Обмен хромопротеинов

Проблемы синтеза и распада хромопротеинов привлекают внимание, как исследователей, так и практических врачей по двум основным причинам. Во-первых, вследствие широкого разнообразия биологически важных функций гемоглобина, хлорофилла и цитохромов, в молекулах которых центральную роль играет ядро порфирина, обладающее способностью координационно связываться с ионами металлов. Во-вторых, изменения синтеза или распада порфиринов и соответственно их комплек­сов с белками приводят к нарушению жизненно важных функций и раз­витию болезней у человека и животных.

В данном разделе будут рассмотрены современные представления о синтезе и распаде железопорфиринов, в частности гемоглобина − наиболее изученного хромопротеина.

На долю гемоглобина приходится примерно 95% массы сухого вещества эритроцитов. Общее содержание гемоглобина в крови составляет 13−16 гдл. Продолжительность жизни эритроцита составляет 110−120 дней; в организме взрослого человека ежесуточно распадается 2∙10¹¹ эритроцитов, и столько же образуется новых. В процессе развития эритроцитов из стволовых кроветворных клеток на стадии ретиколоцитов утрачиваются ядро и хроматин. Ретикулоцит содержит много глобиновой мРНК и активно синтезирует гемоглобин; затем при превращении ретикулоцита в эритроцит РНК и рибосомы разрушаются; утрачиваются также митохондрии. В результате зрелый эритроцит отличается упрощенным метаболизмом, предназначенным главным образом для сохранения структуры мембраны и стромы эритроцита и предотвращения окисления гемоглобина. Поскольку в зрелом эритроците нет ядра, хроматина и аппарата трансляции, на протяжении всей примерно 4-х месячной жизни эритроцита в нем функционируют те белки, которые образовались на стадии ретикулоцита или даже на более ранних стадиях развития эритроцита. Жизнеспособность эритроцитов в основном определяется двумя метаболическими системами − гликолизом и пентозофосфатным путем.

В организме человека содержится около 4,5−5,0 г железа. На долю гемоглобина крови из этого количества (если принять за 100% все железо в организме) приходится 60-70%, миоглобина − 3-5%, ферритина − 20% (от 17 до 23%), трансферрина − около 0,18%, функционального железа тканей − до 5%. Содержание железа в организме регулируется главным образом интенсивностью всасывания в кишечнике поступающего с пищей железа. Избыток его не всасывается. Потребность в железе резко возрастает при анемиях различного происхождения. Железо всасывается в кишечнике в виде неорганического двухвалентного иона Fe²⁺ после освобождения его из комплексов с белками. В клетках слизистой оболочки кишечника железо уже в трехвалентной форме Fe³⁺ соединяется с белком апоферритином с образованием стабильного комплекса ферритина. Дальнейший транспорт железа к местам кроветворения осуществляется в комплексе с ₁-глобулинами сыворотки крови (комплекс получил название трансферрина) или железо соединяется с апоферритином тканей, где и депонируете в виде ферритина. При некоторых заболеваниях (например, при гемохроматозе) избыток железа откладывается в клетках системы макро­фагов в виде гемосидерина - метаболически инертного соединения желе­за с белком.

Источниками железа для синтетических целей являются пищевые про­дукты, а также железо, освобождающееся при постоянном распаде эритро­цитов в клетках печени и селезенки (около 25 мг в сутки). Часть железа − около 1 мг в сутки − теряется организмом, в лосновном с желчью. Эти потери компенсируются поступлением железа с пищей. Суточное потребление железа должно составлять 10−20 мг, т.е. значительно больше, чем выводится из тканей с желчью. Это связано с тем, что из кишечника всасывается лишь небольшая часть имеющегося в пище железа. Простетические группы пищевых хромопротеинов (гемоглобин, миоглобин), включая хлорофиллпротеины, не используются для синтеза железопротеинов орга­низма, поскольку после переваривания небелковый компонент гем под­вергается окислению в гематин, который, как и хлорофилл, не всасывается в кишечнике. Обычно эти пигменты выделяются с содержимым толстой кишки в неизмененной форме или в виде продуктов распада под действием ферментов кишечных бактерий. Следовательно, гемсодержащие соединения пищи не используются в качестве источника порфиринового ядра, а синтез сложного пиррольного комплекса в организме протекает из низкомоле­кулярных предшественников de novo.