БІОХІМІЧНІ ФУНКЦІЇ ПЕЧІНКИ. МЕТАБОЛІЗМ nПОРФІРИНІВ: ОБМІН ЖОВЧНИХ ПІГМЕНТІВ, БІОХІМІЯ ЖОВТЯНИЦЬ. БІОТРАНСФОРМАЦІЯ КСЕНОБІОТИКІВ ТА ЕНДОГЕННИХ nТОКСИНІВ В ПЕЧІНЦІ: МІКРОСОМАЛЬНЕ ОКИСНЕННЯ, nЦИТОХРОМ Р-450.
БІОХІМІЯ ПЕЧІНКИ
Печінка займає nцентральне місце в обміні речовин завдяки анатомічному розміщенню і багатому nнабору ферментів.
n
http://www.youtube.com/watch?v=tat0QYxlCbo&feature=related
Функції печінки:
1. nПоживні речовини, які всмоктувались у кишковому тракті, з кров’ю ворітної вени nнадходять, за винятком ліпідів, у печінку. Частина ліпідів через лімфу і загальне коло кровообігу також надходить nу печінку. Тут поживні речовини піддаються певним nперетворенням і постачаються через кров до всіх інших органів і тканин. Таким nчином, печінка є основним органом розподілу поживних речовин в організмі, nзокрема глюкози, триацилгліцеринів і кетонових тіл (рис. ).
2. У nпечінці синтезуються багаточисленні білки і ліпопротеїни плазми крові, nнизькомолекулярні біохімічно активні речовини (креатин, 25‑оксихолекальциферол, nгем), холестерин.
3. nСинтезується кінцевий продукт азотового обміну – сечовина.
4. nСинтезуються жовчні кислоти, утворюється і виділяється у кишечник жовч, що має nзначення для травлення ліпідів, виведення надлишку nхолестерину і деяких продуктів метаболізму в кишечник.
5. У nпечінці знешкоджуються токсичні речовини, що утворюються в організмі чи надходять nззовні, інактивуються ліки, деякі гормони.
6. nДепонуються залізо, інші метали, вітаміни А, D, Е, В12, nфолієва кислота.
Таким чином, nпечінка виконує метаболічні, біосинтетичні, дезінтоксикаційні та екскреторні nфункції. Ушкодження клітин печінки, які можуть бути спричинені інфекційними хворобами, nдією гепатотоксинів (алкоголю, хлорованих вуглеводнів, деяких ліків), гіпоксією, nтривалим закупоренням жовчних шляхів, зумовлюють розлади функцій печінки. Для діагностики nзахворювань печінки, оцінки ефективності лікування використовують функціональні nпроби (тести) – біохімічні аналізи ряду показників плазми крові й сечі.
Чутливим показником ушкодження печінки є підвищена активність у плазмі аланінамінотрансферази. nФермент виділяється у кров із nзруйнованих печінкових клітин (при вірусних гепатитах, хронічному активному nгепатиті). Незначне підвищення активності nамінотрансферази при одночасному значному зростанні активності лужної фосфатази nплазми свідчить про непрохідність жовчних проток, порушення секреції жовчі n(холестаз). При патології печінки зростає активність у nплазмі мікросомного ферменту гамма-глутамілтрансферази. Активність nцього ферменту також зростає при впливі алкоголю та деяких ліків, які nстимулюють синтез мікросомних ферментів. Діагностичну цінність має визначення nвмісту в плазмі крові альбуміну, ряду глобулінів, факторів згортання крові, які nутворюються у гепатоцитах (проби на біосинтетичну функцію печінки).
Для диференціальної діагностики nзахворювань печінки і жовчної системи, які супроводжуються жовтяницею, nвизначають вміст у плазмі вільного та зв’язаного nбілірубіну, а в сечі – білірубіну й уробіліну, оцінюють візуально колір калу та nсечі.
Обмін вуглеводів у печінці
Всмоктуючись у кишечнику, глюкоза надходить nз кров’ю ворітної вени у печінку, де більша частина її фосфорилюється з nутворенням глюкозо-6-фосфату.
http://www.youtube.com/watch?v=QckfYvIlVu4&feature=relmfu
http://www.youtube.com/watch?v=PQMsJSme780&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=AEsQxzeAry8
http://www.youtube.com/watch?v=KED6BHVM97s&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=rTNHMHAUsNI
У паренхіматозних nклітинах печінки є обидва ферменти, які каталізують цю реакцію – гексокіназа і nглюкокіназа, що відрізняються своїми каталітичними властивостями. При nнормальній концентрації глюкози в крові ворітної вени і у клітинах печінки nглюкокіназа малоактивна, а після споживання вуглеводної їжі зростають nконцентрація глюкози і, відповідно, активність ферменту. Швидке фосфорилювання nглюкози і затримка її в печінці попереджують значне підвищення вмісту глюкози у nзагальному колі кровообігу (фосфорильована глюкоза не виходить із клітин у кров).
http://www.youtube.com/watch?v=O5eMW4b29rg&feature=related
Фруктоза і галактоза також після nвсмоктування перетворюються у печінці в глюкозо-6-фосфат. Спадковий дефіцит nферментів перетворення фруктози і галактози у печінці зумовлює розвиток nзахворювань – непереносимості фруктози, фруктоземії, галактоземії.
Глюкозо-6-фосфат – ключовий nпроміжний продукт обміну вуглеводів – може перетворюватись у печінці різними nшляхами (рис.), і вибір якогось одного із них залежить від потреб як самої nпечінки, так і всього організму.
