Обмен сложных белков. Обмен нуклеопротеидов.
В пищеварительном тракте под действием соляной кислоты, пепсина и трипсина от нуклеопротеидов отщепляется белковая часть, которая гидролизуется до аминокислот. Простетическая группа — нуклеиновые кислоты — при участии нуклеаз (ДНК-азы и РНК-азы) распадаются на мономеры — мононуклеотиды. Последние частично всасываются, а большей частью под действием особых ферментов (нуклеозидаз, фосфатаз и др.) расщепляются на составные части — азотистые основания, пентозы и фосфорную кислоту, которые всасываются более активно. Таким же путем происходит и распад нуклеопротеидов собственных тканей организма.
Фосфорная кислота пополняет запасы фосфатов организма. Пентозы в основном принимают участие в синтезе новых нуклеиновых кислот и коферментов. Азотистые основания подвергаются различным превращениям в зависимости от их структуры. Производные пуринов — аденин и гуанин — распадаются до мочевой кислоты, которая почками выводится из организма.
Пиримидиновые азотистые основания расщепляются с разрывом кольца и образованием аммиака, углекислого газа и различных производных аминокислот.
Наряду с процессами распада в организме постоянно происходит синтез нуклеиновых кислот. Необходимые для этого исходные вещества образуются в организме. Пентозы накапливаются в ходе реакций пентозного цикла распада углеводов. Фосфорная кислота всегда находится в клетках в достаточном количестве. Синтез азотистых оснований осуществляется в несколько этапов из низкомолекулярных соединений: глицина, глутамина, аммиака, углекислого газа, муравьиной и аспарагиновой кислот с помощью специфических ферментов, коферментов и затратой АТФ. В последующем синтезируются мононуклеотиды, из которых образуются нуклеиновые кислоты.
Обмен хромопротеидов
Из различных представителей хромопротеидов для организма человека наибольшее значение имеет гемоглобин. Поступившей с пищей гемоглобин в ЖКТ распадается на глобин и гем. Глобин как белок гидролизуется до аминокислот. Гем окисляется в гематит и выводится с калом.
Эндогенный гемоглобин эритроцитов разрушается главным образом в печени, а также в селезенке, костном мозге и других органах. Этот процесс начинается с окисления гема и разрыва системы порфириновых колец. Двухвалентное железо гемоглобина превращается при этом в трехвалентное. Такое соединение имеет зеленый цвет и называется вердоглобином. От него спонтанно (самопроизвольно) отщепляется белок глобин и освобождается железо. Глобин гидролизуется до аминокислот, а железо соединяется с белком и под названием ферритина откладывается в организме как запасная форма железа. Оставшаяся небелковая часть — пигмент зеленого цвета — биливердин — восстанавливается в желто-красный билирубин. Он токсичен для организма, поэтому в тканях происходит его обезвреживание путем взаимодействия с глюкуроновой кислотой или белком. Образовавшийся вне печени билирубин транспортируется кровью в печень. Таким образом, в крови билирубин присутствует в двух формах — свободной (непрямой) и связанной (прямой). Свободный билирубин — это билирубин, адсорбированный на белке (альбумине). Он представляет собой обезвреженную транспортную его форму, так как билирубин в воде плохо растворяется. Связанный билирубин — это водорастворимое соединение билирубина с глюкуроновой кислотой (моно- и диглюкуронид билирубина), также безвредное для организма. Из общего количества билирубина крови 0,8 мг% (0,25 — 1,2 мг%) 75% составляет свободный билирубин.
Поступивший в печень свободный билирубин освобождается от белка и быстро обезвреживается путем образования диглюкуронидов. Образующийся же в печени билирубин находится в связанной форме. Итак, в печени весь билирубин, как поступивший из других органов, так и распавшийся в печени, находится в соединение с глюкуроновой кислотой, т. е. в виде связанного билирубина.
Из печени связанный билирубин вместе с небольшой частью билирубина, образовавшейся в печени, поступает в желчный пузырь, откуда под названием «желчные пигменты» выбрасывается в кишечник. Там билирубин освобождается от глюкуроновой кислоты и подвергается различным превращениям. В тонком отделе кишечника основная масса билирубина восстанавливается до мезобилиногена и поступает в толстый кишечник, где из него образуется стеркобилиноген. Часть его всасывается в кровь и через геморроидальные вены, минуя печень, поступает в почки, о оттуда — в мочу. На воздухе стеркобилиноген окисляется в стеркобилин. В клинической практике эту часть стеркобилиногена называют уробилиногеном и соответственно, уробилином. Оставшийся в толстом кишечнике стеркобилиноген выводится из организма с калом, которому он придает специфическую окраску, и кислородом воздуха окисляется до стеркобилина.
