Лекція 6. Пігментний обмін в тканині печінки. Кон’югований і некон’югований білірубін – шляхи надходження і трансформації в гепатоциті.

В організмі людини та інших хребетних постійно утворюються пігментні речовини в обміні яких виключно важлива роль належить печінці. За походженням пігменти можна поділити на

-гематогенні, або гемохромогенні

-альбуміногенні (???)

-ліпогенні (???)

Найбільша частка припадає на гематогенні пігменти, які складаються з білкової частини і залізовміщуючого порфирину гему.

Участь печінки в утворенні пігментів

У біосинтезі порфиринів основний попередник – амінокислота гліцин (СООНСН₂NН₂), яка взаємодіє з сукцинілом-КоА (СООН(СН₂)₂СО-КоА). Реакція каталізується пірідоксальфосфатзалежною δ-амінолевулінансинтетазою і відбувається в ендоплазматичній сітці гепатоцитів. З двох молекул цієї кислоти утворюється порфобіліноген, а з чотирьох молекул порфобіліногену – протопорфирин. При ферментативному (мітохондріальна гемосинтетаза, або феррохеталаза) включенні молекули заліза у протопорфирин утворюється порфирин (в центрі порфіринового кільця розташовується атом металу, який заміщує водневі іони, сполучені з атомами азоту). Експериментально доведено, що при інкубації мітохондрій печінки щурів з феритином концентрація протопорфирину в тканині зменшується, а залізо феритину використовується для синтезу гему.

Утворені залізопорфиринові пігменти (так звані іонні залізопорфиринові комплекси), в яких іон заліза в центрі порфіринового кільця зв’язаний з однаковими зв’язками з усіма чотирма атомами азоту складають активну частину гемоглобіну, міоглобіну, клітинних цитохромів (окисно-відновні процеси у клітинах).

У біосинтезі гемоглобіну основну роль відіграють кістковий мозок і печінка. На різних стадіях розвитку організму ступінь участі печінки у синтезі гемоглобіну неоднакова. В утворенні зародкового (ембріонального) гемоглобіну ключову роль відіграє печінка. Ембріональна форма гемоглобіну зникає по мірі того як кістковий мозок становиться органом кровотворення.

Розпад гемоглобіну

При відмиранні еритроцитів відбувається вивільнення гемоглобіну, який у свою чергу руйнується у клітинах ретикуло-ендотеліальної системи. В печінці і селезінці утилізуються до 95% введених в організм зістарілих еритроцитів.

Процес руйнування гемоглобіну починається з розкриття циклічної структури протопорфирину (внаслідок окислювального розриву α–метинового містка). В результаті слабнуть зв’язки протопорфірину з залізом і глобіном. Вивільнене залізо швидко включається в гемоглобін і повертається в кров у складі циркулюючих в ній еритроцитів. Такі перетворення молекули гемоглобіну ведуть врешті решт до утворення пігменту зеленого кольору – білівердину, який є попередником білірубіну.

В молекулярній структурі гему і білірубіну немає великої різниці. Гем на відміну від білірубіну є залізовмістним порфирином, який складається з чотирьох пірольних кілець. В структурі білірубіну пірольні кільця розташовані лінійно і відсутні іони заліза.

Якщо врахувати, що в еритроцитах крові людини близько 750г гемоглобіну, то за добу при їх руйнуванні може вивільнюватися майже 6,3г гемоглобіну. В молекулі гемоглобіну на пігментну частину приходиться лише 4% її маси, що складає 250 мг.

Джерелом жовчних пігментів може служити і червоний пігмент м’язової тканини – міоглобін, а також порфиринвмісні ферменти (цитохроми).

Таким чином, руйнування гемоглобіну відбувається у такій послідовності:

-розкриття пірольного кільця з утворенням вердоглобіну;

-видалення заліза з утворенням білівердоглобіну (залізо надходить у кістковий мозок і використовується в синтезі гемоглобіну);

-відщеплення глобіну з утворенням білівердину;

-відновлення γ-метинової групи з утворенням білірубіну (білірубін з током крові потрапляє до печінки у складі комплексів з альбуміном і частково з металами, амінокислотами, пептидами).

