бышевский-биохимия для врача

печени, тяж елы е ожоги, радиационные поражения, гиповитаминозы).

Ниже приведены характеристики наиболее распространенных и изученных наследственных нарушений обмена аминокислот.

Ф енилкет онурия (фенилпировиноградная олигофрения) — нарушение об­ мена фенилаланина, обусловленное дефектом фенил-аланин-4-гидроксилазы (кофермент — тетрагидробиоптерин). Фенилаланин при этом деф екте не вовлекается в окислительно-восстановительный распад, накапливается в вы ­ соких концентрациях (выше 1,2 мм оль/л крови). Частично фенилаланин превращ ается в фенилпировиноградную, фенилмолочную, фенилуксусную и о- гидроксифенилуксусную кислоты, которые появляются в моче. Вторичное нарушение обмена триптофана ведет к появлению в моче индолуксусной, индолмолочной, индолпировиноградной кислот и индикана.

При раннем выявлении заболевания и питании белковыми концентратами с пониженным содержанием фенилаланина возможно нормальное развитие ребенка.

Тирозинемия обусловлена дефицитом р-гидрооксифенилпируватгидрокси- лазы. Нарушено превращение р-гидрооксипирувата в гомогентизиновую кис­ лоту, в крови накапливаются тирозин и метионин, увеличивается выделение с мочой р-гидрооксифениллактата, р-гидрооксифенилпирувата, р-гидрооксифе- нилацетата и тирозина.

Алкаптонурия связана с дефицитом гомогентизат-1,2-диоксигеназы. Это ведет к нарушению превращений гомогентизиновой кислоты (дигидрофенилуксусной) и выделению ее в большом количестве с мочой вместе с ф енилала­ нином и тирозином. Продукты окисления гомогентизиновой кислоты накапли­ ваются в мезенхимальных тканях, полимеризуются с образованием окраш ен­ ного полимера — алкаптона. Возможно прокрашивание тканей — охроноз. Окраска мочи, содержащей алкаптон, темно-коричневая или черная, особенно после пребывания на воздухе.

У новорожденных может быть преходящая алкаптонурия. О тличается от истинной тем, что исчезает после нагрузки аскорбиновой кислотой.

Ц и ст и н ур и я — усиленное выделение цистина с мочой, обусловленное нарушением его обратного всасывания. Одновременно в моче появляются в больших количествах лизин, аргинин и орнитин. Все четыре аминокислоты несут положительный заряд, что позволяет предположить единый механизм нарушения их реабсорбции.

Цистин плохо растворим и поэтому, выделяясь с мочой в количествах до 0,3- 0,4 г/л , служ ит причиной образования камней («цистиновые камни») — единственный клинический признак цистинурии.

Цистинурии сопутствует метаболическая блокада окисления и декарбоксили­ рования цистина до таурина, в связи с этим последний в моче не обнаруживается.

Цистиноз отличается от цистинурии тем, что наряду с четырьмя указанны ­ ми выш е аминокислотами с мочой выделяю тся аланин, валин, лейцин, изолейцин, треонин, серин, глицин, метионин и гистидин, а такж е цистеин.

В основе заболевания — дефект системы окисления цистина в тканях, дефект системы реабсорбции аминокислот и фосфатов в почечных канальцах. Количество выделяющегося цистина и цистеина может превысить норму в десятки раз. Цистин откладывается в тканях.

Пролинемия обусловлена дефектом L-пролиноксидазы (тип I) или пирро- лин-5-карбоксилатдегидрогеназы (тип II). В обоих случаях увеличивается выделение с мочой пролина, гидрооксипролина и глицина, а при типе II — и пирролин-5—карбоновой кислоты.

Гомоцистинурия определяется одним из трех энзимдефектов: глутатионсинтетазы (конденсация серина и гомоцистеина в цистатион), N -м етилтетрагидрофолатредуктазы или 5-метилтетрагидрофолат редуктазы (превращение гомоцистеина в метионин, коферменты — цианкобаламин и фолиевая кислота). Эти дефекты ведут к нарушению метаболизма метионина. В плазме крови и моче повышается содержание метионина и гомоцистеина.