В организме происходит постоянное обновление гемоглобина за счет его синтеза. Для построения гема необходимы глицин, янтарная кислота и железо, а для белковой части — глобина — соответствующие аминокислоты. Конденсация четырех молекул гема с глобином формирует молекулу гемоглобина.
Метаболизм билирубина складывается из трех процессов:
Поглощение билирубина клетками печени.
Конъюгация (связывание) билирубина глюкуроновой кислотой в гепатоцитах
Секреция билирубина из гепатоцитов в желчь.
В гепатоцитах к билирубину присоединяется глюкуроновая кислота и он переходит в растворимую форму. Процесс, обеспечивающий переход билирубина в водорастворимую форму называется конъюгацией. В результате этого образуется билирубин-диглюкуронид.
Билирубин секретируется в желчь преимущественно в виде билирубин-диглюкуронида. В составе желчи конъюгированный (больше 97%) и неконъюгированный билирубин поступает в тонкий кишечник, далее в толстый. В толстом кишечнике глюкорониды гидролизуются под действием бактериальных ферментов. Далее кишечная микрофлора восстанавливает пигмент с последующим образованием мезобилирубина и мезобилиногена (уробилиногена). Во толстом кишечнике часть образовавшегося мезобилиногена всасывается через кишечную стенку и поступает в печень, где полностью расщепляется.
Поэтому в норме в общий круг кровообращения и в мочу мезобилиноген не попадает. При повреждении клеток печени процесс расщепления мезобилиногена нарушается, и он появляется в крови и в моче.
В норме большая часть бесцветных мезобилиногенов образуется в толстой кишке окисляется в стеркобилиноген, который в прямой кишке окисляется до стеркобилина и выводится с калом. Лишь небольшая часть стеркобилиногена всасывается в толстой кишке и выводится почками с мочой. Обнаружение в моче следов уробилиногена свидетельствует о повреждении печени.
Синтез гемоглобина
В синтезе гемоглобина принимают участие восемь молекул глицерина и восемь сукцинил-КоА, которые в ходе своих преобразований образуют пирольные кольца. Четыре пирольных кольца, соединяясь образуют пурфобилиноген, который через ряд стадий превращается в протопорфирин. После присоединения железа превращается в гем. Гем взаимодействует с глобином, образуя гемоглобин.
Белки плазмы крови
К белкам плазмы крови относятся: альбумины, глобулины и фибриноген. Это простые белки — протеины, которые различаются по молекулярной массе, физико-химическим свойствам и биологической ролью.
Суммарное количество белков плазмы составляет понятие общий белок крови. У взрослого здорового человека эта величина колеблется в пределах 67-87 г/л, причем на долю белков плазмы приходится:
Альбуминов — 45-55 г/л
Глобулинов — 20-30 г/л
Фибриногена — 2-4 г/л
В лабораторной практике определяют общий белок сыворотки крови, который составляет 65-85 г/л. Так как сыворотка крови не содержит фибриногена, то общий белок сыворотки содержит на 2-4 г/л белка ниже, чем общий белок плазмы крови.
Унифицированным методом разделения белков сыворотки крови является метод электрофореза на бумаге, ацетилцеллюлозе. Этим методом получают 5 белковых фракций:
Альбумины, гомогенная фракция
Глобулины, гетерогенная фракция, состоит из:
Альфа-1-глобулины
Альфа-2-глобулины
Бета-глобулины
Гамма-глобулины
Альбумины
На долю альбуминов приходится 55-66% от общего белка крови. Они синтезируются в печени и участвуют в регуляции коллоидно-осмотического давления крови.
Альбумины — гидрофильные коллоиды. В организме выполняют транспортную функцию. Связываясь с токсическими продуктами обмена, они выводят их из организма. Например: связывая в кровяном русле билирубин, доставляют его в печень, которая обеспечивает выведение билирубина в кишечник. Также, альбумины связывают в крови высокотоксичные жирные кислоты и доставляют в жировое депо; связывают избыток гормонов, нейтрализуя их действие.
