BB werkcolleges
Werkcollege 1: Hemoglobine en Bloed
Bloed zorgt voor gaswisseling, stofwisseling, hormonale communicatie,
ionhuishouding, de handhaving van een constant intern milieu
(homeostase), defensie tegen schadelijke micro-organismen, herstel van
beschadigd weefsel en werkt als hydraulische vloeistof in gespecialiseerd
zwelweefsel.
Bloedcomponenten
- erytrocyten (rode bloedcellen): kwantitatief de grootste fractie en bevat
hemoglobine wat
voor de rode kleur zorgt (5 miljoen
per µl bloed 30-50%).
- leukocyten (witte bloedcellen): heterogene familie voor afweerreacties
en fagocytose
(5 duizend per μl bloed).
- trombocyten (bloedplaatjes): zorgen samen met stollingseiwitten voor
reparatie van het
bloedvat (3∙105 per μl bloed).
- bloedplasma: bevat laagmoleculaire stoffen (Na, ionen, hormonen,
glucose, aminozuren
ect.) en eiwitten (antilichamen, stolling, transport ect.)
Albumine houd vocht in het bloed en verzorgt zo de osmotische waarde.
Ook binden er vrije vetzuren aan die voor brandstof zorgen.
Bicarbonaat (HCO3-) is als buffer
Macroscopisch is bloed een homogene, stroperige vloeistof, maar
microscopisch geeft een suspensie van bloedcellen weer. Als het bloedvat
kleiner wordt verandert het stroomgedrag, wat ook beïnvloed wordt door
de chemische samenstelling en plaats in het lichaam.
Bij een dunne capillair vormt de biconcave van de bloedcel een parachute
met de uitstulping in de stroomrichting. De stroomsnelheid in het capillair
is een parabool met binnen maximaal (waarin de rode bloedcellen zitten)
en langs de wand minimaal (met bloedplaatjes en witte bloedcellen).
Per diersoort zijn er kwantitatieve en kwalitatieve verschillen tussen de
rode bloedcellen, ene soort heeft er meer met een kleiner diameter, de
ander heeft een minder biconcave vorm. Maar de MCHC (Hb concentratie
per cel) is vrijwel altijd gelijk.
Bloeddistributie kan worden aangepast door vasoconstrictie en
vasodilatatie. Tijdens de circulatie is er een snelle uitwisseling door diffusie
van laagmoleculaire stoffen tussen bloed en omringend weefsel met de
concentratiegradiënt mee, waardoor de samenstelling steeds weer anders
is.
Verblijftijden: seconden (O2), minuten (vrij vetzuur), uren (hormonen en
dieetvetten), dagen (bloedplaatjes) en maanden (erytrocyten).
1
, BB werkcolleges
De samenstelling van het monster hangt dus af van het moment en het
soort vat dat aangeprikt wordt.
Stolling wordt in gang gezet als er contact is met vreemd oppervlak of
onder invloed van specifieke weefselfactoren, waardoor trombine
geactiveerd wordt. Trombine knipt het stollingseiwit (fibrinogeen) dat
polymeriseert tot een netwerk met bloedcellen erin.
Ca2+ helpt bij de stolling.
Een monster bloedplasma heeft dan ook altijd een anti-coagulans om de
stolling te stoppen.
Hemoproteïnes zijn zuurstofbindende eiwitten met heem in het actieve
centrum.
I. Hemoglobine (Hb): alleen in rode bloedcellen en is een tetrameer met 4
heem-groepen, waarin 4 ferro-ionen zitten. Ze transporteren O2 van
longen naar weefsels en voeren CO2 af, ook is het een belangrijke pH-
buffer. Zuurstofgebonden (oxy-hemoglobine) en zonder (deoxy-
hemoglobine).
Ze zijn in eencelligen niet aanwezig, omdat daar diffusie genoeg is voor
de zuurstofbehoeften.
II. Myoglobine (Mb): zit in de spiercellen en is een monomeer met maar 1
heem-groep. Het dient als opslageiwit voor O2 dat in nood wordt
vrijgemaakt.
Het is een klein eiwit (17kDa, 150 aminozuren) met een hydrofobe
binnenkant (niche) waar de heem-groep zit.
