للكيمياء الحيوية دور مهم وأثر عظيم في فهم البنية الكيميائية لخلايا الدم الحمراء والبيضاء، فقد أوضحت تراكيبها الدقيقة ذات الوظائف الفعالة في أدائها الحيوي مثل ناقل الجلوكوز المهم في بقائها نشطة رغم تحلل عضياتها، كذلك تمكنت الكيمياء الحيوية من توضيح الآثار التشويهية للجذور الحرة، كذلك كان لها سابق الفضل في تطويع الخلايا الجذعية في علاج أمراض الدم.
الأهمية الطبية الحيوية لكيمياء خلايا الدم
تمت دراسة خلايا الدم بشكل مكثف من الناحية الكيميائية، سبل الوصول إليها سهلة وبسيطة مقارنة بغيرها من خلايا الأنسجة، كذلك لأهميتها الوظيفية، كما أنها تشارك في العديد من العمليات المرضية. تتمثل الأهمية الطبية لدراسة كيمياء الدم في عدة جوانب:
معالجة فقر الدم
حالة مرضية منتشرة للغاية لأسباب عديدة. كان اكتشاف أسباب أنواع معينة من فقر الدم مفيدا للغاية في إدارة الحالة المرضية، تُعرِّف منظمة الصحة العالمية (WHO) فقر الدم على أنه مستوى هيموجلوبين أقل من 13.5 جرام / ديسيلتر عند الرجال أو 12 جرام / ديسيلتر عند النساء، هناك أسباب عديدة لفقر الدم. بعضها ذا صلة بالكيمياء الحيوية.
عملية نقل الدم
تلعب الكيمياء الحيوية دورا رئيسيا في عملية نقل الدم وزرع الأنسجة. يتعذر القيام بها إلا بعد التأكد من تطابق الفصائل الدموية وتوافق الأنسجة التي يتم تحديدها بواسطة تقنيات الكيمياء الحيوية
إدارة الالتهاب
كل عضو في الجسم يمكن أن يتأثر بالالتهاب. تلعب الخلايا البيضاء المعتدلة دورًا مركزيًا في الالتهاب الحاد، وتلعب خلايا الدم البيضاء الأخرى، مثل الخلايا الليمفاوية، دورًا مهمًا في الالتهاب المزمن. بواسطة الكيمياء الحيوية يمكن التميز بين أنواع الخلايا المسببة للالتهاب، لاتخاذ الإجراء الأنسب في معالجة الالتهاب.
معالجة اللوكيميا
تُعرَّف اللوكيميا على أنها أورام خبيثة للأنسجة المكونة للدم. يمكن أن تؤثر على الخلايا الأولية لأي من الفئات الرئيسية لخلايا الدم البيضاء. الأنواع الشائعة هي ابيضاض الدم النقوي الحاد والمزمن، ويؤثر على سلائف العدلات، كذلك سرطان الدم الليمفاوي الحاد والمزمن. بينما تتزايد معرفة الآليات الجزيئية المتضمنة في التسبب في الإصابة بسرطان الدم يمكن التوصل إلى علاج فعال لها. وبالفعل، ففي الوقت الحالي العلاج الكيميائي المركب باستخدام مجموعات من عوامل العلاج الكيميائي المختلفة، تعمل جميعها في موقع كيميائي حيوي واحد أو أكثر.
خلايا الدم الجذعية
خلايا الدم
إن جميع خلايا الدم مشتقة من الخلايا الجذعية المكونة للدم، وفهمها يوطئ لفهم الخلايا الدموية بصورة أعمق.
تاريخ الخلايا الجذعية
تم الإبلاغ عن أول دليل قوي لوجود الخلايا الجذعية، من الدراسات التي أجريت على الفئران بواسطة إرنست ماكولوتش وجيمس تيل في عام 1963. حيث أنه في السنوات الأخيرة نما الاهتمام بالخلايا الجذعية بشكل كبير، لتحظى الآن باهتمام كل أجهزة الطب وجميع العلوم الصحية تقريبًا.