Глицииурия (гипероксалурия) обусловлена дефицитом ферментов, обеспе­ чивающих превращ ения глицина, что ведет к усиленной продукции оксалата. Избыточное выведение оксалата с мочой в присутствии кальция вызывает формирование кристалликов в почках и мочевыводящих путях. Их образование может стать причиной почечной недостаточности.

Образование карбамоилфосфата, карбамоиласпартата и дигидрооротата катализирует один белок, содержащий три активных центра по числу катали ­ зируемых им реакций. Образование оротата катализирует специфическая дегидрогеназа, а две следующие реакции — один фермент.

Обращаем внимание на то, что карбамоилфосфат, образующийся в процессе синтеза уридиловой кислоты (УМФ), не может использоваться для синтеза мочевины. Он остается в составе энзим-субстратного комплекса, высвобожда­ ется из которого только дигидрооротат, как бы поглотивший карбамоилфосфат в процессе своего образования.

Цитидиловые нуклеот иды образуются по следующему пути:

УМФ + А Т Ф ►УДФ + АДФ, затем УДФ + А Т Ф ►УТФ + АДФ. УТФ далее аминируется в ЦДФ за счет аминогруппы глутамина:

О

NH„

+ Оксалоацетат + ®

Реакцию катализирует тимидилатсинтетаза, донор одноуглеродистого ф раг­ мента — метенил-Н4-фолат.

Дезоксирибонуклеотиды образуются из рибонуклеотидов за счет восстанов­ ления остатка рибозы: донором водорода служит низкомолекулярный белок тиоредоксин, содержащий две тиогруппы. За счет водорода этих групп кисло­ род рибозы в положении С-2 восстанавливается до молекулы воды, а другой фермент (тиоредоксинредуктаза) восстанавливает окисленный тиоредоксин за счет водорода НАДФ H.

Пути образования дезоксирибонуклеотидов суммированы в схеме:

Синтез дезоксирибонуклеотидов в покоящейся клетке минимален —актива­ ция его наблюдается на стадиях, предшествующих делению клетки, которое сопровождается удвоением ДНК путем репликации.

Ингибиторы синтеза дезоксирибонуклеотидов тормозят репликацию и деле­ ние клетки. На этом основано действие ингибиторов нуклеотидредуктазы и тимидилатсинтетазы в лечении злокачественных опухолей. В качестве ингиби­ торов используются структурные аналоги тимидиловой кислоты (5-фтордезок- сиуридин и др.).

Можно воздействовать на синтез дезоксирибонуклеотидов и с помощью аналогов фолиевой кислоты, которые ингибируют дигидрофолатредуктазу, регенерирующую метенил-Н4-ф олат — донатор метильной группы в реакции, катализируемой тимидилатсинтетазой.

Катаболизм пуриновых нуклеотидов заверш ается образованием мочевой кислоты (триоксипурина):

ОН

М очевая кислота

На первом этапе АМФ, теряя гидролитически рибозофосфат и аминогруппу, превращается в гипоксантин, а затем в ксантин. ГМФ, теряя рибозофосфатный остаток и аминогруппу, такж е превращ ается в ксантин. Окисление ксантина приводит к образованию мочевой кислоты (окисление гипоксантина и ксантина катализирует ксантиоксидаза). Эта реакция потребляет 1 молекулу кислорода: один атом включается в пурин, другой в пероксид водорода.

Основная масса мочевой кислоты продуцируется печенью — до 0,5-1,0 г в сутки. Выводится в составе мочи.

Катаболизм пиримидиновых нуклеотидов. Цитозин в результате дезами­ нирования превращ ается в урацил, затем после гидролитического раскры тия пиримидинового кольца, дезаминирования и декарбоксилирования в качестве конечного продукта образуется Р-аланин:

H 2N -C H 2-C H 2-C O O H

Тимин подвергается таким ж е превращениям, что и урацил, а конечный продукт его превращений — (і-аминомасляная кислота:

H,N-CH,-CH-COOH

I

с н 3

Нарушение обмена пуриновых и пиримидиновых оснований. Основной конечный продукт пуринового обмена — мочевая кислота — транспортируется кровью отчасти в комплексе с уратсвязывающ им протеином и полностью фильтруется в клубочке. Наруш ения обмена мочевой кислоты могут быть обусловлены ее избыточным образованием, снижением содержания уратсвязы - вающего протеина или нарушением ренального выделения. Проявляю тся нарушения повышением содержания мочевой кислоты в крови — гиперурикемией.

