Курсовая работа: Анализ биохимических показателей работы печени в норме и патологии
Из клеток, в которых
происходит гликолиз, образующаяся молочная кислота поступает в кровь и
улавливается в основном печенью, где и превращается в пируват. Пируват в печени
частично окисляется, частично превращается в глюкозу — цикл Кори, или
глюкозолактатпый цикл:
В организме взрослого
человека за сутки может синтезироваться около 80 г глюкозы, главным образом в
печени. Биологическое значение глюконеогенеза заключается не только в
возвращении лактата в метаболический фонд углеводов, но и в обеспечении
глюкозой мозга при недостатке углеводов в организме, например, при углеводном
или полном голодании [2].
Синтез гликогена
(гликогенез). Как уже говорилось выше, часть глюкозы
поступившей в печень используется в синтезе гликогена. Гликоген — разветвленный
гомополимер глюкозы, в котором остатки глюкозы соединены в линейных участках a-1,4-гликозидной
связью. В точках ветвления мономеры соединены a-1,6-гликозидными
связями. Эти связи образуются примерно с каждым десятым остатком глюкозы. Так
возникает древообразная структура с молекулярной массой >107Д,
что соответствует приблизительно 50 000 остатков глюкозы (приложение 9). При
полимеризации глюкозы снижается растворимость образующейся молекулы гликогена
и, следовательно, ее влияние на осмотическое давление в клетке. Это
обстоятельство объясняет, почему в клетке депонируется гликоген, а не свободная
глюкоза.
Гликоген хранится в
цитозоле клетки в форме гранул диаметром 10—40 нм. После приёма пищи, богатой
углеводами, запас гликогена в печени может составлять примерно 5% от её массы.
Распад гликогена печени
служит в основном для поддержания уровня глюкозы в крови в
постабсорбтивном периоде. Поэтому содержание гликогена в печени изменяется в
зависимости от ритма питания. При длительном голодании оно снижается почти до
нуля.
Гликоген синтезируется
в период пищеварения (через 1—2 ч после приёма углеводной пищи). Синтез
гликогена из глюкозы требует затрат энергии.
Прежде всего глюкоза
подвергается фосфорилированию при участии фермента гексокиназы и глюкокиназы.
Далее глюкозо-6-фосфат под влиянием фермента фосфоглюкомутазы переходит в
глюкозо-1-фосфат.
Образовавшийся
глюкозо-1-фосфат уже непосредственно вовлекается в синтез гликогена.
На первой стадии
синтеза глюкозо-1-фосфат вступает во взаимодействие с УТФ (уридинтрифосфат),
образуя уридиндифосфатглюкозу (УДФ-глюкоза) и пирофосфат. Данная реакция
катализируется ферментом глюкозо-1-фосфат-уридилилтрансферазой
(УДФГ-пирофосфорилаза) (приложение 10).
На второй стадии —
стадии образования гликогена — происходит перенос глюкозного остатка, входящего
в состав УДФ-глюкозы, на глюкозидную цепь гликогена («затравочное» количество)
(приложение 11). При этом образуется б-1,4-гликозидная связь между первым
атомом углерода добавляемого остатка глюкозы и 4-гидроксильной группой остатка
глюкозы цепи. Эта реакция катализируется ферментом гликогенсинтазой.
Образующийся УДФ затем вновь фосфорилируется в УТФ за счет АТФ, и таким образом
весь цикл превращений глюкозо-1-фосфата начинается сначала.
Установлено, что
гликогенсинтаза неспособна катализировать образование б-1,6-гликозидную связь,
имеющуюся в точках ветвления гликогена. Этот процесс катализирует специальный
фермент, получивший название гликогенветвящего фермента, или
амило-1,4-1,6-трансглюкозидазы. Последний катализирует перенос концевого
олигосахаридного фрагмента, состоящего из 6 или 7 остатков глюкозы, с
нередуцирующего конца одной из боковых цепей, насчитывающей не менее 11
остатков, на 6-гидроксиль-ную группу остатка глюкозы той же или другой цепи
гликогена. В результате образуется новая боковая цепь. Ветвление увеличивает
скорость синтеза и расщепления гликогена [2].
