Звягина Учебное пособие
.pdfНачальные стадии внешнего механизма.
Для пуска внешнего механизма необходим первичный сигнал: повреждение тканей (клеток), оказавшихся в контакте с кровью, или эндотелия сосуда. При этом разрушаются клеточные мембраны и
из клеток высвобождается |
тканевой тромбопластин |
(фIII). Он |
активирует фVII, который образует комплекс с тканевыми фосфоли- |
||
пидами и ионом кальция. |
Этот комплекс обладает |
протеолити- |
ческой активностью и вызывает активацию фактора X.
Активный фактор Xа тоже обладает протеолитической активностью и активирует протромбин.
Начальные стадии внутреннего механизма.
Начальные стадии внутреннего механизма называются «контактная фаза» или «контактная стадия». Происходит контакт фXII с чужеродной поверхностью (например, игла шприца, лезвие ножа, стекло). В результате происходит конформационная перестройка фXII, он активируется и переходит в фXIIa. XIIa действует на XI, превращая его в XIa, который действует на фIX (обязательно в присутствии ионов кальция!) и переводит его в фIXa.
фIXa образует комплекс с тромбоцитарными фосфолипидами, ионами кальция и параферментом - фVIIIa. В составе этого комплекса фIXa обладает протеолитической активностью и переводит фX в фXa.
Следующие стадии, начиная с активации протромбина (фII), протекают одинаково для обоих механизмов свертывания крови.
Протромбин - белок, который синтезируется в печени. Для синтеза протромбина необходим витамин "К". Реакция синтеза про-
тромбина |
катализируется |
комплексом, состоящим из активного |
фXa, фосфолипидов, иона |
кальция и парафермента Va. В ходе |
|
этой реакции резко уменьшается сродство данного комплекса к |
||
матрице |
и активный тромбин или фIIa, освобождается с матрицы и |
|
гидролизует пептидные связи между аргинином и глутаминовой кислотой в молекуле своего субстрата - фибриногена, превращая его в фибрин-мономер.
На следующей стадии мономеры фибрина спонтанно агрегируют с образованием регулярной полимерной структуры «мягкого» сгустка растворимого фибрин-полимера. При этом происходит захват фибрин-полимером компонентов крови - формируется тромб (сгусток).
221
Сначала сгусток рыхлый и мягкий, связи между молекулами фиб- рин-полимера слабые (нековалентные). Но затем под действием активного фXIIIa (фибриназа) (фXIII активируется фактором IIa - тромбином) происходит прочная ковалентная «сшивка» молекул фибринполимера. Образуются межмолекулярные связи между карбоксильными группами глутамина и аминогруппами лизина: так растворимый фибрин-полимер переходит в нерастворимый фибрин-полимер.
После образования нитей фибрина происходит их сокращение (ретракция кровяного сгустка), которое протекает с затратой АТФ.
Процесс тромбообразования постоянно контролируется антитромбином III - ингибитором сериновых протеиназ. Кроме того, протекание большинства реакций свертывания крови на матрице обеспечивает:
1)высокую эффективность процесса
2)локальность процесса - процесс свертывания протекает только в месте повреждения (это предотвращает процесс диссеминированного внутрисосудистого свертывания (ДВС-синдром).
Скорость свертывания крови зависит не только от работы системы свертывания, но и от присутствия естественных антикоагулянтов - веществ, предотвращающих свертывание крови.
Противосвертывающая система (антикоагулянты).
Естественные антикоагулянты синтезируются в тканях и поступают в кровь, где препятствуют активации факторов свертывания крови. К ним относятся гепарин, антитромбин-III и альфа- 2-макроглобулин.
Гепарин предотвращает активацию некоторых факторов, но непосредственно на них не действует. Гепарин способен активировать антитромбин-III. Обладая высоким отрицательным зарядом, гепарин связывается с катионными участками антитромбинаIII. В результате изменяется конформация антитромбинаIII и он приобретает способность инактивировать сериновые протеиназы.
альфа-2-макроглобулин - эндогенный ингибитор протеаз, в том числе многих ферментов, участвующих в работе системы свертывания крови и фибринолиза (тромбин, плазмин).
Биохимические функции печени. Роль печени в обмене белков, липидов и углеводов. Участие в регуляции уровня глюкозы в крови. Нарушения функции печени.
Печень играет центральную роль в обмене веществ. Масса печени у взрослого человека составляет ≈ 1,5 кг, при этом на долю воды
222
приходится 70–75 %. Из сухого остатка более 50 % составляют белки. 90 % этих белков — глобулины. В печени много ферментов, липидов, гликогена.
