Ensüümid

Ensüümid on kõrgmolekulaarsed bioloogilised katalüsaatorid, mis kiirendavad keemiliste reaktsioonide toimumist.

Arvuti modelleeritud puriin-nukleosiidfosforülaasi (PNP) struktuur

Ensüümid on valdavalt valgud, kuid tuntakse ka mõningaid katalüütilisi RNA molekule, mida nimetatakse sageli ensüümide asemel ribosüümideks. Valgulised ensüümid koosnevad aminohappejääkidest ja nende süntees on allutatud geneetilisele kontrollile.

Nad on biokatalüsaatorid, mille toimel muundatakse substraatmolekuli nii, et reaktsioonide toimumine kiireneb ja ensüümimolekul vabaneb reaktsioonist muutumatul kujul. Ensüümid on hädavajalikud, et rakkudes läbiviidavad metaboolsed reaktsioonid toimuksid piisava kiirusega toetamaks elu toimimist.

Ensüümid jaotatakse kuude põhiklassi: oksüdoreduktaasid, transferaasid, hüdrolaasid, lüaasid, isomeraasid ja ligaasid. Lisaks võidaks neid liigitada ehituse (lihtensüümid ja liitensüümid), toimekeskkonna (eksogeensed ja endogeensed ensüümid) ning muude näitajate alusel.

Ensüümid on ensümoloogia uurimisobjektiks.

Ensüümkatalüüsitud reaktsioonide kiirust alandavaid aineid nimetatakse inhibiitoriteks.

Ensüümide omadusi

Ensüümidele on omane suur efektiivsus ja kõrge substraadispetsiifilisus. Enamik taimede, loomaliikide, bakterite, viiruste ja protistide füsioloogilistest nähtustest on allutatud ensümaatilisele kontrollile. Klassifitseeritud on üle 2500 valgulise ensüümi. Ensüümid on ka biopolümeerid, katalüsaatorid, inhibiitorid jne. Ka mõnedel RNA-molekulidel (väga harva) on katalüütiline aktiivsus, kuid tavaliselt ei nimetata neid ensüümideks, vaid katalüütilisteks RNA-deks ehk ribosüümideks. Veres on tõenäoliselt kõiki organismi ensüüme ja need vabanevad hävivatest rakkudest verre kudede pideva uuenemise tõttu.

Mõiste kujunemine

18. sajandi lõpus uurisid teadlased suhkrute kääritamist pärmirakkude poolt, püüdes leida vastuseid küsimusele, kas orgaanilisi ühendeid suudavad toota vaid elavad rakud. 19. sajandil tegi Eduard Büchner pärmirakkudega järgmise katse: ta purustas rakkude seinad (liivaga hõõrumisega) ja lisas suhkrut. Kuna käärimine toimus edasi, pidi kääritamist katalüüsima rakuvaba ekstrakt. Teadlaste Justus Van Liebigi, Louis Pasteuri jpt jaoks tähendasid fermendid ühendeid "pärmis" ning tuletati biokeemiliste katsete alusel, mille tulemusi tõlgendades arvati, et ensüümid asuvad rakkude sees. Jöns Jacob Berzelius ja Theodor Schwann ning paljud teised teadlased kasutasid 19. sajandil terminit "fermendid". Kuid fermentide mõistet kasutati sel ajal ka nende mikroorganismide kohta, kes fermentatsiooni põhjustavad. Vältimaks segadust pakkus saksa bioloog William Kuhne 1876. aastal välja termini "ensüümid", mida tema tundis selliste toitaineid lõhustavate ensüümidena nagu pepsiin, trüpsiin, ptüaliin, steapsiin. 19. sajandil arvati, et keemiateadus ei suuda ensüüme komplekteerida ega sünteesida, kuna neid leiduvat üksnes organismide protoplasmas, kust neid uurimise tarbeks eraldatakse. Termin ensüümid muutus rakkudes ning kudedes asetleidvaid muutusi põhjustavate ainete, mida varem tunti nimetusega "organiseerimata fermendid" (inglise keeles unorganized ferments), koondnimetuseks.

Sõna "ensüüm" (varasemas eesti keeles ka ferment) tuleneb kreekakeelsest sõnast ″ἐνζύμη″, mis tähendab ″pärmis″ (ehk pärmi sees). Eesliide ἐν- ("en-") tähendab ″sees″ ja ζύμη (″zýmē″) tähendab ″pärm″ või ″juuretis″.

Tänapäeval tegeletakse ensüümidega nii eraldi teadusharu ensümoloogia kaudu kui ka integreeritult botaanika, biokeemia, meditsiini, farmaatsia, põllumajanduse, geneetika, toiduainetetööstuse ja paljude muude teadusharude kaudu.

Tööpõhimõte

Lüsosüümi kristallid valges valguses. Seda ensüümi esineb näiteks süljes ja munavalges ning selle eraldamise lihtsus oli üks põhjusi, miks seda on palju uuritud

Ensüümid alandavad reaktsiooni aktivatsioonienergiat. Kuigi ensüüm võib reaktsiooni käigus muunduda, taastub ta reaktsiooni lõpuks endisele kujule ja võib katalüüsida järgmist reaktsiooni. Ensüümid kui globulaarsed valgud on multidomeensed ehk ühes domeenis võib neid asuda ensüümi aktiivtsenter, teises domeenis aga regulatoorne tsenter. Reaktsiooni lähtemolekulid (ensüümi substraadid) seonduvad ensüümi aktiivtsentrisse ja reaktsiooni lõpus dissotsieeruvad sealt produktid. Ensüümid on kõrge substraadispetsiifilisusega – nad võivad läbi viia vaid ühte või mõnda reaktsiooni. Nii saab reaktsioone kontrollida vastava ensüümi hulga reguleerimise teel. Iga rakk sünteesib eluks vajalikke ensüüme (ühes rakus kuni 10 000 ensüümi) iseseisvalt ja iga üksik ensüüm võib juhtida erinevat reaktsiooni. Ensüümid on tundlikud paljude sise- ja väliskeskkonna tegurite, näiteks temperatuuri, pH jms suhtes.

