биохимия. Учебникрепетитор Издательские решения По лицензии Ridero 2019 удк 61 ббк 53 К82 Рецензенты

• Название: Учебникрепетитор Издательские решения По лицензии Ridero 2019 удк 61 ббк 53 К82 Рецензенты
• Анкор: биохимия
• Дата: 30.05.2022
• Размер: 1.49 Mb.
• Имя файла: Biokhimia_dostupnym_yazykom.docx
• Тип: Учебник; #557681
• страница: 9 из 10

ОБМЕНОВ. РОЛЬ ПЕЧЕНИ В МЕТАБОЛИЗМЕ

I. МЕТАБОЛИЗМ НУКЛЕОПРОТЕИДОВ

Письменные вопросы темы, которые необходимо запомнить по вашему учебнику: формула по источникам пуринового ядра, синтез пиримидинов, распад пуринов (до мочевой кислоты), распад пиримидинов (достаточно одного из двух вертикальных столбцов).

По моему мнению, это — самая бестолковая тема всего курса биохимии: куча бесполезного письменного материала и всего пара вопросов по делу — о них и поговорим.

1. Подагра

В крови здорового человека содержится 137—452 мкмоль/л мочевой кислоты. Постоянное повышение ее уровня (гиперурикемия) часто приводит к развитию подагры. Это распространенное заболевание. Мужчины болеют в 20 раз чаще.

При подагре происходит образование кристаллов мочевой кислоты или ее солей (уратов), которые формируют подагрические узлы (тофусы). В основном поражаются мелкие суставы и околосуставные ткани стоп, реже — кистей рук. Тофусы механически раздражают ткани, повреждаются лизосомы и освободившиеся лизосомные ферменты в свою очередь разрушают клетки, что вызывает острое воспаление.

Главный симптом подагры — повторяющиеся приступы острой боли в суставах. Чаще болезнь начинается с воспаления первого плюснефалангового сустава большого пальца ноги. При кризе боль настолько сильна, что больной не в состоянии выносить даже прикосновения простыни. Приступ длится часами и повторяется с перерывами в несколько месяцев.

Лечат подагру противовоспалительными и обезболивающими препаратами. Профилактика: специальная диета, ограничивающая продукты с высоким содержанием пуринов.

2. Врожденная оротацидурия

Причина этой патологии: снижение активности ферментов, отвечающих за распад оротовой кислоты. Избыток оротовой кислоты выводится с мочой — до 1,5 г в сутки (в 1000 раз больше, чем в норме). Оротовая кислота плохо растворима, поэтому она оседает из мочи в виде мелких белых кристалликов (белое помутнение мочи).

При отсутствии лечения наследственная оротацидурия приводит к развитию необратимого резкого отставания умственного и физического развития; обычно больные погибают в первые годы жизни. Оротовая кислота не токсична, нарушения развития являются следствием недостаточности пиримидинов, производных уридина. Поэтому для лечения этой болезни применяют уридин в дозах 0,5—1 г в сутки. Лечение должно продолжаться на протяжении всей жизни.

II. МЕТАБОЛИЗМ ХРОМОПРОТЕИДОВ

Письменные вопросы темы, которые необходимо запомнить по вашему учебнику: синтез гема (первые две реакции).

Вы наверное заметили, что, чем больше устных вопросов в теме, тем она важнее. Так и есть. Данная тема чрезвычайно значима (всего 1 письменный вопрос).

I. Обмен железа

Самым часто встречающимся металлом в составе хромопротеидов является железо. Железо является единственным металлом, одинаково легко отдающим и принимающим электроны. Это свойство обеспечивает очень «мягкий» и обратимый переход из Fe³⁺ в Fe²⁺.

В организме человека содержится примерно 3—4 г Fe (вес небольшого гвоздя). Все это железо представлено в виде органических соединений и находится в комплексе с различными белками. Большая часть Fe (65—70%) гемоглобина, 25% железа связано с ферритином, 5% — с миоглобином, 0,18% связано с трансферрином. Остальное железо входит в состав цитохромов и других белков.

Обновление железа в организме имеет два источника: эндогенный — основной источник, дающий 25 мг Fe в сутки за счет распада собственных железосодержащих белков; экзогенный — поступление железа с пищей. Этот путь в 14 раз менее масштабен — всего 1,5—2 мг Fe в сутки.