1. Із nглюкозо-6-фосфату синтезується глікоген (рис. ), nзапасна форма глюкози в організмі.
У нормі вміст nглікогену в печінці складає 70-
Спадкові хвороби, пов’язані nз порушенням обміну глікогену, називаються глікогенними хворобами. Якщо немає ферментів, що викликають мобілізацію глікогену, такі nглікогенні хвороби називаються глікогенозами. Відомо декілька різновидів глікогенозів, пов’язаних з недостатністю різних nферментів. Глікогенози супроводжуються збільшенням печінки, м’язовою слабкістю, nгіпоглікемією натще. Хворі діти помирають у ранньому nвіці.
Якщо nпорушується синтез глікогену (через дефект ферментів синтезу), то вміст глікогену в клітинах знижується. Такі спадкові хвороби nназиваються аглікогенозами. Найактивнішими проявами аглікогенозу є виражена nгіпоглікемія натще (немає запасу глікогену), втрата свідомості, nкорчі, відставання розумового розвитку через голодування мозку. Звичайно такі nдіти помирають у ранньому віці.
2. Під дією глюкозо-6-фосфатази n– ферменту, який знаходиться тільки у печінці, клітинах епітелію ниркових nканальців і тонкого кишечника, глюкозо-6-фосфат гідролізується до вільної nглюкози, яка надходить у кров і доставляється до інших тканин. Вивільнення nглюкози із печінки відбувається, коли її концентрація в крові падає нижче nнормального рівня. Завдяки цьому підтримується nконцентрація її у межах фізіологічної норми (3,33-5,55 ммоль/л).
3. Надлишок глюкозо-6-фосфату, який не використаний на утворення глюкози крові і глікогену печінки, розщеплюється шляхом гліколізу до піровиноградної кислоти і далі – до ацетил–КоА і СО2, які використовуються для синтезу жирних кислот. Із проміжного продукту гліколізу – діоксіацетонфосфату – шляхом відновлення утворюється гліцерол-3-фосфат. Жирні кислоти і гліцерол-3-фосфат використовуються для синтезу жирів (триацилгліцеринів), гліцерофосфоліпідів, які частково залишаються у печінці, а частково переносяться до інших тканин у складі ліпопротеїнів. Певна nчастина ацетил-КоА у печінці використовується для синтезу холестерину.
4. Розпад глюкозо-6-фосфату до СО2 nі Н2О постачає клітини печінки енергією. В аеробних умовах поєднання nгліколізу в цитоплазмі і nциклу лимонної кислоти з окиснювальним фосфорилюванням у мітохондріях дає nмаксимальний вихід – 38 моль АТФ на 1 моль глюкози. Однак у проміжках між прийомами їжі печінка для продукції енергії окиснює nпереважно жирні кислоти, а не глюкозу. При надходженні змішаної їжі енергія nпостачається за рахунок окиснення кетокислот, що утворюються при розпаді nамінокислот, і частково глюкози.
5. Частина глюкозо-6-фосфату у печінці окиснюється в nпентозофосфатному циклі . Цей шлях розпаду глюкози nпостачає відновлений НАДФН, необхідний для реакції відновлення під час nбіосинтезу жирних кислот, холестерину і для реакції мікросомального окиснення, nа також пентозофосфати, необхідні для синтезу нуклеотидів і нуклеїнових кислот.
Приблизно n1/3 глюкози окиснюється у печінці пентозофосфатним шляхом, а 2/3 nвикористовується у ході nреакцій гліколізу.
http://www.youtube.com/watch?v=O5eMW4b29rg&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=nKgUBsC4Oyo&feature=related
Крім розпаду глікогену, в печінці nфункціонує й інший шлях утворення глюкози – глюконеогенез. Саме клітини печінки nмістять повний набір ферментів для синтезу глюкози із невуглеводних речовин – nлактату, пірувату, амінокислот, гліцерину (рис. ).
Глюконеогенез із лактату відбувається у період відновлення після інтенсивного м‘язового навантаження, коли лактат, що утворюється у м‘язах, надходить у печінку і перетворюється в глюкозу. Остання із печінки доставляється у м‘язи і використовується для відновлення запасів глікогену. Глюконеогенез із амінокислот разом із розпадом глікогену печінки забезпечують постійність рівня глюкози в крові у проміжках між споживаннями їжі. Максимальної nактивності глюконеогенез досягає через 1 добу вуглеводного чи повного голодування, nколи запас глікогену печінки вичерпується. Тоді йде інтенсивний розпад білків nтканин, в основному м’язів, і амінокислоти потрапляють nу печінку, де служать субстратами для глюконеогенезу.
Співвідношення між процесами nрозпаду і синтезу глюкози і глікогену в клітинах печінки знаходиться під nконтролем цілого ряду факторів регуляції, у тому числі концентрації АТФ, АДФ і nАМФ, проміжних продуктів обміну і гормонів.
http://www.youtube.com/watch?v=mmACA_eVLTE&feature=relmfu
http://www.youtube.com/watch?v=6JGXayUyNVw&feature=related
Обмін ліпідів у печінці
Ферментні nсистеми здатні здійснювати регуляцію ліпідного обміну nцілого організму. Тісно поєднані між собою процеси обміну жирів у печінці і nжировій тканині. Важливе значення має постачання печінкою іншим органам і nтканинам фосфоліпідів, холестерину, кетонових тіл.
http://www.youtube.com/watch?v=1pXh178IOGU&feature=related
В nорганізмі людини резерви жирів локалізовані в основному в жировій тканині, а в nпечінці вміст їх менший 1 % від маси органа. Під час значного фізичного навантаження, стресового стану, а nтакож голодування в жировій тканині стимулюються ліполіз і вивільнення жирних nкислот. Вільні жирні кислоти потрапляють у кров і у вигляді комплексів з альбуміном nплазми розносяться до інших органів і тканин. До 50 % nцих жирних кислот можуть поглинатись печінкою і використовуватись для окиснення nдо СО2 і Н2О, утворення кетонових тіл або синтезу nтриацилгліцеринів, фосфоліпідів і ефірів холестерину n(рис. ).
