Для синтеза in vivo двух типов полимеров — полиакрилатов и полиакриламида — ученые предложили использовать схему полимеризации с обратимой передачей цепи по механизму присоединения-фрагментации (RAFT — Reversible addition−fragmentation chain-transfer polymerization).

В качестве одного из действующих элементов в такой схеме выступает RAFT-агент — молекула, с помощью которой осуществляется перенос полимерных участков цепи в системе и контролируется кинетика реакции, что позволяет получать полимеры определенного типа и нужной молекулярной массы.

Обычно в качестве таких молекул вступают тритиокарбонаты. 

Кроме того, для проведения реакций по такой схеме требуются катализаторы, которые токсичны и не могут использоваться внутри живых организмов. Авторы работы обнаружили, что заменить эти катализаторы может гемоглобин, который содержится в эритроцитах. В своих предыдущих работах химики уже показывали, что инициатором реакции могут быть ионы железа.

Оказалось, что те ионы железа, которые находятся в гемовом фрагменте гемоглобина и обычно служат для переноса кислорода, вполне могут выполнять и функцию инициатора полимеризации.

Кроме гемоглобина, химики также предложили использовать в смеси глюкозооксидазу — фермент, благодаря которому можно получать молекулы перекиси водорода в условиях живого организма по ходу реакции полимеризации.

Схема полимеризации в присутствии RAFT-агента, эритроцитов и глюкозооксидазы. Снизу приведена химическая структура содержащегося в эритроцитах гемоглобина, ионы железа в котором непосредственно участвуют в реакции полимеризации

A. Reyhani et al./ Angewandte Chemie, 2018

По предложенному авторами механизму сначала ион железа Fe3+ восстанавливается перекисью до Fe2+, который участвует в основной реакции с образованием гидроксил-радикалов, запуская таким образом реакцию радикальной полимеризации. Таким образом можно контролировать скорость полимеризации и молекулярную массу образовавшегося полимера. При этом все необходимые для проведения реакции вещества содержатся внутри живого организма и никакой дополнительной предварительной подготовки реагентов ex vivo не требуется.

Чтобы показать, что реакция идет именно по описанному механизму, аналогичную реакцию химики провели без глюкозооксидазы. Оказалось, что при отсутствии глюкозооксидазы реакция действительно не идет.

Однако ученые отмечают, что подобный процесс можно провести и в других биологических средах, в которых по тем или иным причинам содержится большое количество перекиси.

Например, такие условия характерны для многих раковых клеток, поэтому предложенный тип полимеризации можно использовать для терапии рака.

Это исследование — далеко не первый случай, когда эритроциты предлагают использовать в качестве инструмента для проведения управляемых химических и физических процессов внутри живого организма.

Например, недавно немецкие ученые сделали из эритроцита и кишечной палочки доставщик лекарств.

Бактерия в такой системе выполняет функцию мотора, а эритроцит, кроме лекарства содержащий магнитные наночастицы корректирует направление под действием внешнего магнитного поля.

Александр Дубов

Источник: //nplus1.ru/news/2018/06/25/catalytic-blood

Растворы гемоглобина

Гемоглобин полимер

Гемоглобин является белком эритроцитов и обеспечивает транспорт кислорода и углекислого газа в живых организмах. По своей структуре молекула гемоглобина состоит из двух молекул альфа-протеина и двух молекул бета-протеина.

Внутри эритроцита гемоглобин образует разные виды кристаллических упаковок, сами по себе эти упаковки очень хрупкие и вне эритроцита мгновенно разваливаются от небольших перепадов температуры пли колебаний рН-среды, образуя субъединицы, оказывающие повреждающее действие на почечную ткань, приводящие к тромбообразованию.

В 60-е годы физиологи попробовали стабилизировать гемоглобин перекрестным связыванием альфа- и бета-субъединиц и соединением отдельных молекул гемоглобина с получением гемоглобинового полимера. Многократно ученые брались за создание газотранспортного гемоглобинового кровезаменителя, но положительных результатов так и не получили.

