Всякое / shpora_po_biokhimii.pdf1147744704

212

уробилиногенов в кровь и выделение почками с мочой; 11 - небольшая часть уробилиногенов секретируется в жёлчь.

М - (-СН3) - метильная группа; В - (-СН=СН2) - винильная группа; П - (-CH2-CH2-COOH) - остаток пропионовои кислоты. В ходе реакции одна метильная группа превращается в окись углерода и, таким образом, раскрывается структура кольца.

Образованный биливердин под действием биливердинредуктазы превращается в билирубин.

Билирубин плохо растворяется в воде, поэтому в печень транспортируется в виде комплекса с белками крови - альбуминами («непрямой» или неконьюгированный билирубин).

Впечень билирубин переносится через мембрану гепатоцитов белками – лигандом и протеином Z. Эти белки обнаружены так же в клетках почек и кишечника.

Вгладком ЭПР гепатоцитов к билирубину присоединяются две глюкуроновой кислоты, образуя билирубиндиглюкуронид («прямой», или коньюгированный билирубин). Этот коньюгат хорошо растворим в воде.

Донором глюкуроновой кислоты служит УДФ-

Билирубин в сыворотке (плазме) крови определяется по методу Ван дер Берга (1916 год), основанным на диазореакции.

В норме содержание билирубина в плазме составляет 1.7 -17 мкмоль/л, 75% от него составляет «непрямой» билирубин.

«Прямой» билирубин называется так потому, что он прямо взаимодействует с диазореагентом, будучи хорошо растворимым в воде.

Не прямой билирубин гидрофобен, поэтому перед его измерением необходимо осадить альбумин, с которым он связан. Такой билирубин даёт цветную реакцию диазотирования только после осаждения альбумина.

Гипербилирубинемия – повышение содержания билирубина в крови.

При достижении концентрации билирубина в крови более 50 мкмоль/л он начинает диффундировать в ткани и окрашивает их в жёлтый цвет. Пожелтение тканей из-за отложения в них билирубина называется желтухой.

94. Нарушения обмена гема. Желтухи: гемолитическая, паренхиматозная, обтурационная,

желтуха новорожденных. Причины развития синдрома, дифференциальная диагностика.

Нарушения синтеза гема – Порфирии

213

Порфирии – болезни, связанные с нарушением работы ферментов синтеза гема. Первичные порфирии обусловлены генетическими дефектами ферментов синтеза гема, вторичные связаны с нарушениями регуляции синтеза гема.

Взависимости от основной локализации патологического процесса различают печёночные и эритропоэтические наследственные порфирии. При этом эритропоэтические порфирии сопровождаются накоплением порфиринов в нормобластах и эритроцитах, а печёночные – в гепатоцитах.

Порфириногены не окрашены, но на свету они легко переходят в порфирины, которые проявляют красную флуоресценцию в ультрафиолетовых лучах.

Вкоже на солнце кислород реагирует с порфиринами и переходит в синглетное состояние. В этой форме он вызывает ПОЛ клеточных мембран и разрушение клеток, поэтому порфирии часто сопровождаются фотосенсибилизацией и изъязвлением открытых участков кожи.

Аминолевулинат и порфириногены являются нейротоксинами, что приводит к нейропсихическим расстройствам.

Приём лекарств – индукторов АЛК – синтетазы – сульфаниламидов, барбитуратов, диклофенака, вольтарена, стероидов, истогенов – может вызвать обострение порфирии.

Впериод полового созревания при повышении образования β-стероидов идёт индукция синтеза АЛК-синтетазы и проявляются симптомы порфирий.

Порфирии наблюдаются и при отравлении солями свинца, т.к. свинец ингибирует АЛК-дегидратазу

иферрохелатазу.

Некоторые виды порфирий:

Острая перемежающая (острая интермитирующая). Начинается после наступления половойзрелости. Причиной является блокада превращения порфобилиногена в уропорфириноген III, дефект фермента уропорфириноген 1-синтетазы. При этом идёт накопление АЛК и порфобилиногена. Симптомы: моча на воздухе имеет вишнёвый цвет, острые боли в животе, нарушение сердечной деятельности, артериальная гипертензия. Поражены клетки печени, но поражение кожи отсутствует. Причиной этих симптомов является вегетативная нейропатия вследствие биохимического поражения нервной системы.

Острая эритропоэтическая порфирия. Начинается до 5 лет. Причиной является дисбаланс между работой промежуточных реакций образования уропорфирина I и III. Уропорфирин легко окисляется и даёт окрашенные продукты. Симптомы: поражение кожи, чувствительность к свету, свечение зубов в ультрафиолетовых лучах.

Тяжёлая кожная порфирия. Может начаться в любом возрасте, но, как правило, не ранее 35 лет. Причиной служит снижение активности печёночной уропорфириногендекарбоксилазы, болезнь печени.