В умовах спокою nі достатнього надходження в організм поживних речовин печінка отримує енергію в основному за рахунок окиснення амінокислот, а не жирних nкислот. При голодуванні основним джерелом енергії стає окиснення жирних кислот nдо СО2 і Н2О.
http://www.youtube.com/watch?v=PoolWjqoyO0
Крім того, при голодуванні різко збільшується окиснення жирних кислот з утворенням nкетонових тіл. Кетонові тіла утворюються у печінці, звідки переносяться кров’ю nдо периферичних тканин, де використовуються як джерело енергії (рисунки).
Окиснення кетонових тіл відбувається у nскелетних м’язах, міокарді, нирках і навіть у мозку. В цих тканинах є ферменти, які nперетворюють ацетооцтову і бета-гідроксимасляну кислоти в ацетил-КоА (тобто використання nкетонових тіл проходить у циклі nКребса). У самій печінці ферменти активації nацетооцтової кислоти відсутні, тому кетонові тіла там nне утилізуються. Як енергетичний субстрат кетонові тіла більш ефективно nконкурують з глюкозою, ніж нерозчинні у воді вищі жирні кислоти, концентрація nяких у крові лімітується кількістю альбумінів. При тривалому голодуванні nспоживання глюкози у мозку знижується приблизно до 25 % від початкового рівня і в цих умовах кетонові тіла служать для мозку nосновним джерелом енергії. Підвищений рівень кетонових nтіл у плазмі крові в час голодування (близько 2 ммоль/л) розглядають як nфізіологічний кетоз, а при важких формах цукрового діабету має місце nпатологічний кетоз, коли концентрація кетонових тіл досягає 20-30 ммоль/л. nНакопичення кетонових тіл при тривалому голодуванні, цукровому діабеті, nнирковій глюкозурії, тобто в умовах обмеженої утилізації вуглеводів і посиленої nмобілізації жирних кислот із депо, зумовлюється недостачею оксалоацетату, який nприводить до гальмування включення ацетил-КоА в цикл лимонної кислоти і nнаправлення його на синтез кетонових тіл.
Важливим біосинтетичним шляхом у nпечінці є утворення жирних кислот і жирів (ліпогенез). nЖирні кислоти синтезуються швидко і у великій nкількості із ацетил-КоА, джерелом якого може бути глюкоза і амінокислоти, не nвикористані для інших функцій.
Синтез жирних nкислот стимулюється рядом регуляторних механізмів при надходженні в клітини nглюкози. Зокрема, при переході організму із змішаного раціону на раціон, nбагатий вуглеводами і бідний ліпідами, у печінці зростає синтез ферментів, що nберуть участь у біосинтезі жирних кислот (цитратліази, ацетил-КоА-карбоксилази, nпальмітилсинтетази, ферментів пентозофосфатного шляху окиснення глюкози). У nпечінці більш інтенсивно, ніж у позапечінкових тканинах, відбуваються реакції nподовження ланцюга жирних кислот й утворення мононенасичених жирних кислот із nнасичених. Таким чином, у печінці утворюється nвластивий даному виду набір жирних кислот.
Новосинтезовані жирні кислоти, а також nжирні кислоти, які потрапили у печінку із хіломікронів під nчас травлення жирів їжі, та жирні кислоти, звільнені із жирових депо при nмобілізації жирів, використовуються в гепатоцитах для синтезу жирів, nфосфоліпідів, ефірів холестерину, або окиснюються (рис. ).
http://www.youtube.com/watch?v=tat0QYxlCbo&feature=related
Напрямок nперетворення залежить від рівня енергії в клітинах печінки й енергетичних потреб nцілого організму, концентрації жирних кислот у плазмі крові, інтенсивності nобміну в позапечінкових тканинах.
Гліцерол-3-фосфат, nнеобхідний для утворення жирів і фосфоліпідів, синтезується у печінці двома nшляхами: із вільного гліцерину під дією гліцеролкінази та відновленням nдіоксіацетонфосфату гліцеролфосфатдегідрогеназою. Активні форми жирних кислот n(ацил-КоА) взаємодіють з гліцерол-З-фосфатом з утворенням фосфатидної кислоти, nяка далі використовується для синтезу триацилгліцеринів і гліцерофосфоліпідів.
У печінці nможе зберігатись тільки обмежена кількість жирів (менше 1 % маси органа), nа їх надлишок виводиться у кров у складі ЛДНГ.
Останні надходять у капіляри позапечінкових тканин, де nпід дією ліпопротеїнліпази жири гідролізуються, і жирні кислоти утилізуються в nклітинах. Швидкість секреції печінкою ЛДНГ відповідає швидкості їх споживання nпериферичними тканинами. За добу печінка виділяє в кров близько n20‑50 г жиру.
http://www.youtube.com/watch?v=hRx_i9npTDU&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=97uiV4RiSAY
http://www.youtube.com/watch?v=x-4ZQaiZry8
Порушення виведення жирів із печінки у складі nліпопротеїнів зумовлює жирове переродження печінки. Зазначимо роль фосфоліпідів nу попередженні жирової інфільтрації печінки.
