Биохимия пособие Коновалова 2012

норлейцин.

При ферментативном гидролизе из гидролизата выделяются осо­ бые соединения десмозин. и изодесмозин. При образовании десмозина три остатка лизина окисляются до е-альдегидов, которые взаимодейст­ вуют с четвертым. Благодаря этой структуре могут быть соединены че­ тыре полипеитидных цепи. Отсюда возникает способность эластина растягиваться в двух направлениях вдоль и поперек.

В образовании эластических волокон принимают участие боль­ шое количество белков, объединяемых в семейство эластина. Эластиновый остов волокна покрыт слоем микрофибрилл (с диаметром 10 нм), состоящим из разных гликопротеинов, осуществляющих интегра­ цию эластиновых волокон.

Внеклеточный матрикс содержит большое число адгезивных неколлагеновых белков, отличающихся важной структурной особен­ ностью. Они имеют домены, способные связываться специфически с другими макромолекулами и рецепторами на поверхности клетки. Обязательным компонентом этих доменов, обеспечивающих взаимо­ действие с клетками, является последовательность аминокислот арг- гли-асп. К таким внеклеточным адгезивным белкам относится фибронектин, помогающий клеткам соединяться с матриксом.

Фибронектин - высокомолекулярный гликопротеин. Это димер, состоящий из двух больших субъединиц (м.м. каждой 230000 Да). Полипептидные цепи сходны, но не идентичны. В области С-концов они соединены двумя дисульфидными связями. В каждой цепи имеются несколько глобулярных доменов, которые специфически могут связы­ ваться с другими молекулами (гепарином, коллагеном) или клетками. Поэтому фибронектин называют "молекулярным клеем". Он обычно располагается на поверхности фибробластов и участвует в адгезии всех перечисленных структур. Известно, что при опухолевых заболеваниях количество фибронектина снижается, что способствует метастазированию опухоли. К семейству фибронектина относится фибриллин.

Фибриллин —гликопротеин с м.м. 350000 Да. Является струк' турным компонентом микрофибрилл, участвующих в образовании эла­ стических волокон. Найден в хрусталике, аорте, периосте. При мута' ции гена, кодирующего этот белок, развивается врожденное заболев® ние, проявляющееся поражением соединительной ткани, - синдр°м

4 8 2

J

yfap4>aHa (поражение глаз - эктопия хрусталика, разболтанность сустаg0B; слабость средней оболочки аорты). Этот синдром описан у прези­ дента США А. Линкольна.

Внеклеточный матрикс может создавать сложные структуры - базальные мембраны, в образовании которых принимают участие не­ сколько типов специализированных молекул: коллаген IV типа, гепарансульфат, ламинин и энтактин. Базальная мембрана - тонкая пла­ стинка толщиной 40-120 нм, расположенная под слоем эпителиальных клеток и отделяющая их от подлежащей соединительной ткани. Эта пластинка окружает отдельные мышечные, жировые и шванновские клетки или разделяет два слоя клеток (в почках, легких).

Коллаген IV типа от других отличается тем, что в 26 местах в тройную спираль встроены аминокислотные последовательности не­ коллагенового типа. Дополнительные домены на N- и С-концах про­ коллагена после секреции не отщепляются, и поэтому молекула колла­ гена IV типа длиннее - 400 нм. Две таких молекулы соединяются С- концевыми доменами, образуя димер. Димеры соединяются N-концами по 4-5. Ассоциация димеров идет в ширину, в результате чего образу­ ется подвижная многослойная структура, стабилизированная дисульфидными и другими ковалентными связями. Это нерастворимая сеть, к которой присоединяются другие молекулы.

В состав мембран входят также гликопротеины ламинин и энтак­

тин.

Ламинин - белок с м.м. 8500000 Да, состоит из трех полипептидных цепей, образующих крестообразную структуру и имеющих функциональные домены для связывания с коллагеном IV типа, гепарансульфатом, поверхностью клеток.

Энтактин - также соединен с коллагеном IV типа и ламинином, т.е. образует еще дополнительную связь между коллагенам и ламини­ ном.

Базальные мембраны выполняют разные функции. В почках ба­ зальная мембрана действует как молекулярный фильтр при образова­ нии мочи, причем фильтрующая функция связана с гепарансульфатом. Кроме того, базальная мембрана является избирательным барьером для движущихся клеток: пропускает макрофаги и лимфоциты, но отделяет эпителий от контакта с фибробластами.

