Биохимия печени

Важнейшие функции печени:
Регуляторно-гомеостатическая – представляет процессы, которые преимущественно или исключительно происходят в печени и служат для поддержания постоянства химического состава крови.
Например: синтез белков крови, ацетоновых тел, мочевины, холестерина, глюконеогенез.

2. Желчеобразовательная функция – образование желчи и входящих в нее элементов: желчных кислот и желчных пигментов, источником которых является гем гемоглобина и серосодержащие аминокислоты.

3. Экскреторная функция – выделение в составе желчи ряда гидрофобных метаболитов, продуктов обезвреживания токсинов и лекарственных веществ.

4. Депонирование – в печени создается запас углеводов в форме гликогена для нужд всего организма.
Происходит также накопление железа, меди, цинка, марганца, молибдена.

5. Антитоксическая функция – представляет исключительную функцию печени, связанную с обезвреживанием всех эндогенных и экзогенных соединений, обладающих повреждающим действием.

6. Образование желчных пигментов
6. Образование желчных пигментов

Гемоглобин (Нb)– белок форменных элементов крови
.

Гемоглобин-
Тетрамерный белок, содержащй 4 гемовых группировки и 4 молекулы белка глобина.

Желчные пигменты первоначально образуются в клетках ретикуло-эндотелиальной системы. Распад гемоглобина начинается с действия гем-оксигеназы с разрушением гемового кольца.
гем-оксигеназа
Гемоглобин + НАДФН2 + О2 → Вердоглобин + НАДФ+ + СО
Гем-оксигеназа

ОБРАЗОВАНИЕ БИЛИРУБИНА

Билирубин- нерастворим в воде, по крови транспортируется в комплексе с белком плазмы крови альбумином. Эту форму билирубина называют неконьюгированным билирубином.
Билирубин хорошо растворим в липидах, легко проходит через липидные мембраны и накапливается в тканях, богатых липидами (мозг). Обладает токсическим эффектом.

Обезвреживание билирубина в печени
Растворимая форма билирубина- комплекс с глюкуроновой кислотой: билирубин-глюкуронид. Он может иметь в своем составе 1 или 2 остатка глюкуроновой кислоты: моноглюкуронид и диглюкуронид. В норме основная форма диглюкуронид

Общий билирубин крови

Превращение билирубина в кишечнике

Желчные пигменты крови, мочи и кала в норме

Нарушения обмена желчных пигментов. Желтухи
Гипербилирубинемии
Конечный продукт превращения гемоглобина –билирубин может в избытке накапливаться в сыворотке крови (выше 21,5 мкМ,л), что придает коже и склере глаз желтушное окрашивание. Существует ряд причин для возникновения желтухи.

Желтухи
Надпеченочная Подпеченочная
Печеночная
Гемолитическая. Возникает при активном гемолизе эритроцитов и выходе Hb в сыворотку крови. Ряд причин, в том числе и токсические соединения.
Паренхиматозная. Возникает при заболевании печени, вызванных вирусными возбудителями.
Обтурационная. Развивается при закупорке общего желчного протока, что создает условия для проникновения прямого билирубина в кровь.

Биохимические показатели желтух

В период распада HbF содержание билирубина увеличивается в 3-5 раз и более за счет неконъюгированного билирубина

Желтуха новорожденных
У новорожденных в момент рождения содержание БЛ в крови в 2 раза выше чем у взрослых
Причины:
1)ускоренный гемолиз эритроцитов, содержащих фетальный гемоглобин, длительность жизни эритроцитов у новорожденных = 70-90 дней;
2) высокая активность гемоксигеназы эритроцитов новорожденных;
3) дефицит белка-переносчика, обеспечивающего транспорт билирубина через мембраны гепатоцитов;
4)ограниченный печеночный синтез УДФ-глюкуроновой кислоты, участвующей в образовании билирубин-глюкуронида
5) запаздывание в созревании ферментных систем коньюгации (снижена активность УДФ-глюкуронилтрансферазы)