Синтезовані nу печінці фосфоліпіди також надходять у кров в складі nліпопротеїнів і доставляються до позапечінкових тканин для оновлення мембранних nструктур. При зниженні синтезу фосфоліпідів внаслідок nнестачі холіну швидкість виходу жирних кислот із печінки зменшується, що сприяє nнакопиченню жиру. Холін і речовини, які сприяють його синтезу в печінці, nзокрема амінокислота метіонін, проявляють ліпотропну активність.
Печінка відіграє nцентральну роль і в обміні холестерину (рис. ).
http://www.youtube.com/watch?v=uZUCZn0xnYE&NR=1
http://www.youtube.com/watch?v=XLLBlBiboJI&feature=related
Вміст його в nорганізмі підтримується на постійному рівні за допомогою регуляторних nмеханізмів. У печінці синтезується близько 80 % холестерину організму. nБіосинтез його регулюється за принципом негативного nзворотного зв’язку. Тому при потраплянні в організм значної кількості nхолестерину з їжею синтез його гальмується, і навпаки. Крім того, синтез nхолестерину знаходиться під контролем інсуліну і nглюкагону, тобто залежить від забезпечення організму поживними речовинами.
Під час транспорту із nпечінки до інших тканин холестерин включається у ЛДНГ, причому більша частина у nформі ефірів. ЛДНГ після віддачі жиру тканинам перетворюються у плазмі в ЛНГ, nякі містять до 50 % ефірів холестерину. ЛНГ захоплюються клітинами різних тканин, де холестерин включається в склад мембран або nвикористовується для утворення стероїдних гормонів чи вітаміну D. Надлишок nхолестерину переноситься від позапечінкових тканин до печінки у складі ЛВГ.
Виводиться nхолестерин із печінки в складі жовчі у кишечник. Друга nчастина холестерину в печінці йде на синтез жовчних кислот. Цей процес включає nреакції вкорочення й окиснення бокового ланцюга з утворенням карбоксильної nгрупи і реакцій гідроксилювання стероїдного ядра холестерину. Утворення парних жовчних кислот, тобто кон’югатів жовчних кислот з nгліцином чи таурином, також здійснюється у печінці. Синтез жовчних кислот із nхолестерину регулюється за принципом негативного зворотного зв’язку, тому nвсмоктування жовчних кислот у кишечнику і надходження в печінку є одним із nмеханізмів регуляції синтезу холестерину.
Азотовий обмін у печінці
Печінка займає nключову роль в обміні білків і амінокислот .
У nклітинах печінки, на відміну від інших органів, є повний набір nферментів, що беруть участь в амінокислотному обміні. Амінокислоти, що nвсмоктуються у кишечнику, потрапляють з кров’ю ворітної вени у печінку і використовуються nтут в різних шляхах обміну:
1) синтез nбілків;
2) розпад nдо кінцевих продуктів;
З) nперетворення у вуглеводи та ліпіди;
4) nвзаємоперетворення амінокислот;
5) nперетворення у низькомолекулярні азотовмісні речовини;
6) звільнення в кров і доставка до інших органів і nтканин для синтезу там білків і низькомолекулярних азотових речовин.
Печінка бере участь і в метаболізмі nамінокислот, що надходять за певних умов із периферичних тканин. Інтенсивно цей nпроцес перебігає під час голодування організму. Крім nтого, клітини печінки (а також ряду інших органів) захоплюють білки nгемолізованих еритроцитів, денатуровані білки плазми, білкові й пептидні nгормони і за допомогою внутрішньоклітинних протеолітичних ферментів гідролізують nїх до вільних амінокислот.
Для печінки характерна nвисока швидкість синтезу і розпаду білків, як тих, що функціонують у самій nпечінці, так і тих, що секретуються в кров. Оскільки в організмі немає резерву nбілків і амінокислот, подібного до резерву вуглеводів nчи жирів, то у періоди недостатнього харчування деякі менш функціонально nважливі білки печінки, як і ряду інших органів, розпадаються, а із амінокислот nсинтезуються більш необхідні в цих умовах ферменти, білки-рецептори тощо.
У печінці утворюється більшість білків плазми крові – n100 % альбуміну, близько 90 % альфа1-глобулінів, 75 % альфа2-глобулінів, 50 % бета-глобулінів, фактори nзгортання крові, білки-компоненти ліпопротеїнів плазми крові, фермент nхолінестераза. Швидкість їх оновлення досить висока, nзокрема, щодня у печінці синтезується 12-
Ті амінокислоти, які не використані для синтезу білків у nпечінці чи інших органах, піддаються катаболізму чи nперетворенню в інші речовини. Амінокислоти втрачають аміногрупу в результаті прямого чи nнепрямого дезамінування, а утворені кетокислоти різними шляхами надходять у nцикл лимонної кислоти. Після споживання білкової їжі nокиснювальний розпад амінокислот служить основним джерелом енергії у печінці. nВуглецеві скелети амінокислот можуть перетворюватись у вуглеводи, жирні nкислоти, кетонові тіла.
