БИОХИМИЯ ПЕЧЕНИ

и постабсобтивний периоды
Механизм обезвреживания вредный веществ в печени

из 300 млрд клеток, 80% из которых составляют гепатоциты.

Масса

печени достигает 1,5 кг, что составляет 2-3% от массы тела
взрослого человека. На печень приходится от 20 до 30%
потребляемого организмом кислорода.

Клетки печени занимают центральное место в реакциях
промежуточного метаболизма и поддержании гомеостаза крови.
Поэтому в биохимическом отношении гепатоциты являются как бы
прототипом всех остальных клеток.

Артериальная кровь, поступающая по печёночной артерии, и кровь
воротной вены от желудка, селезёнки, кишечника, поджелудочной
железы и других органов брюшной полости, проходит к центру печеночной
дольки по разветвленной сети капилляров между рядами гепатоцитов,
называемой синусоидами. Синусоиды соприкасаются с каждым
гепатоцитом. В отличие от капилляров других тканей синусоиды не имеют
базальной мембраны, их стенка представлена только эндотелиальными
клетками.

располагаются клетки ретикуло-
эндотелиальной системы – клетки Купфера. После взаимодействия с гепатоцитами

кровь из капилляров поступает в центральные вены, которые далее
впадают в нижнюю полую вену.

В зонах соприкосновения мембран двух или более гепатоцитов
формируются желчные канальцы, которые поначалу не имеют
собственных стенок – ими служат цитоплазматические
мембраны гепатоцитов.

На периферии печеночной дольки они
сливаются в более крупные желчные ходы.
Поверхность печеночной капиллярной сети
достигает 400 м2 и обеспечивает
прохождение через печень около
2 тыс. литров крови в сутки,
при этом
80% её поступает по системе
воротной вены, а
20% — через печёночную
артерию.

метаболизма, участвует в
поддержании метаболического гомеостаза и способна осуществлять
взаимодействие

реакций обмена белков, жиров и углеводов.

Местами "соединения" обмена углеводов и белков является
пировиноградная кислота, щавелевоуксусная и α-кетоглутаровая
кислоты из ЦТК, способных в реакциях трансаминирования превращаться,
соответственно, в аланин, аспартат и глутамат. Аналогично протекает
процесс превращения аминокислот в кетокислоты.

С обменом липидов углеводы связаны еще более тесно:
- образуемые в пентозофосфатном пути молекулы НАДФН используются для
синтеза жирных кислот и холестерола,
- глицеральдегидфосфат, также образуемый в пентозофосфатном пути,
включается в гликолиз и превращается в диоксиацетонфосфат,

направляется для синтеза триацилглицеролов.
Также для этой цели может

быть использован
глицеральдегид-3-фосфат,
синтезированный в этапе
структурных перестроек
пентозофосфатного пути,

- "глюкозный" и аминокислотный«
 ацетил-SКоА способен участвовать в
синтезе жирных кислот и холестерола.

Взаимосвязь обмена
белков, жиров и углеводов

тракта через воротную вену. В печени протекают
сложные процессы обмена

белков и аминокислот, липидов, углеводов,
биологически активных веществ (гормонов, биогенных аминов и витаминов),
микроэлементов. В печени синтезируются многие вещества (например, глюкоза,
холестерин и желчные кислоты), необходимые для функционирования других
органов.
Депонирующая. В печени происходит накопление гликогена. Из печени в
организм постоянно поступают макроэргические соединения и структурные блоки,
необходимые для синтеза сложных макромолекул.
Барьерная. В печени осуществляется обезвреживание (биохимическая
трансформация) чужеродных и токсичных соединений, поступивших с пищей или
образовавшихся в кишечнике, а также токсических веществ экзогенного
происхождения.
Экскреторная. Из печени различные вещества эндо- и экзогенного
происхождения либо поступают в желчные протоки и выводятся с желчью (более
40 соединений), либо попадают в кровь, откуда выводятся почками.
Гомеостатическая. Печень выполняет важные функции по поддержанию
постоянного состава крови (гомеостаза), обеспечивая синтез и поступление в кровь
различных метаболитов, а также поглощение, трансформацию и экскрецию многих
компонентов плазмы крови.