По словам старшего научного сотрудника Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН Сергея Воробьева: «Причин тому несколько. Сами по себе молекулы гемоглобина нельзя запустить в кровяное русло. Гемоглобин мгновенно будет связан белками плазмы, например, альбумином и будет утилизирован в почках, костном мозге и селезенке.

Этот процесс может привести к гемоглобинурии (лихорадка, головные боли, боли в мышцах и суставах) и, хуже того, вызвать тромбоз сосудов».

Учитывая, что свободный гемоглобин в крови распадается на субъединицы, появилась идея поместить его в микрокапсулу. Над проблемой получения капсулы для гемоглобина ученые всего мира работают уже более 30 лет. Они создавали оболочки гемоглобина из смеси фосфолипидов, холестерина, яичного лецитина.

Однако эти искусственно созданные эритроциты выживали в кровеносном русле экспериментальных животных всего несколько часов. Возникает мгновенный иммунный ответ, проявляющийся сильной аллергической реакцией.

Искусственные эритроциты разрушаются и выводятся из кровотока, не выполнив свою основную функцию, – транспорта газов. Существует еще одна проблема: экспериментальный эритроцит способен связывать кислород в легочной ткани, однако с трудом отдает его.

Эта проблема побудила ученых-физиологов отказаться от поиска создания микрокапсул и приступить к разработке гемоглобина, не распадающегося на субъединицы. Стойкость молекулы гемоглобина должна обеспечиваться химическими методами.

Эти соединения получили названия полигемоглобиновых кристаллов, или полигемоглобиновых комплексов. Главное преимущество полигемоглобиновых кристаллов в том, что отсутствует иммунный ответ организма на их введение.

Для большей устойчивости полигемоглобиновой упаковки ее сшивают глутаровым альдегидом или диимидоэфирами. Это приводит к возникновению не только межмолекулярных, но и внутримолекулярных сшивок, что ограничивает подвижность частей молекулярной системы, а главное, сильно уменьшает способность транспортировать газы.

Компания Baxter в 1998 г. опубликовала материалы по созданию препарата под названием ГемАссист на основе связанного гемоглобина.

Однако в итоге проведенного анализа результатов лечения 100 пострадавших от огнестрельных или колотых ранений и жертв автомобильных аварий выяснилось, что пациенты, которые применяли ГемАссист, умирали чаще, чем те, кто получал общепринятую терапию. В результате компания прекратила выпуск препарата.

Ученые провели сотни экспериментов на животных, были и клинические испытания препаратов для кислородной терапии. Однако управление по контролю за пищевыми продуктами и лекарствами США (FDA) не разрешило применение этих средств в медицинской практике.

В работах доктора Абду Элайш из Центра биологических исследований FDA отмечено: «Доклинические и клинические испытания препаратов выявили общие для них побочные эффекты (имеется в виду повышение кровяного давления, нарушение работы желудочно-кишечного тракта, панкреатит и поражения нервной системы).

Поскольку в начале производства доклинические и клинические испытания на здоровых добровольцах проводились успешно, мало внимания было уделено механизму работы молекулы гемоглобина в новых условиях (то есть вне красных клеток крови), не говоря о влиянии химических и генетических манипуляций с молекулой гемоглобина».

ГемАссист не выдержал клинических испытаний, что подтверждает точку зрения доктора Элайша о том, что вне клетки молекула гемоглобина может повести себя совершенно неожиданно. Однако это не остановило исследователей. Американские компании продолжают поиск новых гемоглобиновых средств, осуществляющих транспорт кислорода.

Корпорация Baxter с 1990-х гг. является лидером в разработках препаратов, сделанных на основе гемоглобина.