Важнейшие продукты, содержащие железо — печень и красное мясо (растительное Fe усваивается хуже). Всасывание железа происходит в тонком кишечнике. Причем всасывается только необходимое его количество, остальное выводится наружу с калом.

В пище находится трехвалентное железо (Fe³⁺), которое входит в состав пищевых белков. Важнейшее значение при усвоении железа имеет аскорбиновая кислота, которая восстанавливает его до Fe²⁺. В таком виде оно попадает в клетки тонкого кишечника и там вновь окисляется до Fe³⁺, а затем соединяется с внутриклеточным ферритином (содержание железа в нем достигает 20%). Ферритин является главным тканевым депо железа в организме, поэтому содержание этого белка наиболее высоко в тех органах, которые заинтересованы в метаболизме железа, т. е. в красном костном мозге, печени и селезенке.

Далее, в клетках кишечника, Fe³⁺ покидает ферритин и, попадая в кровь, связывается там с трансферрином, который транспортирует его к другим органам и тканям (в основном — в красный костный мозг), где железо вновь депонируется ферритином.

II. Распад гемоглобина

Эритроциты живут 90—120 дней, после чего разрушаются. Вместе сними, в селезенке, красном костном мозге и печени, распадается гемоглобин.

Вначале разрывается метеновый мостик между пиррольными кольцами и образуется вердоглобин; он все еще содержит железо и глобин.

В дальнейшем вердоглобин избавляется от глобина и железа, превращаясь в биливердин (оба пигмента имеют зеленоватую окраску).

Восстановление биливердина приводит к образованию свободного (непрямого) билирубина — одного из ключевых пигментов человеческого метаболизма. Он токсичен и нерастворим в воде и поэтому транспортируется кровью в комплексе с альбумином. Важно: будучи нерастворимым в воде, свободный билирубин не может попадать в мочу.

Этот пигмент инактивируется в печени, превращаясь в связанный (прямой) билирубин. Он нетоксичен и прекрасно растворим в воде, и поэтому может попадать в мочу. Большая часть связанного билирубина выделяется печенью с желчью в просвет кишечника.

В тонком кишечнике происходит его превращение в мезобилиноген. Примерно 5% которого всасывается в кровь и по системе воротной вены, попадат в печень, где разрушается.

Основная часть мезобилиногена, под действием микрофлоры толстого кишечника превращается в стеркобилин. Именно этот пигмент придает характерный цвет каловым массам.

III. Желтухи — синдром, характерными признаками которого являются: а) значительное повышение уровня общего билирубина в крови б) пожелтение верхнего неба, затем — склер, затем — кожных покровов.

В норме уровень билирубина крови не должен превышать 20,5 мкМоль/л. Отношение свободного билирубина к связанному — 3:1 соответственно. Признаки желтухи становятся видимыми на глаз, если уровень билирубина превышает 35 мкМоль/л.

Желтухи делятся на:

1. 
   Гемолитическая — возникает при массивном гемолизе. Причины: ошибки при переливании несовместимой группы крови, гемолитическая болезнь новорожденных (резус-конфликт), отравление гемолитическими ядами и др. При этом высвобождается значительное количество гемоглобина, который в процессе распада дает много свободного билирубина. Резкое повышение уровня свободного билирубина в крови является, пожалуй, единственным ярким лабораторным признаком желтухи данного типа. Т. к. клетки печени работают нормально, образование и желчная секреция связанного билирубина идет нормально и уровень этого пигмента в крови остается в пределах нормы. Поскольку свободный билирубин нерастворим в воде, он не проникает через почечный барьер, следовательно, в моче особых изменений не отмечается. В кале возможно незначительное повышение уровня стеркобилина, связанное с усиленным выведением продуктов билирубинового обмена с желчью.
   