Süstemaatika

 Ensüümide klassifitseerimisel kasutatakse Ensüümikomisjoni koostatud ensüümide nomenklatuuri.

Kliiniline biokeemia

 Ensüümikomisjoni nomenklatuuri rakendatakse ka inimkehas toimuvate ensüümreaktsioonide ja neis osalevate ensüümide klassifitseerimisel ning ensüümdiagnostikas.

Markerensüümid

 Markerensüümid on olulised haiguste kindlaks tegemisel. Kui markerensüüm ilmub verre, on tegu vastava koe kahjustusega, kust ensüüm pärit on.

Toitaineid lõhustavad ensüümid

Tähtsamad toitaineid lõhustavad ensüümid on amülaas, pepsiin, trüpsiin, 

maltaas, laktaas, sahharaas, lipaas jpt.

Kõhunäärme ehk pankrease nõre on normaalse füsioloogiaga loomorganismis toitaineid lõhustavate ensüümide poolest rikkalik.

Ensüümiaktiivsuse määramine

 Ensüümide hulka biomaterjalides määratakse ensüümiaktiivsust (e ensüümi hulka) kaudselt, kineetika reeglitega vastavuses, kas:

• ajaühikus toimuva substraadi hulga vähenemise
• ajaühikus toimuva produkti hulga suurenemise kaudu.

Ensüümiaktiivsuse määramise meetodid

Ensüümide hulga määramiseks kasutatakse näiteks järgmisi laboratoorse diagnostika meetodeid:

• kolorimeetrilised meetodid,
• spektrofotomeetrilised meetodid (ultraviolettspektroskoop, infrapunaspektroskoop),
• fluoromeetrilised meetodid,
• radiomeetrilised meetodid jpm.

Ensüümaktiivsuse väljendamine

Ensüümaktiivsust väljendatakse rahvusvahelisi mõõtühikute süsteeme kasutades. Biokeemia ja kliinilise meditsiini teadusharud kasutavad enim:

• ensüümaktiivsuse mõõtühik (U, "unit") – on ensüümi hulk, mille ensüümaktiivsus on 1 mikromooli substraati minutis. 1 ensüümi ühik (U) = 1 μmol min ⁻¹;
• ensüümaktiivsuse mõõtühik on katal (kat) – on ensüümi hulk, mille ensüümaktiivsus on 1 mool substraati sekundis. 1 ensüümi ühik katal = 1 mol s⁻¹, 1 kat= 6 × 10⁷ ehk 1 U = 16,67 nanokatalit (nkat);

Ensümoloogias kasutatakse ka muid mõõtühikuid, näiteks:

• molekulaaraktiivsus (ingl k turnover number) on k _cat (väljendatakse sekundites) on substraadi molekulide arv, mida üks ensüümimolekul muundab (ingl k metabolized) ajaühikus S-di küllastatud kontsentratsiooni juures. Mõõtühikuks s⁻¹ või min ⁻¹. Ensümaatilised reaktsioonid võivad olla 10³ kuni 10¹⁷ korda kiiremad kui vastavad katalüüsimata reaktsioonid.

Ensüümide ajaloolised nimetused

Erialakirjanduses, aga ka populaarteaduslikes väljaannetes kasutatakse töönimetustena ka ajaloolisi nimetusi:^[11]

• amülaas – polüsahhariide lõhustav ensüüm; tärklise seedimisega seotud protsessid. Hüdrolüüsib tärklisest suhkruid. Seda kasutatakse siirupite, puuviljamahlade, šokolaadi ja muude toiduainete valmistamisel;
• bromelaas – ensüümi leidub ananassitaime kõikides osades;
• diaporaas – parandab hemoglobiini, vähendades Fe3+ Fe2+-iks;
• diastaas – tärklise seedimisega seotud protsessid;
• erepsiin – seedeensüümide ja pankrease nõre koostises, lagundab peptoone aminohapeteks;
• fosfataas – fosforrühma molekulidega seonduv, näiteks fosfo-türosiine, fosfo-histidiin;
• katalaas – esineb kõikides elusorganismides, kes puutuvad kokku hapnikuga, hüdrolüüsib vesinikperoksiidi veeks ja hapnikuks;
• katepsiin – on kõikides elusorganismides leiduv proteaas, mis lõhustab proteiine;
• ksülanaas – taimede, seente ensüümide rühm, lagundab taimsed polüsahhariidid ksüloosiks, arvatavasti tuleviku biokütuse tootmisel kasutatav ensüüm, mis muudab puidu, millele kasutust ei leita biokütuseks;
• laktaas – piimasuhkrut hüdrolüüsiv; pastöriseerimata piima seedimisega seotud protsessid;
• lipaas – rasvade seedimisega seotud protsessid;
• maltaas – ensüüm maltaas hüdrolüüsib maltoosi;
• oksüdaas – ensüüm, osaleb hapniku hüdrolüüsil, hapnik redutseeritakse veeks või vesinikülihapendiks;
• oksüdoreduktaas – oksüdatsiooni-reduktsiooni reaktsioone katalüüsiv ensüüm;
• oksügenaas – oksüdeerib erinevaid ühendeid, liites neile hapniku;
• papaiin – papaia viljadest saadav ensüüm;
• pektaas –
• pepsiin – retseptorid maos, hüdrolüüsib toiduvalgud peptiidideks;
• peroksidaas – oksüdeerib ühendeid, kasutades vesinikperoksiidi;
• proteaas – proteiini seedimisega seotud protsessid, nii näiteks sünteesivad ja eritavad erinevaid proteaase bakterid, aga ka viirused: gripiviirus, HIV-1 viirus jpt;

Hüdrolüüsib valke. Tööstuslikult kasutatakse liha pehmendamiseks, kala nülgimiseks, loomanahalt karvade eemaldamiseks ja pesupulbrite koostisosana;

• reduktaas – oksüdeerimis-taandamisensüüm;
• sukraas – ensüümide rühm, katalüüsivad hüdrolüüsil suhkru fruktoosiks ja glükoosiks;
• transferaas – kandev ensüüm, kannab mingit rühma ühest molekulist teise molekuli;
• trüpsiin – seedekulglas toimiv ensüüm, hüdrolüüsib proteiine, kõhunääre toodab mitteaktiivset proensüümi trüpsinogeen;
• tsellulaas – taimedes sisalduva tselluloosi seedimisega seotud protsessid;
• ureaas – katalüsaator, uurea hüdrolüüsil süsinikdioksiidiks ja ammoniaagiks.

