Биохимия печени

108. Эндогенные и экзогенные токсические вещества. Механизмы их обезвреживания: микросомальное окисление, реакции конъюгации, восстановления, ацетилирования, мети­лирования (примеры обезвреживания чужеродных веществ, лекарственных препаратов, продуктов гниения белков). Роль витаминов в реакциях детоксикации. Представление о химическом канцерогенезе.

Обезвреживание веществ заключается в их химической моди­фикации, которая обычно включает две фазы. 1 фазе вещество подвергается, окислению, восстановлению или гидроли­зу, во 2 к этим группам при­соединяется .какое-либо вещество — глюкуроновая кислота, сер­ная кислота, гдицин, глутамин, ацетильный остаток {реакции конъюгации). В некоторых случаях обезвреживание включает только одну фазу — первую или вторую. Многие вещества час­тично или полностью выводятся вообще без всяких изменений. Главная роль в реакциях первой фазы обезвреживания при­надлежит микросомальным гидроксилазам (монооксигеназам). Основным компонентом микросрмальной системы окисления яв­ляется цитохром Р450. В эндоплазматическом ретикулуме гепа-тоцитов имеется много изоформ, цитохрома Р450; все они харак­теризуются широкой субстратной специфичностью, но все же различаются по специфичности. Они могут катализировать не только гидроксилирование, но и реакции других типов (некоторые из них указаны ниже). В реакциях используются НАДФ-Н и молекулярный кислород:

гидроксилирование

эпоксидирование

сульфоокисление

дезалкилирование

восстановление нитросоединений

Наиболее распространенная реакция конъюгации— присоединение глюкуроновой кислоты с образованием глюкуронида. Донором глюкуроновой кислоты служит УДФ-глюкуронат; реакция катализируется глюкуронилтрансферазой — интегральным белком эндоплазматического ретикулума.

Обезвреживание продуктов гниения белков (аминокислот) в кишечнике

В результате жизнедеятельности кишечной микрофлоры обра­зуется ряд соединений, не свойственных метаболизму человека, а порой и токсичных. Например, из тирозина получаются крезол и фенол, из триптофана — скатол и индол (так называемые про­дукты гниения белков): .Эти соединения всасываются из кишечника, но не попадают в общий кровоток, а в основном задерживаются в печени, где происходит их обезвреживание — гидроксилирование (если ве­щество не содержит гидроксильных групп) и конъюгация с глю-куроновой и серной кислотами. В качестве примера приводим реакции обезвреживания индола:

Нетоксичные водорастворимые конъюгаты выводятся с мочой.

Калиевую соль индоксилсерной кислоты называют животным индиканом. Количество выделяемого индикана пропорционально интенсивности гнилостных процессов в кишечнике и скорости реакций обезвреживания в печени; индикан в моче определяют для оценки функционального состояния печени.

Метаболизм лекарственных веществЛекарством может быть только такое вещество, действие которого через определенное время прекращается. Прекращение действия может происходить или потому, что лекарство выво­дится из организма, или потому, что оно инактивируется путем химической модификации. Рассмотрим некоторые примеры мета­болических превращений лекарств.

Фенобарбитал (люминал) применяется в качестве снотвор­ного и обезболивающего средства. Примерно 10% введенного фенобарбитала экскретируется в неизмененном виде, остальная часть подвергается гидроксилированию по фенилу, и последую­щей конъюгации с глюкуроновой кислотой; оксифенобарбитал и глюкуронид — основные экскретируемые продукты:В целом за сутки выводится половина введенной лечебной дозы фенобарбитала. Фенобарбитал плохо растворяется в воде; без метаболических превращений для его выведения из организма понадобилось бы в несколько раз больше времени.Аспирин (ацетилсалициловая кислота) широко применяется как жаропонижающее и обезболивающее средство; выводится ^ после конъюгации с глюкуроновой кислотой или глицином, а так­же в форме гентизиновой кислоты: Лекарства, которые медленно метаболизируются и выводятся, могут накапливаться в организме (кумуляция). ХИМИЧЕСКИЙ КАНЦЕРОГЕНЕЗ

Механизмы метаболизма чужеродных соединений, снижаю­щие их токсичность и ускоряющие выведение, имеют безусловное значение для выживания в среде, из которой в организм посту­пает множество потенциально опасных веществ. Однако в неко­торых случаях метаболическая, модификация чужеродного сое­динения повышает его токсичность. В частности, таким путем в организме образуются соединения, вызывающие рак. Химический канцерогенез считают самой частой причиной рака (другие при­чины — онкогенные вирусы, ультрафиолетовые и космические лу­чи, врожденные генетические дефекты).