Симптомы: Отсутствие неврологических нарушений, но на коже появляются язвы, везикулы, нарушение пигментации. Восприимчивость кожи к повреждению при малейшей травме. Повышено содержание уропорфирина и конропорфирина.

Желтухи Гемолитическая (надпечёночная) желтуха обусловлена усилинным распадом эритроцитов,

наблюдается избыток «непрямого» билирубина, увеличивается выделение стеркобилиногена и уробилиногена с мочой. «Непрямой» билирубин повышен до 103-171 мкмоль/л. Причины: основной причиной являются наследственные или приобретённые гемолитические анемии при сепсисе, лучевой болезни, дефиците глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы эритроцитов, талласемиях, отравлении сульфаниламидами).

Обтурационная (механическая или подпечёночная) желтуха обусловлена закупоркой оттока желчи

вкишечник, в крови повышается «прямой» и непрямой билирубин, уробилина и стеркобилина в моче нет, кал бесцветен. Билирубин придаёт моче оранжево-коричневый цвет. Причины: закупорка желчных протонов камней, опухоли, послеоперационное сужение общего желчного протока.

Паренхиматозная печёночная желтуха обусловлена поражением печени при острых вирусных инфекциях, хроническом и токсическом гепатите. Причины: поражение и некроз части печёночных клеток. Происходит задержка билирубина в печени, снижается перевод прямого билирубина из клеток

вжелчь. В поражённых гепатоцитах преобладают моноглюкурониды. В крови общий билирубин повышен, кал меньше окрашен, моча приобретает более интенсивную окраску.

214

Желтуха новорождённых (физиологическая) обусловлена усиленной скоростью распада эритроцитов и замедленное удаление печенью билирубина крови. Причина: недостаточность функций белков и ферментов печени, ответственных за поглощение, коньюгацию и секрецию пряиого билирубина. Новорождённым с физиологической желтухой вводят лекарственный препарат фенобарбитал (индуктор УДФ-глюкуронилтрансферазы). Осложнением физиологической желтухи может быть билирубиновая энцефалопатия.

Наследственные желтухи. Причина: генетические нарушения в структуре белков и ферментов, ответственных за транспорт (захват) «непрямого» билирубина в печень и его коньюгацию с глюкуроновой кислотой.

Первый тип наследственных желтух – полное отсутствие УДФ-глюкуронилтрансферазы (аутосомно-рецессивный тип). Введение фенобарбитала не приводит к снижению уровня билирубина.

Второй тип наследственных желтух – снижение (недостаточности) УДФ – глюкуронилтрансферазы. Повышен «непрямой» билирубин. Желтуха хорошо поддаётся лечению фенобарбиталом.

Желтухи, связанные с нарушением активного траспорта билирубинглюкуронидов из печени в желчь наследуется по аутосомно-доминантному типу. Проявляется гипербилирубинемией за счёт «прямого» билирубина и билирубинурией (в моче определяется «прямой» билирубин).

Семейная гипербилирубинемия новорождённых связана с наличием конкурентных ингибиторов коньюгации билирубина (эстрогенов, свободных жирных кислот, в материнском молоке). Это транзиторная гипербилирубинемия. Она исчезает при переводе ребёнка на грудное вскармливание.

Не поддающаяся лечению гипербилирубинемия приводит к развитию билирубиновой энцефалопатией и ранней смерти.

Дифференциальная диагностика желтух

Чаще встречаются сочетания разных типов желтух; при концентрации билирубина меньше 100 мкмоль/л при других нормальных результатах функции печени предполагают повышение «непрямого» билирубина. Параллельно проводят анализ мочи на отсутствие «прямого» билирубина; при недостаточной функции печени с мочой выделяется повышенное количество уробилиногенов (печёночная или гемолитическая желтуха); при поражении печени в моче присутствуют и уробилиногены, и «прямой» билирубин.

95. Метаболизм эндогенных и чужеродных токсических веществ. Основные этапы

обезвреживания ксенобиотиков. Фаза конъюгации. Схемы реакций конъюгации с ФАФС и УДФ-глюкуроновой кислотой. Обезвреживание продуктов гниения АК в кишечнике.

Конъюгация - вторая фаза обезвреживание веществ

Вторая фаза обезвреживания веществ - реакции конъюгации, в ходе которых происходит присоединение к функциональным группам, образующимся на первом этапе, других молекул или групп эндогенного происхождения, увеличивающих гидрофильность и умеНbшающих токсичность ксенобиотиков (табл. 12-2).

1. Участие трансферам в реакциях конъюгации

Все ферменты, функционирующие во второй фазе обезвреживания ксенобиотиков, относят к классу трансфераз. Они характеризуются широкой субстратной специфичностью.