С нарушением обмена связаны так называемые первичные гиперурикемии. Классическая подагра обусловлена одновременно тремя факторами — уве­ личенным синтезом мочевой кислоты, снижением содержания в плазме уратсвязывающего белка и замедленным выведением с мочой. И звестны два генетически обусловленных энзимдефекта, приводящие к урикемии и подагре: 1) повышение активности фосфорибозилпирофосфатсинтетазы и 2) частичный дефицит гипоксантингуанинфосфорибозилтрансферазы. Значительная гипе­ рурикемия (более 4,1 ммоль/л у мужчин и более 3,5 м м оль/л у женщин) сопровождается клиническими проявлениями подагры, обусловленными крис­ таллизацией мочевой кислоты в мезенхимальных тканях и в синовиальной жидкости. Способствует кристаллизации избыток в питании солей виннокамен­

ной кислоты.

Синдром Леша-Нихана сопровождается клиническими признаками подаг­ ры, поражающей преимущественно мальчиков в возрасте от полугода до 16 лет. На первое место выступают тяж елы е неврологические симптомы. Основной патогенетический ф актор — деф ект гипоксантингуанинф осф орибозилтрансферазы, катализирующей превращение гипоксантина и гуанина в инозинмонофосфат (ИМФ) и ГМФ. И з-за этого дефекта гипоксантин и гуанин не используются повторно в синтезе мононуклеотидов, а полностью превращ аю т­ ся в мочевую кислоту. Кроме того, из-за прекращения контроля по принципу обратной связи вслед за активностью глутаминфосфорибозилпирофосфатамидотрансферазы усиливается синтез пуринов.

Вт оричные гиперурикем ии обусловливаются действием лекарственных веществ, замедляющих выведение мочевой кислоты (хлоротиазид, фуросемид и др.), ускоренным распадом нуклеопротеидов под действием лекарственных веществ (бисульфан, меркаптопурин, метотрексат и др.) или при некоторых заболеваниях (лейкозы, пернициозная анемия).

Нарушение пиримидинового обмена проявляется в виде наследственной оротацидурии: с мочой выделяется оротовая кислота в количестве, превы ш а­ ющем нормальное в 1000 раз и более. Причина —дефицит дегидрогеназы, катализирующей две последние реакции синтеза УМФ — образование и декарбоксилирование оротовой кислоты. В итоге накапливается оротат, а пиримидиновых нуклеотидов оказывается недостаточно. Один из них — УТФ

— ингибитор первой реакции синтеза УМФ. Его недостаток ведет к ускорению синтеза УТФ, но процесс останавливается на стадии оротовой кислоты, что ускоряет ее накопление.

Оротовая кислота нетоксична, однако недостаток пиримидинов ведет к тяж елым последствиям — отставание физического и умственного развития. При введении уридина (нуклеозида, включающего остатки урацила и рибозы) образуются УМФ и другие пиримидиновые нуклеотиды. Это устраняет пири­ мидиновую недостаточность. Лечение необходимо продолжать в течение всей жизни.

4.4.S.Z. Хромопротеиды

Хромопротеиды поступают в пищ еварительный тракт в составе пищи животного (гемоглобин, миоглобин) и растительного (хлорофиллпротеиды) происхождения. Эти белки денатурируются в процессе термической обработки пищи или под действием соляной кислоты желудочного сока и расщепляются на простетическую группу и белок. Белок расщ епляется ферментами пищ ева­ рительных соков, гем окисляется в гематин. Хлорофилл и гематин практически не всасываются и удаляются с калом. Следовательно, простетические группы хромогенов не могут служить источником этих соединений в организме.

Следует иметь в виду, что химические способы обнаружения крови в кале основаны на реакциях гематина, значит, положительный результат может быть учтен лишь при диете, не содержащей мяса, т.е. гемоглобина.

Биосинтез гемоглобина включает в себя синтез полипептидных цепей глобина и синтез гема.