. В последние два десятилетия обнару­жены канцерогенные вещества в разных классах химических сое­динений, и биохимики приближаются к выяснению молекулярных механизмов канцерогенеза.

109. Роль печени в обмене липидов, углеводов, азотистом обмене. Печеночно-клеточ­ная недостаточность. Важнейшие ее биохимические признаки.

РОЛЬ ПЕЧЕНИ В УГЛЕВОДНОМ ОБМЕНЕ

Основная роль печени в углеводном обмене заключается в обеспечении постоян­ства концентрации глюкозы в крови. Это достигается регуляцией соотношения между синтезом и распадом гликогена, депонируемого в печени.Синтез гликогена из глюкозы обеспечивает в норме временный резерв углеводов, необходимый для поддержания концентрации глюкозы в крови в тех случаях, когда ее содержание значительно уменьшается (например, у человека это происходит при недостаточном поступлении углеводов с пищей или в период ноч­ного “голодания”).

Говоря об утилизации глюкозы печенью, необходимо подчеркнуть важную роль фермента глюкокиназы в этом процессе. Глюкокиназа, подобно гексокиназе, ката­лизирует фосфорилирование глюкозы с образованием глюкозо-6-фосфата

После приема пищи содержание глюкозы в воротной вене резко возрастает; в тех же пределах увеличивается и ее внутрипеченочная концентрация '. Повыше­ние концентрации глюкозы в печени вызывает существенное увеличение активности глюкокиназы и автоматически увеличивает поглощение глюкозы печенью (образо­вавшийся глюкозо-6-фосфат либо затрачивается на синтез гликогена, либо расщепля­ется). Считают, что основная роль печени — расщепление глюкозы — сводится прежде всего к запасанию метаболитов-предшественников, необходимых для биосинтеза жирных кислот и глицерина, и в меньшей степени к окислению ее до СО^ и Н^О. Синтезированные в печени триглицериды в норме выделяются в кровь в составе липопротеинов и транспортируются в жировую ткань для более “постоянного” хранения. В реакциях пентозофосфатного пути в печени образуется НАДФИд, используе­мый для восстановительных реакций в процессах синтеза жирных кислот, холесте­рина и других стероидов. Кроме того, при этом образуются пентозофосфаты, не­обходимые для синтеза нуклеиновых кислот. Наряду с утилизацией глюкозы в печени, естественно, происходит и ее образо­вание. Непосредственным источником глюкозы в печени служит гликоген. Распад гликогена в печени в основном происходит фосфоролитическим путем. В регуляции скорости гликогенолиза в печени большое значение имеет система циклических нуклеотидов. Кроме того, глюкоза в печени образуется также в процессе глюконео-генеза.

При оценке углеводной функции печени необходимо иметь в виду, что соотно­шение между процессами утилизации и образования глюкозы регулируется прежде всего нейрогуморальным путем при участии желез внутренней секреции.

Центральную роль в превращениях углеводов и саморегуляции углеводного обмена в печени играет глюкозо-6-фосфат. Он резко тормозит фосфоролитическое расщепление гликогена, активирует ферментативный перенос глюкозы с уридинди-фосфоглюкозы на молекулу синтезирующегося гликогена, является субстратом для дальнейших гликолитических превращений, а также окисления глюкозы, в том числе по пентозофосфатному пути.

Наряду с утилизацией глюкозы в печени, естественно, происходит и ее образо­вание. Непосредственным источником глюкозы в печени служит гликоген. Распад гликогена в печени в основном происходит фосфоролитическим путем. В регуляции скорости гликогенолиза в печени большое значение имеет система циклических нуклеотидов. Кроме того, глюкоза в печени образуется также в процессе глюконео-генеза..

РОЛЬ ПЕЧЕНИ В ЛИПИДНОМ ОБМЕНЕ

Ферментативные системы печени способны катализировать все или подавляю­щее большинство реакций метаболизма липидов. Совокупность этих реакций лежит в основе таких процессов, как синтез высших жирных кислот, триглицеридов, фосфо-липидов, холестерина и его эфиров, а т,акже липолиз триглицеридов, окисление жирных кислот, образование ацетоновых (кетоновых) тел и т. д.

