ДЕТОКСИКАЦИОННАЯ ФУНКЦИЯ ПЕЧЕНИ. ОБМЕН БИЛИРУБИНА И ЕГО НАРУШЕНИЯ

ДЕТОКСИКАЦИОННАЯ ФУНКЦИЯ ПЕЧЕНИ.ОБМЕН

БИЛИРУБИНА И ЕГО НАРУШЕНИЯ

План

1.Микросомальное окисление: этапы, ферменты, продукты реакции,

биологическая роль.

2.Реакции конъюгации: ферменты, субстраты, продукты реакций,

биологическая роль

3.Обмен билирубина в организме.

4.Нарушение обмена билирубина в организме и биохимические механизмы развития основных видов желтух.

5.Диагностическое значение определения билирубина и других желчных пигментов.

6.Биохимические методы диагностики поражения печени.

Механизмы обезвреживания токсических веществ в печени

Печень является главным органом, где подвергаются

биотрансформайии

 естественные метаболиты (билирубин, гормоны, биогенные амины, продукты гниепния белков в толстом кишечнике, аммиак);

 чужеродные вещества.

Чужеродными веществами, или ксенобиотиками, называют вещества,

поступающие в организм из окружающей среды и не используемые им для построения тканей или в качестве источников энергии. К ним относят лекарственные препараты, продукты хозяйственной деятельности человека,

вещества бытовой химии и пищевой промышленности (консерванты,

красители и т.д.).

Гидрофильные ксенобиотики выводятся из организма в неизменённом виде с мочой, гидрофобные могут задерживаться в тканях, связываясь с белками или образуя комплексы с липидами клеточных мембран. Со

временем накопление в клетках тканей чужеродного вещества приведёт к нарушению их функций. Для удаления таких ненужных для организма веществ в процессе эволюции выработались механизмы их детоксикации

(обезвреживания) и выведения из организма.

Обезвреживание большинства ксенобиотиков происходит в 2 фазы:

I – фаза химической модификации;

II – фаза коньюгации.

В результате химической модификации ксенобиотики становятся более гидрофильными и далее происходит реакция конъюгации; в результате которых чужеродное вещество, модифицированное ферментными системами ЭР, связывается с различными эндогенными субстратами. Образовавшийся конъюгат в зависимости от растворимости и молекулярной массы удаляется либо почками, либо, если их молекулярная масса >300 кД, выводятся с жёлчью в кишечник и затем удаляются с фекалиями.

ферментов, под действием которых практически любой ксенобиотик может

быть модифицирован.

Химическая модификация – это процесс ферментативной

модификации исходной структуры ксенобиотика, в результате которой

происходит:

•разрыв внутримолекулярных связей;

•присоединение к молекуле дополнительных полярных функциональных групп (-СН3, -ОН, -NH2),

•удаление функциональных групп путем гидролиза.

Типы модификаций:

•окисление (микросомальное, пероксисомальное);

•восстановление;

•изомеризация;

•ацетилирование, метилирование, гидроксилирование;

•гидролиз и т.д.

Таблица 1

Возможные модификации ксенобиотиков в первой фазе обезвреживания

Однако не всегда подобные химические трансформации напрямую обусловливают снижение биологической активности. Иногда развивается прямо противоположный эффект. Например, средство для общего наркоза хлороформ (СHCl3) превращается в боевое отравляющее вещество фосген

(Cl2C=O),что объясняет высокую токсичность хлороформа. Этанол окисляется до ацетальдегида. Бенз(а)пирен (содержится в табачном дыму,

копченостях) превращается в канцерогенный (вызывающий рак) метаболит дигидроксиэпоксид, следовательно, бенз(а)пирен только проканцероген, а

истинным канцерогеном он становится после токсификации системой цитохрома Р-450.

Микросомальное (монооксигеназное) окисление

В мембранах эндоплазматического ретикулума (ЭР) практически всех тканей локализована система микросомального (монооксигеназного)

окисления), отвечающая за течение первой фазы обезвреживания. В

эксперименте при выделении ЭР из клеток мембрана распадается на части,

каждая из которых образует замкнутый пузырек - микросому. Микросомы сохраняют большинство морфологических и функциональных характеристик интактных мембран ЭР, в частности, они содержат активные ферменты,

участвующие в реакциях обезвреживания.