Калифорнийская компания Sangart Inc. из города Сан-Диего выпустила универсальную искусственную кровь, которая могла бы подходить всем пациентам, независимо от их группы крови, под названием Гемоспан (Hemospan). Препарат на основе гемоглобина, обработанного полиэтиленгликолем. При добавлении полиэтиленгликоля образуется слой воды, который окружает белок.

Этот водяной слой защищает белок от атаки иммунной системы, увеличивает эффективный размер молекулы гемоглобина и продлевает время его циркуляции. В Швеции в двух больницах Стокгольма – Южной и Каролинской – в конце 2003 г. компания Sangart начала вторую стадию клинических испытаний гемоспана. Препарат был назначен 8 больным.

При подведении результатов профессор медицины Бенгта Фаргелля заявила, что испытания дали хорошие результаты. Преимущества препарата: совместимость с любой группой крови, малый риск заражения и длительный срок хранения. Недостаток: проводимость кислорода сокращается практически в два раза за первые двое суток.

Следовательно, гемоспан может использоваться только в критических ситуациях.

В июне 2003 г. лаборатория Northfield Laboratories Inc.

(Эвангстон, Иллинойс) достигла соглашения с FDA на проведение третьей стадии клинических испытаний пиридоксилированного полимеризированного гемоглобина под названием ПолиГем. Препарат является единственным кровезаменителем, прошедшим все три стадии клинических испытаний.

ПолиГем разрабатывался в Чикаго после Вьетнамской войны как военный проект. Препарат перспективен как в плане военного применения, так и гражданского. Производство ПолиГема состоит из нескольких этапов. Первый – извлечение и фильтрация гемоглобина из эритроцитов.

Второй – многоступенчатая полимеризация, при которой очищенный гемоглобин связывается в тетрамеры. Третий – включение в раствор электролита. Процесс полимеризации гемоглобина является основным в производстве.

Свободный гемоглобин связывает оксид азота, тем самым вызывает сужение сосудов; оседает в почках, вызывая нарушение почечной фильтрации.

Компания Hemosol Inc. (Миссиссуага, Онтарио, Канада) создала препарат полимерного гемоглобина под названием Гемолинк. Полимеризация гемоглобина была выполнена о- раффинозой. Препарат прошел все стадии клинических испытаний.

При проведении анализа их результатов выяснилось, что у ряда пациентов наблюдались нежелательные побочные эффекты. В связи с этим в апреле 2003 г. производство гемолинка было прекращено.

Четыре месяца спустя компания объявила, что препарат пройдет серию дополнительных исследований на экспериментальных животных.

Компания Baxter, лидер в производстве препаратов на основе гемоглобина, приобрела компанию Somatogem Inc., которая работала над молекулой рекомбинантного гемоглобина.

Baxter активно включилась в работу по созданию препарата рекомбинантного гемоглобина бактериального происхождения, применив новую технологию с использованием рекомбинантной ДНК. Применение рекомбинантной ДНК весьма перспективно, так как позволяет отказаться от использования донорской крови.

Однако 17 июля 2003 г. компания объявила о своем решении не продолжать испытаний, так как первые результаты оказались неудовлетворительными.

Современный лидер в торговле кислородными препаратами, корпорация Biopure, разработала препарат на основе бычьей крови под названием Оксиглобин.

Препарат для ветеринарного применения (лечение анемии у собак), на основе полимезированного бычьего гемоглобина.

Ветеринарный продукт Biopure's Oxyglobin(R) (hemoglobin glutamer – 200 (бычий)), или HB0C-301, единственный кислородный терапевтический препарат, одобренный США.

Корпорация Biopure выпустила еще один препарат на основе гемоглобина животного происхождения, под названием Гемопьюр. Молекулы гемопьюра подверглись поперечной сшивке после предварительной очистки при помощи многократной фильтрации и хроматографии под высоким давлением.