КоА-производные жирной кислоты с длинной цепью взаимодействуют с глицерол-З-фосфатом с образованием фосфатидной кислоты, ко­торая затем гидролизуется до диглицерида. Путем присоединения к последнему еще одной молекулы КоА-производного жирной кислоты образуется триглицерид. Син­тезированные в печени триглицериды либо остаются в печени, либо секретируются в кровь в форме липопротеинов. Секреция происходит с известной задержкой (у че­ловека 1—3 ч). Задержка секреции, вероятно, соответствует времени, необходимому для образования липопротеинов.

Чем больше холестерина поступает с пищей, тем меньше его синтезируется в печени, и наоборот. Принято считать, что действие экзогенного холестерина на биосинтез его в печени связано с торможением Р-окси-Р-метилглутарил-КоА-редуктазной реакции: Часть синтезированного в печени холестерина выделяется из организма совмест­но с желчью, другая часть превращается в желчные кислоты и используется в дру­гих органах для синтеза стероидных гормонов и других соединений.

В печени холестерин может взаимодействовать с жирными кислотами (в виде ацил-КоА) с образованием эфиров холестерина. Синтезированные в печени эфиры холестерина поступают в кровь, в которой содержится также определенное коли­чество свободного холестерина.

ПЕЧЕНОЧНО-КЛЕТОЧНАЯ НЕДОСТАТОЧНОСТЬ

Повреждение печени при гепатитах, острых отравлениях или в результате развития цирроза приводит к нарушению ее метабо­лических функций, в том числе реакций обезвреживания. Хорошо известна повышенная чувствительность к лекарствам у людей с больной печенью; у них снижено образование продуктов обез­вреживания, что можно установить, например, по количеству индикана, выделяемого с мочой. Нарушение инактивации гормо­нов приводит к изменению их концентрации в организме. В част­ности, при хронической недостаточности печени, вызванной цир­розом, изменяются относительные концентрации андрогенов и экстрогенов, в результате чего наблюдается атрофия гонад, бесплодие, появление характерных для другого пола вторичных половых признаков. Цирроз печени — распространенная болезнь; частой причиной цирроза является алкоголизм. Финальные ста­дии цирроза печени характеризуются накоплением, токсичных веществ — аммиака, билирубина, чужеродных соединений, что является одной из причин наступления печеночной комы.

110. Роль печени в азотистом обмене, нарушение обмена и формирование симптомов заболеваний печени, диагностические критерии нарушений данной функции.

Азотистый обмен связан преимущественно с обменом белков, структурными единицами которого являются аминокислоты,

О нарушении обмена аминокислот в целостном организме судят не только по количественному и качественному составу продуктов их обмена в крови и моче, но и по уровню самих свободных аминокислот в биологических жидкостях организма. Большинство тканей характеризуется своеобразным аминокислотным “спектром”. В плазме крови он примерно соответствует аминокислотному составу свободных аминокислот в органах и тканях, за исключением более низкого содержания глу-тамата и аспартата и более высокого уровня глутамина, на долю которого при-ходится до 25 °д от общего количества аминокислот. Спинномозговая жидкость отличается меньшим содержанием почти всех аминокислот, кроме глутамина. Амино­кислотный состав мочи резко отличается от аминокислотного состава плазмы крови. Оказывается, у человека, получающего полноценное питание, аминокислотный состав мочи более или менее постоянен изо дня в день, но у разных людей с почти одинаковым аминокислотным составом плазмы состав аминокислота моче может оказаться совершенно различным.

Одним из характерных нарушений азотистого обмена является белковая недоста­точность, являющаяся следствием не только дефицита белка, но и ряда тяжелых заболеваний даже при достаточном поступлении белка с пищей. Белковая недоста­точность у человека развивается как при полном и частичном голодании, так и при приеме однообразного белкового питания, когда в диете преобладают белки растительного происхождения, биологическая ценность которых значительно ниже ценности белков животного происхождения. Результатом этих состояний являются развитие отрицательного азотистого баланса, гипопротеинемии (снижение концентра­ции белков в сыворотке крови до 50-30 г/л; в норме 65-85 г/л) и нарушения коллоидно-осмотического и водно-солевого обмена (развитие отеков). При тяжелых формах пищевых дистрофий, например при квашиоркоре— заболевании, до­вольно распространенном среди детей в развивающихся странах, наблюдаются тяжелые поражения печени, остановка роста, резкое снижение сопротивляемости организма инфекциям, отечность, атония мышц. Болезнь часто заканчивается ле­тальным исходом.