III. Cytochromen: in het binnenmembraan van mitochondriën en zorgen voor
de elektronentransportketen met O2 als acceptor en geven dus een O2
reductie.
Vrije heem-groepen kunnen zuurstof binden tussen 2 vrije heem-groepen,
maar het Fe2+ wordt dan snel geoxideerd door de O2 tot Fe3+. Heem heeft
een erg hoge affiniteit en zal het zuurstof ook niet meer loslaten.
Fe2+ (O2) + H2O <--> Fe3+ (H2O) + O2-
dus een inactieve heem-groep en een vrij zuurstof radicaal dat schadelijk
is voor het lichaam.
De rode bloedcellen moeten de methemoglobine (metHb = ferri-
hemoglobine = HbFe3+) en superoxide-radicalen vorming corrigeren door
metHb te reduceren en de radicalen te elimineren. metHb kan namelijk
geen zuurstof binden en de superoxide-ion beschadigd de cel wat voor
hemolyse kan zorgen.
De Hb moet dus in een bloedcel zitten:
- er is een langere tijd voor uitwisseling, omdat de bloedcel groter is,
minder snel stroomt;
- bescherming tegen radicalen;
- alleen een heemgroep kan door de nieren worden uitgescheiden door de
kleine diameter;
2
,BB werkcolleges
- in de bloedcel is goed te zien hoe oud deze is, dus beter te recyclen (100
dagen).
Stofwisseling van de erytrocyt
Erytrocyten hebben geen organellen, waardoor er geen
hemoglobinesynthese meer voorkomt in rijpe rode bloedcellen en
koolhydraten en vetten niet geoxideerd worden tot CO2 en H2O. Hierdoor
zal het de te transporteren zuurstof niet gebruiken.
Toch blijft hij lang leven door enzymen die een basaal metabolisme geven,
zo krijgt hij ATP door anaerobe glycolyse. NADH wordt terug gevormd naar
NAD+ door lactaatvorming (LDH).
NADH wordt ook gebruikt om metHb te reduceren (pentosefosfaat-shunt).
metHb (Fe3+)4 + 2 NADH → Hb (Fe2+)4 + 2 NAD+ + 2 H+ door metHbR
(reductase)
superoxide-ion onschadelijk
2 O2- + 2H+ → O2 + H2O2 door SOD (superoxide dismutase)
2 H2O2 → O2 + 2 H2O door katalase
H2O2 + 2G-SH → 2 H2O + G-S-S-G door GPO (glutathion peroxidase)
GSH (glutathion reductase) beschermd de vrije SH-groepen van Hb tegen
oxidatie en voorkomt membraanbeschadiging.
G-S-S-G + NADPH + H+ → 2 GSH + NADP+ door GSH-R
Gebeurt dit niet dan kunnen er Heinz-bodies ontstaan, de celwand raakt
dan beschadigd en de erytrocyt wordt opgeruimd.
DPG zorgt ervoor dat 1,3-bisfosfoglyceraat, via 2,3-bisfosfoglyceraat naar
3-fosfoglyceraat gaat. (2-5mmol/l bloed) en het stabiliseert de deoxyvorm
van hemoglobine, waardoor het zuurstof minder goed kan binden, dus een
verlaging van de O2-affiniteit van Hb (Bohr-effect).
Dissociatie en associatie van zuurstof aan Mb en Hb
Mb + O2 ↔ MbO2
P50 is een indicator voor de
affiniteit voor zuurstof en is de
zuurstofdruk (PO2) waarbij 50%
van de Mb/Hb 1 O2 heeft
gebonden.
Hoe lager P50 hoe groter de
affiniteit en dus hoe beter
zuurstof bind.
Deze is bij Mb heel laag, omdat
het als noodvoorraad dient en dus
alleen wordt vrijgegeven als er
geen zuurstof meer beschikbaar
is.
3
,BB werkcolleges
Hb + O2 ↔ Hb(O2) + O2 ↔ Hb(O2)2 + O2 ↔ Hb(O2)3 + O2 ↔ Hb(O2)4
Hemoglobine heeft een lagere affiniteit dan myoglobine, omdat het voor
transport dient. Het moet het zuurstof dus weer loslaten. De affiniteit van
hemoglobine stijgt zodra er 1 zuurstofmolecule gebonden heeft, omdat er
dan een conformatieverandering in de eiwitmantel optreed die ook de
andere 4 mantels omzet (allosterie).