В процессе регенерации при заживлении ран (при поврежде­ нии мышц, нервов, эпителия) она создает «подмостки» для мигрирую­ щих клеток. В базальной мембране кожи коллаген IV типа образует специальные адгезивные волокна. При отсутствии этих волокон (тяже­ лое кожное заболевание - пузырчатка) эпидермис легко отделяется от соединительной ткани.

Старение. При старении во всех видах соединительной ткани

4 8 3

наблюдаются следующие изменения:

1) уменьшение количества гиалуроновой кислоты; 2) уменьшение количества воды и соотношения основное веще-

ство/волокна (имеется в виду коллаген); 3) замедление метаболизма гликопротеинов основного вещест­

ва;

4)повышение структурной стабильности коллагена в результате увеличения числа и прочности поперечных сшивок;

5)уменьшение растворимости эластина, замедление его метабо­ лизма, ухудшение его эластичности;

6) увеличение в соединительной ткани кальция в связи с увели­ чением сродства к нему коллагена и эластина.

Заживление ран. В месте повреждения в результате следующих процессов происходит образование грануляционно-фиброзной ткани:

1.Повреждение тканей вызывает образование (или освобождение из разрушаемых клеток) биологически активных веществ, вызываю­ щих расширение и повышение проницаемости капилляров.

2.Фибриноген в ране превращается в фибрин, блокирующий ка­ пилляры и лимфатические сосуды. Возникает ишемия, жоторая способ­ ствует некрозу.

3.Продукты некроза стимулируют накопление лейкоцитов, про­ лиферацию клеточных элементов соединительной ткани (т.е. воспале­ ние).

4.Накопление фибробластов сопровождается усилением их био­ синтетической активности (фаза пролиферации). Фибробласты синте­ зируют гликопротеины (3-4 дня), затем (с 5-6 дня) идет интенсивный синтез и фибриллогенез коллагена. Интенсивность синтеза нарастает к 12-15 дню.

5.Формирование рубцовой ткани: уменьшается количество кле­ точных элементов, липидов, происходит резорбция избытка коллагена, уплотнение ткани.

В итоге образуется фиброзная ткань, восполняющая образовав­ шийся в результате повреждения и некроза дефект.

Таким образом, следует понимать, что развивающийся в месте травмы некроз, следующее за ним воспаление и развитие грануляци­ онно-фиброзной ткани —это единый комплекс биологических событий.

4 8 4

Лекция 47

БИОХИМИЯ ПЕЧЕНИ

Древние китайцы полагали, что печень лежит на пути попавших в организм с пищей космических элементов (воды, огня, дерева и металла), которые, будучи уже подготовлены в желудке к перевариванию, а в тонких кишках превращены в кашицу, смешанную с пищеварительными соками, поступали в нее по каналам, чтобы дальше уйти в сердце и преобразовываться там в кровь. Печень считалась обиталищем души, а желчный пузырь - мужества. Поскольку печень животных входит в арсенал лекарственных средств китайской медицины, лечили ею и от бездушия.

Вавилоняне считали печень главным органом тела, предсказывали судьбу и события, гадая на печени, как гадали впоследствии на кофейной гуще.

У древних греков возникли зачатки науки. О печени их представления как бы подытожил Гиппократ (VI-V века до н. э.), прекрасно знакомый с медициной Древнего Востока и сам «гениальный наблюдатель человеческих существ», по выражению И.П. Павлова.-Гиппократ знал кое-что. о том, как устроена печень, первым расценил желтуху и накопление жидкости в брюшной полости как симптомы ее заболевания. Позже был описан у некоторых больных желтухой кожный зуд. Греки умели пальпировать (ощупывать) печень, пытались лечить ее по принципу «подобное подобным», вводя в диету больных, страдающих печеночным недугом, сырую печень животных.

1. Функции печени, особенности метаболизма

Печень стратегически расположена на пути всего потока метаболитов из желудочно-кишечного тракта и это определяет ее функции.

Схематическое изображение печеночной дольки

Ветвь воротной вены

4 8 5

Гепатоциты контактируют с синусоидами и желчными каналь­ цами. Синусоиды —это видоизмененные капилляры, по которым цир­ кулирует смешанная кровь: венозная из воротной вены, артериальная из печеночной артерии. Гепатоциты извлекают из крови часть веществ подвергают их метаболическим превращениям и выделяют продукты превращений в синусоиды или желчные канальцы.