классов веществ

энергией веществ и предшественников для синтеза более
сложных макромолекул. Потребности

организма обеспечиваются за
счет питания, однако оно бывает нерегулярным и неравномерным.
Перерывы в поступлении питательных веществ компенсируются
печенью, которая вместе с другими тканями, прежде всего жировой
тканью, выполняет компенсаторные функции.

В биохимии питания принято различать фазу абсорбции и фазу
постабсорбции, которая охватывает состояния организма во время
разгрузочных дней (в том числе при соблюдении поста), вплоть до
полного голодания. Переход между этими двумя фазами
определяется концентрацией богатых энергией соединений в
плазме крови и регулируется гормонами и вегетативной нервной
системой.

пищи и
длится примерно
2–4 часа.
За счет
переваривания
пищи

в плазме
крови временно
увеличивается
концентрация
глюкозы,
аминокислот и
жиров
(триацилглицеролов)

инсулина и уменьшением секреции глюкагона.
Увеличение соотношения инсулин/глюкагон в сочетании

с богатыми энергией
субстратами стимулирует переход тканей (особенно печени, мышечной и
жировой тканей) в анаболическую фазу.


В печени из поступающих субстратов синтезируются гликоген и жиры. Гликоген
депонируется в печени, жиры в виде липопротеинов очень низкой плотности
[ЛПОНП] поступают в кровь.

В мышечной ткани также за счет глюкозы пополняется запас гликогена, а из
аминокислот синтезируются белки.

В жировую ткань жиры поступают из печени и желудочно-кишечного тракта
(в составе хиломикронов и ЛПОНП), а затем депонируются в виде жировых капель.

Сердце и нервная ткань используют глюкозу в качестве источника энергии. Клетки
сердечной мышцы являются в известном смысле «всеядными», так
как они могут получать энергию и из других субстратов.

начинается с
изменения секреции
гормонов
поджелудочной железы:
теперь α-клетки секретируют
больше

глюкагона,
а β-клетки прекращают
секрецию инсулина.
Низкое соотношение
инсулин/глюкагон в плазме
крови запускает процесс
промежуточного
метаболизма
в обратном направлении.
Теперь организм
должен вернуться к
использованию собственных
энергетических резервов.
В организме начинается
расщепление запасных
веществ — гликогена,
жиров, белков, и
начинается синтез богатых
энергией веществ в печени.

обеспечения других тканей, прежде
всего мозга, коры надпочечников и эритроцитов,

не располагающих
собственными резервами глюкозы.
Если спустя несколько часов резервы глюкозы в печени окажутся
исчерпанными, усиливается процесс глюконеогенеза. Субстраты поступают из
мышц (аминокислоты) и жировой ткани (глицерол). Высвободившиеся жирные
кислоты используются печенью для синтеза кетоновых тел (кетогенез), которые
направляются в кровь и служат важнейшим источником энергии в
Постабсорбтивной фазе.

В мышцах резервы глюкозы в виде гликогена используются исключительно
для собственных нужд. Аминокислоты, образующиеся за счет медленного
расщепления белков, поступают в печень и утилизируются в процессе
глюконеогенеза.

В жировой ткани гормоны инициируют липолиз с образованием глицерола и
жирных кислот. Жирные кислоты служат источником энергии во многих тканях
(за исключением мозга и эритроцитов). Важным приемником жирных кислот
является печень, где они используются для синтеза кетоновых тел.

важнейшим
источником энергии. Уровень глюкозы в крови поддерживается постоянным 4-6

мМ
(0,8–1,0 г/л) благодаря тонкой регуляции процессов ее поступления и потребления.
Глюкоза поступает из кишечника (за счет переваривания пищи). При этом печень
выполняет функцию «глюкостата»: в фазе абсорбции глюкоза поступает в печень из
крови и накапливается в виде гликогена. При дефиците глюкозы (фаза
постабсорбции, голодание) печень, напротив, поставляет глюкозу, которая
образуется за счет процессов гликогенолиза и глюконеогенеза.