Ensüümid keskkonnas

Ensüümid on tähtsal kohal biotehnoloogia arengus. Umbes 150 ensüümi kasutatakse tööstuses, näiteks:

• bioabsorbeerimine – plasti, puidu, metallide jne ensümaatiline lagundamine;
• bioakumulatsioon – toksiliste ainete/ühendite liigkiire kuhjumine organismi suurema tempoga, kui organism neid lagundada jõuab;
• biolagunemine – toksiliste materjalide ensümaatiline lagundamine taaskasututavateks materjalideks;
• biolahjendus –
• biomuundus –
• biopleegitus –
• biovõimendus –

Ajaloolist

Alexander Fleming avastas 1922 pisarates, süljes, nina ja soolestiku limaskestas tugeva antibakteriaalse fermendi lüsosüümi (lysozyme).

Erütrotsüüt

Erütrotsüüt ehk punalible ehk punaverelible (ladina keeles erythrocytus; lühend RBC) on selgroogsetel südame-veresoonkonna kaudu hapnikku ja 

süsihappegaasi transportiv vererakk.

Punased verelibled

Erütrotsüüdid on kaetud erütrotsüüdi membraaniga.

Enamikul selgrootutel, välja arvatud osadel rõngussidel, kidavakladel, limustel, pärgussidel, kärssussidel, okasnahksetel, erütrotsüüdid puuduvad.

Punased verelibled on rakud, mille loome käigus ei sünteesita DNA-d ja RNA-d ning millel puuduvad mitokondrid, enamasti ka rakutuum ja paljunemisvõime. Seega on erütrotsüüdid täiesti erilised keha rakud, sarnanedes eeltuumsete üherakuliste organismidega. Nad on bakterite rakkudega sarnaselt väga väiksed ja nagu eelpool öeldud neil puuduvad mitokondrid. Punaste vereliblede raku energiavajadus on rahuldatud anaeroobse hingamisega.

Punaliblede areng, anatoomia, morfoloogia, histoloogia ja patoloogia võivad erineda nii liigiti, indiviiditi kui ka arenguastmeti. Erütrotsüüdid osalevad paljude süstitud ravimite transpordis ja metabolismis. Punalibled on toiduks osadele vereimejatest putukatele.

Ülesanne

Erütrotsüütide ülesandeks on transportida hingamiselunditest hapnikku kõikjale kudedesse ja organitesse ning kudedest süsinikdioksiidi kopsudesse. Kuna punastel verelibledel puuduvad mitokondrid, siis ei tarbi nad ise seda, mida kannavad teistele keharakkudele – hapnikku rakuhingamise jaoks. Liikumiseks neil energiat ei kulu, neid liigutavad vereringes südame lihased. Erütrotsüüdid peavad kogu vereringet läbides suutma läbi mahtuda väga kitsa läbimõõduga kapillaarsoontest, sellepärast on loogiline, et punased verelibled on keha rakkudest ühed kõige väiksemad.

Valdav osa hapnikust ja osa süsinikdioksiidist liituvad transpordi ajaks hemoglobiiniga. Hemoglobiin A (lüh HbA) on erütrotsüütide tsütosooli tähtsaim valk.

Erütrotsüütide ensüüm karboanhüdraas kiirendab süsinikdioksiidi muutumist transporditavaks vesinikkarbonaadiks.

Kuna vereringes olevatel punastel verelibledel puudub raku tuum, DNA, mitokondrid ja ribosoomid, siis ei saa neid rakke ohustada ka viirused, sest erütrotsüütides puuduvad viiruste rünnaku jaoks vajalikud sihtmärgid.

Roomajatel

Hemogramm

Roomajate füsioloogiliste eripärade tõttu saab võtta väiksematel liikidel üksnes väga tillukese koguse verd. Roomajate vereproovide võtmisel ja tulemuste interpreteerimisel on oluline arvestada nende vanuse, soo, keskkonna (looduses, vangistuses, loomaaias, laboris, terraariumis vms) ja toitumisega ning iga üksiku indiviidi eripäraga.

Roomajatel on väiksem arv erütrotsüüte (300 000 – 2 500 000 erütrotsüüti mikroliitris) kui lindudel ja imetajatel.

Maolistel

Madude erütrotsüüdid on tuumaga rakud ja nende elukaar on 600 päeva ringis.

Hariliku rästiku erütrotsüütide mõõtmed: kõrgus 17–18 µm ja laius 12 µm.

Imetajatel

Inimestel

Inimvere küpsetest rakutüüpidest moodustavad erütrotsüüdid enamiku. Trombotsüüdid moodustavad kümnendiku ja leukotsüüdid tuhandiku erütrotsüütide arvukusest.

Vastsündinu hematoloogilised referentsväärtused erütrotsüütide arvule esimesel elunädalal on 4 – 6 × 10¹²/l.

Täiskasvanud 70 kg kaaluva meesterahva organismis võiks olla hinnanguliselt 24,9 triljonit erütrotsüüti, mis annavad kokku umbes 2,5 kg kehakaalust ja ligi 5/6 keharakkude arvust.

Erütrotsüüdid on kantud kehtivasse inimese tsütoloogia ja histoloogia standardsõnavarasse Terminologia Histologica-sse.