Hb heeft dus een hogere P50 dan Mb.
DGP zorgt ervoor dat de affiniteit
lager wordt, omdat het de
conformatieverandering tegengaat.
In oud bloed komt DGP vrij om toch
nog een beetje zuurstof te kunnen transporteren bij lage zuurstofspanning.
Zuurstofbinding aan hemoglobine is (bij de meeste dieren) een exotherme
reactie:
Hb + 4 O2 ↔ Hb(O2)4 + warmte (ca 30 kJ/mol)
Een temperatuurverhoging bevordert de zuurstof-dissociatie van oxiHb
(evenwicht naar links; wet van Hoff), in de long wordt de warmte
afgegeven aan de uitademingslucht voor de zuurstof-associatie. Dus is Hb
ook een warmte wisselaar.
Foetaal Hb is anders dan maternaal Hb, omdat het jong anders geen
zuurstof van de moeder kan overnemen. Bij honden, varkens en paarden is
er verschil door verschil in DPG concentratie, deze is in het moederdier
hoger dan in de foetus.
Bij mensen en primaten is er een verschil in de affiniteit voor DPG van Hb.
Het foetale Hb heeft een lagere affiniteit, waardoor deze minder DPG bind
en dus een hogere affiniteit voor zuurstof heeft (apart gen dat voor het
foetale Hb werkt, wordt na geboorte uitgezet).
Runderen hebben als foetus een ander gen tot expressie dan na de
geboorte.
Ganzen hebben altijd foetaal Hb, omdat ze op grote hoogten vliegen en
dus veel in een lage zuurstofspanning verkeren.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
-------------------
Werkcollege 2: Erytropoëse, opbouw en afbraak van Heem en
Hemoglobine
Rode bloedcellen leven ongeveer 3 maanden, waarna ze uit de bloedbaan
4
, BB werkcolleges
worden gevist en worden afgebroken. Ze worden in het beenmerg gevorm
uit pluripotente stamcellen.
Erytropoëse duurt een week. De hemoglobinesyntese neemt toe in de
erytroblast en de reticulocyt waarin zich mRNA bevindt (in de
volwassen niet).
Doordat volwassen ery’s geen kern en geen andere organellen bevatten
kunnen ze goed van vorm veranderen.
EPO (erytropoëtine) regelt de snelheid van de erytropoëse en wordt door
niercellen uitgescheiden als ze zuurstoftekort meten.
MCHC = de concentratie hemoglobine per erytrocyt en is ongeveer 30-
35% van de erytrocyt. In de beenmergcellen waarin hemoglobinevorming
plaatsvindt vindt ook heem-vorming plaats, echter kan dit in alle cellen
voorkomen met een aerobe
stofwisseling (hemoproteïnes).
De heemvorming start in de
mitochondrie, gaat verder in
het cytoplasma en eindigt
weer in de mitochondrie. Het
wordt gevormd uit glycine en
succinyl-CoA.
Afbraak van de erytrocyt
De oude erytrocyt wordt gefagocyteerd en extravasaal gehemolyseerd.
Daarna wordt de overige hemoglobine afgebroken, wat begint met de
dissociatie van de heem-groepen. De heemgroep wordt afgebroken door
de ring te doorbreken met heemoxigenase -> biliverdine (groen). Het
vrijgekomen ijzer wordt weer gebruikt voor de hemoglobinesynthese. Er
wordt koolstofmonoxide afgescheiden en het biliverdine met reductase en
NADPH gereduceerd tot bilirubine wat aan albumine bind om
getransporteerd te worden.
Bilirubine is ook een anti-oxidans in het bloedplasma en oxideert door
zuurstofradicalen tot biliverdine en weer terug met NADPH.
Bilirubine wordt in de lever met UDP-glucuronzuur omgezet in bilirubine-
diglucuronide dat via gal wordt afgegeven. In de darm splitst het tot
bilirubine en glucuronzuur, waarna het bilirubine wordt omgezet tot
stercobilinogeen dat met zuurstof wordt omgezet in stercobiline.