Деякі амінокислоти є глікогенними, nінші – і глікогенними, і кетогенними, а виключно кетогенною є лейцин. При nголодуванні чи недостатньому надходженні вуглеводів з їжею за рахунок nглюконеогенезу із амінокислот підтримується нормальна концентрація глюкози в nкрові і, таким чином, забезпечуються глюкозою мозок, еритроцити, мозкова nречовина нирок. Джерелом амінокислот для глюконеогенезу nв цих умовах служить розпад білків скелетних м’язів. Дезамінування амінокислот nвідбувається в основному в печінці. Виключенням є амінокислоти з розгалуженим nланцюгом (валін, лейцин, ізолейцин), які піддаються nпереамінуванню з альфа-кетоглутаратом у м’язовій тканині. Утворений глутамат nпередає аміногрупу на продукт гліколізу – піруват з nутворенням аланіну. Останній переноситься кров’ю до печінки, де служить nсубстратом глюконеогенезу. Сукупність цих процесів розглядають як nглюкозо-аланіновий цикл між м‘язами і печінкою. Катаболізм м’язових білків при голодуванні активується nглюкокортикоїдами і зменшенням вмісту в крові інсуліну.
У печінці токсичний аміак, продукт nдезамінування амінокислот, амінів, пуринових і піримідинових основ, nперетворюється у нешкідливу сечовину, яка дифундує у кров і через нирки nвиводиться з організму.
Фермент аргіназа, nякий каталізує заключну реакцію циклу утворення сечовини, знаходиться виключно nу цитоплазмі гепатоцитів. При споживанні багатої білками їжі зростає вміст у печінці всіх ферментів циклу. При ураженнях печінки nздатність її до синтезу сечовини тією чи іншою мірою знижується, nщо супроводжується гіперамоніємією, гіпераміноацидемією, аміноацидурією. nОтруєння аміаком є важливим чинником печінкової коми.
У печінці здійснюється синтез замінних амінокислот при nнедостатньому їх споживанні. Таким чином, печінка може забезпечувати інші nоргани збалансованою сумішшю амінокислот, необхідною для синтезу білків.
Невелика кількість амінокислот перетворюється у печінці nв низькомолекулярні азотовмісні речовини – пуринові і піримідинові nнуклеотиди, гем, креатин, нікотинову кислоту, холін, карнітин, поліаміни. nШвидкість синтезу цих речовин із амінокислот nвизначається потребою в них організму, а не концентрацією необхідних nамінокислот. Катаболізм пуринових і піримідинових nнуклеотидів також здійснюється у печінці.
Розщеплення nгемоглобіну. Жовчні пігменти
Тривалість життя еритроцитів складає n110-120 днів. Еритроцити такого віку фагоцитуються макрофагами головним чином у nселезінці, а також у кістковому мозку і печінці. Гем після nзвільнення з гемоглобіну повторно не використовується, його порфіриновий цикл nперетворюється в жовчні пігменти, які виводяться з організму (рис.). І тільки nзалізо повторно застосовується для синтезу nгемопротеїнів чи відкладається для запасання. Глобін гідролізується nпротеолітичними ферментами до амінокислот. Інші гемопротеїни (міоглобін, nцитохроми, каталаза і пероксидази) розпадаються аналогічним чином.
Фермент nендоплазматичного ретикулума гемоксигеназа каталізує першу реакцію розпаду гему n– розрив метинового містка між 2 пірольними кільцями внаслідок окиснення атома nвуглецю до СО. При цьому утворюється пігмент зеленого кольору – вердоглобін n(холеглобін), його молекула ще містить залізо і білок-глобін. Подальший розпад nвердоглобіну відбувається самостійно і призводить до відщеплення заліза, nбілкового компонента й утворення одного з жовчних пігментів – білівердину. nОдночасно спостерігається перерозподіл подвійних зв’язків і атомів водню в nпірольних кільцях та метинових містках. Білівердин – пігмент зеленого кольору, nпобудований із чотирьох пірольних кілець, зв’язаних між собою лінійно за nдопомогою метинових містків (рис.).
Білівердинредуктаза nвідновлює білівердин до білірубіну, пігменту червоно-коричневого nкольору. Частина білірубіну утворюється в печінці, а решта – в клітинах РЕС nселезінки і кісткового мозку і повинна бути перенесена nв печінку для подальших перетворень. Оскільки білірубін nу воді малорозчинний, він транспортується кров’ю в nкомплексі з альбуміном (2 молекули білірубіну на 1 молекулу альбуміну).
У печінці відбувається відділення альбуміну і білірубін nшляхом взаємодії з УДФ-глюкуроновою кислотою перетворюється в добре розчинний у nводі білірубін-диглюкуронід. Реакцію кон’югації каталізує nУДФ-глюкуронілтрансфераза.
Рис. Кон’югація білірубіну та його екскреція в жовч
Білірубін-диглюкуронід переходить у жовч і надходить у nкишечник, де бактеріальні ферменти відщеплюють глюкуронову кислоту, після чого nвідновлюється білірубін до уробіліногену (мезобіліногену) і стеркобіліну. Основна частина стеркобіліногену виділяється з калом, nокиснюючись на повітрі до стеркобіліну. Частина уробіліногену і nстеркобіліногену всмоктується в кров і виділяється нирками в сечу. При nокисненні у повітрі утворюються уробілін і стеркобілін. Уробіліноген і nстеркобіліноген не мають кольору, а уробілін і стеркобілін оранжево-жовтого nкольору. В нормі доросла людина за добу виділяє приблизно 250 мг жовчних пігментів із калом і 1-2 мг із сечею, невеличка частина nуробіліногену (мезобіліногену), всмоктуючись, потрапляє через портальну вену в nпечінку, де розщеплюється до ди- і трипіролів або знову екскретується у жовч.