تعريف الخلايا الجذعية
الخلية الجذعية هي خلية ذات قدرة فريدة على إنتاج خلايا وليدة غير متغيرة (أي ذات قدرة على التجديد الذاتي) وتوليد أنواع من الخلايا المتخصصة. تصنف حسب قدرتها على التمايز إلى:
- الخلايا الجذعية كاملة القدرة (قادرة على إنتاج جميع الخلايا في الكائن الحي).
- متعدد القدرات (قادرة على التمايز إلى خلايا من أي من الطبقات الجرثومية الثلاث).
- محدودة القدرات (ينتج فقط خلايا من عائلة وثيقة الصلة).
- وحيد القدرة (ينتج نوعًا واحدًا فقط من الخلايا).
بينما تصنف الخلايا الجذعية أيضًا على أنها جنينية وخلايا بالغة. فالأخيرة محدودة في قدرتها على التمايز عن الأولى، على الرغم من أن الأساليب الجينية للتغلب على هذا التقييد أصبحت متاحة.
أنواع خلايا الدم الجذعية
تشترك الخلايا الدموية الحمراء والصفائح الدموية في مسار مشترك للتمايز حتى مرحلة تكوّن أسلاف خلايا الدم الحمراء الضخمة. بينما تتفرع خلايا المنشأ اللمفاوي في مرحلة الأسلاف من خلايا الدم الجذعية ذات القدرات المتعددة، وخلايا الدم البيضاء الأخرى في مرحلة السلالات النخاعية الشائعة من خلايا الدم الجذعية. يتم تنظيم كل مسار بواسطة عوامل مختلفة قد تكون تلك العوامل: جينية (عوامل النسخ المحددة) أو خارج خلوية فيما يعرف بعامل خلايا الدم الجذعية، ومن أشهرها:
- الثرومبوبويتين
هو بروتين سكري مهم في تنظيم إنتاج الصفائح الدموية بواسطة نخاع العظم.
- الإنترلوكينات المختلفة
هي السيتوكينات التي تنتجها الكريات البيض، ينظمون جوانب مختلفة من تكون الدم والجهاز المناعي.
- الإريثروبوتين
خلايا الدم الحمراء
نقل الدم
خلية الدم الحمراء بسيطة من حيث هيكلها ووظيفتها.
وظائف خلايا الدم الحمراء
الوظائف الرئيسية لخلية الدم الحمراء بسيطة نسبيًا:
- توصيل الأكسجين إلى الأنسجة.
- المساعدة في التخلص من ثاني أكسيد الكربون.
- تصريف البروتونات المتكونة من استقلاب الأنسجة.
بنية خلايا الدم الحمراء
لها بنية أبسط بكثير من معظم الخلايا البشرية، بنيتها عبارة عن:
- تتكون أساسًا من غشاء يحيط بمحلول الهيموجلوبين
(يشكل هذا البروتين حوالي 95% من البروتين داخل الخلايا في الخلية الحمراء).
- لا توجد عضيات داخل الخلايا
مثل الميتوكوندريا أو الجسيمات الحالة أو جهاز جولجي.
- الخلية الناضجة تفتقر للنواة
الشكل ثنائي التقعر لخلايا الدم الحمراء
وبالرغم من تحلل نواتها وعضياتها، لكن لا تعتبر الخلية الحمراء خاملة أو ميتة. يتم تصنيع ATP من تحلل الجلوكوز، و ATP هو العامل المهم في العمليات التي تساعد خلايا الدم الحمراء في الحفاظ على شكلها ثنائي التقعر وأيضًا في تنظيم نقل الأيونات. يزيد الشكل المقعر الثنائي نسبة السطح إلى الحجم لكرات الدم الحمراء، مما يسهل تبادل الغازات. تحتوي الخلية الحمراء على مكونات الهيكل الخلوي التي تلعب دورًا مهمًا في تحديد شكلها.
نصف العمر خلايا الدم الحمراء
تدخل حوالي مليوني خلية دم حمراء الدورة الدموية في الثانية. العمر الافتراضي لكرات الدم الحمراء الطبيعية هو 120 يوما، ذاك يعني أنه يتم استبدال أقل بقليل من 1% من أفراد الخلايا الحمراء (200 مليار خلية، أو 2 مليون في الثانية) يوميًا.