Количественному учету при белковой недостаточности в основном поддаются нарушения, связанные с обменом аминокислот. Одним из наиболее ранних наруше-ний азотистого обмена при белковой недостаточности является резкое снижение интенсивности процессов дезаминирования, трансаминирования и биосинтеза амино­кислот, а также синтеза мочевины в печени. Оказалось, что эти нарушения обуслов­лены недостаточным синтезом и разрушением белковой части ферментов, катали­зирующих эти реакции; исключение составляет аргиназа, активность которой при этом почти не нарушена. При другом наследственном “пороке” обмена —гепатоцеребральной дистрофии (болезни Вильсона), помимо генерализованной (общей) гипераминоаци-дурии, отмечается снижение концентрации медьсодержащего белка — церулоплаз-мина — в сыворотке крови и отложение меди в мозге, печени, почках. Генетический дефект связан с нарушением синтеза церулоплазмина. Возможно, что свободная медь образует комплексы с аминокислотами, которые не всасываются в канальцах. Алкаптонурия характеризуется экскрецией с мочой больших количеств (до 0,5 г/сут) гомогентизиновой кислоты, окисление которой кислородом воздуха придает моче темную окраску. В далеко зашедших случаях развиваются охроноз, отложение пигмента в тканях и потемнение носа, ушей и склеры. Эта болезнь известна с древ­нейших времен, однако только в 1962 г. были получены доказательства, что метабо­лический дефект при алкаптонурии связан е врожденным отсутствием в печени и поч­ках оксидазы гомогентизиновой кислоты.

Альбинизм характеризуется врожденным отсутствием пигментов в коже, во­лосах и сетчатке. Метаболический дефект связан с потерей меланоцитами способ­ности синтезировать тирозиназу — фермент, катализирующий окисление тирозина в диоксифенилаланин и диоксифенилаланинхинон, являющихся предшественниками меланина. Предположение о блокировании процесса полимеризации меланина при альбинизме не подтвердилось.

Таким образом, первичные нарушения обмена отдельных аминокислот обычно наступают вследствие блокирования действия какого-либо фермента. В ряде случаев имеет место резкое отставание умственного развития. Однако вопрос о том, чем обусловлено это торможение психической деятельности — токсическим действием не­нормально высоких концентраций аминокислот или их метаболитов на мозг, наруше­нием нормального соотношения аминокислот и, следовательно, биосинтеза белка или вторичными нарушениями энергетического и других видов обмена, окончательно не решен. Поэтому идентификация химической реакции или ферментативной системы, нарушение функции которой является первопричиной развития тяжелого наследствен­ного заболевания, в наши дни не только представляет большой теоретический инте­рес, но и играет в ряде случаев решающую роль в диагностике и терапии этих болезней. Следует всегда учитывать, что при блокировании нормального пути об­мена какой-либо аминокислоты промежуточные метаболиты, следующие за местом блокирования, становятся незаменимыми при данном заболевании

111. Роль исследований показателей азотистого обмена крови и мочи для оценки фун­кционального состояния печени (белки, аминокислоты, ферменты, мочевина, билирубин).

Азотистый обмен связан преимущественно с обменом белков, структурными единицами которого являются аминокислоты,

О нарушении обмена аминокислот в целостном организме судят не только по количественному и качественному составу продуктов их обмена в крови и моче, но и по уровню самих свободных аминокислот в биологических жидкостях организма. Большинство тканей характеризуется своеобразным аминокислотным “спектром”. В плазме крови он примерно соответствует аминокислотному составу свободных аминокислот в органах и тканях, за исключением более низкого содержания глу-тамата и аспартата и более высокого уровня глутамина. Амино­кислотный состав мочи резко отличается от аминокислотного состава плазмы крови. Оказывается, у человека, получающего полноценное питание, аминокислотный состав мочи более или менее постоянен изо дня в день, но у разных людей с почти одинаковым аминокислотным составом плазмы состав аминокислота моче может оказаться совершенно различным. , гипопротеинемии (снижение концентра­ции белков в сыворотке крови до 50-30 г/л; в норме 65-85 г/л) и нарушения коллоидно-осмотического и водно-солевого обмена (развитие отеков). Алкаптонурия характеризуется экскрецией с мочой больших количеств (до 0,5 г/сут) гомогентизиновой кислоты, окисление которой кислородом воздуха придает моче темную окраску. В далеко зашедших случаях развиваются охроноз, отложение пигмента в тканях и потемнение носа, ушей и склеры. Эта болезнь известна с древ­нейших времен, однако только в 1962 г. были получены доказательства, что метабо­лический дефект при алкаптонурии связан е врожденным отсутствием в печени и поч­ках оксидазы гомогентизиновой кислоты.

