Биохимия пособие Коновалова 2012

3.Нарушением функции почечных канальцев —приводит к снижению осмоляльности, удельной плотности, глюкозурии, аминацидурии, гипокапиемии, низкому содержанию в плазме крови бикарбона­ тов и метаболическому ацидозу, гипофосфатемии, гипоурикемии и др.

7. Почечная недостаточность

Выделяют острую и хроническую почечную недостаточность.

Острая почечная недостаточность

-Пререналъная —обусловлена снижением кровоснабжения почек —► снижена скорость клубочковой фильтрации, а функция почечных ка­ нальцев сохранена.

-Интраренальная - обусловлена множеством причин, но все они приводят к некрозу почечных канальцев. Клубочки страдают реже, СКФ снижена из-за вазоконстрикции. Патогенез не ясен.

Постренальная —обусловлена препятствием оттока мочи. Если состояние сохраняется длительно —►вторичное повреждение почечных канальцев

Хроническая почечная недостаточность

Обусловлена снижением количества функционирующих нефронов, что приводит к:

-нарушению концентрирования и разведения мочи

-нарушению гомеостаза электролитов и ионов водорода (ацидоз)

-задержке выводимых продуктов метаболизма (уремия) нарушению метаболизма витамина D (остеодистрофия)

-сниженному синтез эритропоэтина (анемия).

Признаки почечной недостаточности

Лабораторно:

1.Азотемия как результат снижения клубочковой фильтрации (в качестве уремических токсинов выступают производные гуанидина - метилгуанидин и гуанидинпировиноградная кислота, а также произ­ водные фенола —индол, скатол и др.);

2.Протеинурия, гипо- и диспротеинемия как следствие ускорен­ ного катаболизма протеинов, вторичная гиперлипопротеинемия IV ти­ па; снижение концентрации мочи; признаки метаболического ацидоза;

3.Анемия, обусловленная торможением эритропоэза при одно­ временном ускоренном гемолизе эритроцитов;

4.Признаки активации внутрисосудистого свертывания или вто­ ричная гиперкоагулемия; рост агрегационной и адгезивной активности тромбоцитов.

5 2 1

Одним из наиболее часто встречающихся клинико-лаборатоных синдромов при заболеваниях почек является нефротический синдром. Клинические проявления:

•Выраженная протеинурия (более 3,5 г/л в сутки)

•Гипоальбуминемия (менее 30 г/л)

•Гиперлипидемия

•Отеки

Основные причины почечных отеков:

1.Снижение онкотического давления (из-за потери белка - нефро­ тический синдром)

2.Повышение проницаемости сосудистой стенки (вследствие по­ вышения активности гиалуронидазы и снижения содержания кальция в крови —острый гломерулонефрит)

3.Вторичный гиперальдостеронизм (вследствие задержки электро­ литов и воды)

Вклинике ни одна из причин не проявляется как самостоятельная, а лишь преобладает в том или ином случае.

8. Почечные камни

Обычно состоят из продуктов обмена веществ, в норме имею­ щихся в первичной моче в концентрациях, близких к величинам их максимальной растворимости. Незначительные изменения состава мо­ чи могутвызвать осаждение этих соединений в ткани почек в виде кристаллов или камней.

Условия, способствующие образованию камней:

1. Высокая концентрация в моче одного или нескольких компо­ нентов клубочкового фильтрата. Это может быть связано или с умень­ шением объема мочи или с чрезмерно высокой скоростью экскреции образующих камни продуктов обмена.

2.Изменение pH мочи, способствующее образованию осадков различных солей.

3.Застой мочи вследствии нарушения мочеотделения.

4.Отсутствие соответствующих ингибиторов. Предполагается, что моча в норме содержит ингибиторы роста кристаллов оксалата Са2+. В моче больных, у которых систематически образуются кальцие­ вые камни, такие ингибиторы отсутствуют.

Виды мочевых камней

1. Содержащие кальций. Составляют 70-90% всех почечных кам­ ней, состоят из оксалата или фосфата кальция. Гиперкальциурия спо­

5 2 2

собствует образованию кальциевых осадков, а вид соли зависит от pH мочи, наличия в системе оксалатов или фосфатов. Гиперкальциурия бывает при остеопорозе, при длительном ацидозе, когда усиливается ионизация солей Са, при гипервитаминозе D.

Усиленная экскреция оксалатов способствует образованию окса­ лата кальция, нерастворимого даже при нормальном содержании Са2+ в моче. Причиной повышенного уровня оксалатов может быть потребле­ ние определенных продуктов питания, гипервитаминоз С.

