Blut und Immunsystem

· Blutgruppe = exprimierte Antigene

· H   ( nicht antigen → "0" )

· A   ( N-Acetylgalactosamin )

· B   ( Galactose )

· Antigene befinden sich auf Glykoproteinen / -lipiden (=Träger) , die von den Antikörpern nicht erkannt werden

  (Antikörper erkennen nur Glykostrukturen der Antigene)

· A₁-Erythrozyt:    1'000'000 Antigene  (→ gute Verklumpung)

· A₂-Erythrozyt:      500'000 Antigene

· A₃-Erythrozyt:     100'000 Antigene

· A_x-Erythrozyt:       10'000 Antigene

· A_m-Eryhtozyt:          1'000 Antigene  (→ schlechte Verklumpung)

· zuerst wird Fucose auf das Grundgerüst übertragen → Blutgruppe H / 0

· je nach vorhandenen Enzymen werden weitere Zucker angehängt

· 0-Spezifität:    Deletion mit Rasterschub an Position 87 → Verlust der Enzymaktivität

· A-Spezifität:   Leu-Gly an Position 266 → Übertragung von α-N-acetylgalactosamin

· B-Spezifität:   Met-Ala an Position 266 → Übertragung von α-Galactose

· grosse Kreuzprobe:  Erythrozyten vom Spender / Serum vom Empfänger

· kleine Kreuzprobe:  Eryhtrozyten vom Empfänger / Serum vom Spender

· Rhesus-Protein ist ein Ammoniaktransporter

· Rhesus-negative (Rh d) Menschen können Funktion mit dem Rhesus-Gen CcEe kompensieren

· ist Fötus bei einer Erstschwangerschaft Rh-positiv und Mutter Rh-negativ, bildet Mutter RhD-Antikörper bei Geburt

· bei einer Zweitschwangerschaft kommt es zu Komplikationen, wenn das Kind Rh-positiv ist

→ bei jeder Geburt müssen Antikörper gespritzt werden, um RhD-Antigene zu maskieren

· Luft:          pO₂ ~150mmHg

· Lunge:      pO₂ ~100mmHg

· Gewebe:  pO₂ ~25mmHg

· Sauerstoff ist schlecht löslich (0.17 mM bei pO₂ 100mmHg)

· im Blut jedoch 10.5 mM bei pO₂ 100mmHg

  → Transportproteine erhöhen Sauerstoffkonzentration um das 60fache

· Transportproteine:

  · Hämoglobin im Blut

  · Myoglobin in der Zelle

· intrazelluläres Muskelprotein

· Protein (153 AS) + Hämgruppe (Porphyrinring mit Fe²⁺)

· Hämgruppe (hydrophob) liegt in hydrophober Tasche

· gebundenes O₂ kann H-Brücke mit His oberhalb der Hämgruppe eingehen (Fe²⁺ wird dadurch weniger oxidiert)

· prosthetische Gruppe von Hämoglobin und Myoglobin

· komplexiertes Fe²⁺ (oktaedrische Koordination / Fe³⁺ kann O₂ nicht binden)

· hydrophober Porphyrinring (aus 4 Pyrrol-Ringen, über Methinbrücken verbunden)

· Bindungsstellen 1-4 des Eisenions binden an die Stickstoffatome der Pyrrolringe

· Bindungsstelle 5 des Eisenions wird vom proximalen Histidin gebunden

· Bindungsstelle 6 des Eisenions wird von O₂ (Hb), Wasser (metHb) gebunden oder ist unbesetzt (DesoxyHb)

· Dissoziationskonstante (K_d) bei ~2 mmHg

· unter physiologischen Bedingungen ist Myoglobin gesättigt

· nur bei sehr tiefen pO₂ in der Zelle wird O₂ abgegeben

· O₂-Transportmolekül im Blut  ( kommt in den Erythrozyten vor )

· Tetramer (α₂β₂) + 4 Hämgruppen  ( → 4 O₂-Bindungsstellen )

· werden in 2 Familien eingeteilt:

  · α-Familie (Chromosom 16):   2x α / γ

  · β-Familie (Chromosom 11):   β / Aγ / Gγ / δ / ε

· Hämoglobin-Zusammensetzung ändert im Verlauf der Entwicklung

  · wichtig, damit O₂-Transport von Mutter → Fötus → Muskel gewährleistet ist  ( → Hb des Fötus ist affiner )

  · Hämoglobin besteht immer aus vier Ketten, von denen je zwei identisch sind

  · embryonales Hämoglobin:  α-, γ-, ζ- und ε-Ketten

  · fötales Hämoglobin: 2α- und 2γ-Ketten

  · adultes Hämoglobin: 2α- und 2β-Ketten

· bei O₂-Bindung wird His um ~0.5Å verschoben  ( Fe²⁺ wird kleiner / liegt jetzt genau in der Porphyrinebene )