Распад гликогена
или его мобилизация происходят в ответ на повышение потребности
организма в глюкозе. Гликоген печени распадается в основном в интервалах между
приёмами пищи, распад ускоряется во время физической работы. Распад гликогена
происходит при участии двух ферментов: гликогенфосфорилазы и фермента с двойной
специфичностью — 4:4-трансферазы-б-1,6-гликозидазы. Гликогенфосфорилаза
катализирует фосфоролиз 1,4-гликозидной связи нередуцирующих концов гликогена,
глюкозные остатки отщепляются один за другим в форме глюкозо-1-фосфата (приложение
12). При этом гликогенфосфорилаза не может отщеплять глюкозные остатки
от коротких ветвей, содержащих менее пяти глюкозных остатков; такие ветви
удаляются 4:4-трансферазой-б-1,6-гликозидазой. Этот фермент катализирует
перенос фрагмента из трех остатков короткой ветви на концевой глюкозный остаток
более длинной ветви; кроме того, он гидролизует 1,6-гликозидную связь и таким
образом удаляет последний остаток ветви (приложение 13).
Голодание в течение 24
ч приводит практически к полному исчезновению гликогена в клетках печени.
Однако при ритмичном питании каждая молекула гликогена может существовать
неопределенно долго: при отсутствии пищеварения и поступления в ткани глюкозы
молекулы гликогена уменьшаются за счет расщепления периферических ветвей, а после
очередного приема пищи вновь вырастают до прежних размеров.
Глюкозо-1-фосфат,
образующийся из гликогена, при участии фосфоглюкомутазы превращается в
глюкозо-6-фосфат, дальнейшая судьба которого в печени и в мышцах различна. В
печени глюкозо-6-фосфат превращается в глюкозу при участии глюкозо-6-фосфатазы,
глюкоза выходит в кровь и используется в других органах и тканях.
Регуляция процессов
гликогенеза и гликогенолиза осуществляется гормонами:
инсулином, глюкагоном, адреналином. Первичный сигнал для синтеза инсулина и
глюкагона — изменение концентрации глюкозы в крови. Инсулин и глюкагон
постоянно присутствуют в крови, но при смене абсорбтивного периода на
постабсорбтивный изменяется их относительная концентрация, что является главным
фактором, переключающим метаболизм гликогена в печени. Отношение концентрации
инсулина в крови к концентрации глюкагона называют «инсулин-глюкагоновый
индекс». В постабсорбтивном периоде инсулин-глюкагоновый индекс снижается, и
решающее значение в регуляции концентрации глюкозы и крови приобретает
концентрация глюкагона. В период пищеварения преобладает влияние инсулина, так
как инсулин-глюкагоновый индекс в этом случае повышается. В целом инсулин
влияет на обмен гликогена противоположно глюкагону. Инсулин снижает концентрацию
глюкозы в крови в период пищеварения.
Гормон адреналин
стимулирует выведение глюкозы из печени в кровь, для того чтобы снабдить ткани
(в основном мозг и мышцы) «топливом» в экстремальной ситуации.
Регуляторным фактором в
метаболизме гликогена является также величина Км глюкокиназы,
которая много выше, чем Км гексокиназы - печень не должна потреблять
глюкозу для синтеза гликогена, если её количество в крови в пределах нормы.
1.1.2
Регуляция липидного обмена
Липидный обмен в печени
включает биосинтез различных липидов (холестерина, триацилглицерина,
фосфоглицеридов, сфингомиелина и др.) которые поступают в кровь и
распределяются по другим тканям и сгорание (окисление) жирных кислот с
образованием кетоновых тел, которые используются как источник энергии для
внепеченочных тканей.