В технологии производства препарата использованы все новейшие достижения микробиологии, позволяющие полностью исключить риск заражения человека заболеваниями крупного рогатого скота (коровьим бешенством), ВИЧ-инфекцией. Гемопьюр прошел 20 циклов успешных клинических испытаний в Америке и Европе.

Южноафриканский Совет по медицинскому контролю первым в мире одобрил решение об использовании Hemopure(R) (hemoglobin glutamer – 250 (бычий)), или HB0C-201 при лечении острой анемии, возникающей у пациентов хирургического профиля.

Корпорация Biopure обратилась в FDA за разрешением продавать гемопьюр в США пациентам с острой анемией, перенесшим ортопедические операции. Гемопьюр обладает рядом преимуществ: совместим с любой группой крови, срок хранения – 2 года при комнатной температуре.

В течение трех лет исследователи из нескольких европейских государств планируют создать универсальный заменитель крови с помощью гриба Aspergillus niger и бактерии Escherichia coli. В проекте Euro Blood Substitutes участвуют 12 институтов. Координационный центр находится в Ноттингэмском университете.

Цель нового проекта – сделать переливание безопасным. Применение донорской крови связано с высокими рисками, в частности, из-за повсеместного распространения СПИДа. Гриб Aspergillus niger и бактерии Escherichia coli биоинженеры уже применяют для производства лекарств.

С их помощью планируется синтезировать белки, аналогичные гемоглобину, которые будут способны осуществлять транспорт кислорода от легких к тканям организма. Основная сложность эксперимента заключается в том, что человеческий организм обычно «отторгает» чужие биомолекулы.

Euro Blood Substitutes собирается привлечь новые инвестиции и общественное внимание к европейским биотехнологиям. Ведь искусственную кровь, в отличие от естественной, можно будет стерилизовать.

Именно это позволяет рассчитывать на популярность будущего препарата в Восточной Европе и в Африке, где отмечены частые случаи заражения СПИДом при переливании донорской крови.

Компания «СангуБиоТех» (Виттен, Германия) в эксперименте получила свиной гемоглобин путем применения поперечной сшивки 10 молекул гемоглобина глутаральдегидом. В итоге были синтезированы гигантские полимерные структуры кровяного белка. Доклинические испытания препарата продолжаются. Во всем мире идет поиск универсального искусственного гемоглобина.

Источник: //dreamsmedic.com/spravochniki/krovezameniteli/krovezameniteli-s-funkcziej-perenosa-kisloroda/rastvoryi-gemoglobina.html

Химики мешают человечеству пластиковую кровь

Гемоглобин полимер

Никогда ещё учёные не подходили так близко к созданию совершенного аналога человеческой крови. И хоть очередной образец заменителя не повторяет буквально строение крови человека, зато работу свою выполняет, а главное — производство новинки может быть организовано в поистине гигантских масштабах.

Знаем, знаем. Мир уже видел немало синтетических заменителей крови. Но всегда хочется что-то улучшить. Так что поиски продолжаются и приводят порой к интересным результатам. Так, группой британских учёных из университета Шеффилда (University of Sheffield) разработан новый вид синтетической крови – кровь пластиковая, ну, или пластмассовая, кому как нравится (Plastic Blood).

Вообще-то этот заменитель крови, конечно же, не пластиковый, а полимерный, а такое название получил, потому что при его создании использовался полиэтиленгликоль (ПЭГ).

Строение полимерного заменителя гемоглобина (иллюстрация с сайта rsc.org).

В основе кровезаменителя — разветвлённая древовидная цепочка небольших молекул, в центре каждой из которых находится комплекс с атомом железа. Структура и работа этого полимера схожи со строением и действием человеческого гемоглобина: атом железа связывает кислород в лёгких, транспортирует к клеткам, а затем высвобождает в нужном месте, точно так же, как и в гемоглобине.

Отметим, что ПЭГ уже достаточно давно применяется для безопасной доставки лекарств в кровяное русло. Но тут учёные взвалили на него другую задачу.