2. 
   Паренхиматозная — возникает при гепатитах разной природы (инфекционный, токсический, алкогольный, аутоиммунный и др.). Ослабленные гепатоциты не успевают с должной скоростью превращать свободный билирубин в связанный, что приводит к повышению уровня свободного билирубина. Образующийся связанный билирубин печень также не в состоянии выделять с желчью и значительная его часть всасывается в кровь. Этот тип желтухи является единственным, при котором в крови отмечается пропорциональное увеличение обоих типов билирубина. Т. к. свободный билирубин растворим в воде, его избыток выводится почками с мочой, что приводит к появлению билирубина в моче. В моче также регистрируется уробилиноген (мезобилиноген), так как, всосавшись в систему воротной вены, он уже не разрушается больными гепатоцитами. В кале значительных изменений не отмечается.
   
3. 
   Обтурационная — возникает при нарушении оттока желчи из печени. Причины: закупорка желчевыводящего протока желчным камнем, внешнее сдавление опухолью, воспаления и спазмы желчных путей.
   

При этом свободный билирубин легко переводится печенью в связанный, но он не способен эвакуироваться в просвет кишечника и вынужден в огромных количествах всасываться в кровь. При этом типе желтухи в крови отмечается резкое повышение связанного билирубина. Связанный билирубин попадает в мочу и регистрируется там. Поскольку в этом случае продукты распада билирубина не попадают в кишечник, уровень стеркобилина там резко снижен, что визуально проявляется в виде обесцвеченного кала.

III. РЕГУЛЯЦИЯ МЕТАБОЛИЗМА

I. Общие положения

Все процессы регуляции организма направлены на поддержание постоянства внутренних параметров (гомеостаз).

Уровни регуляции соподчинены друг другу. Причем все уровни теснейшим образом взаимосвязаны как единая система; между ними существует двухсторонняя связь: высшие уровни регуляции отдают приказы низшим, те их выполняют и посылают обратные сигналы о состоянии организма.

Уровни регуляции:

1. 
   Нервная регуляция — является, верховным уровнем управления внутренними процессами.
   
2. 
   Гуморальная регуляция — система регуляции посредством биологически активных факторов жидких сред организма. Гуморальная регуляция теснейшим образом связана с нервной, что особо ярко проявляется на примере гипоталамо-гипофизарной системы.
   
3. 
   Клеточная регуляция. Гормоны не могут воздействовать непосредственно на биохимические процессы, их действие осуществляется на уровне клетки. Мишенью действия гормона является соответствующий специфический клеточный рецептор.
   
4. 
   Молекулярная регуляция. В ходе эволюции сформировалось множество метаболических процессов автономного типа, способных к самоконтролю уже на молекулярном уровне путем воздействия метаболитов процесса на активность ключевого аллостерического фермента.
   

Процессы регуляции любой функции сводятся, в конце концов, к управлению биохимическими процессами, лежащими в ее основе. Если вспомнить, что практически все химические реакции организма катализируются соответствующими ферментами, то станет понятно, что управлять метаболическими превращениями легче, воздействуя на соответствующие ферментативные системы данных реакций. Мы видим, что конечным пунктом воздействия любой системы регуляции является фермент.

II. Саморегуляция биохимических процессов

Начнем снизу, с молекулярного типа регуляции, который является самым распространенным в живом мире.

Практически все ферментативные процессы многостадийны, т. е. включают в себя не одну, а несколько химических реакций, каждая из которых катализируется соответствующим ферментом. Причем скорость протекания всего процесса зависит от скорости самой медленной реакции процесса — лимитирующей. Вспомним известную фразу: «скорость движения эскадры равна скорости движения самого медленного корабля»; разумеется, увеличив или уменьшив скорость движения этого судна, мы изменим скорость всей эскадры. Примерно так же осуществляется регуляция метаболических процессов: контроль скорости всего процесса реализуется путем изменения скорости фермента (аллостерического), катализирующего лимитирующую реакцию.

На аллостерический центр такого фермента воздействуют эффекторы (активаторы и ингибиторы), изменяющие его активность и, следовательно, скорость всего процесса. Ингибитором аллостерического фермента является, как правило, конечный продукт лимитирующей реакции или всего процесса. В качестве активаторов чаще выступают исходные субстраты.