Функции печени
1.Гомеостатическая. Поддерживает постоянный состав крови (гомеостаз). Питательные вещества в желудочно-кишечном тракте всасываются периодически. Их концентрации в портальном кровотоке в разные периоды времени существенно различаются, но благодаря гомеостатической функции печени концентрации важнейших метаболитов в большом круге кровообращения практически постоянны.
2.Роль печени в обмене белков. Освобождающиеся в процессе пищеварения аминокислоты попадают с током крови в печень и используются для:
синтеза белков плазмы крови (альбуминов, глобулинов, факторов свёртывания крови);
образования α-кетокислот путём трансаминирования или окислительного дезаминирования аминокислот;
глюконеогенеза;
получения энергии, подвергаясь превращениям в цикле трикарбоновых кислот;
синтеза мочевины;
синтеза креатина, холина.
3.Роль в обмене липидов. Печень играет ключевую роль в метаболизме липидов:
в ней синтезируются, распадаются, удлиняются и укорачиваются жирные кислоты, поступающие с пищей или образующиеся при распаде простых и сложных липидов;
распадаются и синтезируются триацилглицерины;
синтезируется большинство липопротеинов и 90 % из общего количества холестерина в организме;
в печени из холестерина синтезируются желчные кислоты, которые входят в состав желчи, необходимой для переваривания липидов в кишечнике;
печень — единственный орган, в котором синтезируются кетоновые тела;
в печени синтезируются витамин А и 25 - гидроксихолекальциферол (предшественник витамина D3), запасается (!) витамин В12.
223
4. Роль печени в обмене углеводов. Основная роль печени в мета-
болизме углеводов — это поддержание нормальной концентрации глюкозы в крови благодаря тому, что в печени имеются:
ферменты синтеза и распада гликогена;
ферменты глюконеогенеза;
ферменты, превращающие другие гексозы (галактозу и фруктозу) в глюкозу.
Важнейшие механизмы обезвреживания веществ в печени
5. Антитоксическая функция. Поступающие в организм ксенобиотики (чужеродные вещества) и образующиеся в самом организме токсичные или непригодные для дальнейших превращений продукты метаболизма обезвреживаются в печени следующими способами:
метилированием (никотиновая кислота);
ацетилированием (сульфаниламидные препараты);
окислением (алкоголь, ароматические углеводороды, катехоламины, биогенные амины);
восстановлением (нитробензол);
путём синтеза мочевины (аммиак);
конъюгацией, т. е. связыванием с сильно полярными, отрицательно заряженными молекулами — активными формами глюкуро-
новой или серной кислот — УДФ-глюкуроновой кислотой и ФАФС
(фосфоаденозинфосфосульфатом). Так метаболизируются стероидные гормоны, билирубин, продукты гниения белков в кишечнике (крезол, индол), фенолы, желчные кислоты;
с помощью микросомной системы монооксигеназ (лекарственные препараты и канцерогены) и редуктаз (кетоны, альдегиды, красители);
с помощью ферментов пероксисомного окисления — оксидаз и каталаз (мочевая кислота, аминокислоты, лактат, пероксид водорода).
6.Экскреторная функция. Из печени различные вещества эндо- и экзогенного происхождения или поступают в желчные протоки и выводятся с желчью (более 40 соединений), или попадают в кровь, откуда выводятся почками.
Нарушения функции печени.
При поражениях печени различной этиологии нарушаются детоксикационная функция печени, желче- и мочевинообразование, обмен белков, углеводов, липидов, витаминов, водно-солевого обмена и др., что приводит к развитию печеночно-клеточной недостаточности, при
224
которой в крови увеличивается количество токсических веществ: фенола, крезола, индола, скатола, биогенных аминов, содержание аммиака.
Нарушение обмена белков приводит к уменьшению биосинтеза белков плазмы крови, белков свертывающей и антитсвертывающей систем, заменимых аминокислот, мочевины.
Нарушение обмена липидов проявляется в увеличении перекисного окисления липидов (ПОЛ) и повреждению мембран клеток; уменьшении синтеза жирных кислот, фосфолипидов, холестерина, ТАГ, липопротеинов очень низкой плотности (ЛПОНП).
Нарушение обмена углеводов сводится к уменьшению биосинтеза гликогена, гепарина, снижению глюконеогенеза и ПФЦ.
В результате нарушения желчеобразования уменьшается превращение холестерина в желчные кислоты, что отрицательно сказывается на переваривании и всасывании липидов в ЖКТ.