Синтез глобина обеспечивается общим механизмом синтеза белков: а - и 13цепи синтезируются порознь на полисомах, содерж ащ их по 5 рибосом. Особенность процесса в том, что по окончании сборки a -цепь высвобождается и присоединяется к [3-цепи, фиксированной на полисоме в месте синтеза. Только после присоединения a -цепи p-цепь высвобождается с полисомы. Этим исклю­

Наряду с основными промежуточными продуктами синтеза гема образуется

иряд других.

Гем — регулятор синтеза полипептидных цепей глобина. При низком содержании гема в ретикулоцитах активизируется ингибитор инициации синтеза белка этих клеток и образование глобина замедляется. Накопление гема сопровождается торможением ингибитора и активацией синтеза белка. Избыток гема тормозит два ключевых фермента его синтеза — d -аминолеву- линатсинтетазу и d -аминолевулинатдегидратазу. Это ограничивает дальней­ шее накопление продукта. В конечном счете, гем — регулятор синтеза гемо­ глобина.

В связи с тем, что на долю гемоглобина эритроцитов приходится до 65-70% всего ж елеза в организме человека, обмен ж елеза определяется преж де всего соотношением между синтезом и распадом гемоглобина эритроцитов.

Транспорт кислорода и диоксида углерода — функции гемоглобина. 1 атом ж елеза гемоглобина фиксирует 1 молекулу кислорода, а 1 молекула гемогло­ бина — 4. За сутки гемоглобин эритроцитов извлекает из воздуха и отдает тканям 700 л кислорода (27 моль). Связывание кислорода гемоглобином происходит в легких, где парциональное давление кислорода составляет 13 300 Па (100 мм рт. ст). В межклеточной жидкости это давление на 35% ниже, что обеспечивает переход кислорода из альвеол в кровь и из крови в межклеточную жидкость. Низкое содержание кислорода в межклеточной жидкости поддерж и­ вается за счет его потребления митохондриями, где он восстанавливается цитохромоксидазой в воду. При мышечной работе в результате усиленного расходования энергии и, следовательно, кислорода поглощение кислорода митохондриями увеличивается и гемоглобин отдает тканям больше его. Это вместе с ускорением кровотока обеспечивает доставку мышцам большего количества кислорода по сравнению с покоем.

Сродство монбоксида углерода (угарного газа) к гемоглобину в 200 раз выше, чем сродство кислорода. Поэтому при наличии во вдыхаемом воздухе угарного газа даже в небольшом количестве образуется карбоксигемоглобин — НЬСО.

Перенос диоксида углерода (С02) гемоглобином представлен на рис. 69. Нарушения синтеза гемоглобина относятся либо к белковому компоненту,

либо к гему.

Гемоглобинопатии — аномалии, связанные с нарушением механизма синте­ за белкового компонента гемоглобина при нормальной структуре гема. Известно более 200 вариантов гемоглобинопатий, из которых лишь некоторые проявля­ ются расстройствами, вызываемыми нарушением транспорта кислорода.

Выявлено более 15 видов гемоглобина, в а - или p-цепи которых произошла замена одной из аминокислот. Такая замена изменяет электрофоретическую подвижность гемоглобина, что позволяет идентифицировать его. Варианты гемоглобина обычно обозначают по названию местности, где впервые был описан аномальный гемоглобин, и описывают формулой, в которой указаны место замены, аминокислота, подвергшаяся замене, и аминокислота-замени­ тель.

Серповидноклеточная анемия — врожденный дефект гемоглобина (HbS), описывают формулой (ЗбГлу —*• Вал (в P-цепи остаток глутамина в положении 6 заменен на валин). HbS в деоксигенированной форме образует длинные ассоциированные цепи. Его растворимость на 50% ниже, чем растворимость окисленной формы. Это приводит к укорочению продолжительности жизни эритроцитов, снижению их резистентности и, как следствие, к уменьшению числа эритроцитов и развитию анемии (гемолитической по механизму).

Эритроциты, содержащие гемоглобин S в окисленной форме, при изменении pH или добавлении натрийдитионита приобретают серповидные очертания. Их осмотическая резистентность снижена, повышен уровень свободного билируби­ на.

М-гемоглобины — группа гемоглобинопатий, обусловленных заменой остат­ ка гистидина, участвующего в связывании глобина с железом, другими амино­