· Hämoglobin wechselt von der T_ense-Form (niedrige Affinität) in die R_elaxed-Form (hohe Affinität)

· 2,3-Bisphosphoglycerat ist ein heterotroper allosterischer Effektor  ( aus 1,3-BPG gebildet )

· 2,3-BPG bindet und stabilisiert die instabile T-Form von Hämoglobin

   → Hämoglobin nimmt erst bei hohen O₂-Konzentrationen (→ Lunge) wieder O₂ auf

· im Erythrozyt ist  [2,3-BPG] ~ [Hb] ~ 2.5mM

   → O₂-Abgabe wird zusätzlich über Glykolyse-Aktivität reguliert

· Proteine, die mehrere Liganden binden können, können positive oder negative Kooperativität zeigen (allosterische Interaktion)

· homotrop:  Bindung des Liganden L verändert Affinität für Bindung eines weiteren Liganden L

· heterotrop: Bindung des Liganden L verändert Affinität für Bindung eines Liganden M

· positive Kooperativität:  jeder neu gebundene Ligand erhöht die Affinität (T-Form → R-Form)

· negative Kooperativität:  jeder neu gebundene Ligand erniedrigt die Affinität (R-Form → T-Form) 

· Sättigungsgleichung:  \(Y_{L} = {[L]^n \over [K_d] \space + \space [L]^n}\)   (L = Ligand / n = Hill-Konstante ≤ Anzahl Bindungsstellen)

· für nicht-kooperative Bindungen muss die Ligandenkonzentration im Bereich 10^±2 · K_d liegen um den Sättigungsbereich von 0.01 - 0.99 abzudecken

· Dissoziationskonstante (K_d) bei ~25 mmHg

· unter physiologischen Bedingungen (20-100 mmHg) kann Hämoglobin zu 66% beladen/entladen werden

· ohne Kooperativität könnte nur ~40% beladen/entladen werden (Hill-Koeffizient für Hb ist ~2.8)

→ Hämoglobin kann 10x mehr Sauerstoff transportieren als Myoglobin

· Rechtsverschiebung durch  pH↓  /  [CO₂]↑  /  [2,3BPG]↑  /  T↑

· kooperative Bindungen ergeben keine Gerade

· herauslesen lassen sich

  · Hill-Koeffizient (Steigung bei y=1)

  · K_d für erste Bindung (für Hb ~30mmHg)

  · K_d für letzte Bindung (für Hb ~0.3mmHg)

· Thalassämie:

   · reduzierte Produktion von Globinketten

   · fehlen von α-Ketten ist lethal

   · β-Ketten können durch γ-Ketten partiell kompensiert werden

· anomale Hämoglobine:

   · Austausch einer Aminosäure durch Punktmutation

   · Beispiel Sichelzellanämie:

      · Glu6 (hydrophile Seitenkette) ist durch Val6 (hydrophobe Seitenkette) ersetzt      

      · DesoxyHb aggregiert (s.Bild) und verformt oder zerstört Erythrozyt

      · Gefahr von Verstopfung an Kapillarverzweigungen

· Hb:           desoxigeniertes Hämoglobin

· HbO₂:     oxigeniertes Hämoglobin

· metHb:   oxidiertes Hämoglobin (Fe²⁺ → Fe³⁺)

· HbCO:     Hämoglobin hat CO gebunden (v.a. bei Rauchern → haben funktionell ~1/2l weniger "Blut")

· Absorptionsspektrum der Häm-Gruppe betrachten (Hauptabsorption bei ~400nm / Soret-Bande wegen konj. π-System):

   1.  gesamt Hb-Gehalt mittels Lambert-Beer-Gesetz bestimmen (Messung bei Kurvenschnittpunkt / z.B. bei ~545nm)

   2.  Messung bei grossem Unterschied (z.B. 660nm) und mittels Lambert-Beer-Gesetz [Hb] und [HbO₂] bestimmen

· früher mussten Erythrozyten mit Saponin (Tensid aus Rosskastanien) lysiert werden, um eine klare Lösung zu erhalten (Trübung einer Lösung ist ein Mass für die Streuung)

· Streuung bedeutet grösseres ε bei allen Wellenlängen

· Messung mittels IR-Licht (dringt tiefer in das Gewebe ein)

· Messung zweier Wellenlängen ermöglicht Bestimmung der O₂-Sättigung, ohne Kenntnis der Hb-Konzentration

  → Fingerdicke / -Wärme spielt keine Rolle

· Trick: nur pulsatile Anteile betrachten (= arterielles Blut)

· Photodetektor muss nicht zwingend auf der gegenüberliegenden Seite liegen

· Fe-Aufnahme ist resorptionslimitiert  ( Fe↑ → Hepcidin aus Leber → Zerstörung des Ferroportin im Dünndarm )

· Fe-Verlust durch Gewebeverlust (z.B. Schuppen) und Blutungen (z.B. Menstruation)

    · 3.4 mg Fe / g Hämoglobin  ( ~ 0.5 mg/ml Blut )