Наследственные нарушения метаболизма билирубина
Синдром Жильбера - это наследственное заболевание, которое проявляется постоянным или периодическим повышением уровня непрямого билирубина в крови, вследствие снижения активности УДФ-глюкуронилтрансферазы.
Синдром Криглера -Найяра - врождённая наследственная злокачественная неконъюгированная гипербилирубинемия, характеризующаяся желтухой и тяжёлым поражением нервной системы, вследствие полного отсутствия или очень низкой активности УДФ-глюкуронилтрансферазы.

БИОТРАНСФОРМАЦИЯ, как молекулярный путь антитоксической функции печени

Ксенобиотики- вещества, поступающие из окружающей среды и не используемые организмом для образования энергии или построения тканей.
Индустриальные ксенобиотики: сильные кислоты и основания, диоксины, оксиды азота, моноокисид углерода, аммиак, цианиды, ароматические углеводороды, сильные окисляющие агенты
Пищевые ксенобиотики: тяжелые металлы, остаточные пестициды, гормоны, биологически активные амины, алкоголь, бактериальные токсины
Косметические ксенобиотики: некоторые токсичные вещества в кремах, духах, помадах и т.д.
Ксенобиотики сигаретного дыма: никотин, тяжелые металлы, монооксид углерода, полициклические гидрокарбонаты
Медицинские ксенобиотики- большинство лекарств
Эндогенные токсины- образующиеся в организме соединения, обладающие при высокой концентрации токсическим эффектом:
Все соединения, обладающие биологической активностью (гормоны, биогенные амины, нейротрансмиттеры, витамины);
Продукты гниения белков (индол, скатол, фенол, крезол);
Продукты автолизиса клеток (ВНиСММ и олигопептиды)
Естественные продукты обмена, требующие детоксикации (билирубин, аммиак);

Ксенобиотики быстрее поступают в ткани с интенсивным кровоснабжением: мозг, печень, почки сердце, легкие (органы первоочередного воздействия токсических веществ). Но мышцы или жировые ткани составляют большой процент от массы тела- токсические в-ва в них накапливаются (депо ксенобиотиков)

Биотрансформация - это комплекс процессов, которые обеспечивают антитоксическую функцию печени.
Антитоксическая функция печени - это обезвреживание эндогенных токсических соединений и ксенобиотиков.

1фаза: Несинтетическая- прямое метаболическое превращение с образованием конечных продуктов или в дальнейшем подвергающихся коньюгации
-окисление
-восстановления
-гидролиза
2фаза: Синтетическая или конъюгации – связывание ксенобиотика или др. соединений с определенными конъюгатами:
-глюкуронирование
-сульфатирование
-ацетилтрование
-присоединение глутатиона
-присоединение глицина
-метилирование
Биотрансформация – процесс состоящий из 2 фаз:

Структурная организация цитохрома P 450
Все ферменты микросомальной системы - мембранные белки, активные центры которых локализованы на поверхности эндоплазматического ретикулума. Ферменты, катализирующие восстановление одного атома молекулы О2 с образованием воды и включение другого атома кислорода в окисляемое вещество, получили название микросомальных оксидаз со смешанной функцией или микросомальных монооксигеназ. Ключевым ферментом системы микросомального окисления является цитохром Р-450.

Монооксигеназная цепь:
Субстрат: НАДФН2;
В состав входит: NADPH-P450 редуктаза, коферменты ФАД и ФМН и Цит.P450, который содержится только в печени.
Цит.P450 передает электроны на О2, а так же на окисляемое вещество, гидроксилируя его.
При блокаде Цит.P450 наступает гибель организма.

Редуктазная цепь:
Субстрат: НАДН2;
В состав входит: НАДН цитохром b5-редуктаза (или ФП2 ; кофермент ФАД) и Цит. В5, который не имеет выхода на молекулярный кислород.
Цит. В5 передает электроны на моноксигеназную цепь.