Микросомальная система включает несколько белков, составляющих электронтранспортные цепи (ЦПЭ). В ЭР существуют две такие цепи:

первая NADPH-зависимая

вторая NADH-зависимая

NADPH-зависимая монооксигеназная система

Состоит из двух ферментов - NADPH-Р450 редуктазы и цитохрома

Р450;

Фермент NADPH-Р450 редуктаза в качестве коферментов содержит:

флавинадениндинуклеотид (FAD)

Название цитохром Р450 указывает на то, что максимум поглощения комплекса цитохрома Р450 лежит в области 450 нм.

Цитохром Р450 - гемопротеин, содержит простетическую группу гем и может связывать в активном центре липофильное вещество RH и молекулу кислорода.

монооксигеназной системы:

О2-.

При взаимодействии О2- с 2 протонами образуется вода (О2-+ 2Н+→ Н2О).

Второй атом кислорода включается в гидроксильную группу вещества RH,

образуя R-OH.

NADH-зависимая монооксигеназная система

Включает фермент NADH-цитохром-b5редуктазу, цитохром b5 и

фермент - стеароил-КоА-десатуразу.

NADH-цитохром b5-редуктаза и цитохром b5, являясь «заякоренными» белками, не фиксированы строго на определённых участках мембраны ЭР и поэтому могут менять свою локализацию.

Цитохром b5, гемсодержащий фермент. может передавать свои электроны на различные ферменты (цитохром Р450, стеароил-КоА-

десатуразу и т.д.), при этом он участвует в десатурации и элонгации жирных кислот, в синтезе холестерина, плазминогенов и церамида.

Стеароил-КоА-десатураза – интегральный фермент, содержит негеминовое железо. Катализирует образование 1 двойной связи между 9 и 10 атомами углерода в жирных кислотах. Стеароил-КоА-десатураза переносит электроны с цитохрома b5 на 1 атом кислород, при участии протонов этот кислород образует воду. Второй атом кислорода включается стеариновую кислоту с образованием её оксиацила, который дегидрируется до олеиновой кислоты.

Суммарное уравнение реакции гидроксилирования вещества RH

ферментами микросомального окисления:

RH + O2 + NADPH + H+ → ROH + H2O + NADP+.

Совместная работа электронтранспортных цепей ЭР.

Важнейшие свойства ферментов микросомального окисления:

широкая субстратная специфичность, которая позволяет обезвреживать самые разнообразные по строению вещества. Субстратами Р450 могут быть как экзо-, так и эндогенные липофильные вещества, а продукты их превращений могут входить в пути нормального метаболизма.

регуляция активности по механизму индукции на уровне транскрипции или посттранскрипционных изменений. Индукция синтеза позволяет увеличить количество ферментов в ответ на поступление или образование в организме веществ, выведение которых невозможно без участия системы микросомального окисления.

В настоящее время описано более 250 химических соединений,

вызывающих индукцию микросомальных ферментов. К числу этих индукторов относят барбитураты, полициклические ароматические углеводороды, спирты, кетоны и некоторые стероиды. Несмотря на разнообразие химического строения, все индукторы имеют ряд общих признаков; их относят к числу липофильных соединений, и они служат субстратами для цитохрома Р450.

Реакции коньюгации

Коньюгация – процесс образования ковалентных связей между ксенобиотиком и эндогенным субстратом. Полученный продукт, как правило, хорошо растворим и легко удаляется из организма с желчью и мочой.

Конъюгация может происходить с:

•глицином,

•глюкуронатом,

•сульфатом,

•ацетататом,

•метильной группой,

•глутатионом.

В этой фазе участвуют ферменты трансферазы, которые присоединяют различные конъюгаты к гидрофильным группам обезвреживаемых веществ, и обладают широкой субстратной специфичностью.

УДФ-глюкуронилтрансферазы локализированные в основном в ЭР,

присоединяют остаток глюкуроновой кислоты к молекуле вещества,

образованного в ходе микросомального окисления

RОH + УДФ-ГК = RO-ГК + УДФ

Сульфотрансферазы катализируют перенос остатка серной кислоты (-

SО3Н) от 3'-фосфоаденозин-5'-фосфосульфата (ФАФС) к фенолам, спиртам или аминокислотам.

RОH + ФАФ-SO3H = RO-SO3H + ФАФ

Глутатионтрансферазы обладают широкой специфичностью к субстратам, общее количество которых превышает 3000. Для работы глутатионтрансферазы требуется глутатион (GSH) - трипептид Глу-Цис-Гли

(остаток глутаминовой кислоты присоединён к цистеину карбоксильной группой радикала).