Доставка жирных
кислот к месту окисления – к митохондриям клеток печени – происходит сложным
путем: при участии альбумина осуществляется транспорт жирных кислот в клетку;
при участии специальных белков – транспорт в пределах цитозоля; при участии
карнитина – транспорт жирной кислоты из цитозоля в митохондрии.
Процесс окисления
жирных кислот складывается из следующих основных
этапов.
1.
Активация жирных кислот. Активация
протекает на наружной поверхности мембраны митохондрии при участии АТФ,
коэнзима А (HS-KoA) и ионов Mg2+. Реакция
катализируется ферментом ацил-КоА-синтетазой:
Активация
протекает в 2 этапа. Сначала жирная кислота реагирует с АТФ с образованием
ациладенилата, далее сульфгидрильная группа КоА действует на прочно связанный с
ферментом ациладенилат с образованием ацил-КоА и АМФ.
Затем следует
транспорт жирных кислот внутрь митохондрий. Переносчиком активированных жирных кислот с длинной цепью через внутреннюю митохондриальную мембрану служит
карнитин. Ацильная группа переносится с атома серы КоА на гидроксильную группу
карнитина.
2. Образуется
ацилкарнитин, который диффундирует через внутреннюю митохондриальную мембрану:
Реакция протекает
при участии спецефического цитоплазматического фермента
карнитин-ацилтрансферазы. После прохождения ацилкарнитина через мембрану
митохондрий происходит обратная реакция – расщепление ацилкарнитина при участии
HS-KoA и
митохондриальной карнитин-ацилтрансферазы:
3.
Внутримитохондриальное окисление жирных кислот. Процесс окисления жирной кислоты в
митохондриях клетки включает несколько последовательных реакций.
Первая стадия
дегидрирования. Ацил-КоА в митохондриях подвергается ферментативному
дегидрированию, при этом ацил-КоА теряет 2 атома водорода в б- и в-положениях,
превращаясь в КоА-эфир ненасыщенной кислоты. Реакцию катализирует
ацил-КоА-дегидрогеназа, продуктом является еноил-КоА :
Стадия гидратации.
Ненасыщенный ацил-КоА (еноил-КоА) при участии фермента еноил-КоА-гидратазы
присоединяет молекулу воды. В результате образуется в-оксиацил-КоА (или
3-гидроксиацил-КоА):
Вторая стадия
дегидрирования. Образовавшийся в-оксиацил-КоА (3-гидроксиацил-КоА) затем
дегидрируется. Эту реакцию катализируют НАД-зависимые дегидрогеназы:
Тиолазная реакция.
Расщепление 3-оксоацил-КоА с помощью тиоловой группы второй молекулы КоА. В
результате образуется укороченный на два углеродных атома ацил-КоА и двууглеродный
фрагмент в виде ацетил-КоА. Данная реакция катализируется
ацетил-КоА-ацилтрансферазой (в-ке-тотиолазой):
Образовавшийся
ацетил-КоА подвергается окислению в цикле трикарбоновых кислот, а ацил-КоА,
укоротившийся на два углеродных атома, снова многократно проходит весь путь
в-окисления вплоть до образования бутирил-КоА (4-углеродное соединение),
который в свою очередь окисляется до 2 молекул ацетил-КоА [2].
Биосинтез жирных кислот.
Синтез
жирных кислот протекает в цитоплазме клетки. В митохондриях в основном
происходит удлинение существующих цепей жирных кислот. Установлено, что в
цитоплазме печеночных клеток синтезируется пальмитиновая кислота (16 углеродных
атомов), а в митохондриях этих клеток из этой пальмитиновой кислоты или из
жирных кислот экзогенного происхождения, т.е. поступающих из кишечника,
образуются жирные кислоты, содержащие 18, 20 и 22 углеродных атома.