Рис. Метаболізм білірубіну
Якщо жовчні пігменти накопичуються nв крові та інших рідинах організму внаслідок їх надлишкового утворення чи nпорушення виведення з організму, вони надають інтенсивного забарвлення шкірі. nТакий стан називається жовтяницею.
Жовтяниця виявляюється, коли концентрація білірубіну в крові сягає 35 мкмоль/л або вище. Визначення nконцентрації жовчних пігментів у крові й сечі має nважливе значення для диференціальної діагностики жовтяниць різного походження. nКонцентрація білірубіну в крові здорової людини nдорівнює 8,5-20,5 мкмоль/л (5,0-12,0 мг/л), із них приблизно 75 % припадає на nнекон’югований білірубін, зв’язаний з альбуміном плазми. Для визначення білірубіну nвикористовують реакцію з діазореактивом. Некон’югований білірубін називають nнепрямим, тому що він утворює з діазореактивом забарвлені продукти тільки при додаванні nспирту, який звільняє білірубін із комплексу з альбуміном (непряма nреакція). Білірубін-глюкуронід утворює забарвлені nпродукти з діазореактивом відразу і тому називається прямим, а також зв’язаним, nабо кон’югованим. Оскільки непрямий білірубін міцно зв’язаний nз альбуміном плазми, він не фільтрується в клубочках нирок і не потрапляє в nсечу. Прямий білірубін фільтрується в нирках і в nнормі міститься в сечі в незначній кількості.
Розрізняють декілька видів жовтяниць. При гемолітичній n(надпечінковій) жовтяниці із-за посиленого розпаду гемоглобіну підвищується концентрація в крові непрямого білірубіну. Така жовтяниця спостерігається при nотруєнні деякими хімічними речовинами, зокрема сульфаніламідами, променевому nураженні, переливанні несумісної крові тощо.
Оскільки в цьому випадку зростає nутворення в печінці білірубін-диглюкуроніду, то значно підвищується виділення з nорганізму стеркобіліну й уробіліну. Білірубін у сечі не виявляється (табл. ).
Печінкова (паренхіматозна) жотяниця nвиникає внаслідок порушення здатності печінки утворювати білірубін-диглюкуронід nі секретувати його в жовч (при вірусному та хронічному гепатиті, цирозі nпечінки). У результаті пошкодження паренхіми nпечінки жовч надходить не тільки в жовчні капіляри, а й nу кров, де збільшується концентрація і прямого, і непрямого білірубіну. nВиведення стеркобіліну й уробіліну знижується. У сечі виявляється прямий nбілірубін. Іноді в сечі хворих на гепатит при невеликій жовтяниці (чи повній її nвідсутності) знаходять надзвичайно високу кількість уробіліногену n(мезобіліногену), що є наслідком порушення розщеплення його в гепатоцитах до три- і дипіролів. Уробіліноген потрапляє у велике коло nкровообігу і виділяється із сечею.
При закупоренні жовчних проток і блокаді відтоку жовчі nспостерігається обтураційна (підпечінкова) жовтяниця. Переповнені жовчні nканальці травмуються і пропускають білірубін у кров’яні капіляри. У крові nз’являється велика кількість прямого білірубіну, в меншій мірі збільшується nконцентрація непрямого білірубіну. Кількість уробіліногену в сечі знижується n(або він повністю відсутній), а у великій кількості екскретується із сечею nпрямий білірубін. Через це сеча за кольором стає подібною nдо пива з яскраво-жовтою піною. Кал, у якому відсутні nжовчні пігменти, стає сірувато-білим.
Відомі спадкові nпорушення надходження некон’югованого білірубіну з плазми в клітини печінки та nпроцесу кон’югації білірубіну внаслідок дефекту глюкуронілтрансферази (синдроми nЖільбера-Мейленграфта, Кріглера-Найяра). У крові хворих підвищується вміст nнепрямого білірубіну. Зустрічаються також спадкові гіпербілірубінемії, nзумовлені переважним підвищенням у крові кон’югованого (прямого) білірубіну n(синдроми Дубіна-Джонсона, Ротора). Молекулярний механізм цих захворювань nневідомий.
У новонароджених дітей обмежена здатність утворювати nбілірубін-диглюкуронід і в крові може різко зростати концентрація непрямого nбілірубіну. Здатність печінки кон’югувати білірубін швидко зростає протягом nперших декількох днів життя і тому жовтяниця новонароджених дітей у більшості nвипадків самовільно зникає.
У тяжких випадках жовтяниці новонароджених, особливо nнедоношених, дітей білірубін проявляє токсичну дію на мозок, що може призвести nдо незворотних розладів нервової системи і розумової відсталості. Для лікування nдітей із тяжкими гіпербілірубінеміями виконують масивне переливання крові, nзастосовують лікарські препарати (барбітурати), які індукують синтез у печінці nглюкуронілтрансферази, опромінюють УФ світлом, яке сприяє розпаду білірубіну до nводорозчинних продуктів.
Дисбактеріоз кишечника, nвикликаний тривалим лікуванням антибіотиками тетрациклінового ряду, також може nсупроводжуватись порушенням обміну жовчних пігментів. За цих умов пригнічується nріст нормальної мікрофлори кишечника, яка відновлює білірубін до стеркобіліну. nТому при дисбактеріозі виділяються з калом проміжні nпродукти обміну білірубіну або і сам білірубін, який окиснюється киснем повітря nв білівердин зеленуватого кольору.