Bij overmatige afbraak van hemoglobine door hemolyse, onvoldoende
5
Werkcollege 1: Hemoglobine en Bloed
Bloed zorgt voor gaswisseling, stofwisseling, hormonale communicatie,
ionhuishouding, de handhaving van een constant intern milieu
(homeostase), defensie tegen schadelijke micro-organismen, herstel van
beschadigd weefsel en werkt als hydraulische vloeistof in gespecialiseerd
zwelweefsel.
Bloedcomponenten
- erytrocyten (rode bloedcellen): kwantitatief de grootste fractie en bevat
hemoglobine wat
voor de rode kleur zorgt (5 miljoen
per µl bloed 30-50%).
- leukocyten (witte bloedcellen): heterogene familie voor afweerreacties
en fagocytose
(5 duizend per μl bloed).
- trombocyten (bloedplaatjes): zorgen samen met stollingseiwitten voor
reparatie van het
bloedvat (3∙105 per μl bloed).
- bloedplasma: bevat laagmoleculaire stoffen (Na, ionen, hormonen,
glucose, aminozuren
ect.) en eiwitten (antilichamen, stolling, transport ect.)
Albumine houd vocht in het bloed en verzorgt zo de osmotische waarde.
Ook binden er vrije vetzuren aan die voor brandstof zorgen.
Bicarbonaat (HCO3-) is als buffer
Macroscopisch is bloed een homogene, stroperige vloeistof, maar
microscopisch geeft een suspensie van bloedcellen weer. Als het bloedvat
kleiner wordt verandert het stroomgedrag, wat ook beïnvloed wordt door
de chemische samenstelling en plaats in het lichaam.
Bij een dunne capillair vormt de biconcave van de bloedcel een parachute
met de uitstulping in de stroomrichting. De stroomsnelheid in het capillair
is een parabool met binnen maximaal (waarin de rode bloedcellen zitten)
en langs de wand minimaal (met bloedplaatjes en witte bloedcellen).
Per diersoort zijn er kwantitatieve en kwalitatieve verschillen tussen de
rode bloedcellen, ene soort heeft er meer met een kleiner diameter, de
ander heeft een minder biconcave vorm. Maar de MCHC (Hb concentratie
per cel) is vrijwel altijd gelijk.
Bloeddistributie kan worden aangepast door vasoconstrictie en
vasodilatatie. Tijdens de circulatie is er een snelle uitwisseling door diffusie
van laagmoleculaire stoffen tussen bloed en omringend weefsel met de
concentratiegradiënt mee, waardoor de samenstelling steeds weer anders
is.
Verblijftijden: seconden (O2), minuten (vrij vetzuur), uren (hormonen en
dieetvetten), dagen (bloedplaatjes) en maanden (erytrocyten).
1
, BB werkcolleges
De samenstelling van het monster hangt dus af van het moment en het
soort vat dat aangeprikt wordt.
Stolling wordt in gang gezet als er contact is met vreemd oppervlak of
onder invloed van specifieke weefselfactoren, waardoor trombine
geactiveerd wordt. Trombine knipt het stollingseiwit (fibrinogeen) dat
polymeriseert tot een netwerk met bloedcellen erin.
Ca2+ helpt bij de stolling.
Een monster bloedplasma heeft dan ook altijd een anti-coagulans om de
stolling te stoppen.
Hemoproteïnes zijn zuurstofbindende eiwitten met heem in het actieve
centrum.
I. Hemoglobine (Hb): alleen in rode bloedcellen en is een tetrameer met 4
heem-groepen, waarin 4 ferro-ionen zitten. Ze transporteren O2 van
longen naar weefsels en voeren CO2 af, ook is het een belangrijke pH-
buffer. Zuurstofgebonden (oxy-hemoglobine) en zonder (deoxy-
hemoglobine).
Ze zijn in eencelligen niet aanwezig, omdat daar diffusie genoeg is voor
de zuurstofbehoeften.
II. Myoglobine (Mb): zit in de spiercellen en is een monomeer met maar 1
heem-groep. Het dient als opslageiwit voor O2 dat in nood wordt
vrijgemaakt.
Het is een klein eiwit (17kDa, 150 aminozuren) met een hydrofobe
binnenkant (niche) waar de heem-groep zit.
