2,3-bisfosfoglycerát

Kyselina 2,3-bisfosfoglycerová
Strukturní vzorec
Strukturní vzorec
Obecné
Systematický název kyselina 2,3-bis(fosfonooxy)propanová
Sumární vzorec C3H8O10P2
Identifikace
Registrační číslo CAS 106-93-4
EC-no (EINECS/ELINCS/NLP) 203-444-5
PubChem 61
ChEBI 17720
SMILES C(C(C(=O)O)OP(=O)(O)O)OP(=O)(O)O
InChI 1S/C3H8O10P2/c4-3(5)2(13-15(9,10)11)1-12-14(6,7)8/h2H,1H2,(H,4,5)(H2,6,7,8)(H2,9,10,11)
Vlastnosti
Molární hmotnost 266,04 g/mol
Není-li uvedeno jinak, jsou použity
jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa).
Některá data mohou pocházet z datové položky.

Kyselina 2,3-bisfosfoglycerová, označovaná také jako 2,3-bisfosfoglycerát), zkráceně 2,3-BPG, je tříuhlíkatá karboxylová kyselina, izomer kyseliny 1,3-bisfosfoglycerové (1,3-BPG), která je meziproduktem glykolýzy.

D-2,3-BPG se nachází v lidských červených krvinkách, průměrně v koncentracích kolem 5 mmol/l. Snadněji se váže na deoxygenovaný hemoglobin než na oxygenovaný, což je způsobeno rozdílnými konformacemi: 2,3-BPG má molekulu o velikosti přibližně 0,9 nm a vazebné místo deoxygenovaného hemoglobinu je asi 1,1 nm velké, zatímco u oxygenaovaného má jen 0,5 nm. Tato kyselina interaguje s beta podjednotkami deoxygenovaného hemoglobinu, snižuje afinitu kyslíku a alostericky spouští uvolňování zbývajícího kyslíku vázaného na hemoglobin; usnadňuje tak uvolňování kyslíku z červených krvinek v blízkosti tkání, které jej nejvíce potřebují. 2,3-BPG je tedy alosterickým efektorem.

Funkci kyseliny 2,3-bisfosfoglycerové objevili Reinhold Benesch a Ruth Benesch v roce 1967.[1]

Metabolismus

2,3-BPG se vytváří z 1,3-BPG působením enzymu bisfosfoglycerátmutázy. Může být štěpena bisfosfoglycerátfosfatázou na kyselinu 3-fosfoglycerovou. Tvorba a štěpení této kyseliny jsou součástmi glykolýzy, kde za spotřeby jednoho ATP na molekulu 2,3-BPG vzniká vysokoenergetická vazba ve smíšeném anhydridu karboxylové kyseliny s kyselinou fosforečnou, štěpená bisfposfoglycerátmutázou.

V glykolýze se vytvoří 1,3-BPG, která může být defosforylována fosfoglycerátkinázou za tvorby ATP, případně vstoupit do Lueberingovy-Rapoportovy dráhy, kde bisfosfoglycerátmutáza katalyzuje přenos fosforylové skupiny z C1 na C2 molekuly 1,3-BPG, čímž vzniká 2,3-BPG. 2,3-BPG, nejvíce koncentrovaný organofosfát v červených krvinkách, se mění 3-PG prostřednictvím bisfosfoglycerátfosfatázy. Koncentrace 2,3-BPG se mění úměrně ke koncentraci H+.

Existuje rovnováha mezi tvorbou ATP jako zdroje energie pro buněčný metabolismus a potřebou udržování správného oxygenačně-deoxygenačního stavu hemoglobinu. Její udržování zajišťuje izomerizace 1,3-BPG na 2,3-BPG, zvyšující míru deoxygenace hemoglobinu.

Vliv navazování

Disociační křivka oxyhemoglobinu

Když se 2,3-BPG naváže na deoxyhemoglobin, tak stabilizuje stav s nízkou afinitou kyslíku (T stav). Molekula se zapadne do dutiny deoxykonformace, kde využije molekulovou symetrii a kladný náboj a vytvoří solné můstky s lysinem a histidinem v beta podjednotkách hemoglobinu. R stav, s kyslíkem navázaným na hem, má odlišnou konformaci a uvedenou interakci neumožňuje.