III. Клеточная регуляция — процесс передачи сигнала от гормона внутрь клетки. Клеточная регуляция имеет два механизма действия:

1. 
   Мембранная регуляция. Большинство гормонов действуют на рецепторы клеточных мембран и посредством каскадных мембранных механизмов (аденилатциклазная система и др.) изменяют активность тех или иных ферментативных систем, изменяя тем самым скорость метаболических процессов. Это система быстродействия — действие осуществляется очень быстро, но в течение короткого промежутка времени.
   
2. 
   Ядерная регуляция. Стероидные и тиреоидные гормоны, будучи гидрофобными по структуре, легко проникают сквозь билипидный слой клеточных мембран, и уже в цитозоле взаимодействуют со специфическими рецепторными белками, после чего проникают в ядро и воздействуют на ген фермента, ускоряя или замедляя его синтез на рибосоме. Это система дальнедействия — регуляция осуществляется медленно, но надолго.
   

IV. Гуморальная регуляция

К гуморальным регуляторам можно отнести гормоноподобные вещества (гормоноиды), рилизинг факторы, медиаторы, коферменты, метаболиты, но важнейшими гуморальными регуляторами являются гормоны — химические агенты, выделяемые эндокринными железами в кровь и действующие в масштабе всего организма (в отличие от гормоноидов, которые синтезируются в тканях и секретируются не в общий кровоток, а по месту синтеза, следовательно, обладают не общим, а местным действием).

Классификация гормонов:

1. 
   Сложные белки (ФСГ, ЛГ, ТТГ);
   
2. 
   Простые белки (пролактин, СТГ, инсулин и др.);
   
3. 
   Пептиды (АКТГ, глюкагон, вазопрессин, окситоцин, глюкагон и др.)
   
4. 
   Производные аминокислот (катехоламины, тироксин и др.);
   
5. 
   Стероиды (глюкокортикоиды, минералокортикоиды, андрогены, эстрогены и прогестины).
   

Важно: по гормонам вас ждет контрольная работа, поэтому формулы гормонов 3-й, 4-й и 5-й групп придется выучить (самое трудное — формулы стероидных гормонов).

Иерархия гуморальной системы

Координатором гуморальной системы является гипоталамус, который получает и объединяет сигналы, идущие из центральной нервной системы. В ответ на возбуждение определенных центров мозга гипоталамус выделяет либерины и статины, которые поступают в переднюю долю гипофиза, стимулируют (либерины) или подавляют (статины) секрецию соответствующих тропных гормонов клетками гипофиза.

(К слову: вазопрессин и окситоцин к гормонам задней доли гипофиза относят условно, поскольку синтезируются они тоже в нейронах гипоталамуса, после чего спускаются по аксонам до задней доли гипофиза, откуда выделяются в кровь).

Действие гормонов специфично, т. е. направлено только на определенные клетки, которые называют клетками-мишенями соответствующего гормона (обладающими рецепторами к нему). Клетки-мишени подразделяют по уровням иерархии гуморального воздействия на:

а) Первичные мишени — клетки аденогипофиза, принимающие сигнал от гипоталамуса. Первичные мишени выделяют вторичные регуляторы — тропные гормоны;

б) Вторичные мишени — клетки некоторых эндокринных желез (надпочечники, щитовидная, половые железы и др.), принимающие сигналы от первичных мишеней (гипофиза). Тропные гормоны регулируют продукцию соответствующих гормонов вторичных эндокринных желез;

в) Конечные мишени — соматические клетки периферических тканей, способные воспринимать гуморальные сигналы от вторичных мишеней.

Функциональная активность гуморальной системы не является однонаправленно-нисходящей. Исполнение регуляторных приказов сверху контролируется также с помощью механизмов, работающих по принципу обратной связи. Пример: тиреотропный гормон (ТТГ) стимулирует выделение щитовидной железой тироксина и трийодтиронина, которые попадают далее в ткани. Однако, будучи в крови в избытке, эти гормоны тормозят выделение ТТГ гипофизом.

Векторы регуляции метаболизма

Гуморальная и нервная регуляции способны действовать на обменные процессы только в двух направлениях:

1. 
   Депонирование — процессы, направленные на запасание метаболита в клетках и снижение его уровня в крови. Для углеводного обмена, например, это усиление синтеза гликогена и, следовательно, снижение уровня глюкозы крови; для фосфорнокальциевого обмена — усиление поступления кальция и фосфатов в организм и их депонирование в костях;
   
2. 
   Мобилизация — здесь обратная тенденция: распад депо до метаболита, который попадает в кровь, повышая там свою концентрацию. Для липидного обмена, например — внутриклеточное расщепление нейтрального жира до ВЖК и глицерина, которые идут в кровь (их уровень в крови повышается). Для белкового обмена: гидролиз белка до аминокислот, которые, опять же, идут в кровь.
   