Щелочная среда способствует образованию кальциевых осадков. При высоких значениях pH осаждаются преимущественно фосфаты Са2+, оксалатные камни образуются при любых значениях pH.

2.Камни, состоящие из мочевой кислоты. Составляют примерно 10% всех почечных камней. Осаждению уратов способствует кислая моча. В большинстве случаев непосредственную причину возникнове­ ния камней выявить не удается.

3.Цистиновые камни.

4.Ксантиновые камни.

Эти виды камней встречаются редко при врожденных заболева­ ниях цистинурии или ксантинурии.

Лекция 51 БИОХИМИЯ МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ

1. Характеристика мышечных белков

Мышечная ткань составляет 40 % от веса тела человека. Биохи­ мические процессы, протекающие в мышцах, оказывают большое влияние на весь организм человека. Функция мышц - механическое движение, в котором химическая энергия превращается в механиче­ скую при постоянном давлении.

Различают 2 группы мышечных белков: саркоплазматические и миофибриллярные.

Саркоплазматические белки экстрагируются из мышц солевыми растворами с малой ионной силой. К ним относятся миоглобин, фер­ менты гликолиза, ферменты митохондрий, белки, участвующие в об­ мене Са - (кальсеквестрин и белок «с высоким сродством к кальцию»).

Миофибриллярные белки экстрагируются из мышц солевыми растворами с высокой ионной силой. Эти белки составляют основу мо­ лекулярной структуры миофибрилл.

5 2 3

Миофибрилла скелетных мышц состоит из сократительных эле­ ментов - саркомеров. Саркомеры содержат параллельные белковые нити двух типов - тонкие и толстые. Толстые нити содержат миозин, тонкие - актин, тропомиозин, тропонин. Каждая толстая нить окруже­ на шестью тонкими.

Структура толстой нити мнофибрилл

М омяула миоэяиа

Толстые нити образованы белком миозином. Миозин, М.М. 500 тыс,, состоит из двух тяжелых полипептидных цепей и четырех легких. N- конец каждой тяжелой цепи имеет глобулярную форму, образуя «го­ ловку» молекулы. К каждой из головок нековалентно присоединены по 2 легкие цепи. С-конец тяжелой цепи имеет конформацию а-спирали. Головка миозина присоединена к остальной части молекулы гибким участком. Это позволяет головке обратимо присоединяться к актину. Палочкообразные хвосты молекул миозина могут соединяться друг с другом, образуя пучки, головки будут располагаться вокруг пучка по спирали. В области М-линии пучки соединяются «хвост к хвосту», об­ разуя миозиновые нити саркомера.

В головке миозина есть центры связывания с актином и АТФ. Она способна гидролизовать АТФ на АДФ+Рн, т.е. обладает фермента­ тивной активностью. Присоединение АТФ к миозину и гидролиз АТФ происходит очень быстро. Однако отщепление продуктов гидролиза АДФ и Рн от миозина происходит медленно. В покое головка миозина представляет комплекс М+АДФ+Рн; актин обладает к ней большим сродством.

Строение тонкой нити; образование комплекса с головкой миозина

5 2 4

Тонкие нити. Основным белком тонких нитей является актин, дкгин имеет центры связывания с миозином. Он бывает в двух фор­ мах: глобулярный G-актин (М.М. 4200) и фибриллярной - F-актин. F- 8ктин образуется при полимеризации G-актина, это двух-цепочечная спираль из мономеров G-актина.

Тропомиозин —двухцепочечная а-спирализованная палочковид­ ная молекула (М.М. 70000). Располагается в желобке между цепями F- актина. В покое тропомиозин закрывает в G-актине центры связывания с миозином. Длина молекулы тропомиозина равна семи глобулам G- актина.

Тропонин (М.М. 76000) состоит из трех субъединиц с глобуляр­ ной структурой, расположен на концах каждой молекулы тропомиози­ на. Субъединица Т обеспечивает связывание с тропомиозином, субъе­ диница С - образует связь с Са2+, субъединица I расположена таким образом, что в покое мешает взаимодействию актина с миозином.

Между собой актин, тропомиозин и тропонин связаны нековалентыми связями.

Биохимические механизмы мышечного сокращения и расслабления на примере поперечно-полосатых

мышц

Большую роль в мышечном сокращении играют ионы Са и саркоплазматические белки кальсеквестрин и белок с высоким сродством к Са2+. Эти белки расположены в цистернах саркоплазматического ретикулума. Саркоплазматический ретикулум — это внутриклеточная мембранная система, окружающая мышечные нити.

