Биохимия пособие Коновалова 2012

Факторы риска ИБС

Псурёние_______________________________	1сигарета в день
"{Убыточная масса тела	Масса (кг)/рост2(м)=30 и более
Индекс Кетле
“дртериальная гипертония	АД систол. 160 мм Hg и выше,
	АД диастол. 85 мм Hg и выше
"Гиподинамия	менее 10 часов физ. нагрузки в неделю
Психоэмоциональная перегрузка	во время досуга
Гиперхолестеринемия	5,68 ммоль/л и выше
Пол	Мужской

5. Биохимические аспекты речения атеросклероза

Любая профилактика, как и лечение атеросклероза, начинается с диеты. Баланс пищевых калорий реализуется главным образом через соотношение атерогенных/ антиатерогенных липопротеинов, Обычно диета частично нормализует липидные показатели крови у большинст­ ва населения. Эта часть относительно здорового населения может за счет повышения физической активности практически избавиться от риска преждевременного инфаркта миокарда или инсульта.

Существует большая группа людей, у которых диета не исправ­ ляет липидных показателей. Даже на строгой диете эти пациенты име­ ют высокий уровень ЛПНП или низкий уровень ЛПВП. Таким людям показана коррекция липидного обмена с помощью лекарств. Лекарства назначаются на фоне подобранной диеты. Существуют несколько групп лекарств, которые эффективны при разных формах нарушений липидного обмена.12

1.Чаще всего назначают антибиотики - статины, которые блоки­ руют синтез собственного холестерина в печени через ингибирование активности ГМГ-КоА- редуктазы. Мевакор, правастатин снижают уро­ вень ЛПНП в плазме крови на 40-60%. С помощью этих лекарств мож­ но задать условия для такого обмена холестерина, который типичен для детей или строгих вегетарианцев. Эти дорогостоящие препараты приходится принимать всю жизнь - если прекратить их прием, уровень ЛПНП возрастает в 2-3 раза (650-1000 дол. в год).

2.Ловушки желчных кислот представляют собой нерастворимые

вводе смолы, которые суспендируются в соках. Связывая и выводя желчные кислоты из кишечника, препараты стимулируют окисление новых порций холестерина в печени.

221

3.Фибраты (производные фиброевой кислоты) симулируют ме­ таболизм ЛПОНП и эффективны при накоплении в крови ЛПОНП, т.е, IV типе ГЛП.

4.Мировой опыт показывает, что развитие атеросклероза замед. ляет регулярный прием витаминов-антиоксидантов (водорастворимого витамина С, жирорастворимых витаминов Е и А). Широко использу­ ются и природные растительные антиоксиданты в качестве пищевых добавок.

5.В связи с тем, что у человека основная масса ЛПНП катаболизирует в печени при участии ало В,Е-рецепторов, применение средств

ивоздействий, стимулирующих синтез указанных рецепторов, являет­ ся одним из наиболее эффективных путей предупреждения и лечения атеросклероза.

6.Средства и воздействия, направленные на повышение синтеза антиатерогенных ЛПВП в организме.

7.Исходя из современных представлений о роли модифициро­ ванных ЛП в атерогенезе, наряду со снижением ЛПНП и ЛПОНП, представляют особый интерес средства, предупреждающие атерогенную модификацию этих липопротеинов. Важно еще раз подчеркнуть, что перечисленные препараты нормализуют липидный обмен и баланс жиров и холестерина, не влияя прямо на события в бляшке.

От лекарств к шунтированию и сосудистым протезам

К сожалению, приходится констатировать, что химики не на­ шли простых молекулярных объяснений атеросклерозу. Поэтому ме­ дикаментозное лечение остается симптоматическим («высокий» хо­ лестерин - симптом, а не причина болезни). Вот почему стала так бурно развиваться хирургия сосудов. Коронарные артерии, поражен­ ные стенозирующими бляшками, иссекают, а на их место вшивают сегмент вены пациента, которая в течение нескольких недель пре­ вращается в артерию по законам клеточной биологии. Только у 25% оперированных скорость повторного зарастания просвета сосуда больше 12% в год. На процесс рестеноза удается влиять с помощью лекарств. В мире благополучно живут тысячи пациентов с повтор­ ным и даже троекратным шунтирование. На подходе дакроновые протезы нового поколения, которые изнутри покрыты генетически модифицированными клетками эндотелия, снабженные молекулами - блокаторами рестеноза. Медицина вступает в новую эру удивитель­ ных технологий, которые помогают хирургам успешно лечить болез­ ни, причина которых остается плохо понятной ученым.