К наиболее частым проявлениям печеночно-клеточной недостаточности относится изменение пигментного обмена, в результате чего в крови увеличивается содержание прямого и непрямого билирубина, нарушается секреция связанного (прямого) билирубина в печеночные протоки.
При разрушении клеток печени в сыворотке крови увеличивается активность аланинаминотрасферазы (АЛТ) и щелочной фосфатазы
(ЩФ).
Нервная ткань. Особенности химического состава нервной ткани. Энергетический обмен нервной ткани.
По своему соcтаву и процессам метаболизма нервная ткань значительно отличается от других тканей.
Центральная функциональная клетка нервной ткани - нейрон - связана с помощью дендритов и аксонов с такими же клетками и клетками других типов, например, с секреторными и мышечными клетками. Клетки разделены синаптическими щелями. Связь между клетками осуществляется путем передачи сигнала. Сигнал проходит от тела нейрона по аксону до синапса. В синаптическую щель выделяется вещество-медиатор. Медиатор вступает в связь с рецепторами на другой стороне синаптической щели. Это обеспечивает восприятие сигнала и генерацию нового сигнала в клетке-акцепторе.
Функции нервной ткани
1. Генерация электрического сигнала (нервного импульса)
225
2.Проведение нервного импульса
3.Запоминание и хранение информации.
4.Формирование эмоций и поведения.
5.Мышление.
Особенности химического состава и метаболизма нервной ткани
Специфику нервной ткани определяет гематоэнцефалический барьер (ГЭБ). ГЭБ имеет избирательную проницаемость для различных метаболитов, а также способствует накоплению некоторых веществ в нервной ткани. Например, в нервной ткани на долю глутамата и аспартата приходится примерно 70-75% от общего количества аминокислот. Таким образом, внутренняя среда нервной ткани намного отличается по химическому составу от других тканей.
Липиды нервной ткани и их функции
Большая часть липидов нервной ткани находится в составе плазматических и субклеточных мембран нейронов и в миелиновых оболочках. В нервной ткани по сравнению с другими тканями организма содержание липидов очень высокое.
Особенность липидного состава нервной ткани: есть фосфолипиды (ФЛ), гликолипиды (ГЛ) и холестерин (ХС), нет нейтральных жиров. Эфиры холестерина можно встретить только в участках активной миелинизации. Сам холестерин синтезируется интенсивно только в развивающемся мозге. В мозге взрослого человека низка активность ГМГ-КоА-редуктазы - ключевого фермента синтеза холестерина. Содержание свободных жирных кислот в мозге очень низкое.
Липиды нервной ткани выполняют следующие функции:
1.Структурная: входят в состав клеточных мембран нейронов.
2.Функция диэлектриков (обеспечивают надежную электрическую изоляцию).
3.Защитная. Ганглиозиды являются очень активными антиоксидантами - ингибиторами перекисного окисления липидов (ПОЛ). При повреждении ткани мозга ганглиозиды способствуют ее заживлению.
4.Регуляторная. Фосфатидилинозиты являются предшественниками биологически активных веществ.
Метаболизм углеводов и особенности энергетического обеспечения нервной ткани.
В нервной ткани, составляющей только 2% от массы тела человека, потребляется 20% кислорода, поступающего в организм. При этом энергетические возможности нервной ткани ограничены.
226
1.Основной путь получения энергии - только аэробный распад глюкозы. Глюкоза является почти единственным энергетическим субстратом, поступающим в нервную ткань, который может быть использован ее клетками для образования АТФ.
2.Проникновение глюкозы в ткань мозга не зависит от действия инсулина, который не проникает через гематоэнцефалический барьер. Влияние инсулина проявляется лишь в периферических нервах.
3.Постоянный и непрерывный приток глюкозы и кислорода из кровеносного русла является необходимым условием энергетического обеспечения нервных клеток. Жесткая зависимость от поступления глюкозы обусловлена тем, что содержание гликогена в нервной ткани очень мало (0,1% от массы мозга) и не может обеспечить мозг энергией даже на короткое время. С другой стороны, окисления неуглеводных субстратов с целью получения энергии не происходит. Поэтому при гипогликемии и/или даже кратковременной гипоксии в нервной ткани образуется мало АТФ. Следствием этого являются быстрое наступление коматозного состояния и необратимых изменений в ткани мозга.
4.Высокая скорость потребления глюкозы нервными клетками обеспечивается, в первую очередь, работой высокоактивной гексокиназы мозга. Она обладает в 20 раз большей активностью, чем соответствующий изофермент печени и мышц.
5.Образование НАДФН2, который используется в нервной ткани в основном для синтеза жирных кислот и стероидов, обеспечивается сравнительно высокой скоростью протекания ПФЦ.