Печень обладает свойством синтезировать глюкозу из других сахаров, например
фруктозы и галактозы, или из других продуктов промежуточного метаболизма.
Превращение лактата в глюкозу в цикле Кори и аланина в глюкозу в цикле аланина
играет особую роль в обеспечении энергией эритроцитов и мышечных клеток.

Необходимыми условиями активного углеводного обмена в печени являются
обратимый транспорт сахаров через плазматическую мембрану гепатоцитов (при
отсутствии контроля инсулином) и наличие фермента глюкозо-6-фосфатазы,
высвобождающего глюкозу из глюкозо-6-фосфата.

глюкозы, который
не используется для синтеза гликогена и других синтезов,

то она
превращается в липиды – холестерол и триацилглицеролы.
Поскольку запасать ТАГ печень не может, то их удаление происходит при
помощи липопротеинов очень низкой плотности (ЛПОНП). Холестерол
используется, в первую очередь, для синтеза желчных кислот, также он
включается в состав липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) и ЛПОНП.

При определенных условиях – голодание, длительная мышечная нагрузка,
сахарный диабет I типа, богатая жирами диета – в печени активируется
синтез кетоновых тел, используемых большинством тканей как
альтернативный источник энергии.

на печень. Скорость обновления всех белков печени
составляет 7 суток,

тогда как в других органах эта величина
соответствует 17 суткам и более. К ним относятся не только белки
собственно гепатоцитов, но и идущие на "экспорт" – 
альбумины, многие глобулины, ферменты крови, а также
фибриноген и факторы свертывания крови.
Аминокислоты подвергаются катаболическим реакциям с
трансаминированием и дезаминированием, декарбоксилированию
с образованием биогенных аминов. Происходят реакции
синтеза холина и креатина благодаря переносу метильной группы
от аденозилметионина. В печени идет утилизация избыточного
азота и включение его в состав мочевины.
Реакции синтеза мочевины теснейшим образом связаны с циклом
трикарбоновых кислот.

билирубина в гидрофильную
форму и секреция его в желчь.
Пигментный обмен,

в свою очередь, играет важную
роль в обмене железа в организме – в гепатоцитах находится
железосодержащий белок ферритин.

иной функции:
Участие в углеводном обмене оценивается:
по концентрации глюкозы крови,
по крутизне кривой теста толерантности к глюкозе,
по

"сахарной" кривой после нагрузки галактозой,
по величине гипергликемии после введения гормонов (например, адреналина).
Роль в липидном обмене рассматривается:
по уровню в крови триацилглицеролов, холестерола, ЛПОНП, ЛПНП, ЛПВП,
по коэффициенту атерогенности.
Белковый обмен оценивается:
по концентрации общего белка и его фракций в сыворотке крови,
по показателям коагулограммы,
по уровню мочевины в крови и моче,
по активности ферментов АСТ и АЛТ, ЛДГ-4,5, щелочной фосфатазы, глутаматдегидрогеназы.
Пигментный обмен оценивается:
по концентрации общего и прямого билирубина в сыворотке крови.

ЖКТ, через кожу
и лёгкие и не использующиеся для пластических

и энергетических
целей, называют ксенобиотиками. К ним относятся:
лекарства,
красители,
токсины бактерий и грибов,
пестициды,
продукты метаболизма кишечной микрофлоры и др….

Гидрофильные ксенобиотики выводятся из организма с мочёй. А
гидрофобные могут накапливаться и взаимодействовать с белками
и липидами клеток и нарушать их структуру и функции.

Механизмы обезвреживания ксенобиотиков происходят во многих
тканях, но наиболее активно в печени.

конъюгации
(глутатион,
глюкуронил и др.);

М — молекулярная

масса

микросомального (монооксигеназного) окисления (МСО),
отвечающая за течение I фазы (первого

этапа) обезвреживания. Эта система наиболее
активна в печени. В клетках некоторых тканей (например, в коре надпочечников)
окислительная система локализована в мембранах митохондрий.