خلايا الدم الشبكية الحمراء
الخلايا الحمراء الجديدة التي تظهر في الدورة الدموية والتي لا تزال تحتوي على الريبوسومات وعناصر من الشبكة الإندوبلازمية. يمكن الكشف عن الحمض النووي الريبي للريبوسومات عن طريق البقع المناسبة (مثل الأزرق الكريزيل)، تلك الخلايا تسمى الخلايا الشبكية؛ والتي عادة يبلغ عددها حوالي 1% من إجمالي عدد خلايا الدم الحمراء.
تحول الخلايا الشبكية إلى خلايا حمراء ناضجة
تنشط الخلايا الشبكية في تخليق البروتين ولا تستطيع خلايا الدم الحمراء الناضجة تصنيع البروتين، لكن بمجرد دخول الخلايا الشبكية إلى الدورة الدموية، فإنها تفقد عضياتها داخل الخلايا (الريبوسومات، الميتوكوندريا، إلخ) في غضون 24 ساعة تقريبا، لتتحول إلى خلايا الدم الحمراء الشابة وتفقد في نفس الوقت قدرتها على تخليق البروتين.
يمكن تقصير عمر خلايا الدم الحمراء بشكل كبير في مجموعة متنوعة من فقر الدم الانحلالي. بينما يزداد عدد الخلايا الشبكية بشكل ملحوظ في هذه الظروف، حيث يحاول نخاع العظم تعويض الانهيار السريع لخلايا الدم الحمراء عن طريق زيادة كمية الخلايا الحمراء الشابة الجديدة في الدورة الدموية.
تنظيم إنتاج خلايا الدم الحمراء كيميائيا
يتم تنظيم إنتاج خلايا الدم الحمراء بواسطة الإريثروبويتين EPO. هو بروتين سكري مكون من 166 حمض أميني (الكتلة الجزيئية حوالي 34 كيلو دالتون). كميتها في البلازما يمكن قياسها بالمقايسة المناعية الراديوية، بينما في المراحل المبكرة من تطور خلايا الدم الحمراء تشمل عامل الخلايا الجذعية: الثرومبوبويتين والإنترلوكين.
- يتم تصنيع EPO بشكل أساسي عن طريق الكلى.
- يتم إطلاقه استجابة لنقص الأكسجة في مجرى الدم، ينتقل إلى نخاع العظام.
- يتفاعل EPO في نخاع العظام مع أسلاف خلايا الدم الحمراء عبر مستقبل معين.
مستقبل الإريثروبويتين
المستقبل عبارة عن بروتين عبر الغشاء يتكون من وحدتين فرعيتين مختلفتين وعدد من المجالات. هو ليس كيناز التيروزين، لكن يعمل على تحفيز أنشطة أعضاء معينين من هذه الفئة من الإنزيمات المشاركة في نقل الإشارة في اتجاه التدفق السفلي.
العلاج بالإريثروبويتين
أتاح توافر CDNA لـ EPO إنتاج كميات كبيرة من هذا الهرمون للتحليل وللأغراض العلاجية، في السابق، حيث أدى عزل الإريثروبوتين عن بول الإنسان إلى إنتاج كميات قليلة جدًا من البروتين. بينما كان الاستخدام الرئيسي لـ EPO المؤتلف هو علاج عدد صغير من حالات فقر الدم، مثل تلك الناتجة عن الفشل الكلوي. بذلت محاولات لإطالة عمر النصف لـ EPO (وبالتالي إطالة نشاطه) في الدورة الدموية عن طريق تغيير طبيعة سلاسل السكر.
تأثير عامل النمو على تطور الخلايا البيضاء
العديد من عوامل النمو تنظم إنتاج خلايا الدم البيضاء، حيق تم تحديد عدد كبير من عوامل النمو المكونة للدم في السنوات الأخيرة بالإضافة إلى الإريثروبويتين. هذه العوامل تضيف الدراسة إلى المعرفة حول تمايز خلايا الدم، كما أنها توفر العوامل التي قد تكون مفيدة في العلاج، ولها أيضًا آثار لفهم النمو غير الطبيعي لخلايا الدم (على سبيل المثال، اللوكيميا).