Митохондриальная система
биосинтеза жирных кислот, включает несколько модифицированную
последовательность реакций в-окисления, и осуществляет только удлинение
существующих в организме среднецепочечных жирных кислот, в то время как полный
биосинтез пальмитиновой кислоты из ацетил-КоА активно протекает в цитозоле,
т.е. вне митохондрий, по совершенно другому пути.
Внемитохондриальная
система биосинтеза жирных кислот (липогенез) находится в растворимой
(цитозольной) фракции клеток печени. Биосинтез жирных кислот протекает с
участием НАДФН, АТФ, Мn2+ и НСО3– (в качестве источника СО2); субстратом
является ацетил-КоА, конечным продуктом – пальмитиновая кислота.
Образование
ненасыщенных жирных кислот. Элонгация жирных кислот.
Две наиболее
распространенные мононенасыщенные жирные кислоты – пальмитоолеиновая и
олеиновая – синтезируются из пальмитиновой и стеариновой кислот. Эти
превращения протекают в микросомах клеток печени. Превращению
подвергаются только активированные формы пальмитиновой и стеариновой кислот.
Ферменты, участвующие в этих превращениях, получили название десатураз. Наряду
с десатурацией жирных кислот (образование двойных связей) в микросомах
происходит и их удлинение (элонгация), причем оба эти процесса могут сочетаться
и повторяться. Удлинение цепи жирной кислоты происходит путем
последовательного присоединения к соответствующему ацил-КоА двууглеродных
фрагментов при участии малонил-КоА и НАДФН. Ферментная система, катализирующая
удлинение жирных кислот, получила название элонгазы. Пути превращения
пальмитиновой кислоты в реакциях десатурации и элонгации представлены в
приложении 14.
Биосинтез триглицеридов.
Синтез триглицеридов происходит из глицерина и жирных кислот (главным образом
стеариновой, пальмитиновой и олеиновой). Первый путь биосинтеза триглицеридов в
печени протекает через образование б-глицерофосфата (глицерол-3-фосфата) как
промежуточного соединения, глицерин фосфорилируется за счет АТФ с образованием
глицерол-3-фосфата:
Второй путь в основном
связан с процессами гликолиза и гликогенолиза. Известно, что в процессе
гликолитического распада глюкозы образуется дигидроксиацетонфосфат, который в
присутствии цитоплазматической глицерол-3-фосфатдегидрогеназы способен
превращаться в глицерол-3-фосфат:
Образовавшийся тем или
иным путем глицерол-3-фосфат последовательно ацилируется двумя молекулами
КоА-производного жирной кислоты. В результате образуется фосфатидная кислота
(фосфатидат):
Ацилирование
глицерол-3-фосфата протекает последовательно, т.е. в 2 этапа. Сначала
глицерол-3-фосфат-ацилтрансфераза катализирует образование лизофосфатидата.
Далее фосфатидная кислота гидролизуется фосфатидат-фосфогидролазой до
1,2-диглицерида (1,2-диацилглицерола):
Затем 1,2-диглицерид
ацилируется третьей молекулой ацил-КоА и превращается в триглицерид
(триацилглицерол). Эта реакция катализируется диацилглицерол-ацилтрансферазой:
Установлено, что
большинство ферментов, участвующих в биосинтезе триглицеридов, находятся в
эндоплазматическом ретикулуме, и только некоторые, например
глицерол-3-фосфат-ацилтрансфераза,– в митохондриях.
Метаболизм фосфолипидов.
Фосфолипиды играют важную роль в структуре и функции клеточных мембран,
активации мембранных и лизосомальных ферментов, в проведении нервных импульсов,
свертывании крови, иммунологических реакциях, процессах клеточной пролиферации
и регенерации тканей, в переносе электронов в цепи дыхательных ферментов.
Особая роль фосфолипидам отводится в формировании липопротеидных комплексов.
Наиболее важные фосфолипиды синтезируются главным образом в эндоплазматической
сети клетки.