Кальсеквестрин - кислый гликопротеин с Мм 45000 Да, спосо­

5 2 5

бен присоединять 45 молекул Са2+, белок с высоким сродством к кальцию (Мм 55000 Да) связывает 25 молей Са2+. Перенос Са2+ из цистерн саркоплазматического ретикулума происходит по градиенту концентрации простой диффузией. Из цитоплазмы в цистерны - против градиента при участии Са2+ зависимой АТФазы и затраты АТФ.

В состоянии покоя система активного транспорта накапли­ вает Са в цистернах саркоплазматического ретикулума.

Сокращение мышцы начинается с прихода потенциала действия на концевую пластинку двигательного нерва. В синапс выделяется ацетилхолин, который связывается с постсинаптическими рецепторами мышечного волокна. Далее потенциал действия распространяется вдоль сарколеммы к поперечным трубочкам Т-системы. В области Z- линий происходит передача сигнала от поперечных трубочек на цис­ терны саркоплазматического ретикулума. Приход потенциала действия вызывает деполяризацию мембран цистерн. Это приводит к освобож­ дению Са2+ и началу мышечного сокращения.

1. Са2+ связывается с субъединицей С тропонина. Это изменяет конформацию всей молекулы тропонина - субъединица I перестает мешать взаимодействию актина с миозином, изменение конформации субъединицы Т передается на тропомиозин.

2.Тропомиозин поворачивается на 20° и открывает закрытые ранее центры в актине для связывания с миозином.

3.Головка миозина, которая в покое представляет собою ком­ плекс М+АДФ+Рн, присоединяется к актину перпендикулярно, при­ чем актин обладает к этому комплексу большим сродством. (Образо­ вание поперечных мостиков).

4.Присоединение актина вызывает быстрое освобождение АДФ

иРн из миозина. Это приведет к изменению конформации и головка мозина повернется на 45е (рабочий ход). Поворот головки, связанный с актином, вызовет перемещение тонкой нити относительно миозина.

5.К головке миозина, вместо ушедших АДФ и Рн, вновь присое­ диняется АТФ, образуя комплекс М+АТФ. Актин обладает к нему ма­ лым сродством, это вызовет отсоединение головки миозина (разрыв поперечных мостиков). Она вновь становится перпендикулярно около

тонкой нити.

6. В головке миозина, не связанной с актином, происходит гид­ ролиз АТФ. Вновь образуется комплекс АДФ+Рн+миозин и все по­ вторяется с третьего пункта.

После прекращения действия двигательного импульса, Са2+ с помощью Са2+-зависимой АТФ-азы переходит в саркоплазматический ретикулум. Уход Са2+ из комплекса тропонина приводит к смещению субъединиц I и тропомиозина и закрытию активных центров актина, делая его неспособным взаимодействовать с миозином. Мышца рас­

5 2 6

слабляется.

Мирошниченко, Ш уба (Киев) предлож или новый механизм сокращения мыш­ цы - сокращение скелетной мышцы происходит за счет вкручивания миозиновых филаментов в трубкообразные структуры, образовстные октиловыми филаментами. М иозин (головка) не контактирует с глобулами актина, а зацепляется за актиновый филамент.

Гидролиз АТФ приводит к циклическому образованию н распаду - комплекса актина и миозина

А кти в

Актин

Миозин

АДФPi

АТФ - Миозин

11,0

При низкой концентрации АТФ число головок миозина, свя­ занных с актином, нарастает, т.к. не разрываются поперечные мос­ тики. Низкая концентрация АТФ приводит к судорогам. Образова­ ние прочных связей между актиновыми и миозиновыми нитями - причина трупного окоченения, обусловленного исчезновением АТФ.

Первая пересадка сердца была выполнена в 1968 г. в ЮАР, в 1972 г. появилось сообщение о синдроме «каменного сердца». Его суть состояла в том, что приготовленное к пересадке сердце после некоторого периода ожидания приобретало исключительную же­ сткость, сопоставимую с плотностью камня, и становилось непри­ годным для использования. Практически сразу на эту статью от­ кликнулся видный биохимик Арнольд Кату, написавший статью «Каменное сердце — вызов биохимику». Он указал, что этот син­ дром возникает после длительной ишемии и является следствием развития контрактуры миокарда - состояния, при котором кар­ диомиоциты находятся в состоянии сокращения, что не позволяет сердечной мышце выполнять насосную функцию.