2 2 2

Лекция 21

БИОХИМИЯ ЖЕЛЧНЫХ КИСЛОТ

1. Химия желчных кислот

Желчные кислоты у высших позвоночных по химической прироявляются, как правило, производными, С24-5(3-холановой кислоты,

невстречающейся в природе.

Холановая кислота

соон

Основными (составляют 92-99 % всех желчных кислот желчи) желчными кислотами, обнаруживаемыми у человека являются:

1. Первичные желчные кислоты - холевая (За-,7а-,12а-тригидро- кси-5(3-холановая) кислота и хенодезоксихолевая (За-,7а-дигидрокси- 5|}-холановая) кислота, синтезирующиеся в печени из холестерина и составляющие по 30-40% всех желчных кислот в желчи.

Первичные желчные кислоты

Хенодезоксихолевая

Холевая

2.	Вторичные желчные	кислоты -	дезоксихолевая (За, 12а-
^1гИдрокси-5[3-холановая) кислота и литохолевая (За-гидрокси-5(3-
лановая)	кислота, образующиеся	в кишечнике	под воздействием

223

ферментов кишечной микрофлоры и составляющие 20-25% и 1-2% всех желчных кислот желчи, соответственно.

3. Третичные желчные кислоты - урсодезоксихолевая (За,7р. дигидрокси-5Р-холановая) кислота, которая образуется в печени и в кишечнике при участии ферментов кишечных бактерий из вторичных желчных кислот. Урсодезоксихолевая кислота составляет 1-2% от всех желчных кислот желчи.

Молекулы желчных кислот имеют полярную и неполярную части и могут действовать как детергенты. В желчи они практически все (> 99,5%) присутствуют в конъюгированной форме, то есть в виде амид­ ных соединений с глицином или таурином. Глициновые и тауриновые конъюгаты желчных кислот обычно присутствуют в желчи здоровых субъектов в соотношении примерно 3:1, соответственно. Строение та­ ких конъюгатов, называемых иногда парными желчными кислотами, может быть представлено в следующем виде:

С2зН2б(ОН)з-СО-ЛЗД-СЯг-СО(9Я- холилглицин С2зН2б(ОН)з-СО-УЯ-СЯ2 - C H 2 - S O 3H - холилтаурин

Ранее конъюгаты желчных кислот называли, например, гликоили таурохолат; в настоящее время рекомендуется использовать тер­ мин холилглицин вместо гликохолат, что более правильно отражает структуру аминоацильных амидов желчных кислот. Поскольку желчь содержит значительное количество ионов Na+ и К+, а все глициновые и тауриновые производные желчных кислот полностью ионизированы при pH кишечного содержимого, принято рассматривать конъюгаты желчных кислот в форме солей. В 1978 году G. Haslewood был пред­ ложен общий термин соли желчных кислот.

По физико-химическим свойствам основные желчные кислоты разделяют на гидрофобные (литохолевая, дезоксихолевая, хенодезоксихолевая и холевая) и гидрофильные (урсодезоксихолевая) кислоты. Существенное уменьшение липофильности урсодезоксихолевой ки­ слоты обусловлено наличием 7-бета-ОН-группы.

2. Метаболизм желчных кислот

Для желчных кислот термин “метаболизм” означает их биосин­ тез и биотрансформацию во время кишечно-печеночной рециркуляции.

224

2.1. Биосинтез первичных желчных кислот и его регуляция

Синтез в печени желчных кислот из холестерина: 1) обуславли­ вает около 40 % ежедневного удаления холестерина из организма; 2) пополняет ежедневную потерю желчных кислот с фекалиями, сохраняя пул циркулирующих желчных кислот.

Первичные желчные кислоты, холевая и хенодезоксихолевая, синтезируются в печени из холестерина. При этом происходит два главных изменения в молекуле холестерина:

1)модификация циклопентанпергидрофенантренового кольца или стероидного ядра;

2)окисление и укорочение восьмиуглеродной боковой цепи или

углеводородного “хвоста”.