Знешкодження nтоксичних речовин у печінці
В nорганізм із навколишнього середовища потрапляють у невеликих кількостях різноманітні хімічні речовини, як природні, так і nсинтетичні, що не використовуються з пластичною метою чи для продукції енергії. nЇх називають сторонніми речовинами або ксенобіотиками. До них відносяться харчові nдодатки, ліки, пестициди, гербіциди, інсектициди, косметичні засоби, хімічні nпродукти побутового користування, промислові отрути. В організмі вони можуть порушувати нормальні процеси обміну речовин, nвикликати отруєння і навіть смерть. Тому в процесі еволюції тварин і людини nвиробились механізми знешкодження (дезінтоксикації) речовин. Ці nмеханізми полягають у метаболічних перетвореннях ксенобіотиків, які роблять їх nбільш водорозчинними, що пришвидшує виведення із організму через нирки. nМетаболічні перетворення в основному зменшують токсичність сторонніх сполук, nале у деяких випадках утворені водорозчинні речовини набувають ще більшої nтоксичності. Це, зокрема, стосується ряду канцерогенних речовин, які nутворюються в організмі із неканцерогенних попередників.
http://www.youtube.com/watch?v=tat0QYxlCbo&feature=related
Деякі ендогенні речовини також nпроявляють токсичні властивості і тому знешкоджуються. Це білірубін, аміак, біологічно nактивні аміни, продукти гниття амінокислот у кишечнику. Крім того, в організмі необхідно постійно переводити в nнеактивну форму гормони, медіатори після їх дії.
Реакції знешкодження nтоксичних та інактивації біологічно активних речовин перебігають, головним nчином, у печінці. Продукти реакцій виділяються у жовч і виводяться через nкишечник або в кров і виводяться з сечею. Як правило, відносно малі молекули nвиділяються у сечу, а більші (типу білірубіну) – у nжовч. Процес знешкодження токсичних речовин поділяють на дві фази. У першій nфазі біологічної трансформації ксенобіотики піддаються nреакціям окиснення, відновлення, гідролізу й іншим, в результаті чого у nмолекулах з’являються полярні функціональні групи (‑ОН, -СООН, -SН, -С=О, n-NН2). У другій nфазі до функціональної групи ксенобіотика приєднуються глюкуронова чи сірчана nкислоти, амінокислоти, метильна чи ацетильна групи, трипептид глутатіон. Це так nзвані реакції кон’югації, вони каталізуються nспецифічними ферментами. Утворені кон’югати добре nрозчинні у воді і легко виводяться з організму. Для більшості nтоксичних сполук процес знешкодження включає реакції обох фаз, але у деяких nвипадках тільки одну фазу – першу чи другу.
Реакції першої фази трансформації nсторонніх речовин каталізують в основному ферменти nендоплазматичного ретикулуму печінки (ферменти мікросомального окиснення і nвідновлення). Мікросомальна окиснювальна система, яка включає цитохром Р450 і nфлавіновий фермент НАДФН-цитохром Р-450-редуктазу, каталізує реакцію nгідроксилювання субстратів за рівнянням:
RН+О2+НАДФН+Н+ ® RОН+Н2О+НАДФ+
http://www.youtube.com/watch?v=3DgxjDalZW0
Ця система каталізує окиснення великої nкількості субстратів, як нормальних клітинних компонентів, nтак і сторонніх речовин. Субстрати приєднуються до цитохрому Р‑450, тому nсубстратна специфічність визначається саме цим компонентом мікросомальної nмонооксигеназної системи, який існує у різних формах. nКожна з ізоформ цитохрому Р‑450 специфічна відносно групи тих чи інших nсубстратів. Мікросомальні монооксигенази каталізують, крім реакцій гідроксилювання, nінші подібні за механізмом типи біологічного окиснення: епоксидування, nдезалкілування, дезамінування, десульфування, сульфоокиснення.
http://www.youtube.com/watch?v=7ON7oMvNehg&feature=related
В ендоплазматичному ретикулумі печінки містяться nфлавінові ферменти, які відновлюють сторонні речовини – нітро- і азосполуки до nаміносполук. Донором воднів nслужить НАДФН.
Метаболічні перетворення ксенобіотиків каталізуються і немікросомальними ферментами. Зокрема, nмітохондріальні амінооксидази каталізують окиснювальне дезамінування амінів до відповідних альдегідів. Крім екзогенних, їх субстратами є nендогенні аміни (катехоламіни, серотонін, гістамін) та аміни, які утворюються nпри гнитті амінокислот у кишечнику (кадаверин, путресцин, агматин). Ряд амінооксидаз зустрічається у плазмі крові. Фермент nцитоплазми алкогольдегідрогеназа каталізує окиснення первинних спиртів до nальдегідів, альдегідоксидаза і альдегіддегідрогеназа перетворюють альдегіди на nкарбонові кислоти. Мікросомальні і немікросомальні естерази каталізують nгідроліз складних ефірів і амідів. Існує багато інших nметаболічних перетворень ксенобіотиків.
Другу nфазу трансформації сторонніх і ендогенних біологічно активних речовин складають nреакції кон’югації.
1. Приєднання глюкуронової кислоти. Активною формою її є nуридиндифосфатглюкуронова кислота (УДФГК), яка синтезується за такими реакціями:
Ферменти УДФ-глюкуронілтрансферази, що знаходяться у nмікросомальній фракції, каталізують перенесення глюкуронової кислоти на різні функціональні групи органічних сполук з утворенням nглюкуронідів. Такі кон’югати утворюють: 1) ендогенні субстрати: білірубін, nстероїдні гормони, тироксин; 2) продукти гниття білків у кишечнику: фенол, nкрезол, індол і скатол (після їх окиснення до nіндоксилу і скатоксилу); 3) сторонні сполуки.