Внешне искусственная кровь выглядит как красная тягучая масса, чем-то напоминающая жидкий мёд. Собственно, красная окраска обусловлена наличием пигментирующих порфиринов, как и в настоящей крови.

Заметим, что образцы полимерной крови представлены в Лондонском музее науки (Science Museum) на выставке «Пластичность – 100 лет производству пластмассы» (Plasticity — 100 years of making plastics), которая проходит вплоть до начала 2009 года. А на этой странице вы можете посмотреть видеоролик, посвящённый новинке.

Её создатели справедливо полагают, что основное применение такая кровь найдёт, прежде всего, на поле боя, а также пригодится при оказании помощи пострадавшим в крупных катастрофах, когда нередко единовременно необходимо большое количество донорской крови для спасения жизней.

Прежде чем вливать пациенту донорскую кровь, необходимо определить нужную группу и резус-фактор. Тем временем, синтетическая кровь универсальна и подходит любому человеку (фото с сайта viewzone.com).

Кстати, новая синтетическая кровь лишена недостатков обычной крови. Как поясняют в своём пресс-релизе учёные, донорская кровь хранится не более 42 суток, да и то — при строго определённых температурах. Синтетическая же сохраняется значительно дольше, да и транспортируется даже при комнатной температуре.

Очевидно также, что донорская кровь может содержать такие вирусы и бактерии, как ВИЧ или гепатит C – полимерная кровь стерильна. Кроме того, она занимает значительно меньший объём и может быть растворена в воде (ПЭГ – полимер, хорошо растворяющийся в воде) непосредственно перед введением в человеческий организм.

Быть может, ещё более важным фактором, способным решить судьбу разработки, является её доступность. «Метод создания синтетической крови не требует больших денежных затрат, и в случае необходимости мы можем производить препарат тоннами», — говорит руководитель исследования и разработки Ланс Твимен (Lance Twyman).

Как известно, учёные по всему миру пытались и пытаются создать искусственный аналог крови вот уже более полувека. Почти все существующие заменители крови основаны на перфторуглеродах и получаемом из крови человека или животных гемоглобине (количество которого, прямо скажем, не бесконечно).

Пожалуй, единственным более-менее успешным можно назвать проект советско-российских учёных (длился с 1979-го по 1996 год) по созданию кровезаменителя на основе эмульсии перфторуглеродов, которые очень хорошо могут растворять в себе газы: получился препарат “Перфторан” или так называемая «голубая кровь».

Натуральные элементы крови — эритроциты и содержащийся в них гемоглобин. Полимерный аналог последнего должен быть примерно того же размера, а значит — гораздо лучше проходить в мелкие капилляры, чем клетки крови (фото с сайтов knowledge-rich.com и ru.wikipedia.org).

Может ли кровь от команды Твимена стать не менее знаменитой? Предпосылки к этому есть. Учёные работали над созданием своего препарата более пяти лет и пошли по пути создания «синтетического» или полимерного гемоглобина, пытаясь максимально приблизить его к природному аналогу.

И это им удалось, прежде всего, за счёт того, что изобретатели использовали не просто порфирины (азотсодержащие органические циклические молекулы, в центре которых имеется «полость» для атома железа), а их сочетание с полимерными молекулами.

На счету Ланса Твимена десяток публикаций в научных журналах (фото University of Sheffield).

Необходимо, однако, отметить, что и эта синтетическая кровь, увы, всё также не может полностью заменить кровь настоящую, хотя бы по той причине, что она не способна выводить продукты метаболизма (в частности, углекислый газ). Её основная задача насытить организм кислородом и поддержать сердцебиение.

Полимерная кровь может быть перелита человеку прямо на месте на непродолжительное время до появления возможности перелить пострадавшему настоящую донорскую кровь.

Так или иначе, всё это пока лишь в планах разработчиков, потому что до сих пор эта синтетическая кровь не была протестирована на человеке. Но, как утверждает Твимен, препарат не должен отторгаться иммунной системой человека (такой вывод основан пока лишь на лабораторных экспериментах).