Биосинтез желчных кислот включает в себя 14 ферментативных реакций, происходящих в эндоплазматическом ретикулуме, цитозоле, митохондриях и пероксисомах гепатоцита.

Инициирующим и скорость-лимитирующим шагом в этом пути биосинтеза желчных кислот является превращение холестерина в 7агидроксихолестерин. Эта реакция катализируется холестерин-7а- гидроксилазой (КФ 1.14.13.17), микросомальным ферментом, находя­ щимся только в печени. Активность холестерин-7а-гидроксилазы сти­ мулируется тиреоидными гормонами, ингибируется гидрофобными желчными кислотами и глюкагоном. Далее 7а-гидроксихолестерин превращается через реакции изомеризации и окисления в ключевой интермедиат-7а-гидрокси-4-холестен -3-он (не имеет тривиального на­ звания). Этот ненасыщенный интермедиат является точкой ветвления для синтеза холевой или хенодезоксихолевой кислот.

Схема биосинтеза желчных кислот в печени.

хс

^7а-гидроксилаза (1)

7а-гидроксиХС

li

7а-гидрокси-4 холестен-3-он

С	."..Э
Холевая	Хенодезоксихолевая
кислота	кислота

Активность 7а-гидроксилазы ингибируется гидрофобными желчными кислотами.

225

У здоровых людей размеры пулов первичных желчных кислот схожи (около 1 г каждый). Однако объем ежедневного синтеза хеноде. зоксихолевой кислоты равен только половине от такового для холевой кислоты, 0,1-0,25 г и 0,18-0,36 г, соответственно. Различия объясняют­ ся более эффективным всасыванием конъюгатов хенодезоксихолевой кислоты в тонком кишечнике и неконъюгированной ее формы в тол­ стом кишечнике. Это обуславливает и более высокую концентрацию хенодезоксихолевой кислоты в сыворотке крови.

2.2.Синтез вторичных и третичных желчных кислот

Втолстом кишечнике часть первичных желчных кислот под дей­ ствием ферментов бактерий образуют вторичные желчные кислоты.

Главные желчные кислоты человека.

Первичные	4-	печень Г
	Холевая	Хенодезоксихолевая
		кишечные	кишечные!
Вторичные		бактерии	бактерии !
	Дезоксихолевая Литохолевая [7-оксолитохолевая]
			кишечные
			бактерии
Третичные			печень
			Урсодезокси-
			холевая

Главными реакциями при этом являются деконъюгирование и 7а-дегидроксилирование с образованием дезоксихолевой кислоты из холевой, а литохолевой кислоты из хенодезоксихолевой. Третья вто­ ричная желчная кислота (неотносящаяся, однако, к основным желчным кислотам желчи), 7-оксолитохолевая (За-моногидрокси-7-оксо-5(1- холановая), образуется через 7а-дегидрирование хенодезоксихолевой кислоты и является предшественником в синтезе урсодезоксихолевой кислоты.

2 3 . Кишечно-печеночная рециркуляция желчных кислот

Функции:

1.Удаление излишков холестерина из организма (в виде желчных ки­ слот и солюбилизированных желчными кислотами неизмененных молекул).

2.Соли желчных кислот возвращаются в гепатоциты и ингибируют свой собственный синтез из холестерина. Тем самым они могут не­ прямо регулировать синтез холестерина в печени.

226

Обеспечение всасывания (путем образования	сложных	мицелл)
3' больших количеств продуктов переваривания	жиров при	относи­
тельно малом общем пуле желчных кислот.

Около 93-99% всех желчных кислот, поступивших в кишечник, могут всасываться обратно пассивной диффузией по всей длине ки­

шечника.

Кишечно-печеночная циркуляция желчных кислот

Печень ЖКТ

мочой (<0,5 мг/сут)	экскреция
	(0 ,2-0,3 г/сут)

Неконъюгированные желчные кислоты пассивно абсорбируются в толстом кишечнике. Глициновые и тауриновые конъюгаты желчных кислот всасываются активным транспортом в дистальных отделах под­ вздошной кишки. Примерно 0,2-0,3 г желчных кислот не абсорбирует­ ся и выводится из организма с фекалиями. Желчные кислоты фекалий здоровых лиц представлены, главным образом, дезоксихолевой и ли­ тохолевой кислотами.