Erütrotsüütide morfoloogia ja liikuvus

Erütrotsüüdi ringluse animatsioon inimese vereringes. Animatsioon toimub reaalajas (20 sekundit ringluses) ja näitlikustab erütrotsüüdi sisenemise kapillaaridesse ja erütrotsüüdi vahelduvad värvimuutused hapnikustamise toimel

Tavaolekus on nad kaksiknõgusad kettad (ingl k "disks"), mille kuju muutub (ka spektriini toime), kui nad ringlevad suure ja väikese vereringe kaudu, teiste rakkude survel kergesti.

• Läbimõõt: 7–8 μm (oleneb kasutavatest laboratoorsetest tehnikatest)
• Paksus: 1–2 μm
• Ringlus: keskmiselt üks kord minutis (st kaks korda läbi südame ja kapillaaride)
• Elutsükkel: ringleb keskmiselt 100–120 päeva.
• Peamiseks energiaallikaks on glükoos
• Erütrotsüüdid on väga tundlikud elektromagnetkiirguse suhtes (nt ultraheli) ja võivad kergesti 'puhkeda' (ingl k rupture).
• Arvukus: normaalse füsioloogiaga inimvere erütrotsüütide arvukus on 4–8 × 10⁶ erütrotsüüti 1 ml inimvere kohta. Arvukus on muutlik ning on seotud nii indiviidi geneetika, vanuse, toitumise, organismi haiguslike seisundite kui ka elu- ja asukohaga (kõrgmäestikes, kosmoses, merepõhjas jne) ja keskkonnaga.

Punaste vereliblede tuum peab rakust kaduma enne, kui rakk vereringesse pääseb. Erütrotsüütidega ringlevad veel ka erütroblastid, erütrofaagid.

Erütrotsüüdid ja veregrupid

 Erütrotsüütide pinnal on süsivesikuid sisaldavaid valguosisega aineid – glükoproteiine, mida loetakse veregrupiteguriteks. Inimese veregrupi saab kindlaks teha laborianalüüsidega, erütrotsüütidel tuvastatud antigeenide põhjal. Selleks kasutavad laborid erinevaid vererühmade süsteeme, näiteks:

• ABO-süsteem – inimesed kuulvad erütrotsüütide pinnaantigeenide põhjal kas A-, B-, AB- või O-vererühma;
• Kelli vererühmade süsteem – inimesed kuuluvad vererühma K,Kk või k;
• Kiddi vererühmade süsteem – inimesed kuulvad erütrotsüütide pinnaantigeeni põhjal kas Jk^a, Jk^b või Jk^aJk^b;
• Duffy vererühmade süsteem – inimesed kuuluvad erütrotsüütide pinnaantigeenide põhjal kas Fya- või Fyb- vererühma;
• Rh-süsteem – inimesed kuuluvad D-antigeeni põhjal kas reesuspositiivsesse või reesusnegatiivsesse rühma.

Keemiline koostis

Erütrotsüüdi koostis: peamiselt vesi (ligi 70%), hemoglobiin, lipiidid, glükoos ja ensüümid, vitamiinid. Normaalse füsioloogiaga inimese üks erütrotsüüt võib sisaldada ~270 miljonit hemoglobiini molekuli

Normaalse füsioloogiaga inimeste erütrotsüütides on sündides palju ensüüme: glükoos-6-fosfaadi dehüdrogenaas (RBC-G6PD), glutatiooni reduktaas (GR), püruvaatkinaas (PK), difosfoglütseraat (2,3-DPG) jm.

Erütrotsüüdid ja valgud

 Lisaks hemoglobiinile, mida loetakse erütrotsüütide tsütosooli tähtsaimaks valguks ja mille membraan on kaetud võrdselt nii lipiidide kui ka valkudega, on teadlased tänapäevaseid laboratoorseid tehnikaid ja abivahendeid kasutades avastanud inimese erütrotsüütidest (RBC des) veel 750 valku.

Erütrotsüüdid ja valkude eraldamine

Aasta	Avastaja/avastajate kollektiiv	Valkude arv
2002	Low, et al.	84 erinevat RBC rakumembraani valku
2004	Steven R. Goodman et al.	181 erinevat RBC rakumembraani valku
2005	Low, et al, Kakhniashvili, et al.	200 erinevat RBC valku
2006	Pasini, et al	556 erinevat RBC valku
2007	Steven R. Goodman et al.	751 erinevat RBC valku

Erütrotsütopoees inimestel

 Erütrotsütopoees inimestel toimub diferentseerumata tüvirakkudest 

luuüdis, nimetatakse ka erütroplastideks, luuüdi 

vereliistakud omakorda komplekteeritakse arvatavasti megakarüotsüütidest, kuid selle täpset mehhanismi pole suudetud senini kirjeldada. Proerütroblastidel (ehk noortel erütrotsüütidel) on veel alles hemoglobiini tootmiseks vajalikku ribonukleiinhapet, mis värvumisel on nähtav võrgustikuna. Noored erütrotsüüdid ehk eel-punalibled läbivad retikulotsüütideks arenemisel mitmu rakugeneratsiooni, enne kui nad liiguvad luudest vereringesse.

Erütrotsüütide teket (nii stimulatsioon kui ka inhibeerimine) reguleerib põhiliselt neerudes komplekteeritava glükovalgu hormooni erütropoetiini ringlus. 

Selle hulk veres tõuseb, kui hapniku hulk neerukoes langeb. Lisaks nimetatud hormoonile mõjutavad oluliselt punase luuüdi normaalseid funktsioone veel ka mitmed mikrotoitained, nagu B₁₂-vitamiin, foolhape ja suure tõenäosusega ka B₆-vitamiin, C-vitamiin, B₂-vitamiin ja E-vitamiin.

Erüptoos inimestel

Organismis vabaneb ja komplekteeritakse rakkude pideva uuenemise tõttu teatud kogus erütrotsüüte. Punaliblede keskmine eluiga on normaalse füsioloogiaga inimestel umbes 4 kuud (100–120 päeva), mille järel nad lammutatakse peamiselt makrofaagisüsteemis (vananenud termin retikuloendoteliaalsüsteem) (põrn, maks, luuüdi) fagotsütoosi teel, protsessi nimetatakse ka erüptoosiks ehk erütrotsüütide programmeeritud raku surmaks.