· nur im Häm liegt Fe²⁺ vor

· für Transport und Speicherung wird Fe²⁺ in Fe³⁺ umgewandelt

  · Speicherung:   Fe²⁺ + O₂ + Ferritin → Ferritin-Reduktase → (Fe³⁺)_n-Ferritin

  · Transport:   Fe²⁺ → Ferrooxidase → Fe³⁺   /   2 Fe³⁺ und 1 HCO₃^- + Transferrin → Fe³⁺-Transferrin

· Glykoprotein (80 kDa)

· hochaffin für Fe³⁺ (nur 20-40% Sättigung wird erreicht)

· 440 kDa  /  24 UE

· niederaffin

· bis zu 4500 mol Fe³⁺ / mol Ferritin

· kommt im Blut wegen Zelllysen in geringen Mengen vor

   → guter Indikator für Eisenmangel (< 30 ng/ml) und Hämochromatose (> 700 ng/ml)

   · Normalwerte sind 30-300 ng/ml für den Mann und 20-220 ng/ml für die Frau

· keine physiologische Speicherform von Eisen

· kommt nur intrazellulär vor / hat einen Eisengehalt von ~35%

· unlösliches Kondensationsprodukt aus Ferritin, Nucleotiden und Lipiden

· kann schlechter mobilisiert werden als Ferritin

· Molarität = Konzentration eines Stoffes in mol/l Lösung

· Molalität = Konzentration eines Stoffes in mol/kg Lösung *

· Osmolarität = Konzentration aller Teilchen in osm/l Lösung

· Osmolalität = Konzentration aller Teilchen in osm/kg Lösung *

· osm nur abhängig von Teilchenzahl, nicht von Teilchenladung oder -grösse

* wichtig zum vergleichen von Werten  ( weil im Interstitium Proteine nicht gelöst sind, im Blut aber schon )

· Ausstrom:

   · ~2 l/d

   · v.a. durch hydrodynamischer Druck

· Einstrom:

   · v.a. kolloidosmotischer Druck (Kolloid = Protein + Wasserhülle)

   · folgt nicht dem van't Hoff-Gesetz  (π = c · R · T)

· Proteinmangel und Leberschaden führen zu Ödemen (Kolloidosmose kann nicht aufrecht erhalten werden)

   · Albuminurie (nephrotisches Syndrom):  zuviel Proteine im Urin / Delle durch Fingerdruck

   · Eiweissmangel:  Wasserbauch / Muskeldystrophie

· Blutplasma:        3l        7%

· Interstitium:     10l      23%

· Intrazellulär:     30l     70%

· Total:                     ~43l   100%

· Indikatorverdünnungsmethode  ( c₁ · v₁ = c₂ · v₂ )

· Indikatoren:   Evansblue / Cardiogreen / ¹³¹I-Albumin

· für Erythrozyten radioaktive Marker  ( ⁵⁹Fe / ³²P / ⁵¹Cr / CO )

· Männer:   < 15 mm/h

· Frauen:   < 20 mm/h

· langsamer = viel Albumin

· schneller = Entzündung / Gewebezerfall / Tumor

· p(CO₂)↑   →   [H⁺]↑   →   pH↓   →  Rechtsverschiebung der O₂-Bindungskurve von Hb  →  Abnahme d. Affinität

· p(CO₂)↓   →   [H⁺]↓   →   pH↑   →  Linksverschiebung der O₂-Bindungskurve von Hb  →  Zunahme d. Affinität

· 80% des produzierten CO₂ wird über HCO₃^- zur Lunge transportiert

· 10% des produzierten CO₂ wird direkt physikalisch im Blut gelöst

· 10% des produzierten CO₂ wird von Hämoglobin als Carbamat (R₂N-COO^-) und H⁺ reversibel gebunden

   · H⁺-Ionen binden an β-Ketten des Hämoglobins (His146) und bilden zwei Salzbrücken

      → Desoxy-Form wird stabilisiert  ( wegen den zwei Salzbrücken / H⁺ ist allosterischer Regulator )

   · nach Abgabe von O₂ können Protonen 32x besser an Hämoglobin gebunden werden

( Chlorid-Verschiebung vom Plasma in die Erythrozyten wird als "Hamburger-Shift" bezeichnet )

· Herkunft:

   · direkt:      aus Säuren (Carbonsäuren / Phosphorsäuren)

   · indirekt:   aus CO₂

· Puffersysteme:

   · 75%  CO₂-HCO₃-Puffer  ( Plasma )

   · 24%  Hämoglobin-Puffer  ( Erythrozyten )  +  Plasmaproteine  ( v.a. Albumin )

   ·   1%  Phosphatpuffer  ( wichtiger im IZR )

· Symport mit Lactat

· Antiport mit Na⁺

· Antiport mit K⁺

· Protonenpumpe (ATP-Verbrauch)

· Export von CO₂ und Wasser