Функции печени:

1.Принимает и распределяет почти все вещества, поступающие в организм из ЖКТ.

2.Образование желчи.

3.Осуществляет биосинтез веществ, которые используются в других органах и тканях (кетоновые тела, белки крови и т.д.) - биосин­

4.Обезвреживание токсических веществ метаболизма, образую­ щихся в разных тканях, а также продуктов гниения белков в кишечни­ ке.

5.Инактивация гормонов, витаминов.

6. Метаболизм чужеродных соединений и лекарств.

7. Участвует в выделении некоторых продуктов метаболизма с желчью в кишечник.

Особенности метаболизма в печени ..

Печень обеспечивает источниками энергии мозг, мышцы и дру­ гие периферические органы. Это глюкоза, кетоновые тела. Сама печень в качестве источника энергии использует кетокислоты, образующиеся при распаде аминокислот. Поэтому основное назначение гликолиза в печени - это образование строительных блоков для биосинтеза жирных кислот, холестерина.

Процессы обмена веществ, происходящие исключительно или преимущественно в печени.

Углеводы: 1) превращение галактозы и фруктозы в глюкозу; 2) образование глюкозы из глюкозо-6-фосфата; 3) глюконеогенез, источ­ никами для синтеза глюкозы являются: а) лактат и аланин, поступаю­ щие из мышц через цикл Кори и глюкозоаланиновый цикл, б) глице­ рин - из жировой ткани и в) глюкогенные аминокислоты пищи.

Липиды: 1) синтез холестерина: 2) образование желчных кислот. 3) синтез ЛПОНП и ЛПВП; 4) образование кетоновых тел из ацетилКоА, образующегося при бета-окислении жирных кислот.

Азотистые соединения: 1) синтез мочевины; 2) синтез белков сы­ воротки крови; 3) конъюгация желчных пигментов; 4) синтез гема, )

4 8 6

обмен ароматических аминокислот; 6) обмен пуринов и пиримидинов; 7) перенос метальных групп.

2. Образование желчных пигментов

Средняя продолжительность жизни эритроцитов 120 суток. В нормальных условиях ежедневно происходит разрушение части эрит­ роцитов и распад гемоглобина. Распад гемоглобина происходит в клетках РЭС: купферовских клетках печени, в гистиоцитах соедини­ тельной ткани любого органа. Разрушение гемоглобина происходит в следующей последовательности.

1.Разрыв метанового мостика между I и II пиррольными ядрами порфиринового кольца с одновременным окислением Fe2+ в Fe3+. Обра­ зуется пигмент зеленого цвета - вердоглобин (Verdi —зеленный).

2.Удаление Fe и глобина, порфириновое кольцо разворачивается

вцепь. Образуется пигмент желто-зеленого цвета - биливердин.

3.Восстановление биливердина и образование пигмента красно­ желтого цвета —билирубина. Образовавшийся билирубин называют свободным или неконъюгированным' или непрямым. Это токсиче­ ское вещество. Он не растворим в воде, рассмотрим в липидах, легко проходит через мембраны. В крови свободный билирубин транспорти­ руется на альбуминах. Для определения свободного билирубина в кро­ ви необходимо предварительное осаждение альбумина спиртом. Толь­ ко после этого билирубин вступает во взаимодействие с диазореакти­ вом Эрлиха. Потому свободный билирубин по методу определения еще называют непрямым билирубином. Т.к. свободный билирубин свя­ зан с альбуминами, он не проникает через почечные клубочки в мочу,

атакже через биомембраны клеток.

При низком содержании альбумина в крови, а также при вы­ теснении билирубина из центров связывания на поверхности альбуми­ на высокими концентрациями жирных кислот, лекарственных веществ (салицилаты, сульфаниламиды) увеличивается количество билирубина не связанного с альбуминами. Он может проникать в клетки мозга и повреждать их.

Вывод: свободный неконъюгированый (непрямой) билирубин - это нормальный компонент крови; в мочу не попадает.

Обезвреживание свободного билирубина происходит в печени. Здесь происходит перенос билирубина от альбумина через свободно проницаемую мембрану сосудистых синусов в гепатоциты. В гепатоцитах билирубин связывается с белком лигандином. Комплекс били- рубин-лигандин путем активного транспорта попадает в гладкий эндо­ плазматический ретатулум. Здесь билирубин отщепляется от лигандина и происходит его конъюгация с глюкуроновой кислотой при уча­

4 8 7

стии УДФ-глюкуронштгрансферазы образуется моноглюкуронид лирубина. Он поступает к обрашенной в сторону желчных канальцев поверхности гепатоцита. Здесь присоединяется второй остаток глюку, роновой кислоты, образовавшийся диглюкуронид билирубина активно секретируется в желчные канальцы.