Hävivate punaliblede rakumembraan lõheneb ja vabaneb hemoglobiin. Hemolüüsi (ja ka teiste füsioloogiliste protsesside) tõttu hävib ja asendatakse retikulotsüütidega, iga ööpäevaga 1% kogu punaliblede arvust. Erütrotsüütide valguaines lõhustatakse aminohapeteks mida organism taaskasutab, nagu raudagi.

Erüptoosi inhibeerivad erütropoietiin ja lämmastikoksiid.

Patoloogia

Hematoloogia

Punaste vereliblede elutsükliga seostatakse ja diagnoositakse inimestel mitmesuguseid haiguslikke seisundeid, näiteks erütroblastoos, erütroblastopeenia,erütrotsüteemia, erütroviirus B19 (Parvoviridae), aneemiad (rauapuudusaneemia, talasseemia, sferotsüütne aneemia, pärilikud hemolüütilised aneemiad jt). Kasvajaid: erütroleukeemia, erütroblastoom jpt.

Erütrotsüüdid ja malaaria

 Malaaria vormi (RHK-10, jaotis: B50) mida põhjustavad erütrotsüütides elavad Plasmodium falciparumi algloomad.

Hormoon: erütropoetiin

Neerude komplekteeritava hormooni erütropoetiini ja erütrotsüütide loome patoloogiatega seostatakse kliinilises meditsiinis paljusid haiguslikke seisundid, näiteks nefrogeenset aneemiat, mitmed neeruvähi vormid komplekteerivad erütropoetiini, kroonilised kopsuhaigused ja südamepuudulikkus põhjustavad raske kuluga hüpoksiat, mida seostatakse samuti erütropoetiiniga.

Ensüümipuudulikkus

Ensüümipuudulikkusega seotud haiguslikke seisundeid diagnoositakse vastavate tellitavate laboratoorsete analüüside abil.

Hemolüütiline aneemia ehk punaliblede lagunemine, mida seostatakse kliinilises meditsiinis glükolüütilise Embdeni-Meyerhofi tsükli ensüümipuudulikkusega, paljud neist on pärilikud ATP energiatootmise vähemefektiivsed protsessid keha sees, kui erütrotsüütidel pole võimalik energiat Embdeni-Meyerhofi tsükli käigus omandada, siis võtavad nad eluks vajaliku energia muid metaboolseid radu kasutades.

Inimvere kihid

Vajadusel, kas vereanalüüsi ehk doonorvere töötlemiseks, tsentrifuugitakse verd antikoagulantidega, eraldamaks selle osiseid:

• pealmine kiht – vereplasma
• keskmine kiht – kohev leukotsüütidest ja vereliistakutest koosnev kiht
• alumine kiht – erütrotsüüdid.

Vereproovi automaatuuring erütrotsüütidele ja referentsväärtused

Kaasaegsetes molekulaarbioloogia ja kliinilise meditsiini laborites teostatakse (mh ka haiguslike seisundite diagnoosimisel) mitmeid vereanalüüse ja erütrotsüütide automaatuuringuid (ka radioaktiivse märgistusainega).

Vereproovi uuringud (värvumise meetodil), mille käigus vaadeldakse erütrotsüütide suurust, kuju ja värvumist, muudavad praktiseerivatel arstidel inimese tervislikku seisundi ja diagnoosi selgitamise ja võimaliku teraapia süsteemsemaks ja patsiendi jaoks lihtsamaks. Erütrotsüüte uuritakse vastavate laboratoorsete seadmetega nii hapnikustamise taseme suuruse, arvu ja mahu kui ka muude näitajate kaudu.

Erütrotsüütide liigitus:

• anisotsütoos – erütrotsüüdid on erineva suurusega
• isotsütoos – erütrotsüüdid on võrdse suurusega
• makrostütoos – suurpunaliblesus
• mikrotsütoos – erütrotsüüdid on väiksemõõtmelised (kuni 5 μm)
• poikilotsütoos – erütrotsüüdid on erineva kujuga
• hüpokroomia – hemoglobiinivähesus erütrotsüütides
• anisokroomia – hapnikustamise varieeruvus
• sferotsütoos – kerajate erütrotsüütide esinemine millega kaasneb membraani erütrotsütoos, võib olla geneetiline häire
• elliptotsütoos – elliptotsüütide e ovaalsete erütrotsüütide kiirenenud lagunemine ja aneemiad
• akantotsüüdid – ka ogarakud, esinevad lipiidide metabolismiga geneetiliste häirete puhul.

Eesti Haigekassa kaudu kindlustatutele võidakse vajadusel teha mitmeid hematoloogilisi analüüse, näiteks:

Inimvere erütrotsüütide automaatuuring; kontsentratsioonid ja referentsvahemikud

Parameeter	Lühend	Ingliskeelne termin	Ühik	Referentsvahemik
Erütrotsüütide absoluutarv	RBC	Red Blood Cells	Nx1012/l	3,7–6,5
Erütrotsüütide keskmine maht	MCV	Mean Cell Volume	femtoliiter	71–135
Keskmine Hgb hulk erütrotsüüdis	MCH	Mean Cell Hgb	pg/RBC (pikogramm erütrotsüüdi kohta)	24–37
Keskmine Hgb kontsentratsioon erütrotsüüdis	MCHC	Mean Cell Hgb Con	g/L	281–365
Erütrotsüütide suurusjaotuvuse variatsioonikoefitsient	RDW-CV	Red Cell Distribution Width	%	11,6–14,8

Märkus. Tabelis on kasutatud rahvusvaheliste ühikute e SI-ühikute eesliiteid.