Hemoglobin má sigmoidovitou kinetiku. Při selektivním navazování na deoxyhemoglobin 2,3-BPG stabilizuje T stav, čímž znesnadňuje navazování kyslíku, který se tak lépe uvolňuje do tkání. 2,3-BPG takto brání hypoxii za podmínek, kdy je nejpravděpodobnější. Podmínky způsobující nízkou koncentraci kyslíku, jako je například vysoká nadmořská výška (množství 2,3-BPG je vyšší u lidí přizpůsobeným větším výškám), zúžení dýchacích cest nebo srdeční selhání vyvolávají tvorbu více 2,3-BPG, protože změny pH a koncentrace kyslíku působí na enzymy, které je vytvářejí a rozkládají.[2]. Toto uvolňování kyslíku podporuje Bohrův efekt, kdy afinitu hemoglobinu ke kyslíku snižuje také nižší pH a vysoké koncentrace oxidu uhličitého. Ve tkáních s vysokými nároky na energii se kyslík spotřebovává rychle, čímž se zvyšují koncentrace H+ a CO2. Bohrův efekt způsobuje, že hemoglobin vypouští více kyslíku, než kolik příslušné buňky potřebují. Oproti tomuto nemá 2,3-BPG žádný vliv na myoglobin.

U těhotných žen jsou koncentrace 2,3-BPG v mezibuněčné hmotě o 30 % vyšší, čímž se snižuje afinita mateřského hemoglobinu ke kyslíku a tak se dostává více kyslíku k plodu. Plod má také nízkou citlivost na 2,3-BPG, takže jeho hemoglobin vykazuje vyšší afinitu ke kyslíku.

Nemoci spojené s 2,3-BPG

Hypertyreóza

Ve studii z roku 2004 byl zkoumán vliv hormonů štítné žlázy na hladiny 2,3-BPG. Zjistilo se, že hypertyreóza ovlivňuje obsah 2,3-BPG v červených krvinkách změnami v expresi fosfoglycerátmutázy a 2,3-BPGsyntázy. Nárůst koncentrace 2,3-BPG v červených krvinkách při hypertyreóze nezávisel na množství hemoglobinu v krevním oběhu, ale objevila se přímá souvislost mezi stimulačními účinky hormonů štítné žlázy a glykolytickou aktivitou červených krvinek.[3]

Chronická chudokrevnost

U pacientů s chronickou chudokrevností mohou červené krvinky za jednu až dvě hodiny až zpětinásobit vnitrobuněčnou koncentraci 2,3-BPG, když je schopnost krve přenášet kyslík omezená. Tímto se proměňuje disociační křivka a do tkání se dostává více kyslíku.

Chronické respirační nemoci spojené s hypoxií

Byly nalezeny souvislosti mezi nízkými úrovněmi 2,3-BPG a vysokohorským otokem plic.

KONCENTRACE 2,3-BPG V ČERVENÝCH KRVINKÁCH ZA RŮZNÝCH KLINICKÝCH STAVŮ
n Hb (g/dl) 2,3-BPG (mmol/l)
1 Normální stav 120 14,2 ± 1,6 4,54 ± 0,57
2 Hyperthyreóza 35 13,7 ± 1,4 5,66 ± 0,69
3 Chudokrevnost z nedostatku železa 40 10,0 ± 1,7 5,79 ± 1,02
4 Chronické respirační nemoci spojené s hypoxií 47 16,4 ± 2,2 5,29 ± 1,13