III. Cytochromen: in het binnenmembraan van mitochondriën en zorgen voor
de elektronentransportketen met O2 als acceptor en geven dus een O2
reductie.
Vrije heem-groepen kunnen zuurstof binden tussen 2 vrije heem-groepen,
maar het Fe2+ wordt dan snel geoxideerd door de O2 tot Fe3+. Heem heeft
een erg hoge affiniteit en zal het zuurstof ook niet meer loslaten.
Fe2+ (O2) + H2O <--> Fe3+ (H2O) + O2-
dus een inactieve heem-groep en een vrij zuurstof radicaal dat schadelijk
is voor het lichaam.
De rode bloedcellen moeten de methemoglobine (metHb = ferri-
hemoglobine = HbFe3+) en superoxide-radicalen vorming corrigeren door
metHb te reduceren en de radicalen te elimineren. metHb kan namelijk
geen zuurstof binden en de superoxide-ion beschadigd de cel wat voor
hemolyse kan zorgen.
De Hb moet dus in een bloedcel zitten:
- er is een langere tijd voor uitwisseling, omdat de bloedcel groter is,
minder snel stroomt;
- bescherming tegen radicalen;
- alleen een heemgroep kan door de nieren worden uitgescheiden door de
kleine diameter;
2
,BB werkcolleges
- in de bloedcel is goed te zien hoe oud deze is, dus beter te recyclen (100
dagen).
Stofwisseling van de erytrocyt
Erytrocyten hebben geen organellen, waardoor er geen
hemoglobinesynthese meer voorkomt in rijpe rode bloedcellen en
koolhydraten en vetten niet geoxideerd worden tot CO2 en H2O. Hierdoor
zal het de te transporteren zuurstof niet gebruiken.
Toch blijft hij lang leven door enzymen die een basaal metabolisme geven,
zo krijgt hij ATP door anaerobe glycolyse. NADH wordt terug gevormd naar
NAD+ door lactaatvorming (LDH).
NADH wordt ook gebruikt om metHb te reduceren (pentosefosfaat-shunt).
metHb (Fe3+)4 + 2 NADH → Hb (Fe2+)4 + 2 NAD+ + 2 H+ door metHbR
(reductase)
superoxide-ion onschadelijk
2 O2- + 2H+ → O2 + H2O2 door SOD (superoxide dismutase)
2 H2O2 → O2 + 2 H2O door katalase
H2O2 + 2G-SH → 2 H2O + G-S-S-G door GPO (glutathion peroxidase)
GSH (glutathion reductase) beschermd de vrije SH-groepen van Hb tegen
oxidatie en voorkomt membraanbeschadiging.
G-S-S-G + NADPH + H+ → 2 GSH + NADP+ door GSH-R
Gebeurt dit niet dan kunnen er Heinz-bodies ontstaan, de celwand raakt
dan beschadigd en de erytrocyt wordt opgeruimd.
DPG zorgt ervoor dat 1,3-bisfosfoglyceraat, via 2,3-bisfosfoglyceraat naar
3-fosfoglyceraat gaat. (2-5mmol/l bloed) en het stabiliseert de deoxyvorm
van hemoglobine, waardoor het zuurstof minder goed kan binden, dus een
verlaging van de O2-affiniteit van Hb (Bohr-effect).
Dissociatie en associatie van zuurstof aan Mb en Hb
Mb + O2 ↔ MbO2
P50 is een indicator voor de
affiniteit voor zuurstof en is de
zuurstofdruk (PO2) waarbij 50%
van de Mb/Hb 1 O2 heeft
gebonden.
Hoe lager P50 hoe groter de
affiniteit en dus hoe beter
zuurstof bind.
Deze is bij Mb heel laag, omdat
het als noodvoorraad dient en dus
alleen wordt vrijgegeven als er
geen zuurstof meer beschikbaar
is.
3
,BB werkcolleges
Hb + O2 ↔ Hb(O2) + O2 ↔ Hb(O2)2 + O2 ↔ Hb(O2)3 + O2 ↔ Hb(O2)4
Hemoglobine heeft een lagere affiniteit dan myoglobine, omdat het voor
transport dient. Het moet het zuurstof dus weer loslaten. De affiniteit van
hemoglobine stijgt zodra er 1 zuurstofmolecule gebonden heeft, omdat er
dan een conformatieverandering in de eiwitmantel optreed die ook de
andere 4 mantels omzet (allosterie).