В течение следующего года учёные планируют провести токсикологические тесты и выяснить, в течение какого времени «полимерный гемоглобин» будет выводиться из организма, и не будет ли он при этом претерпевать какие-либо «превращения».

Кстати, известно, что природный гемоглобин высоко токсичен при попадании значительного его количества из эритроцитов в плазму крови, а так как «полимерный гемоглобин» находится непосредственно в крови, выяснить его совместимость с организмом – ещё более важно.

Если ближайшие тесты дадут положительный результат, то можно будет провести клинические испытания препарата на животных и людях.

Подробности и все предварительные результаты этой разработки вы можете найти в статье, опубликованной в журнале Chemical Communications.

Да, Твимен утверждает, что реальный медицинский продукт может быть создан лет через семь.

  • искусственная кровь
  • химия
  • кровь

Источник: //www.membrana.ru/particle/1072

Гемоглобин это полимер или мономер

Гемоглобин полимер

Новости и события

«Потом посчитаем» — Меркель призвала не жалеть денег на коронавирус

«Мы сделаем все, что нам нужно… � потом посчитаем, что это значит для нашего бюджета», — заявила Меркель.

Самарская промышленность в 2019 году обеспечила рост производства и экспорта.

Р РѕСЃС‚ объемов промпроизводства составил 1, 6%, целевое значение РїРѕ объему промышленного экспорта превышено РЅР° 4…

Кабинет Министров Алексея Гончарука ушел РІ отставку одновременно СЃ публикацией безжалостных цифр Госстата, фиксирующих рекордный для последних лет спад промпроизводства РІ стране. Согласно официа…

Экспорт каучука упал на 2%

РџРѕ итогам 2019 РіРѕРґР° РЅР° мировые рынки СЂРѕСЃСЃРёР№СЃРєРёРјРё производителями было отгружено около 993 тыс. тонн каучука синтетического*. РЈСЂРѕРІРµРЅСЊ экспортных поставок каучука синтетического Рї…

“Есть надежда, что использование биомассы для производства различных полезных соединений может сформировать РѕСЃРЅРѕРІСѓ для низкоуглеродного общества, уменьшая количество атмосферного CO2.”

Самый большой вклад в показатели промышленного производства области – за «большой химией»

Росстат разместил РЅР° сайте www.gks.ru информацию РѕР± основных итогах развития Тульско…

�нформация

�нститут мономеров

Канцлер Германии Ангела Меркель призвала не жалеть денежных средств на борьбу с коронавирусомПодведены основные итоги работы промышленных предприятий Самарской области в минувшем годуО том как российский бизнес повлиял на химпром

Мономером крахмала является глюкоза

Канцлер Германии Ангела Меркель призвала не жалеть денежных средств на борьбу с коронавирусомПодведены основные итоги работы промышленных предприятий Самарской области в минувшем годуО том как российский бизнес повлиял на химпром

Каталог организаций и предприятий

Полимер Корп (Полимер Корпорейшн )

РћРћРћ “РќРџРљ “Мономер” – научное, производственное Рё торговое предприятие, осуществляющее комплексное снабжение потребителей химической, нефтехимической Рё лакокрасочной продукцией.РќР° РѕСЃРЅРѕРІРµ многолетнего опыта работы РІ сфере С…РёРјРёРё Рё нефтехимии наша компания…

Полимер-Сервис

Тиана-Полимер

оптовая торговля пищевыми ингредиентами.