Hemodialýza

Ve studii z roku 1998 byla analyzována koncentrace 2,3-BPG v červených krvinkách během hemodialýzy; uváděny byly vzhledem ke koncentraci tetrameru hemoglobinu (Hb4) jako poměr 2,3-BPG/Hb4. Byl očekáván nárůst koncentrace 2,3-BPG, související s hypoxií, často se vyskytující při těchto procesech, poměr 2,3-BPG/Hb4 se ale snižoval. Příčinou bylo mechanické působení na červené krvinky, ze kterých se uvolňoval 2,3-BPG, jenž byl následně odstraňován hemodialýzou. Koncentrace vápníku, fosforečnanů, kreatininu, močoviny a albuminu neměly významné souvislosti s poměrem 2,3-BPG/Hb4. Hodnota tohoto poměru těsně před začátkem dialýzy ovšem vykazovala kladnou korelaci s celkovou týdenní dávkou erythropoetinu (hormonu účastnícího se tvorby červených krvinek) podávaného pacientům.[4]

Odkazy

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku 2,3-Bisphosphoglyceric acid na anglické Wikipedii.

  1. ↑ R. Benesch; R. E. Benesch. The effect of organic phosphates from the human erythrocyte on the allosteric properties of hemoglobin. Biochemical and Biophysical Research Communications. 1967, s. 162–167. DOI 10.1016/0006-291X(67)90228-8. PMID 6030262. 
  2. ↑ P. J. Mulquiney; W. A. Bubb; P. W. Kuchel. Model of 2,3-bisphosphoglycerate metabolism in the human erythrocyte based on detailed enzyme kinetic equations: in vivo kinetic characterization of 2,3-bisphosphoglycerate synthase/phosphatase using 13C and 31P NMR. Biochemical Journal. 1999, s. 567–580. DOI 10.1042/0264-6021:3420567. PMID 10477268. 
  3. ↑ N. González-Cinca; P. Pérez de la Ossa; J. Carreras; F. Climent. Effects of thyroid hormone and hypoxia on 2,3-bisphosphoglycerate, bisphosphoglycerate synthase and phosphoglycerate mutase in rabbit erythroblasts and reticulocytes in vivo. Hormone Research in Paediatrics. 2004, s. 191–196. DOI 10.1159/000080897. PMID 15375329. 
  4. ↑ A. L. Nielsen; E. M. Andersen; L. G. Jørgensen; H. A. Jensen. Oxygen and 2,3 biphosphoglycerate (2,3-BPG) during haemodialysis. Scandinavian Journal of Clinical and Laboratory Investigation. 1998, s. 459–467. DOI 10.1080/00365519850186256. PMID 9832337. 

Literatura

  • Berg, J.M., Tymockzko, J.L. and Stryer L. Biochemistry. (5th ed.). W.H. Freeman and Co, New York, 1995. ISBN 0-7167-4684-0
  • Nelson, David L.; Cox, Michael M.; Lehninger, Albert L. Principles of Biochemistry. (4th ed.). W.H. Freeman, 2005. ISBN 978-0-7167-4339-2
  • Müller-Esterl, W. Biochemistry: Fundamentals of Medicine and the Science of Life. (2nd ed.). Reverté, 2008. ISBN 978-84-291-7393-2
  • Rodak. Hematology: Clinical Principles and Applications (2nd ed.). Elsevier Science, Philadelphia, 2003. ISBN 950-06-1876-1
  • González-Cinca N, Pérez de la Ossa P, Carreras J, Climent F. "Effects of thyroid hormone and hypoxia on 2,3-bisphosphoglycerate, bisphosphoglycerate synthase and phosphoglycerate mutase in rabbit erythroblasts and reticulocytes in vivo". Unitat de Bioquímica, Departament de Ciéncies Fisiològiques I, Institut d'Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer, Universitat de Barcelona, Barcelona, Spain, 2004
  • Nielsen AL, Andersen EM, Jørgensen LG, Jensen HA. "Oxygen and 2,3 biphosphoglycerate (2,3-BPG) during haemodialysis". Department of Nephrology, Hvidovre University Hospital, Denmark, 1998
  • Anales de la Real Academia Nacional de Medicina (cuaderno cuarto) ISSN 0034-0634

Související články

  • Disociační křivka oxyhemoglobinu

Externí odkazy

Zdroj