Основные ферменты, участвующие в окислительной системе:
- цитохром Р450-редуктаза — флавопротеин (кофермент ФAД или ФMН),
- цитохром Р450. Цитохром Р450 может связывать в активном центре липофильное
вещество RH и молекулу кислорода. Один атом кислорода принимает 2е и переходит
в форму О2- (супероксидный радикал).

Донором электронов и протонов является восстановленный НAДФН+H + , который
окисляется цитохром Р450-редуктазой.
О2 - - взаимодействует с протонами и образуется вода :
О2 - + 2Н + → Н2О.
Второй атом молекулы кислорода включается в гидроксильную группу вещества R Н с
образованием R-OH.

Суммарное уравнение реакции гидроксилирования вещества RH ферментами
микросомального окисления:
RH + О2 + [ НAДФН +H+ ] → ROH + H2О + НAДФ + .

или двух этапов и сводится к увеличению
растворимости ксенобиотика.

1

этап – обеспечивает повышение гидрофильности чужеродных веществ и
включает реакции их гидролиза , окисления, гидроксилирования, восстановления;
2 этап – заключается в коньюгации неизменных или химически
модифицированных на первом этапе веществ с рядом метаболитов.

Рис. Электротранспортные цепи микросомального окисления субстратов (RН).

молекулой ее биологической активности или
образование более активного соединения, чем

вещество, из которого оно оно образовалось.

Цитохром Р450 обладает широкой специфичностью. Кроме того известно
много более 1000 изоформ этого фермента, каждая изоформа имеет множество
субстратов. Этими субстратами могут быть эндогенные липофильные
вещества, а их модификация входит в путь нормального метаболизма
этих соединений. Синтез изоформ Р450 индуцируют их субстраты, этанол,
а также некоторые метаболиты, например стероидные гормоны, тироксин,
кетоновые тела.

Особенностью микросомального окисления является то, что в некоторых
случаях ксенобиотики в результате биотрансформации становятся токсичными,
например
- парацетамол превращается в вещество, повреждающее клетки
печени и почек,
- бензапирен табачного дыма – в канцерогенный эпоксид.

содержащих полярные группы веществ. Они вступают в
реакции: - метилирования,

- сульфатирования,
- ацетилирования,
- соединяются с глутатионом или глюкуроновой кислотой.

Донор метильных групп – SAM,
Донор – SО3Н- – активная форма серной кислоты ФАФС,
Донор ацетильной группы – ацетил КоА,
Донор глюкуроновой кислоты – УДФ-глюкуронат.

Реакции катализируют трансферазы имеющие широкую субстратную
специфичность.

Коньюгация снижает реакционную способность веществ и следовательно,
уменьшает их токсичность, повышает гидрофильность и способствует
выведению из организма.

глутатион

солей сульфатов аммония в печени), образуется их метионина.
УДФ-глюкуроновая кислота

или УДФ-глюкуронат - донор глюкуроновой кислоты в обезвреживании ксенобиотиков.

метаболизма и обезвреживания
ксенобиотиков различного происхождения.

и лекарств, занимают
глутатионтрансферазы.

Известно множество изоферментов глутатионтрансферазы
с различной субстратной

специфичностью.
Для работы ферментов требуется глутатион (GSH) или ГSН.
GSH — это трипептид Глу—Цис—Гли
(остаток глутаминовой кислоты присоединен к цистеину карбоксильной группой радикала).
Глутатионтрансферазы — универсальные ферменты, функционирующие у
всех животных и человека и имеющиеся во всех тканях. Эти ферменты
играют важную роль в обезвреживании собственных метаболитов: некоторых
стероидных гормонов, простагландинов, билирубина, желчных кислот,
продуктов перекисного окисления липидов.
Обезвреживание ксенобиотиков с участием глутатионтрансфераз
тремя путями:
• конъюгацией остатка субстрата R с глутатионом (GSH):
R + GSH → GSRH;
• нуклеофильными замещениями: RX + GSH → GSR + HX.
• восстановлением органических пероксидов до спиртов:

→ GSRH;

• нуклеофильными замещениями: RX + GSH → GSR +

HX.