Полимер-Техно

Предложения на покупку и продажу продукции

Диоксид титана

Пигмент белого цвета, или как его еще называют РґРёРѕРєСЃРёРґ титана, представляет СЃРѕР±РѕР№ порошок, состоящий РёР· прозрачных кристаллов Рё применяющийся РІ различных областях современной промышленности. Краситель…

Научно-производственное предприятие РћРћРћ «АгроХим Технология» ищет дилера РІ Вашем регионе, РїРѕ продаже комплексных минеральных удобрений марки ACTIVE для основных сельскохозяйственных культур. Выгодна…

РЎРєРёРґРєР° РЅР° Карбамид ГОСТ 2081-2010, мешки РїРѕ 50РєРі, РїРѕ цене РѕС‚ 14900 СЂСѓР±/тн СЃ НДС РЅР° самовывоз, возможно доставка попутным автотранспортом РґРѕ места хозяйства, или РІ крытых вагонах РїРѕ 67, 2тн РЅР° железнодо…

РћРћРћ «СПК Золотая Целина» отгружает РїРѕ всей Р РѕСЃСЃРёРё железнодорожным Рё автотранспортом, отгружаем навалом насыпью или фасованную. Отгрузка СЃРѕ склада самовывоз или доставка. 1. Азотно-фосфорно-калийное …

Самовывоз или доставка по всей России, авто и железнодорожным транспортом, отгружаем навалом насыпью или фасованную. Одним из наиболее безопасных и эффективных удобрений является диаммофоска 10:26:26.

Карбамид ГОСТ 2081-2010, марка А и Б !!!!!!!!

Минеральные удобрения РІ ассортименте: Азотные, Сложные комплексные РІСЃРµ серии NPK Рё Водорастворимые РїРѕРґ овощные культуры (тепличные хозяйства). Отгрузка РїРѕ всей Р РѕСЃСЃРёРё железнодорожным Рё авто транспорто…

Источник: //www.himonline.ru/gemoglobin-eto-polimer-ili-monomer.htm

Гемоглобин: модификации, кристаллизация, полимеризация (обзор)

Гемоглобин полимер

1. Антонов В.Ф., Черныш А.М., Козлова Е.К. Физика и биофизика. М.: ГЭОТАРМедиа; 2015: 472.

2. Блюменфельд Л.А. Гемоглобин. Соросовский образовательный журнал. 1998; 4: 33–38.

3. Giege R. A historical perspective on protein crystallization from 1840 to the present day. FEBS J. 2013; 280 (24): 6456–6497. //dx.doi.org/10.1111/febs.12580. PMID: 24165393

4. Schechter A.N. Hemoglobin research and the origins of molecular medicine. Blood. 2008; 112 (10): 3927–3938. //dx.doi.org/10.1182/blood200804078188. PMID: 18988877

5. Thoreson C.K., O’Connor M.Y., Ricks M., Chung S.T., Sumner A.E. Sickle cell trait from a metabolic, renal, and vascular perspective: linking history, knowledge, and health. J. Racial. Ethn. Health Disparities. 2015; 2 (3): 330–335. //dx.doi.org/10.1007/s4061501400774. PMID: 26322267

6. Hardison R.C. Evolution of hemoglobin and its genes. Cold Spring Harb. Perspect. Med. 2012; 2 (12): a011627. //dx.doi.org/10.1101/ cshperspect.a011627. PMID: 23209182

7. Волькенштейн М.В. Молекулярная биофизика. М.: Наука; 1975: 616.

8. Winter W.P. A brief history of sickle cell disease. //www.sicklecell.howard.edu/ABriefHistoryofSickleCellDisease.htm

9. Gormley M. It’s in the blood: the varieties of Linus Pauling’s work on hemoglobin and sickle cell anemia. //scarc.library.oregonstate.edu/

10. Frenette P.S., Atweh G.F. Sickle cell disease: old discoveries, new concepts, and future promise. J. Clin. Invest. 2007; 117 (4): 850–858. //dx.doi.org/ 10.1172/JCI30920. PMID: 17404610