Поступающие из слизистой оболочки кишечника в кровь ворот­ ной вены желчные кислоты активно захватываются печенью, 40-90% за один пассаж через печень в зависимости от вида желчной кислоты. Эти желчные кислоты затем секретируются в желчные канальцы по­ средством специальных транспортных систем. При этом менее 5% секретируемых в желчные канальцы желчных кислот являются вновь син­ тезированными. Таким образом, желчные кислоты в составе желчи вновь поступают в кишечник. Такой кругооборот желчных кислот, на­ зываемый кишечно-печеночной рециркуляцией, повторяется 4-12 раз за сУтки. Это обеспечивает, при относительно малом (около 3 г) общем пуле желчных кислот, билиарную секрецию около 12-36 г в сутки. Незахваченная при прохождении через печень часть желчных кислот по­ ступает в системный кровоток. В крови желчные кислоты транспорти­ руются, в основном, в связанном с альбуминами и липопротеинами со­

227

стоянии, и продолжают захватываться печенью, имея период полужизни только несколько минут.

Ничтожное количество желчных кислот (< 0,5 мг/сут или < ю мкмоль/сут) выводятся из организма с мочой.

Уровень желчных кислот в периферической крови колеблется в диапазоне 1-5 мкмоль/л. Доминирующими (около 80%) желчными ки­ слотами в сыворотке крови натощак являются хенодезоксихолевая и дезоксихолевая.

3. Холелитиаз

Желчнокаменная болезнь, или холелитиаз (от греч. chole - желчь, lithos - камень) является второй проблемой в гастроэнтерологии после язвенной болезни. Камни желчного пузыря встречаются у женщин с частотой 1:11, у мужчин —1:29, то есть женщины болеют желчнока­ менной болезнью в 3-5 раз чаще.

Движение холестерина из печени в желчь сочетается с одно­ временной секрецией фосфолипидов и желчных кислот. Если этот со­ пряженный процесс нарушается и в желчь поступает больше холесте­ рина, чем может быть солюбилизировано присутствующими желчны­ ми кислотами и фосфолипидами, он может преципитировать в желч­ ном пузыре, инициируя образование желчных камней.

Причины возникновения перенасыщенности желчи холестеролом следующие: 1) избыточная секреция холестерола в желчь, особенно при ожирении; 2) уменьшенная секреция в желчь желчных кислот; 3) недостаточная секреция в желчь фосфолипидов и 4) комбинация этих причин.

Для лечения желчнокаменной болезни, кроме хирургических ме­ тодов удаления желчных камней, применяется медикаментозное рас­ творение холестериновых желчных камней с помощью лекарственных средств —хенодезоксихолевая кислота (хенофалк) и урсодезоксихолевая кислота (урсофалк). Прием этих препаратов внутрь: 1) возмещает недостаток эндогенных желчных кислот в желчи; 2) ингибирует синтез холестерина в печени (за счет ингибирования ключевого фермента биосинтеза - З-гидрокси-З-метилглутарил-КоА-редукгазы), что ведет к уменьшению поступления холестерина в желчь. Это препятствует об­ разованию и росту желчных камней. Кроме того, урсофалк образует с холестерином жидкие кристаллы, что также способствует растворению желчных камней.

228

Лекция 22

ОБМЕН БЕЛКОВ И АМИНОКИСЛОТ. АЗОТИСТЫЙ БАЛАНС. ПЕРЕВАРИВАНИЕ БЕЛКОВ. ВСАСЫВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ

Обмен белков занимает особое положение среди других обменов, что объясняется специфическими функциями белков. Белки, как и уг­ леводы и жиры, выполняют энергетическую функцию. При полном окислении 1 г белков в организме выделяется 4,1 ккал (17,2 кДж), од­ нако для получения энергии белки могут быть полностью заменены углеводами или липидами. Исключение из пищи углеводов и жиров даже на длительный срок не приводит к существенным нарушениям в организме. Исключение же белков из пищи даже на короткий срок приводит к серьезным или необратимым патологическим изменениям. Это связано с нарушением главных функций белков -^пластической (белки - основа всех клеточных структур организма) и_каталитической.