تمايز الخلايا بواسطة عامل النمو
عوامل النمو هي مركبات نشطة للغاية في الجسم الحي، وتتفاعل في المختبر مع الخلايا المستهدفة عبر مستقبلات سطح الخلية المحددة، وفي النهاية (عبر الإشارات داخل الخلايا) تؤثر على التعبير الجيني، وبالتالي تعزز التمايز. تم استنساخ العديد منها، مما سمح بإنتاجها بكميات كبيرة نسبيًا. اثنان من العوامل ذات الأهمية الخاصة هما عوامل تحفيز للخلايا المحببة والخلايا البلعمية (G-CSF و GM-CSF، على التوالي). إن G-CSF محدد نسبيا، يحفز الخلايا الحبيبية بشكل أساسي. بينما يعمل GM-CSF على تحريض مجموعة متنوعة من خلايا الدم البيضاء.
التأثير العلاجي لهرمون النمو
عندما يكون إنتاج خلايا الدم البيضاء المعتدلة (العدلات) منخفضا بشدة، يشار إلى هذه الحالة باسم قلة العدلات. من المحتمل أن تحدث بشكل خاص في المرضى الذين عولجوا بأنظمة علاج كيميائي معينة وبعد زرع نخاع العظم. هؤلاء المرضى عرضة للإصابة بعدوى ساحقة. تم إعطاء G-CSF لمثل هؤلاء المرضى لزيادة إنتاج العدلات.
ناقل الجلوكوز
تحتوي خلية الدم الحمراء على ناقل جلوكوز في غشاءها. معدل دخول الجلوكوز إلى خلايا الدم الحمراء أكبر بكثير مما يمكن حسابه للانتشار البسيط، بل هو مثال على الانتشار الميسر. يسمى البروتين المحدد المتضمن في هذه العملية ناقل الجلوكوز (GLUTI) أو نفاذية الجلوكوز. تعتبر عملية دخول الجلوكوز إلى خلايا الدم الحمراء ذات أهمية كبيرة لأنها مصدر الوقود الرئيسي لهذه الخلايا، حيث تم عزل حوالي اثني عشر ناقل جلوكوز مختلف. هناك اهتمام كبير بالأنواع الناقلات لأن العيوب في تجنيدها من المواقع داخل الخلايا إلى سطح خلايا العضلات الهيكلية قد تساعد في تفسير مقاومة الأنسولين التي يبديها مرضى السكري من النوع 2.
خصائص ناقل الجلوكوز
يوجد ناقل الجلوكوز في غشاء خلية الدم الحمراء (GLUT1)، حيث يتميز بالخصائص التالية:
- يمثل حوالي 2% من بروتين غشاء كرات الدم الحمراء.
- يُظهر تخصصا للجلوكوز.
- يعمل الناقل عند 75% تقريبًا من V عند التركيز الفسيولوجي للجلوكوز في الدم.
- قابل للإشباع ويمكن تثبيطه بواسطة بعض نظائر الجلوكوز
- لا يعتمد على الأنسولين، على عكس الناقل المقابل في الأنسجة العضلية والدهنية.
- تسلسله الكامل يتكون من 492 حمض أميني.
- ينقل الجلوكوز عند إدخاله في الجسيمات الشحمية الاصطناعية.
- يعمل عن طريق تكوين مسام مسورة في الغشاء للسماح بمرور الجلوكوز.
سوبروكسيد ديسموتاز، كاتالاز، والجلوتاثيون هذه المركبات الثلاثة تحمي خلايا الدم من الإجهاد التأكسدي والأضرار التي تنتج عن العديد من المؤكسدات القوية والجذور الحرة أثناء عملية التمثيل الغذائي في كل من خلايا الدم ومعظم خلايا الجسم الأخرى.
عذراً التعليقات مغلقة