Ühik	Lühendi tähis	Tegur
piko	p	10−12
femto	f	10−15

Erütrotsüütide mahu määramine vereproovis ei anna inimorganismis toimuvast mitte alati tulemuslikku pilti. Näiteks on erütrotsüütide maht normaalne raseduse, tsirroosi, nefriidi korral ning HI-viirusega nakatunuil üksnes kergelt alla normi.

Laborid võivad kasutada mitmesuguseid mõõtühikuid. Näiteks saab punaliblede arvu väljendada kas 3,0–6,2 miljon/μL ja/või SI-ühikutes (norm täiskasvanul on 3,0–6,2 × 10¹²/L). Lisaks kasutatakse veel mitmeid laboriuuringuid: erütrotsütaarsete antikehade sõeltest (B-aRBC-g), erütrotsüüdid liikvoris (CSF-RBC), erütrotsüütide settekiirus (B-ESRw) jpt.

Ürgsed punalibled

Jäämehe Ötzi, kes suri 5300 aastat tagasi, muumiat analüüsiti röntgenikiirte ja kompuutertomograafia kaudu ning avastati tema kehal verejäänukeid. Seda kinnitasid jäämehe arvatavatelt haavakohtadelt leitud verejäänukite hiljutised immunotsütokeemiaanalüüsid (kasutades aatomjõumikroskoopiat ja Ramani spektroskoopiat). Jäämehe kudede erütrotsüüdid on üsna sarnased tänapäeva inimeste vere punalibledega.

Termin

Kreekakeelsetest sõnadest ἐρυθρός (erythrós) "punane" ja κύτος (kytos) "rakk".

Tsitraaditsükkel

Tsitraaditsükkel (ka Krebsi tsükkel, ka sidrunhappetsükkel, TCA-tsükkel, di- ja trikarboksüülhapete tsükkel) on enamikul aeroobsetel organismidel toimuv ensüümide katalüüsitud biokeemiliste reaktsioonide tsükkel, mis toimumiseks vajab hapniku manulust. Tsitraaditsükkel on organismide ainevahetusraja keskne protsess, sest tsükli käigus oksüdeeritakse enamik sahhariide, rasvu ja valke CO₂ ja veeks, kusjuures selle käigus vabaneb suur osa organismi elutegevuseks vajalikust energiast. Samuti on tsitraaditsükkel mitmete oluliste anabolismireaktsioonide eelduseks, näiteks teatud aminohapete süntees.

Eukarüootsetes organismides toimub tsükkel mitokondri maatriksis.

TCA-tsükli summaarne reaktsioonivõrrand:
AcCoA + 3NAD⁺ + FAD + GDP + P_i + 2H₂O => 3NADH + FADH₂ + GTP + CoA + 2CO₂ + 2H⁺ + HSCoA

TCA tsükkel algab atsetüülkoensüümist , mis saadakse kas glükolüüsist pärineva püruvaadi oksüdatiivse dekarboksüleerimise või rasvhapete oksüdatiivse degradatsiooni tulemusel. Atsüülrühm atsetüülCoA koosseisust kondenseeritakse oksaalatsetaadiga nii, et tekib tsitraat.

Reaktsioonide tsüklis, mille käigus toimub kaks dekarboksüleerimist ja neli oksüdatiivset reaktsiooni, tekib nelja süsinikuline malaat, millest regenereeritakse oksaalatsetaat. Tsitraaditsükli reaktsioonide käigus sünteesitakse otseselt vaid üks molekul ATP-d. Enamus energiast akumuleeritakse redutseeritud koensüümide kujul NADH-na ja FADH2-na. Nende ühendite reoksüdatsioonil hingamisahela vahendusel vabaneb suur hulk energiat, mis salvestatakse ATP kujul.

Mõned olulised biosünteetilised rajad algavad TCA tsükli intermediaatidest. Kui tsükli vaheühendeid kasutatakse biosünteesi lähteühenditena, tuleb nad asendada, et tsükli tööd mitte blokeerida. Antud juhul on olulisem anaplerootiline reaktsioon, kus TCA tsükli vaheühendite hulka suurendatakse, oksaalatsetaadi süntees, mis lähtub püruvaadist.

Tsitraaditsükli peamised etapid ja vahereaktsioonid tõestasid Albert Szent-Györgyi ja Hans Krebs. Krebsi tsükkel ja taimede Calvini tsükkel moodustavad looduses teineteist täiendava aineringluse. Esimene vajab hapnikku ja annab ära süsihappegaasi, kui jääkprodukti. Teine (Calvini tsükkel) täpselt vastupidi ja mõlema protsessi toimumiseks on hädavajalik vesi.

Lümfotsüüt

Lümfotsüüt ehk lümfirakk (ladina keeles lymphocytus) on paljude selgroogsete immuunsüsteemi agranuloosne rakk. Lümfotsüüdid kuuluvad leukotsüütide hulka ja neile omistatakse tähtis osa organismi immuunvastuses.

Inimese lümfotsüüt elektronmikroskoobis

Lümfotsüütide areng, morfoloogia ja patoloogia võivad erineda nii liigiti, indiviiditi kui ka arenguastmeti.

Lümfotsüüdid moodustavad omandatud immuunsuse. Lümfotsüütide populatsioonid liiguvad kehes vere (ligi 2%) ja lümfiga ning neid leidub lümfikoes, lümfisoontes, lümfisõlmedes, harkelundis, põrnas, luuüdis ja vähem muudes kudedes. Lümfotsüütide populatsioonid infiltreeruvad ka kasvaja mikrokeskkonda.

Lümfotsüüdid on väga tundlikud röntgenikiirguse suhtes ja võivad kergesti immuunvastuse minetada.

Inimestel

Lümfotsüüdid on kantud kehtivasse inimese tsütoloogia ja histoloogia nomenklatuuri Terminologia Histologica.

Liigitus

Lümfotsüüdid erinevad üksteisest diferentseerumiskoha ja funktsioonide poolest. Neid võib eristada spetsiifiliste pinnamarkerite järgi.