Даже у взрослого сформировавшегося организма постоянно про­ исходит обновление составных химических частей тела, т.е. его ста­ бильность определяется равновесием скорости синтеза и распада его составляющих и, в первую очередь, белков. Благодаря этому происхо­ дит разрушение сложных клеточных структур и их обновление. Таким образом, все белки организма находятся в динамическом состоянии, т.е. постоянно обмениваются, но обновление разных белков происхо­ дит с разной скоростью. Так, период полураспада белков плазмы кро­ ви, печени, слизистой желудка, кишечника составляет 10 суток, а бел­ ков мышечной ткани - 180. Очень медленно обмениваются белки со­ единительной ткани^ мозга. В целом период полураспада всех белков человеческого организма составляет около^80 сутЗу. Синтез белков не прекращается даже при длительном голодании. ~

Высокая скорость обновления белков организма свидетельствует о постоянной потребности организма в строительном материале - ами­ нокислотах^ Источником аминокислот являются белки пищи, в то же время наравне с ними используются аминокислоты, образующиеся при распаде собственных белков. Общий пул (фонд) свободных аминокис­ лот в тканях, таким образом, состоит из аминокислот пищи, аминокис­ лот распавшихся белков организма (внутриклеточный гидролиз), а также заменимых аминокислот, синтезировавшихся в организме из Других соединений или при превращении аминокислот друг в друга. Установлено, что 2/3 этого метаболического пула составляют именно эндогенные аминокислоты.

О состоянии обмена белков в организме судят по азотистому ба­ лансу, т.е. разнице между количеством азота, поступающего в орга­

229

низм, и количеством азота, выводимого из организма ( с мочой и ка­ лом) в виде конечных продуктов обмена. Возможны три состояния азотистого баланса.

Положительный азотистый баланс - состояние, при котором ко­ личество поступающего азота превышает количество выводимого из организма. Такое состояние характерно для детского «возраста (у рас­ тущих организмов), беременности, периода лактации, периода выздо­ ровления людей после перенесенных тяжелых заболеваний, спортсме­ нов в период интенсивной тренировки. При таком состоянии азотисто­ го баланса синтетические процессы превалируют над процессами рас­ пада белков органов и тканей.

Отрицательный азотистый баланс - состояние, при котором ко­ личество азота, выделяемого из организма, превышает количество азо­ та, принимаемого с пищей в течение суток. Оно встречается при голо­ дании (частичном или полном), белковой недостаточности, тяжелых раневых и инфекционных заболеваниях, в норме в старческом возрас­ те. Старики, как правило, теряют в весе, хотя в организм может посту­ пать достаточное количество белков.

Азотистое равновесие - состояние, при котором количество вво­ димого с пищей азота равно количеству азота, выводимого из организ­ ма.

Оно характерно для здорового взрослого человека, находящегося на полноценной диете. Таким образом, для того, чтобы здоровый чело­ век находился в состоянии, азотистого равновесия, для удовлетворения его потребностей в белках важную роль играет количе£1во посту­ пающих в организм белков. Этот фактор очень важен также и у детей для их нормального роста и развития. В связи с этим были определены нормы белков в питании. Исследования проводились на добровольцах, находившихся на безбелковой диете в течение 10 суток. Было установ­ лено, что через несколько суток безбелковой диеты человек начинает выделять постоянное количество азота в сутки - 53 мг на 1 кг массы. Эта величина была названа коэффициентом изнашивания, который выражал количество азота распадающихся азотсодержащих веществ (белков, аминокислот) на 1 кг массы тела. В пересчете на среднюю массу человека - 70 кг количество выделяемого в сутки взрослым че­ ловеком азота составило 3,71 г (53 х 70), что соответствует 23,2 г рас­ падающегося белка (3,71 х 6,25, так как содержание азота в белках в среднем составляет 16%). Однако введение такого количества белков в рацион не приводило к азотистому равновесию, и баланс был резко от­ рицательным.! Кроме этого в опытах не были учтены потери белков эпидермиса, волос, ногтей, пота и др. Следующим этапом исследова­ ния было введение в диету 46 г белков, в результате чего в состоянии покоя в организме устанавливалось азотистое равновесие, но которое

230