Наприклад, nреакція кон’югації УДФГК з фенолом:
Глюкуронідні nкон’югати мають бета-конфігурацію. Можуть утворюватись О-глюкуроніди, nN-глюкуроніди, S-глюкуроніди. У багатьох тканинах nорганізму тварин є фермент бета-глюкуронідаза, яка гідролізує кон’югати з nвивільненням глюкуронової кислоти і відповідної органічної речовини. Можливо, nфункцією бета-глюкуронідази тканин є регуляція гормональної активності шляхом nвивільнення активних гормонів із їх неактивних кон’югатів. Білірубіндиглюкуронід nпід дією бета-глюкуронідази жовчі і кишки переходить у nвільний білірубін.
При nспадковій відсутності чи зниженій активності глюкуронілтрансферази має місце nпечінкова спадкова жовтяниця (синдром Кріглера-Найяра). У печінці, крові, шкірі накопичується некон’югований білірубін.
2. Утворення складних ефірів сірчаної кислоти. Активною формою сірчаної кислоти в nорганізмі є 3′-фосфоаденозин-5′-фосфосульфат (ФАФС). Цитозольні ферменти nсульфотрансферази каталізують перенос сульфату від ФАФС до фенолів, спиртів та nамінів. У людини сульфатній кон’югації піддаються nстероїдні гормони і продукти їх метаболізму, продукти гниття білка в кишечнику n(фенол, крезол, індоксил і скатоксил), сторонні речовини. Більшість таких речовин можуть утворювати кон’югати однаковою мірою з nглюкуроновою і сірчаною кислотами. Схема реакції сульфатної кон’югації:
ROH+ФАФС ® R–OSO3H+ФАФ
3. Метилювання. Донором метильної nгрупи служить S-аденозилметіонін. Його будова і участь у реакціях метилювання nпри біосинтезі різних біологічно активних речовин nрозглянуті у розд. 8.6. Декілька видів метилтрансфераз каталізують перенесення nметильної групи від S‑аденозилметіоніну на такі ксенобіотики, як аміни, фенол і тіолові сполуки, а також на неорганічні nсполуки сірки, селену, ртуті, арсену. Шляхом метилювання інактивуються nкатехоламіни, амід нікотинової кислоти (вітамін РР).
4. Ацетилювання. Цим шляхом nзнешкоджуються сторонні ароматичні аміни, ароматичні амінокислоти, nсульфаніламідні препарати. Реакція полягає у перенесенні ацетильної групи від nацетил-КоА:
R–NH2+CH3–CO–SKoA n® R–NH–CO–CH3+KoASH
Виявлено, що для одних осіб характерна висока швидкість ацетилювання, а для інших – nнизька.
5. Кон’югація з nгліцином. Цей nшлях знешкодження ароматичних і гетероциклічних карбонових кислот здійснюється nу 2 стадії. Спочатку утворюється коензим А – похідне nсторонньої карбонової кислоти, наприклад бензойної:
На другій стадії nвідбувається пептидна кон’югація з амінокислотою гліцином:
Кон’югат бензойної кислоти і гліцину nназивається гіпуровою кислотою і у невеликій кількості утворюється в організмі nлюдини із бензойної кислоти, яка є продуктом перетворення фенілаланіну nферментами мікрофлори товстої кишки.
Для nоцінки знешкоджувальної функції печінки застосовують пробу на синтез гіпурової nкислоти (пробу Квіка-Пителя). Вона полягає у nпероральному прийомі бензоату натрію і визначенні в nсечі кількості гіпурової кислоти.
6. Глутатіонова кон’югація. Сторонні речовини, різні за nструктурою, знешкоджуються шляхом кон’югації з трипептидом глутатіоном. Цей nпроцес включає ряд етапів. Спочатку глутатіон-трансферази каталізують взаємодію nсубстрату (RХ) з відновленим глутатіоном:
Від глутатіонового кон’югата nвідокремлюються послідовно глутамінова кислота і nгліцин. Утворені кон’югати ксенобіотиків з цистеїном можуть виводитись з сечею nабо в реакції ацетилювання перетворюватись у меркаптурові кислоти, які також nвиводяться із сечею:
Крім сторонніх nречовин, кон’югати з глутатіоном утворюють у невеликій кількості білірубін, nестрадіол, простагландини і лейкотрієни.
Синтез ферментів детоксикації в печінці nіндукується або гальмується різними речовинами. nТиповим індуктором синтезу мікросомальних ферментів є фенобарбітал (снодійний nсередник). Індукція ферментів nмікросомального окиснення, а також ферментів кон’югації, барбітуратами й іншими nпрепаратами зумовлює звикання до таких ліків, оскільки при повторному nвикористанні вони швидше інактивуються. При захворюваннях печінки nдезінтоксикаційна функція порушується і може розвинутись підвищена nчутливість до багатьох ліків.
Синтез ферментів мікросомального nокиснення стимулюють канцерогенні поліциклічні вуглеводні (3,4-бензпірен, n3-метилхолантрен). Метаболізм бензпірену, як і деяких інших канцерогенів, nпризводить до утворення кінцевих канцерогенних метаболітів, що взаємодіють з nгенетичним апаратом клітини і викликають пухлинну трансформацію, або до nутворення неканцерогенних продуктів метаболізму. Співвідношення процесів активації і дезактивації у різних людей nзумовлює індивідуальну чутливість до канцерогенних агентів, зокрема бензпірену.