Гемоглобін

↓ Розрив циклу

Вердоглобін

↓ Видалення заліза

Білівердоглобін

↓ Відділення глобіну

Білівердин

↓ Відновлення

Білірубін

У гепатоцитах білірубін етерифікується при участі уридидифосфатглюкуронілтрансферази, перетворюючись на моно- і диглюкуроніди. Невелика кількість білірубіну утворює дисульфатні похідні. Неетерифікований білірубін називається вільним, або непрямим, а етерифікований зв’язаним, або прямим.

Перетворення і виділення жовчних пігментів

Основна частина пігментних речовин виділяється печінкою з жовчю і потрапляє у порожнину 12-палої кишки. В людини впродовж доби розщеплюється близько 250 мг гему, а з жовчю виділяється майже 300 мг білірубіну. Переважання кількості виділеного з жовчю білірубіну над кількістю білірубіну утвореного при розпаді гемоглобіну доказує, що жовчні пігменти утворюються і з інших гемопротеїнів та можуть синтезуватися з глікоколу і бурштинової кислоти.

У плазмі крові білірубін завжди знаходиться у вигляді колоїду, асоційований з альбумінами і глобулінами. Тільки у печінці можуть руйнуватись такі білкові комплекси, забезпечуючи виведення пігментів.

Ще з 1918 року (Ван ден Берг) відомо, що білірубін, який утворюється в РЕС і його асоційовані з білками колоїди які циркулюють у крові не реагують з діазотованою сульфаніловою кислотою і не дають, відповідно, специфічного оранжевого забарвлення, як жовчний білірубін. Таке забарвлення з’являється або після додавання алкоголю, який руйнує зв’язок між білірубіном і альбуміном, або після проходження такого непрямого білірубіну через клітини печінки.

Перетворення непрямого білірубіну в прямий спряжене з складними ферментативними реакціями, в результаті яких утворюється комплекс білірубіну з глюкуронідом. Важлива роль у цьому процесі належить глюкуронілтрансферазі, яка локалізована у ЕПС печінкових клітин.

Більша частина білірубіну (70%) екскретується печінкою у формі диглюкуронуду, а близько 30% - у вигляді моноглюкурониду.

Синтез білірубінглюкуронідів проходить через уридиндифосфатглюкуронову кислоту. При цьому використовується не вільна глюкуронова кислота, а глюкоза і глікоген, які шляхом перетворень через глюкозо-1-фосфат утворюють активну форму глюкози – уридинфосфатглюкозу (УДФГ). Ця сполука в результаті дегідрогеназної реакції окислюється до уридинфосфатглюкуронової кислоти (УДФГК), з якою і взаємодіє білірубін.

Печінка має значні компенсаторні можливості підвищеного виділення білірубіну, в результаті чого його екскреція з жовчю може перевищувати середньофізіологічний рівень в багато разів. Уже факт переносу білірубіну з крові у жовч проти концентраційного градієнту говорить про те, що це активний транспорт, який обумовлений складними ферментативними реакціями.

Водорозчинні білірубінглюкуроніди виділяються гепатоцитами у жовчні ходи і у складі жовчі надходять у 12-палу кишку, де під впливом мікрофлори у послідовних реакціях відновлення перетворюються у мезобіліноген.

Частина мезобіліногену видаляється з каловими масами у вигляді стеркобіліногену, який окислюється киснем повітря в стеркобілін.

Решта мезобіліногену частково потрапляє у загальний кровообіг і виділяється з сечею у вигляді уробіліногену, а частково всмоктується в капіляри ворітної вени.

З крові портальної вени мезобіліноген вилучається гепатоцитами і секретується у жовч у складі якої розщеплюються на дипірольні сполуки – пропентбіопент і мезобілілейкан.

Зв’язаний білірубін → жовч → кишечник → мезобіліноген→видалення у вигляді стеркобіліногену з калом.

↓

кровотік → загальний кровотік → виділення уробіліногену з сечею.

↓

портальна система → гепатоцити → жовч → кишечник (у вигляді дипіролів) → виділення з калом.

↓

всмоктування в кров.