Механизм сокращения гладких мышц

Гладкие мышцы содержат молекулы актина, тропомиозина, мио­ зина, но они не обладают тропониновой системой, кроме того, легкие

5 2 7

цепи миозина гладких мышц отличаются от легких цепей попереЧЯо полосатых мышц. Сокращение гладких мышц регулируется Са2+.

Миозин гладкой мускулатуры содержит особую легкую цепь (п легкая цепь), предотвращающую связывание миозиновых головок с р актином. Чтобы она не мешала этому взаимодействию, p-легкая цепь должна предварительно фосфорилироваться.

Этапы сокращения гладких мышц

1.4Са2+ взаимодействуют с кальмодулином,

2.Комплекс кальмодулин - 4 Са2+ активирует киназу легких це­ пей миозина.

3.Активная киназа фосфорилирует легкую цепь р.

4.Фосфорилированная легкая цепь «р» перестает ингибировать взаимодействие миозина с F-актином.

5.Миозин взаимодействует с F-актином, активируется АТФаза, начинается сократительный цикл.'

'Расслабление гладких мышц происходит, когда:

1.Падает содержание ионов Са2+ в саркоплазме ниже КГ7 ммоль/л.

2.Са2+ отсоединяется от кальмодулина, который, в свою очередь, отделяется от киназы легкой цепи миозина, вызывая ее инактивацию.

3.Нового фосфорилирования легкой цепи «р» не происходит. Протеинфосфатаза отщепляет от легкой цепи «р» фосфаты.

4.Дефосфорилированная легкая цепь «р» миозина ингибирует связывание миозиновых головок с F-актином и подавляет активность АТФазы.

5.Миозиновые головки в присутствии АТФ отделяются от F- актина. Мышца расслабляется.

Сравнительная характеристика актин-миозинового взаимодействия в поперечно-полосатых и гладких мышцах

5 2 8

Метаболизм мышц

Различают белые и красные мышечные волокна. В красных мышцах содержится много миоглобина, который служит внутрикле­ точным резервом 0 2. Красные мышцы содержат многочисленные ми­ тохондрии с плотно упакованными складчатыми мембранами. Они расположены в непосредственной близости к сократительным миофибриллам, которые используют АТФ, образующуюся в митохондриях при окислительном фосфорилировании. Для этого класса скелетных мышц характерно медленное сокращение и способность длительное время оставаться в состоянии сокращения.

В мышцах, функции которых требуют коротких, быстрых дви­ жений, мало миоглобина и митохондрий, поэтому их называют белыми мышцами. Они содержат большие запасы гликогена в цитоплазме и их функция зависит преимущественно от анаэробного гликолиза как ис­

У человека нет специализированных мышц, но есть специализи­ рованные волокна: в мышцах-разгибателях больше "белых" волокон, в мышцах спины больше "красных” волокон.

У людей при голодании главным после жира источником запа­ сенной энергии служит белок скелетных мышц. Это объясняет очень большую потерю мышечной массы при длительном голодании. В ходе внутриклеточного распада актина и миозина образуется 3-

5 2 9

метилгистидин, который выводится с мочой. По скорости выведения его с мочой можно судить о скорости деградации мышечных белков Мышцы являются главным местом катаболизма аминокислот с раз, ветвленной цепью. Образующиеся при этом аминогруппы в ходе реак­ ций трансаминирования переносятся на а-кетоглутарат и пируват с об­ разованием глутамата и аланина. Источником почти всего пирувата идущего на синтез аланина, является глюкоза, поступающая в мышцу из печени. Аланин из мышц поступает в печень, где его углеродный скелет используется в глюконеогенезе, a NH2группа удаляется в виде мочевины (глюкозо-аланиновый цикл).

В мышцах действуют 3 АТФ-завнсимых механизма:

1.Натриевый насос клеточной мембраны;

2.Кальциевый насос внутри самой клетки;

3.Миозин-актиновое взаимодействие (сокращение-расслабление). Мышца потребляет огромное количество энергии. То количество

АТФ, которое имеется в мышце, может поддерживать сократительную активность всего лишь на протяжении доли секунды. Однако в мыш­ цах позвоночных богатые энергией фосфатные связи запасаются в виде креатинфосфата. Это макроэргическое соединение в термодинамиче­ ской шкале стоит выше АТФ, поэтому при участии креатинкиназы (КК) может происходить перенос фосфата от креатинфосфата к АДФ с образованием АТФ (субстратное фосфорилирование).

КК

Креатинфосфат + АДФ <-> АТФ + креатин

В работающей мышце запас креатинфосфата быстро истощается, а, следовательно, снижается и содержание АТФ. При этом возрастает концентрация АДФ и Рн, а также уровень АМФ.

5 3 0