Hb heeft dus een hogere P50 dan Mb.
DGP zorgt ervoor dat de affiniteit
lager wordt, omdat het de
conformatieverandering tegengaat.
In oud bloed komt DGP vrij om toch
nog een beetje zuurstof te kunnen transporteren bij lage zuurstofspanning.
Zuurstofbinding aan hemoglobine is (bij de meeste dieren) een exotherme
reactie:
Hb + 4 O2 ↔ Hb(O2)4 + warmte (ca 30 kJ/mol)
Een temperatuurverhoging bevordert de zuurstof-dissociatie van oxiHb
(evenwicht naar links; wet van Hoff), in de long wordt de warmte
afgegeven aan de uitademingslucht voor de zuurstof-associatie. Dus is Hb
ook een warmte wisselaar.
Foetaal Hb is anders dan maternaal Hb, omdat het jong anders geen
zuurstof van de moeder kan overnemen. Bij honden, varkens en paarden is
er verschil door verschil in DPG concentratie, deze is in het moederdier
hoger dan in de foetus.
Bij mensen en primaten is er een verschil in de affiniteit voor DPG van Hb.
Het foetale Hb heeft een lagere affiniteit, waardoor deze minder DPG bind
en dus een hogere affiniteit voor zuurstof heeft (apart gen dat voor het
foetale Hb werkt, wordt na geboorte uitgezet).
Runderen hebben als foetus een ander gen tot expressie dan na de
geboorte.
Ganzen hebben altijd foetaal Hb, omdat ze op grote hoogten vliegen en
dus veel in een lage zuurstofspanning verkeren.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
-------------------
Werkcollege 2: Erytropoëse, opbouw en afbraak van Heem en
Hemoglobine
Rode bloedcellen leven ongeveer 3 maanden, waarna ze uit de bloedbaan
4
, BB werkcolleges
worden gevist en worden afgebroken. Ze worden in het beenmerg gevorm
uit pluripotente stamcellen.
Erytropoëse duurt een week. De hemoglobinesyntese neemt toe in de
erytroblast en de reticulocyt waarin zich mRNA bevindt (in de
volwassen niet).
Doordat volwassen ery’s geen kern en geen andere organellen bevatten
kunnen ze goed van vorm veranderen.
EPO (erytropoëtine) regelt de snelheid van de erytropoëse en wordt door
niercellen uitgescheiden als ze zuurstoftekort meten.
MCHC = de concentratie hemoglobine per erytrocyt en is ongeveer 30-
35% van de erytrocyt. In de beenmergcellen waarin hemoglobinevorming
plaatsvindt vindt ook heem-vorming plaats, echter kan dit in alle cellen
voorkomen met een aerobe
stofwisseling (hemoproteïnes).
De heemvorming start in de
mitochondrie, gaat verder in
het cytoplasma en eindigt
weer in de mitochondrie. Het
wordt gevormd uit glycine en
succinyl-CoA.
Afbraak van de erytrocyt
De oude erytrocyt wordt gefagocyteerd en extravasaal gehemolyseerd.
Daarna wordt de overige hemoglobine afgebroken, wat begint met de
dissociatie van de heem-groepen. De heemgroep wordt afgebroken door
de ring te doorbreken met heemoxigenase -> biliverdine (groen). Het
vrijgekomen ijzer wordt weer gebruikt voor de hemoglobinesynthese. Er
wordt koolstofmonoxide afgescheiden en het biliverdine met reductase en
NADPH gereduceerd tot bilirubine wat aan albumine bind om
getransporteerd te worden.
Bilirubine is ook een anti-oxidans in het bloedplasma en oxideert door
zuurstofradicalen tot biliverdine en weer terug met NADPH.
Bilirubine wordt in de lever met UDP-glucuronzuur omgezet in bilirubine-
diglucuronide dat via gal wordt afgegeven. In de darm splitst het tot
bilirubine en glucuronzuur, waarna het bilirubine wordt omgezet tot
stercobilinogeen dat met zuurstof wordt omgezet in stercobiline.
Bij overmatige afbraak van hemoglobine door hemolyse, onvoldoende
5