Lümfotsüütidel eristatakse kolme põhilist tüüpi:

• NK-rakud ehk loomulikud tapjarakud (suured lümfotsüüdid), mis on osa kaasasündinud immuunsusest;
• B-lümfotsüüdid (väikesed lümfotsüüdid), mis osalevad humoraalses immuunvastuses;
• T-lümfotsüüdid (väikesed lümfotsüüdid), mis osalevad rakulises immuunvastuses.

Värvunud lümfotsüüt veresvalgusmikroskoobis

Lümfotsüütide hulka liigitatakse ka lümfoidkoe arengut mõjutavad rakud.

Retseptorid

 Homing-retseptor ehk suunaretseptor on lümfotsüütide ja ka metastaseeruvate vähirakkude retseptor, mille abil rakk kinnitub teatud kudedele.

Roomajatel

Roomajate lümfotsüüdid sarnanevad välimuselt imetajate ja lindude lümfotsüütide ja plasmarakkudega. Ka lümfotsüütide ülesanne arvatakse olevat sarnane. Lümfotsüütide repertuaari kuuluvad nii T-lümfotsüüdid (küpsevad tüümuses) kui B-lümfotsüüdid (küpsevad luuüdis).

Lümfotsüüdid liigitatakse väikesteks (5,5–10 µm) ja suurteks (kuni 15 µm).

Lümfotsüütide arv alla 1,5 × 10³ raku µL kohta võib inditseerida lümfotsütopeeniat. 

Lümfotsüütide arvu vähenemist seostatakse madudel loomuliku immunosupressiooniga hormoonide toimel näiteks paaritumisperioodil. Lümfotsütopeeniat esineb ka talveunejärgsel ajal.

Lümfotsüütide arv on väiksem isastel madudel ja kõrgeim juveniilsetel madudel.

Immuunvastus põletikule ei põhjusta madudel alati leukotsütoosi ja analüüs võib näidata normväärtuseid (5–15 × 10³ µ/L).

Ebanormaalsed on reaktiivsed või neoplastilised lümfotsüüdid, mida võib olla keeruline eristada. Neoplastilisi lümfotsüüte on tuvastatud lümfosarkoomide korral.

Paiknemine

Lümfotsüütide populatsioonide vahekorrad on üksikutes elundites ja perifeerses veres erinevad, näiteks paiknevad T-lümfotsüüdid lümfisõlme parakortikaalses osas ja B-lümfotsüüdid lümfisõlme koore välisosas.

Põrnas paiknevad T-lümfotsüüdid arterioole ümbritsevates tuppedes.

T- ja B-lümfotsüüdid

T-lümfotsüüdid ja B-lümfotsüüdid on adaptiivse immuunvastuse peamised komponendid. T-rakud on seotud rakulise immuunsusega ja diferentseeruvad tüümuses. B-rakud vastutavad peamiselt humoraalse immuunsuse eest (seostumine antikehadega). Algselt avastati B-rakud lindude kloakaalpaunast (ladina bursa Fabricii), millest tuleneb ka B-rakkude nimetus. Imetajatel diferentseeruvad B-rakud luuüdis.

T- ja B-rakkude ülesanne on antigeeni esitluse põhjal ära tunda kehavõõraid valke. Antigeeni esitlus on immuunsüsteemi protsess, mille käigus makrofaagid, dendriitrakud ja teised rakud püüavad antigeenid kinni ja tutvustavad neid T-rakkudele. B-rakud reageerivad patogeenidele, tootes suurel hulgal antikehi, mis neutraliseerivad kehavõõrad objektid (bakterid ja viirused). Vastava signaali saabumisel diferentseeruvad B-lümfotsüüdid plasmarakkudeks, mis produtseerivad antigeenidega seonduvaid valke – antikehi.

B- ja T-lümfotsüüte, mis pole kokku puutunud antigeeniga, nimetatakse neitsilikeks või naiivseteks rakkudeks (naive cells). Pärast kokkupuudet antigeeniga diferentseeruvad naiivsed rakud mälurakkudeks ning aktiveeritud B- ja T-rakkudeks, mis diferentseeruvad antikehasid produtseerivateks plasmarakkudeks ning retseptoreid produtseerivateks T-rakkudeks.

Mälurakud on pikaealised – nad võivad organismis püsida kuu ja isegi aastaid. Mälurakud võivad järgmise kokkupuute korral sama antigeeniga väga kiiresti diferentseeruda plasmarakkudeks ning tappurrakkudeks, tagades kiire immuunvastuse.

Lümfotsüütide areng

Hematopoees

Imetajate tüvirakud diferentseeruvad luuüdis mitut tüüpi verelibledeks. Seda protsessi nimetatakse vereloomeks e hematopoeesiks. Protsessi käigus pärinevad kõik diferentseerumata lümfotsüüdid ühisest lümfoidsest eellasrakust. Lümfotsüütide diferentseerumine toimub hierarhiliselt. Lümfotsüütide moodustumise protsessi kutsutakse lümfopoeesiks. B-rakud küpsevad B-lümfotsüütideks luuüdis, aga T-rakud rändavad luuüdist harkelundisse, kus nad valmivad. Pärast B-lümfotsüütide ja T-lümfotsüütide valmimist sisenevad nad perifeersetesse lümfoidsetesse elunditesse (näiteks põrna ja lümfisõlmedesse), kus nad hakkavad täitma oma ülesannet, jälgides sissetungivaid patogeene ja vähirakke.

Lümfotsüüdid, mis on seotud omandatud immuunsusega, diferentseeruvad pärast kokkupuudet antigeeniga efektor- ehk aktiivseteks ja lümfotsüütideks ja mälurakkudeks. Aktiivsete lümfotsüütide ülesanne on kõrvaldada antigeen, tootes antikehi (B-lümfotsüütide puhul), tootes tsütotoksilisi graanuleid (T-rakud) või saates signaale teistele immuunrakkudele (T-abistajarakud). Mälurakud jäävad perifeersetesse kudedesse ja vereringesse pikemaks ajaks, et reageerida samale antigeenile hiljem kiiremini. Nad võivad erinevalt teistest leukotsüütidest elada kuid või aastaid ja isegi kuni organismi elu lõpuni.