Центральную роль в биосинтезе
фосфолипидов играют 1,2-диглицериды (в синтезе фосфатидилхолинов и
фосфатидилэтаноламинов), фосфатидная кислота (в синтезе фосфатидилинозитов) и
сфингозин (в синтезе сфингомиелинов). Цитидинтрифосфат (ЦТФ) участвует в
синтезе практически всех фосфолипидов.
Биосинтез холестерина.
В синтезе холестерина можно выделить три основные стадии: I – превращение
активного ацетата в мевалоновую кислоту, II – образование сквалена из
мевалоновой кислоты, III – циклизация сквалена в холестерин.
Рассмотрим стадию
превращения активного ацетата в мевалоновую кислоту. Начальным этапом синтеза
мевалоновой кислоты из ацетил-КоА является образование ацетоацетил-КоА
посредством обратимой тиолазной реакции. Затем при последующей конденсации
ацетоацетил-КоА с 3-й молекулой ацетил-КоА при участии
гидроксиметилглутарил-КоА-синтазы (ГМГ-КоА-синтаза) образуется
в-гидрокси-в-метилглутарил-КоА. Далее в-гидрокси-в-метилглутарил-КоА
под действием регуляторного фермента НАДФ-зависимой
гидроксиметилглутарил-КоА-редуктазы (ГМГ-КоА-редуктаза) в результате
восстановления одной из карбоксильных групп и отщепления HS-KoA превращается в
мевалоновую кислоту.
Наряду с классическим
путем биосинтеза мевалоновой кислоты имеется второй путь, в котором в качестве
промежуточного субстрата образуется в-гидрокси-в-метилглутарил-S-АПБ. Реакции
этого пути идентичны начальным стадиям биосинтеза жирных кислот вплоть до
образования ацетоацетил-S-АПБ. В образовании мевалоновой кислоты по этому пути
принимает участие ацетил-КоА-карбоксилаза – фермент, осуществляющий превращение
ацетил-КоА в малонил-КоА.
На II стадии синтеза
холестерина мевалоновая кислота превращается в сквален. Реакции II стадии
начинаются с фосфорилирования мевалоновой кислоты с помощью АТФ. В результате
образуется 5-фосфорный эфир, а затем 5-пирофосфорный эфир мевалоновой кислоты
5-пирофосфомевалоновая кислота в результате последующего фосфорилирования
третичной гидроксильной группы образует нестабильный промежуточный продукт –
3-фосфо-5-пирофосфомевалоновую кислоту, которая, декарбоксилируясь и теряя
остаток фосфорной кислоты, превращается в изопентенилпирофосфат. Последний
изомеризуется в диметил-аллилпирофосфат. Затем оба изомерных
изопентенилпирофосфата (диметилаллилпирофосфат и изопентенилпирофосфат)
конденсируются с высвобождением пирофосфата и образованием геранилпирофосфата.
К геранилпирофосфату вновь присоединяется изопентенилпирофосфат. В результате
этой реакции образуется фарнезилпирофосфат. В заключительной реакции данной
стадии в результате НАДФН-зависимой восстановительной конденсации 2 молекул
фарнезилпирофосфата образуется сквален.
На III стадии
биосинтеза холестерина сквален под влиянием сквален-оксидоциклазы циклизируется
с образованием ланостерина. Дальнейший процесс превращения ланостерина в
холестерин включает ряд реакций, сопровождающихся удалением трех метильных
групп, насыщением двойной связи в боковой цепи и перемещением двойной связи.
Общая схема синтеза
холестерина представлена в приложении 15.
Метаболизм кетоновых
тел.
Под термином кетоновые (ацетоновые) тела подразумевают ацетоуксусную кислоту
(ацетоацетат) СН3СОСН2СООН, в-оксимасляную
кислоту (в-оксибутират, или
D-3-гидроксибутират) СН3СНОНСН2СООН и ацетон СН3СОСН3.
Страницы: 1, 2, 3, 4
|