11. Bender M.A., Douthitt Seibel G. Sickle cell disease. Gene Reviews. 2003; 1993–2016. PMID: 20301551

12. Ralstrom E., da Fonseca M.A., Rhodes M., Amini H. The impact of sick le cell disease on oral healthrelated quality of life. Pediatr. Dent. 2014; 36 (1): 24–28. PMID: 24717705

13. Bookchin R.M., Balazs T., Wang Z., Josephs R., Lew V.L. Polymer structure and solubility of deoxyhemoglobin S in the presence of high concentrations of volumeexcluding 70kDa dextran. Effects of nons hemoglobins and inhibitors. J. Biol. Chem. 1999; 274 (10): 6689– 6697. PMID: 10037766

14. Wilson S., Makinen M. Electron microscope study of the kinetics of the fibertocrystal transition of sickle cell hemoglobin. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1980; 77 (2): 944–948. //dx.doi.org/10.1073/pnas.77.2.944. PMID: 6928690

15. Fabry M.E. Detection of hemoglobin S polymerization in intact red cells by P31 NMR. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1980; 97 (4): 1399–1406. //dx.doi.org/10.1016/S0006291X(80)800222.PMID: 7213366

16. Fabry M.E., Kaul D.K., Raventos C., Baez S., Rieder R., Nagel R.L. Some aspects of the pathophysiology of homozygous HbCC erythrocytes. J. Clin. Invest. 1981; 67 (5): 1284–1291. PMID: 7229029

17. FeelingTaylor A.R., Yau S.T., Petsev D.N., Nagel R.L., Hirsch R.E., Vekilov P.G. Crystallization mechanisms of hemoglobin C in the R state. Biophys. J. 2004; 87 (4): 2621– 2629. //dx.doi.org/10.1529/biophysj.104.039743. PMID: 15454456

18. Baptista L.C., Costa M.L., Ferreira R., Albuquerque D.M., Lanaro C., Fertrin K.Y., Surita F.G., Parpinelli M.A., Costa F.F., Melo M.В. Abnormal expression of inflammatory genes in placentas of women with sickle cell anemia and sickle hemoglobin C disease. Ann. Hematol. 2016; 95 (11): 1859–1867. //dx.doi.org/ 10.1007/s0027701627801.PMID: 27546026

19. Bain B.J. Hemoglobin C disease. Am. J. Hematol. 2015; 90 (2): 174. //dx.doi.org/10.1002/ajh.23915. PMID: 25488433

20. Steinberg M.H., Chui D.H. HbC disorders. Blood. 2013; 122 (22): 3698. //dx.doi.org/10.1182/blood201309526764. PMID: 24263962

21. Dalia S., Zhang L. Homozygous hemoglobin C disease. Blood. 2013; 122 (10): 1694. //dx.doi.org/10.1182/blood201304498188. PMID: 24137818

22. Kozlova E., Chernysh A., Moroz V., Sergunova V., Zavialova A., Kuzovlev A. Nanoparticles of perfluorocarbon emulsion contribute to the reduction of methemoglobin to oxyhemoglobin. Int. J. Pharm. 2016; 497 (1–2); 88–95. //dx.doi.org/ 10.1016/j.ijpharm.2015.11.035. PMID: 26626224

23. Safo M.K., Abraham D.J. Xray crystallography of hemoglobins. Hemoglobin disorders. Methods Mol. Biol. 2003; 82: 1–19. //dx.doi.org/10.1385/1592593739:001

24. Perutz M.F. Preparation of haemoglobin crystals. J. Cryst. Growth. 1968; 2 (1); 54–56. //dx.doi.org/10.1016/00220248(68)900717

25. Parashar V., Jeffrey P.D., Neiditch M.B. Conformational change induced repeat domain expansion regulates rap phosphatase quorum sensing signal receptors. PLoS Biol. 2013; 11 (3): e1001512. //dx.doi.org/ 10.1371/journal.pbio.1001512. PMID: 23526881

Источник: //www.reanimatology.com/rmt/article/view/1562

ТерриторияЗдоровья
Добавить комментарий