В составе микросом имеется особая микросомальная электронтранспортная цепь, которая образована 2-мя цепями:
•Монооксигеназная цепь;
•Редуктазная цепь;

Внемикросомальные процессы – включают реакции окисления, восстановления и гидролиза, совершающиеся в цитоплазме, лизосомах, пероксисомах и др. органеллах клетки. Окисление спиртов, альдегидов, карбоновых кислот, алкиламинов, неорганических сульфатов, 1,4-нафтохинонов, сульфоксидов, органических дисульфидов, некоторых эфиров; с его помощью происходит гидролиз эфирной и амидной связей, гидролитическое дегалогенирование

В цитоплазме особую роль играет фермент алкогольдегидрогеназа (АДГ), при участии которого происходит окисление этилового и других спиртов.
Алкогольдегидрогеназа- димер, содержит ион Zn2+, кофермент- НАДН

2 фаза. Синтетическая или Конъюгация: в реакциях второй фазы модифицированные в ходе первого этапа биотрансформации ксенобиотики ассоциируются (коньюгируются) с гидрофильными эндогенными соединениями. В результате еще больше увеличивается их гидрофильность и уменьшается токсичность. Все ферменты, функционирующие во второй фазе обезвреживания ксенобиотиков, относят к классу трансфераз. Они характеризуются широкой субстратной специфичностью, локализованы в различных компартментах клеток .

Глюкуронидная конъюгация – связывание с глюкуроновой кислотой и образование глюкуронидов. Локализована в ЭПР.
Донором глюкуроновой кислоты является УДФ-глюкуроновая кислота. Все глюкурониды приобретают растворимость в воде.
Образование глюкуронидов характерно для билирубина, стероидных гормонов, ароматических аминов, витамина Д и др.
Уридиндифосфоглюкуроновая кислота (УДФ-C6H9O6).
В общем виде реакция с участием УДФ-глюкуронилтрансферазы записывается так:
ROH + УДФ-С6Н9О6 = RO-C6H9O6 + УДФ

2.Коньюгация с химическими группировками: сульфатной, ацетильной, метильной и др. Локализация-цитозоль
Основные ферменты и метаболиты, участвующие в конъюгации

3-фосфоаденозин-5-фосфосульфат (ФАФС)
Переносчиком сульфатных анионов является 3-фосфоаденозин-5-фосфосульфат (ФАФС) (к фенолам, спиртам, аминокислотам);
Наиболее распространена сульфатная конъюгация с участием сульфатных анионов, источником которых являются серосодержащие аминокислоты.
Реакция с участием сульфотрансферазы в общем виде записывается так:
ROH + ФАФ-SO3H = RO-SO3H + ФАФ.

Ацетильная коньюгация- связывание токсиканта с ацетильным остатком от ацетил-КоА. Осуществляют ацетилтрансферазы, локализованные в цитоплазме. Так обезвреживаются ароматические амины, сульфаниламиды, гидразины, биогенные амины.
RNH2 + СН3–СОКоА ---------- RNH–СОСН3 + HS–КоА

Метильная коньюгация- связывание токсиканта с ацетильным остатком от S-аденозилметионина (SAM). Катализируют реакции метилтрансферазы, локализованные в основном в цитоплазме, в меньшей степени на мембранах. Субстратами для метилтрансфераз служат фенолы, тиолы и амины, в том числе и эндогенные вещества: гуанидинацетат, норадреналин, фосфатидилэтаноламин, гистамин.