Lümfotsüütide arenemisel on tsüsteiin piiravaks teguriks.

Omadused

Elektronmikroskoobi pilt: Inimese vereringe. Pildil on punased verelibled ja valged verelibled: lümfotsüüdid, monotsüüt, neutrofiil ja mitmed väikesed kettakujulised trombotsüüdid

Wrighti värvinguga on normaalsel lümfotsüüdil näha tumedalt värvunud suur rakutuum ja vähe eosinofiilset tsütoplasmat. Harilikult on lümfotsüüdi tuuma suurus võrreldav punase vereliblega (diameeter on umbes 7 μm). Polüribosoomid on lümfotsüütide silmapaistvad tunnused. Neid saab vaadelda elektronmikroskoobiga. Perifeerses veres on võimatu eristada B- ja T-rakke. FACSi (läbivoolutsütomeetrit) kasutatakse erinevate lümfotsüütide loendamiseks ja nende osakaalu määramiseks. Selle meetodi puhul eristatakse lümfotsüüte nende pinnavalkude põhjal. Pinnavalkudeks võivad olla immuunglobuliinid või CD-valgud (cluster of differentiation). Lümfotsüütide tüübi määramiseks saab kasutada ka ELISPOT või sekretsiooni analüüsi tehnikat (protsess, mida kasutatakse rakkude identifitseerimiseks nende eritatava valgu põhjal).

Lümfotsüütidele omased pinnamarkerid^[13]

Klass	Funktsioon	Kogus (hulk)	Fenotüübilised markerid
NK-rakud	viiruslikult nakatunud rakkude ja kasvajarakkude lüüsimine	7% (2–13%)	CD16, CD56 aga mitte CD3
T-abistajarakud	tsütokiinide ja kasvufaktorite tootmine, mis reguleerivad teisi immuunsüsteemi rakke	46% (28–59%)	TCRαβ, CD3 ja CD4
Tsütotoksilised T-rakud	viiruslikult nakatunud rakkude, kasvajarakkude ja siirikute lüüsimine	19% (13–32%)	TCRαβ, CD3 ja CD8
γδT-rakud	immuunvastuse regulatsioon ja tsütotoksilisus	5% (2–8%)	TCRγδ ja CD3
B-rakud	antikehade eritamine	23% (18–47%)	MHC klass II, CD19 ja CD21

Meditsiin

Lümfotsüütidega seotud haiguslikud seisundid

Kliinilises meditsiinis diagnoositakse mitmeid lümfoproliferatiivseid haigusi, näiteks äge lümfoblastleukeemia, pahaloomulised lümfoomid (Hodgkini lümfoom, mitte-Hodgkini lümfoom), lümfotsütoos jpt.

Tüümuse haiguslikud seisundid

Tümektoomia

 Lapseeas tehtud tümektoomia ehk tüümuse eemaldamise järgselt püüab organism uue olukorraga kohaneda ja korraldada oma tööd, nimelt ei komplekteeri tüümus enam piisavas koguses CD4+ abistajarakke ega saada neid lümfisõlmedesse ja põrna, pärsitud on nii rakuline kui ka humoraalne immuunsus.

T-rakkude anomaaliatega seostatakse järgmisi haiguslikke seisundeid:

• DiGeorge'i sündroom
• CATCH-22 ehk VCFS sündroom ka 22q11 kromosoomi mikrodeletsioon
• Williamsi sündroom
• tüümuse hüpoplaasia jm.

Lümfotsüütide hulk vereproovis

Lümfotsüütide (lym) normväärtused täisvereanalüüsi põhjal

Vanus	Kogus (hulk)	SI-süsteemi ühikutes
Vastsündinul	5500/μL	5500 × 106/L
12–24 tundi pärast sündi	5800/μL	5800 × 106/L
1. sünnijärgsel nädalal	5000/μL	5000 × 106/L
2. sünnijärgsel nädalal	5500/μL	5500 × 106/L
1. sünnikuu kuni 1. eluaasta	6000–7000/μL	6000–7000 × 106/L
2. eluaastal	6300/μL	6300 × 106/L
4. eluaastal	4500/μL	4500 × 106/L
6. eluaastal	3500/μL	3500 × 106/L
8.–20. eluaastal	2500-3300/μL	2500–3300 × 106/L

Lümfotsüüdid moodustavad osa verelibledest ja nende osakaalu väljendatakse protsendina valgete vereliblede hulgast.

Lümfotsüütide arvu suurenemine on lümfotsütoos ja lümfotsüütide arvu langus on lümfotsütopeenia. Suurenenud lümfotsüütide kontsentratsioon viitab tavaliselt viiruslikule infektsioonile (harva viitab suurenenud lümfotsüütide hulk leukeemiale). Vähenenud lümfotsüütide hulk võib kaasa tuua suurenenud nakkusohu pärast operatsiooni või traumat.

HIV

Kui inimene nakatub HIV-i, sekkuvad viiruseosakesed T-lümfotsüütide taastootmistsüklisse. T-lümfotsüüte küll komplekteeritakse tavapäraselt, kuid HI-viiruse molekulid ründavad ja hävitavad massiliselt CD4⁺ T-rakke. Kuna need on immuunvastuse toimimiseks olulised rakud, muutub keha vastuvõtlikuks ka sellistele viirustele, mis terveid inimesi ei mõjutaks. HIV-i nakatumist määratakse tavaliselt CD4+ T-rakkude hulga järgi patsiendi veres, aga ka HIV-antikehade testiga.

Kasvajasse infiltreeruvad lümfotsüüdid

 Mõnede pahaloomuliste kasvajate, näiteks melanoomi ja pärasoolevähi korral lümfotsüüdid migreeruvad ja ründavad kasvajat. Mõnel juhul võib see viia primaarse kasvaja taandumiseni.