УДФ-глюкуронилтрансферазы

Локализированные в основном в ЭР уридин-дифосфат (УДФ)-глюкуронилтрансферазы присоединяют остаток глюкуроновой кислоты к молекуле вещества, образованного в ходе мик-росомального окисления (рис. 12-4).

В общем виде реакция с участием УДФ-глюкуронилтрансферазы записывается так:

215

ROH + УДФ-С6Н9О6 = RO-C6H9O6 + УДФ.

Сульфотрансферазы

Цитоплазматические cульфотрансферазы катализируют реакцию конъюгации, в ходе которой остаток серной кислоты (-SO3H) от 3'-фосфоаденозин-5'-фосфосульфата (ФАФС) присоединяется к фенолам, спиртам или аминокислотам (рис. 12-5).

Рис. 12-4. Уридиндифосфоглюкуроновая кислота (УДФ-C6H9O6).

Таблица 12-2. Основные ферменты и метаболиты, участвующие в конъюгации

Реакция с участием сульфотрансферазы в общем виде записывается так:

ROH + ФАФ-SO3H = RO-SO3H + ФАФ.

Ферменты сульфотрансферазы и УДФ-глюкуронилтрансферазы участвуют в обезвреживании ксенобиотиков, инактивации лекарств и эндогенных биологически активных соединений.

Глутатионтрансферазы

Особое место среди ферментов, участвующих в обезвреживании ксенобиотиков, инактивации нормальных метаболитов, лекарств, занимают глутатионтрансферазы (ГТ). Глутатионтрансферазы функционируют во всех тканях и играют важную роль в инактивации собственных метаболитов: некоторых стероидных гормонов, простагландинов, билирубина, жёлчных кислот, продуктов ПОЛ.

Известно множество изоформ ГТ с различной субстратной специфичностью. В клетке ГТ в основном локализованы в цитозоле, но имеются варианты ферментов в ядре и митохондриях. Для работы ГТ требуется глутатион (GSH) (рис. 12-6).

216

Глутатион - трипептид Глу-Цис-Гли (остаток глутаминовой кислоты присоединён к цис-теину карбоксильной группой радикала).

ГТ обладают широкой специфичностью к субстратам, общее количество которых превышает 3000. ГТ связывают очень многие гидрофобные вещества и инактивируют их, но химической модификации с участием глугатиона подвергаются только те, которые имеют полярную группу. То есть субстратами служат вещества, которые, с одной стороны, имеют электрофильный центр (например, ОН-группу), а с другой стороны - гидрофобные зоны. Обезвреживание, т.е. химическая модификация ксенобиотиков с участием ГТ, может осуществляться тремя различными способами:

путём конъюгации субстрата R с глутатионом (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-OH + GSSG + H2O

В реакции: ООН - гидропероксидная группа, GSSG - окисленный глутатион.

Рис. 12-5.3'-Фосфоаденозин-5'-фосфосульфат(ФАФ-SО3Н).

Рис. 12-6. Глутатион (GSH).

Сисгема обезвреживания с участием ГТ и глутатиона играет уникальную роль в формировании резистентности организма к самым различным воздействиям и является наиболее важным защитным механизмом клетки. В ходе биотрансформации некоторых ксенобиотиков под действием ГТ образуются тиоэфиры (конъюгаты RSG), которые затем превращаются в меркаптаны, среди которых обнаружены токсические продукты. Но конъюгаты GSH с большинством ксенобиотиков менее реакционно-способны и более гидрофильны, чем исходные вещества, а поэтому менее токсичны и легче выводятся из организма (рис. 12-7).

217

ГТ своими гидрофобными центрами могут не-ковалентно связывать огромное количество липофильных соединений (физическое обезвреживание), предотвращая их внедрение в липидный слой мембран и нарушение функций клетки. Поэтому ГТ иногда называют внутриклеточным альбумином.

ГТ могут ковалентно связывать ксенобиотики, являющиеся сильными электролитами. Присоединение таких веществ - "самоубийство" для ГТ, но дополнительный защитный механизм для клетки.

622

Рис. 12-7. Обезвреживание 1-хлор, 2,4-динитробензола с участием глутатиона.

Ацетилтрансферазы, метилтрансферазы

Ацетилтрансферазы катализируют реакции конъюгации - переноса ацетильного остатка от ацетил-КоА на азот группы -SO2NH2, например в составе сульфаниламидов. Мембранные и цитоплазматические метилтрансферазы с участием SAM метилируют группы -Р=О, -NH2 и SH-группы ксенобиотиков.