Энергия АТФ в нервной ткани используется неравномерно во времени. Так же, как и скелетные мышцы, функционирование нервной ткани сопровождается резкими перепадами в потреблении энергии. Резкое повышение энергозатрат происходит при очень быстром переходе от сна к бодрствованию. Поэтому существует еще одна особенность:
6.Образование креатинфосфата. Он обладает способностью удерживать макроэргические связи:
227
Эта реакция полностью обратима, ее направление зависит от соотношения АТФ/АДФ в клетках нервной ткани. Во время сна накапливается фосфокреатин. Переход к бодрствованию приводит к резкому уменьшению концентрации АТФ - рав-
новесие реакции сдвигается влево, то есть образуется АТФ.
Метаболизм аминокислот и белков.
Ткань мозга интенсивно обменивается аминокислотами с кровью. Для этого существует специальные транспортные системы: две для незаряженных и еще несколько - для аминокислот, заряженных положительно и отрицательно.
До 75% от общего количества аминокислот нервной ткани составляют аспартат, глутамат, а также продукты их превращений или вещества, синтезированные с их участием (глутамин, глутатион, ГАМК и другие).
Функции глутамата в нервной ткани:
1.Энергетическая. Глутаминовая кислота связана большим числом реакций с промежуточными метаболитами ЦТК.
2.Глутамат (вместе с аспартатом) принимает участие в реакциях дезаминирования других аминокислот и временном обезвреживании аммиака.
3.Из глутамата образуется нейромедиатор ГАМК.
4.Глутамат принимает участие в синтезе глутатиона - одного из компонентов антиоксидантной системы организма.
Остальные пути метаболизма аминокислот сходны с имеющимися
вдругих тканях.
Мышечная ткань. Характеристика важнейших компонентов мышечной ткани и особенности обмена. Биохимические изменения при патологии мышц.
Мышечная ткань составляет 40% от веса тела человека. Биохимические процессы, протекающие в мышцах, оказывают большое влияние на весь организм человека.
Функция мышц - механическое движение, в котором химическая энергия превращается в механическую.
Кмышечной ткани относятся:
▪скелетная мускулатура;
228
▪сердечная мышца;
▪гладкая мускулатура.
Скелетная и сердечная мышцы под микроскопом имеют попереч- но-полосатое строение, а гладкая — нет. Мышечные клетки состоят из миофибрилл, а функциональной единицей миофибрилл является
саркомер.
Около 25 % массы мышц составляют белки. Белки мышц делят на 3 группы:
▪миофибриллярные (сократительные) белки;
▪белки саркоплазмы;
▪белки стромы.
Миофибриллярные (сократительные) белки
Толстая нить состоит из молекул белка миозина. Молекула миозина имеет вытянутую часть, состоящую из двух спиралей, накрученных одна на другую. Каждая спираль имеет на одном конце глобулярную головку и называется тяжёлой цепью. Возле головок спиралей располагается по 2 лёгких цепи.
Рисунок 29. Строение миозина
Свойства миозина.
1. В физиологических условиях (оптимальные pH, температура, концентрации солей) молекулы миозина спонтанно взаимодействуют
229
между собой своими стержневыми участками («конец в конец», «бок в бок») с помощью слабых типов связей. Взаимодействуют только стержни, головки остаются свободными.
2. Молекула миозина обладает ферментативной активностью (АТФ-азная активность: АТФ+Н2О → АДФ+Ф). Активные центры расположены на головках миозина.
1-я стадия. Сорбция субстрата. В ходе этой стадии АТФ фиксируется на адсорбционном участке активного центра головки миозина.
2-я стадия. Гидролиз АТФ. Происходит на каталитическом участке активного центра головки. Продукты гидролиза (АДФ и Ф) остаются фиксированными, а выделившаяся энергия аккумулируется в головке.
3-я стадия. Миозин способен взаимодействовать с актином тонких нитей. Присоединение актина к миозину увеличивает АТФазную активность миозина, в результате скорость гидролиза АТФ возрастает в
200раз.
Всостав тонких нитей входят три белка:
-сократительный белок актин
-регуляторный белок тропомиозин
-регуляторный белок тропонин
Актин - небольшой глобулярный белок. Форма молекул — шаровидная, поэтому он и называется G-актин (от англ. globular). В физиологических условиях его молекулы способны к спонтанной агрегации, образуя F-актин (фибриллярный).
В состав тонкой нити входят две F-актиновые нити, образуется суперспираль (2 перекрученные нити).
230