112. Желчь, состав, функции. Биохимия желчнокаменной болезни.

Желчь – жидкий секрет желтовато-коричневого цвета, отделяется печеночными клетками. В сутки у человека образуется 500–700 мл желчи (10 мл на 1 кг массы тела). Желчеобразование происходит непрерывно, хотя интенсивность этого процесса на протяжении суток резко колеблется. Внепищеварения печеночная желчь переходит в желчный пузырь, где происходит ее сгущение в результате всасывания воды и электролитов. Относительная плотность печеночной желчи 1,01, а пузырной – 1,04. Концентрация основных компонентов в пузырной желчи в 5–10 раз выше, чем в печеночной образование желчи начинается с активной секреции гепатоцитами воды, желчных кислот и билирубина, в результате которой в желчных канальцах появляется так называемая первичная желчь. Последняя, проходя по желчным ходам, вступает в контакт с плазмой крови, вследствие чего между желчью и плазмой устанавливается равновесие электролитов, т.е. в образовании желчи принимают участие в основном два механизма – фильтрация и секреция.

В печеночной желчи можно выделить две группы веществ. Первая группа – это вещества, которые присутствуют в желчи в количествах, мало отличающихся от их концентрации в плазме крови (например, ионы Na⁺, К⁺, креатин и др.), что в какой-то мере служит доказательством наличия фильтрационного механизма. Ко второй группе относятся соединения, концентрация которых в печеночной желчи во много раз превышает их содержание в плазме крови (билирубин, желчные кислоты и др.), что свидетельствует о наличии секреторного механизма. В последнее время появляется все больше данных о преимущественной роли активной секреции в механизме желчеобразования. Кроме того, в желчи обнаружен рядферментов, из которых особо следует отметить щелочную фосфатазу печеночного происхождения. При нарушении оттока желчи активность данногофермента в сыворотке крови возрастает.

Основные функции желчи. Эмульсификация. Соли желчных кислот обладают способностью значительно уменьшать поверхностное натяжение. Благодаря этому они осуществляют эмульгирование жиров в кишечнике, растворяют жирные кислоты и нерастворимые в воде мыла. Нейтрализациякислоты. Желчь, рН которой немногим более 7,0, нейтрализует кислый химус, поступающий из желудка, подготавливая его для переваривания в кишечнике. Экскреция . Желчь – важный носитель экскрети-руемых желчных кислот и холестерина. Кроме того, она удаляет из организма многие лекарственные вещества, токсины, желчные пигменты и различные неорганические вещества, такие, как медь, цинк и ртуть. Растворениехолестерина. Как отмечалось, холестерин, подобно высшим жирным кислотам, представляет собой нерастворимое в воде соединение, которое сохраняется в желчи в растворенном состоянии лишь благодаря присутствию в ней солей желчных кислот и фосфатидилхолина. При недостаткежелчных кислот холестерин выпадает в осадок, при этом могут образовываться камни. Обычно камни имеют окрашенное желчным пигментомвнутреннее ядро, состоящее из белка. Чаще всего встречаются камни, у которых ядро окружено чередующимися слоями холестерина и билирубината кальция. Такие камни содержат до 80% холестерина. Интенсивное образование камней отмечается при застое желчи и наличии инфекции. При застое желчи встречаются камни, содержащие 90–95% холестерина, а при инфекции могут образовываться камни, состоящие из билирубината кальция. Принято считать, что присутствие бактерий сопровождается увеличением β-глюкуронидазной активности желчи, что приводит к расщеплению конъюгатов билирубина; освобождающийся билирубин служит субстратом для образования камней.