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.
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.
žádné|500px
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|vpravo|náhled|200px
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.. 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.
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 STAVŮnHb (g/dl)2,3-BPG (mmol/l) 1Normální stav12014,2 ± 1,64,54 ± 0,57 2Hyperthyreóza3513,7 ± 1,45,66 ± 0,69 3Chudokrevnost z nedostatku železa4010,0 ± 1,75,79 ± 1,02 4Chronické respirační nemoci spojené s hypoxií4716,4 ± 2,25,29 ± 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.
Odkazy
Reference
Literatura Berg, J.M., Tymockzko, J.L. and Stryer L. Biochemistry. (5th ed.). W.H. Freeman and Co, New York, 1995. Nelson, David L.; Cox, Michael M.; Lehninger, Albert L. Principles of Biochemistry. (4th ed.). W.H. Freeman, 2005. Müller-Esterl, W. Biochemistry: Fundamentals of Medicine and the Science of Life. (2nd ed.). Reverté, 2008. Rodak. Hematology: Clinical Principles and Applications (2nd ed.). Elsevier Science, Philadelphia, 2003. 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)
Související články Disociační křivka oxyhemoglobinu
Externí odkazy
Online medical dictionary Model vlivu změny koncentrace 2,3-BPG na saturační křivku oxyhemoglobinu
Bisfosfoglycerová, 2-3 Kategorie:Organofosfáty