3.Глутатионовая защита, которая включает участие глутатиона, а так же ферментов глутатионтрансферазы, глутатионредуктазы и глутатионпероксидазы. ГТ играют важную роль в инактивации собственных метаболитов: стероидных гормонов, простагландинов, билирубина, жёлчных кислот, продуктов ПОЛ.
Глутатион конъюгирует с обезвреживаемым веществом с участием глутатионтрансферазы. Это наиболее мощный путь детоксикации.
Глутатион (GSH) трипептид Глу-Цис-Гли
R + GSH → GSRH
Коньюгация субстрата (R) c глутатионом

4. Пептидная конъюгация – связывание с аминокислотой глицин и другими аминокислотами. Характерно для ароматических карбоновых кислот (бензойная к-та).

5. Тиоционатная конъюгация - для обезвреживания эндогенного цианистого иона;

Наиболее существенными процессами в биотрансформации считается:
• Глюкуронидная конъюгация;
• Сульфатная конъюгация;
• Глутатионовая конъюгация

Клиническая оценка процесса
биотрансформации.
1 фаза оценивается по:
Антипириновая проба на Цитохром Р450;
АДГ-активность как тест на латентную недостаточность печени (у детей);

2 фаза оценивается в основном по глутатионовой защите:
Содержание глутатиона в его окисленной и восстановленной форме;
Активность глутатионтрансферазы;
Содержание глутатиона совместно со всеми ферментами глутатионовой защиты
Функционирование Р-гликопротеина (транспортная АТФ-аза)

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА БИОТРАНСФОМАЦИЮ
ВОЗРАСТНЫЕ РАЗЛИЧИЯ
2) ВИДОВЫЕ РАЗЛИЧИЯ
3) ГЕНЕТИЧЕСКИЕ РАЗЛИЧИЯ
4)ПОЛОВЫЕ РАЗЛИЧИЯ
5) ДЕЙСТВИЕ ГОРМОНОВ
6) БЕРЕМЕННОСТЬ
7) ПИТАНИЕ И ДИЕТА
8) СПОСОБ ВВЕДЕНИЯ ЛЕКАРСТВ
9) ФАКТОРЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

РЕАКЦИИ БИОАКТИВАЦИИ КСЕНОБИОТИКОВ
Реакции биотрансформации, в которых образуются продукты, имеющие большую токсичность по сравнению с исходным ксенобиотиком, называют реакциями БИОАКТИВАЦИИ
Реакция превращения инсектицида паратиона в параоксон. Паратион-тиофосфат, нейротоксичность основана на взаимодействии ферментом ацетилхолинэстеразой. Сродство этого фермента к параоксону во много раз выше, чем к исходному соединению- паратиону.
Тяжесть отравления этиленгликолем прямо пропорциональна степени окисления его до щавелевой кислоты. В ходе биопревращения щавелевая кислота, способная повреждать паренхиматозные органы и, в частности, почки.

ВЛИЯНИЕ КСЕНОБИОТИКОВ НА АКТИВНОСТЬ МИКРОСОМАЛЬНЫХ ФЕРМЕНТОВ
Многие ксенобиотики влияют на синтез или активность микросомальных монооксигеназ. Наиболее важно их влияние на цит Р-450.
Этот феномен объясняет привыкание к лекарственным препаратам, если их метаболиты фармакологически неактивны

ПУТИ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ЭТАНОЛА В ПЕЧЕНИ
1- окисление этанола NAD+- зависимой алкогольдегидрогеназой (АДГ);
2 - МЭОС - микросомальная этанолокисляющая система;
3 - окисление этанола каталазой

Цитохром Р450-зависимая микросомальная этанолокисляющая система (МЭОС) локализована в мембране гладкого ЭР гепатоцитов. МЭОС играет незначительную роль в метаболизме небольших количеств алкоголя, но индуцируется этанолом, барбитуратами и приобретает существенное значение при злоупотреблении ими. При хроническом алкоголизме окисление этанола ускоряется на 50 - 70% за счёт гипертрофии ЭР и индукции цитохрома Р450 II E1.
С2Н5ОН + NADPH + Н+ +О2 → СН3СНО + NADP+ +2Н2О.