Диглюкуронид билирубина получил название связанного или конъюгированного билирубина. Он растворим в воде, дает прямую ре­ акцию с реактивом Эрлиха, поэтому его еще называют прямым били­ рубином.

Прямой (конъюгированный) билирубин - это нормальный ком­ понент желчи и в кровь поступает в очень небольшом количестве. Прямой билирубин может проходить через почечные клубочки, но т.к. в крови в норме его очень мало, то в моче он не определяется обычны­ ми лабораторными методами.

Вместе с желчью прямой билирубин попадает в тонкий кишечник. Здесь от билирубина отщепляется глюкуроновая кислота и происходит его восстановление с образованием мезобилиногена. Основная масса мезобилиногена из тонкого кишечника попадает в толстый кишечник. В толстом кишечнике мезобилиноген при участии бактерий восстанавли­ вается в стеркобилиноген. Стеркобилиноген окисляется в окрашенный стеркобилин и выделяется с калом, обеспечивая его окраску.

Метаболизм билирубина

РЭС(разрушение НЬ)

1

свободный (непрямой) билирубин

jji|^ общий кровоток

печень

желчь

связанный (прямой билирубин)

4 8 8

Часть мезобилиногена всасывается и попадает в портальную сис­ тему) где его основная масса извлекается гепатоцитами и секретируетсЯ в желчные ходы. В составе желчи мезобилиноген разрушается до

дипирролов.

Очень незначительная часть всосавшегося мезобилиногена попа­ дает в общий кровоток и выделяется с мочой в виде уробилиногена. уробилиноген на воздухе окисляется в пигмент уробилин.

Распределение желчных пигментов в норме

3. Желтуха

Желтуха - это синдром, характеризующийся желтой окраской кожи, слизистых, сыворотки крови в результате отложения и накопле­ ния желчеобразования и желчевыделения. . -

1. Гемолитическая (надпеченочная) желтуха. Усиленный гемо­ лиз эритроцитов приводит к интенсивному образованию в клетках РЭС свободного непрямого билирубина. Печень не способна связать весь этот билирубин с глюкуроновой кислотой. В результате в крови и в тканях накаливается непрямой билирубин. Т.к. через печень пойдет увеличенный поток непрямого билирубина, то образуется больше и прямого билирубина. Увеличенное выделение прямого билирубина в желчь приведет к увеличению образования мезобилиногена и его про­ изводных - стеркобилиногена и уробилиногена.

4 8 9

2. Паренхиматозная (печеночная) желтуха. Повреждение пече ни приводит к нарушению функций гепотоцитов.

1) Нарушается процесс конъюгации свободного билирубина, по­ этому в крови увеличивается его содержание.

2)Нарушается экскреция связанного билирубина в желчь, он частично попадает в кровь. Повышение в крови концентрации связан­ ного билирубина приведет к появлению его в моче. Уменьшение по­ ступления связанного билирубина в желчь приведет к меньшему обра­ зованию мезобилиногена и его производных: стеркобилиногена.

3)Однако нарушается процесс экскреции в желчь всосавшегося мезобилиногена, поэтому он поступает в общий кровоток, что увели­ чивает концентрацию уробилиногена в моче.

Кровь: Тобщин билирубин за счет непрямого и прямого билирубина

Кал: Фстеркобилиногер

3. Обтурационная (подпеченочная) желтуха. При частичной или полной закупорке желчных протоков нарушается желчевыделение и составные части желчи попадают в кровь, т.е. в крови увеличивается содержание прямого билирубина и он появится в моче. Сдавливание клеток печени расширенными желтыми капиллярами нарушит связы­ вание непрямого билирубина, что приведет к повышению в крови его концентрации. Уменьшение поступления желчи в кишечник, в зависи­ мости от степени закупорки желчных протоков, приведет к уменьше­ нию образования сеЭобилиногенй., стеркобилиногена, уробилиногена.'

4. Сывороточно-биохимические синдромы при заболеваниях печени

1. Синдром нарушения целостности гепатоцита (синдром ци толиза, повышенной проницаемости):

4 9 0