Ниже приводится сводная информация по гуморальной регуляции всех обменов: Углеводный обмен: депонирует: инсулин;

мобилизуют: адреналин, глюкагон, СТГ, тироксин, глюкокор-

тикоиды; Липидный обмен:

депонирует: глюкокортикоиды, инсулин;

мобилизуют: адреналин, глюкагон, СТГ, тироксин, андрогены; Белковый обмен: депонируют: СТГ, инсулин, андрогены;

мобилизуют: глюкокортикоиды, адреналин, глюкагон, тирок-

син;

Водно-солевой обмен:

депонируют: вазопрессин, альдостерон, ренин; Фосфорно-кальциевый обмен: депонируют: кальцитонин, кальцитриол (производное вит. D); мобилизует: паратгормон.

IV. РОЛЬ ПЕЧЕНИ В МЕТАБОЛИЗМЕ

Печень можно назвать главным биохимическим органом. Именно печень является стержнем всего метаболизма в целом; котлом, где варятся все биохимические процессы, звеном, объединяющим и регулирующим их.

I. Функции печени

1. 
   Экспортная. Печень можно смело назвать главным синтезирующим органом. Причем большую часть субстратов печень синтезирует не для себя, а для нужд других органов и тканей. Если говорить о веществах, образуемых клетками печени на экспорт, то особо следует назвать следующие группы метаболически важных веществ: белки, глюкоза, липиды, кетоновые тела.
   
2. 
   Пищеварительная. Печень является самой крупной железой организма. Ее секрет — желчь, участвует в утилизации жиров пищи.
   
3. 
   Выделительная. Печень — орган выделения, удаляющий с желчью излишки холестерина, билирубин и некоторые другие метаболиты.
   
4. 
   Дезинтоксикационная (в т. ч. и синтез мочевины). Печень является основным органом, обеспечивающим обезвреживание токсинов (см. ниже).
   
5. 
   Гомеостатическая. Печень депонируя продукты, всосавшиеся в ходе пищеварения, поддерживает уровень глюкозы, аминокислот и др. в крови на постоянном уровне.
   

II. Роль печени в метаболизме

1. Углеводный обмен:

а) утилизация глюкозы

б) продукция глюкозы — распад гликогена

— глюконеогенез

в) пентозный путь 2. Белковый обмен:

а) синтез белков

б) синтез аминокислот

в) распад аминокислот

г) обезвреживание аммиака 3. Липидный обмен:

а) окисление ВЖК

б) утилизация хиломикронов

в) синтез холестерина, кетоновых тел, ВЖК, нейтрального

жира, фосфолипидов и холина

г) образование ЛПОНП, ЛПВП.

III. Обезвреживающая функция печени

Печень — главный орган дезинтоксикации, обезвреживающий как внешние токсины (ксенобиотики), попадающие в организм, так и токсичные продукты жизнедеятельности (шлаки).

Несмотря на огромное число существующих ядов, все они обезвреживаются в печени практически одинаково, минуя две стадии дезинтоксикации:

1. 
   Микросомальное окисление — первичная обработка, в процессе которой к молекуле токсина крепится функциональная группа (чаще — ОН). Ключевую роль в этом процессе играет цитохром Р-450. Чем выше его концентрация в клетках печени, тем эффективнее идет обезвреживание. Замечено, что при длительном контакте с ксенобиотиками (хронические отравления, алкоголизм и др.) уровень цитохрома Р-450 значительно повышен.
   
2. 
   Конъюгация — через функциональную группу, образовавшуюся на первой стадии, к молекуле яда присоединяется хорошо растворимое вещество, после чего комплекс: токсин-конъюгатор теряет токсические свойства и в растворимой форме выводится почками с мочой. Наиболее активными конъюгаторами являются: глюкуроновая кислота и сульфатный остаток.