Альфа-глобулины
Относятся к белкам «острой фазы». При заболевании их концентрация увеличивается. Синтезируются в печени. При электрофорезе подразделяются на альфа-1 и альфа-2-глобулины. В норме альфа-1-глобулины составляют 3-6%, альфа-2-глобулины — 7-10% от общего белка крови. Фракция альфа-глобулинов содержит С-реактивный белок.
Бета-глобулины
Синтезируются частью в печени, а частью в тканях системы мононуклеарных фагоцитов (СМФ). В норме составляют 7-12% от общего белка крови. При патологии (в основном при хронических заболеваниях) концентрация увеличивается.
Гамма-глобулины
Синтезируются в тканях СМФ печени и других органах. В норме составляют 13-19% от общего белка крови. Фракция гамма-глобулинов содержит антитела (иммуноглобулины). Патология гамма-глобулинов:
Гипогаммаглобулинемия — снижение концентрации гамма-глобулинов, связанное с поражением иммунной системы и понижением продукции антител.
Гипергаммаглобулинемия — повышение содержания гамма-глобулинов, связанное с усилением синтеза глобулинов. Данное явление наблюдается при бактериальных, вирусных, хронических инфекциях, циррозе печени.
В патологии белков плазмы различают состояния:
Диспротеинемия — патология, связанная с любыми количественными изменениями отдельных белковых фракций при постоянной концентрации общего белка. При острых инфекционных процессах или хронических заболеваниях, на фоне снижения концентрации альбуминов увеличивается концентрация альфа-1 и альфа-2-глобулиновых фракций. При хронических инфекционных заболеваниях на фоне снижения альбуминов увеличивается бета и гамма-глобулиновая фракция. При циррозе печени значительно увеличивается гамма-глобулиновая фракция при одновременном снижении альбуминов.
Дефектпротеинемия — дефицит или полное отсутствие определенных белков плазмы крови, свойственных здоровому организму. Чаще эта патология носит врожденный характер. Например гемофилия (передается по наследству по материнской линии лицам мужского пола) — проявляется длительными кровотечениями из-за дефицита VII, IX либо XI белковых факторов свертывания крови.
Парапротеинемия — характеризуется появлением в плазме крови белков, не свойственных здоровому организму. Например появление в сыворотке крови С-реактивного белка. В сыворотке крови здорового человека от отсутствует. Его появление отмечается при воспалительных процессах любой этиологии. Еще один белок, имеющий клиническое значение — интерферон. Он появляется в крови в ответ на внедрение вируса и блокирует его размножение, защищая организм. Впервые С-реактивный белок был выделен в реакции преципитации с С-полисахаридом оболочки пневмококков.
С-реактивный белок (СРБ)
Состоит из пяти одинаковых субъединиц, нековалентно связанных между собой. Имеет специфический участок («карман»), в котором находится участок связывания с ионами кальция. Другой участок отвечает за связывание рецепторов и комплемента. Таким образом, одним своим участком СРБ «опознает врага» - чужеродный антиген, а другим привлекает к нему средства для его уничтожения.
При воспалении концентрация СРБ в плазме увеличивается в 10-100 раз и есть прямая связь между изменением уровня СРБ и тяжестью и динамикой клинических проявлений воспаления. Чем выше концентрация СРБ, тем выше тяжесть воспалительного процесса и наоборот. Поэтому измерение концентрации СРБ широко применяется для мониторинга и контроля эффективности терапии бактериальных и вирусных инфекций, хронических воспалительных заболеваний, онкологических заболеваний, осложнений в хирургии и гинекологии и др. Разные причины воспалительных процессов по-разному повышают уровень СРБ.
При вирусных инфекциях, метастазировании опухолей, вялотекущих хронических и некоторых системных ревматических заболеваниях концентрации СРБ повышаются до 10-30 мг/л. При бактериальных инфекциях, при обострении некоторых хронических воспалительных заболеваний (например ревматоидного артрита) и при повреждении ткани (хирургические операции, острый инфаркт миокарда) концентрация СРБ возрастает до 40-100 мг/л (иногда до 200 мг/л). Тяжелые генерализованные инфекции, ожоги, сепсис повышают СРБ почти запредельно - до 300 мг/л и более. Но при воспалениях вместе с СРБ повышаются концентрации и других белков.