Обезвреживание, т.е. химическая модификация ксенобиотиков с участием глутатионтрансферазы, может осуществляться тремя различными способами:

• путём конъюгации субстрата R с глутатио-ном (GSH):

R + GSH → GSRH

• в результате нуклеофильного замещения:

RX + GSH → GSR + НХ,

• восстановления органических пероксидов до спиртов:

R-HC-O-OH + 2 GSH → R-HC-O-OH + GSSG + Н2О.

В реакции: ООН - гидропероксидная группа, GSSG - окисленный

глутатион

Ацетилтрансферазы катализируют перенос ацетильного остатка от

ацетил-КоА на азот группы -NH2, например, в составе сульфаниламидов.

RNH2 + СН3СО S КoA→ RNH COCH3 +НS КoA

Метилтрансферазы с участием SAM метилируют группы =ОН, -NH2

соответствующие O-, S-, N-метилтрансферазы:

R-OH + SАМ → R-О-CН3 + S-аденозилгомоцистеин

Среди эндогенных веществ, таким образом, при участии фермента катехол-

О-метилтрансферазы (КОМТ) метаболизируют адреналин, норадреналин,

дофамин. При этом образуются малоактивные 3-метоксипроизводные

катехоламинов.

Распад гемоглобина в тканях: образование билирубина, его

дальнейшие превращения, судьба желчных пигментов.

Образование билирубина

Эритроциты живут 90-120 дней, после чего разрушаются. В крови высвобождаемый гемоглобин образует комплекс с белком-переносчиком

гаптоглобином (фракция α2-глобулинов крови) и переносится в клетки ретикуло-эндотелиальной системы (РЭС): селезенки, костного мозга, печени,

где происходит его катаболизм. Разрушение гема начинается раньше, чем происходит отщепление белковой части (глобина).

Первая реакция катаболизма гема происходит при участии NADРН-

зависимого ферментативного комплекса гемоксигеназы. Ферментная система локализована в мембране ЭР, в области электронтранспортных цепей микросомального окисления. Фермент катализирует расщепление связи между двумя пиррольными кольцами, содержащих винильные остатки, -

таким образом, раскрывается структура кольца В ходе реакции образуются линейный тетрапиррол - биливердин (пигмент зеленого цвета) и монооксид углерода (СО) Гем индуцирует транскрипцию гена гемоксигеназы,

абсолютно специфичной по отношению к гему.

Ионы железа, освободившиеся при распаде гема, могут быть использованы для синтеза новых молекул гемоглобина или для синтеза других железосодержащих белков.

Глобин распадается до аминокислот под действием

лизосомальных ферменнтов.

Образование билирубина

Биливердин восстанавливается до билирубина NADРН-зависимым ферментом биливердинредуктазой

Билирубин – основной желчный пигмент–красно-

желтого цвета (от латинских слов bilis-«желчь»+rubin –

«красный».

Билирубин образуется не только при распаде гемоглобина, но также при катаболизме других гемсодержащих белков, таких как цитохромы и миоглобин. Билирубинконечный продукт распада всех гемсодержащих белков.

Обезвреживание и выведение билирубина из организма

Дальнейший метаболизм билирубина происходит в печени. Билирубин,

образованный в клетках РЭС (селезёнки и костного мозга), плохо растворим в воде, по крови транспортируется в комплексе с белком плазмы крови альбумином. Эту форму билирубина называют неконъюгированным или непрямым билирубином (недающий прямую реакцию с диазореактивом, так как связан с белком альбумином). Каждая молекула альбумина связывает 2 (или даже 3) молекулы билирубина, одна из которых связана с белком более прочно (более высокое сродство), чем другие. При сдвиге рН крови в кислую сторону (повышение концентрации кетоновых тел, лактата) изменяются заряд, конформация альбумина, снижается сродство к билирубину. Поэтому билирубин, связанный с альбумином непрочно, может вытесняться из центров связывания и образовывать комплексы с коллагеном межклеточного матрикса и липидами мембран.

В дальнейшем метаболизм билирубина складывается из трёх процессов:

■поглощение паренхимальными клетками печени;

■конъюгация билирубина в гладком эндоплазматическом ретикулуме гепатоцитов;

■секреция из эндоплазматического ретикулума в жёлчь.