2. Роль эпоксидгидролаз в образовании диолов

Во второй фазе обезвреживания (реакции конъюгации) принимают участие и некоторые другие ферменты. Эпоксидгидролаза (эпоксидгидратаза) присоединяет воду к эпоксидам бензола, бензпирена и другим полициклическим углеводородам, образованным в ходе первой фазы обезвреживания, и превращает их в диолы (рис. 12-8). Эпоксиды, образовавшиеся при микросомальном окислении, являются канцерогенами. Они обладают высокой химической активностью и могут участвовать в реакциях неферментативного алкилирования ДНК, РНК, белков (см. раздел 16). Химические модификации этих молекул могут привести к перерождению нормальной клетки в опухолевую.

В. Гниение аминокислот в кишечнике. Обезвреживание и выведение продуктов гниения из организма

Аминокислоты, невсосавшиеся в клетки кишечника, используются микрофлорой толстой кишки в качестве питательных веществ. Ферменты бактерий расщепляют аминокислоты и превращают их в амины, фенолы, индол, скатол, сероводород и другие ядовитые для организма соединения. Этот процесс иногда называют гниением белков в кишечнике. В основе гниения лежат реакции декарбоксилирования и дезаминирования аминокислот.

Образование и обезвреживание n-крезола и фенола

Под действием ферментов бактерий из аминокислоты тирозина могут образовываться фенол и крезол путём разрушения боковых цепей аминокислот микробами (рис. 12-9).

Всосавшиеся продукты по воротной вене поступают в печеНb, где обезвреживание фенола и крезола может происходить путём конъюгации с сернокислотным остатком (ФАФС) или с глюкуроновой кислотой в составе УДФ-глюкуроната. Реакции конъюгации фенола и крезола с ФАФС катализирует фермент сульфотрансфе-раза (рис. 12-10).

Конъюгация глюкуроновых кислот с фенолом и крезолом происходит при участии фермента УДФглюкуронилтрансферазы (рис. 12-11). Продукты конъюгации хорошо растворимы в воде и выводятся с

218

мочой через почки. Повышение количества конъюгатов глюкуроновой кислоты с фенолом и крезолом обнаруживают в моче при

Рис. 12-8. Обезвреживание бензантрацена. Е1 - фермент микросомальной системы; Е2 -

эпоксидгидратаза.

623

Рис. 12-9. Катаболизм тирозина под действием бактерий. E - бактериальные ферменты.

Рис. 12-10. Конъюгация фенола и крезола с ФАФС. E - сульфотрансфераза.

увеличении продуктов гниения белков в кишечнике.

Образование и обезвреживание индола и скатола

В кишечнике из аминокислоты триптофана микроорганизмы образуют индол и скатол. Бактерии разрушают боковую цепь триптофана, оставляя нетронутой кольцевую структуру.

Индол образуется в результате отщепления бактериями боковой цепи, возможно, в виде серина или аланина (рис. 12-12).

Скатол и индол обезвреживаются в печени в 2 этапа. Сначала в результате микросомального окисления они приобретают гидроксильную группу. Так, индол переходит в индоксил, а затем

220

625

Рис. 12-13. Участие сульфотрансферазы в обезвреживании индола. E - сульфотрансфераза.

Рис. 12-14. Образование гиппуровой кислоты из бензойной кислоты и глицина. E-

глицинтрансфераза.

Г. Связывание, транспорт и выведение ксенобиотиков

В плазме крови множество как эндогенных, так и экзогенных липофильных веществ транспортируются альбумином и другими белками.

Альбумин - основной белок плазмы крови, связывающий различные гидрофобные вещества. Он может функционировать в качестве белка-переносчика билирубина, ксенобиотиков, лекарственных веществ.

Помимо альбуминов, ксенобиотики могут транспортироваться по крови в составе липопротеинов, а также в комплексе с кислым α1-гликопротеином. Особенность этого гликопротеина состоит в том, что он является индуцируемым белком, участвующим в ответной реакции организма на изменения, происходящие в состоянии стресса, например, при инфаркте миокарда, воспалительных процессах; его количество в плазме увеличивается наряду с другими протеинами. Связывая ксенобиотики, кислый α1- гликопротеин инактивирует их и переносит в печень, где комплекс с белком распадается, и чужеродные вещества обезвреживаются и выводятся из организма.

96. Гемоглобины человека, структура. Транспорт кислорода и диоксида углерода. Гемоглобин плода и его физиологическое значение.

Гемоглобины - родственные белки, находящиеся в эритроцитах человека и позвоночных животных. Эти белки выполняют 2 важные функции:

перенос О2 из лёгких к периферическим тканям;

участие в переносе СО2 и протонов из периферических тканей в лёгкие для последующего выведения из организма.

Кровь ежедневно должна переносить из лёгких в ткани около 600 л ,О2. Так как О2 плохо растворим в воде, то практически весь кислород в крови связан с гемоглобином эритроцитов.

От способности гемоглобина насыщаться О2 в лёгких и относительно легко отдавать его в