Например, 1-хлор-2,4-динитробензол обезвреживается следующим образом:








• восстановлением органических пероксидов до спиртов:

R-HC-O-OH + 2 GSH → R-HC-OH + GSSG + H2О

ООН — гидроперокисная группа, где
GSSG — окисленный глутатион.
GSН – восстановленный глутатион.

Обезвреживание ксенобиотиков с участием цитохрома Р450 иногда приводит к
образованию не менее, а более токсичных метаболитов, чем исходные.
Эти токсичные вещества обезвреживаются глутатионтрансферазами.

Глутатионтрансфераза — индуцируемый фермент.

является НАДФН+Н

микроорганизмов
кишечника называют гниением
белков в кишечнике.
Из тирозина образуется фенол

и крезол,
из триптофана - индол и скатол.

Эти вещества всасываются клетками
кишечника, транспортируются
кровью по воротной вене в печень,
где они коньюгируют с серной или
глюкуроновой кислотой .

Если в организм попадает бензол, то
его обезвреживание происходит в
2 этапа. Сначала гидроксилируется
микросомальной системой,
а потом вступает в реакцию с ФАФС
или УДФ-глюкуронатом

подвергаются
химической модификации. Последняя может привести не только к
инактивации лекарственного

препарата, но и к повышению его
фармакологической активности, а в некоторых случаях к образованию
более токсичных продуктов.
Скорость метаболизма лекарственного препарата зависит от возраста ( у
детей и пожилых людей, она как правило снижена). Кроме того, она
обусловлена генетическими факторами, связанными с полиморфизмом
белков участвующих в биотрансформации в организме.

Аспирин (ацетилсаллициловая кислота) сначала гидролизуется и
превращается в салицилловую кислоту, которая коньюгирует
УДФ-глюкуроновой кислотой.

Сульфаниламиды (альбуцид, сульфаметоксазол, сульгин) –
антибактериальные препараты, которые являются структурными аналогами
кофермента фолиевой кислоты. Они нарушают синтез фолиевой кислоты в
бактериях, вызывая их гибель. Сульфаниламиды инактивируются
в результате реакций ацетилирования.

коньюгировать с УДФ-глюкуроновой кислотой или ФАФС.
Однако в результате микросомального окисления

превращается в
продукт (N-ацетилбензохинонамин), вызывающий образование
свободныхрадикалов, которые ускоряют перекисное окисление
липидов мембран гепатоцитов, вызывают их разрушение.

Лидокаин (ацетанилид), применяется в стоматологии для местного
обезболивания, сначала гидролизуется с образованием уксусной
кислоты и аминобензола. Последний гидроксилируется
монооксигеназой микросом с образование парааминофенола

обезвреживании может сразу
коньюгировать с
УДФ-глюкуроновой кислотой или
ФАФС.
Однако в результате

микросомального окисления (МСО)
превращается в продукт
(N-ацетилбензохинонамин),
вызывающий образование
свободных радикалов, которые
ускоряют перекисное окисление
липидов мембран гепатоцитов и
вызывают их разрушение.

с образованием уксусной
кислоты и аминобензола.
Последний гидроксилируется
монооксигеназой микросом

с образованием
парааминофенола.
Токсичность фенола рассматривали выше.

АТФ-аза, которую называют Р-гликопротеин.
Этот интегральный белок плазматических мембран гепатоцитов, эпителия
почечных

канальцев, энтероцитов имеет центры связывания гидрофобных
ксенобиотиков и используя энергии АТФ, выкачивает их из клетки.
Синтез Р-гикопротеина индуцируют многие лекарства, и это является
одной из причин снижения их эффективности действия при длительном
лечении.




Продукты инактивации ксенобиотиков,
образующиеся в печени и других тканях,
транспортируются кровью в почки и
выводятся из организма.

фагоцитозом. Основную роль в этом процессе играют
нейтрофилы и моноциты.

Они мигрируют из кровяного русла к очагу
воспаления и путем эндоцитоза захватывают бактерии, образуя фагосому.
Слияние фагосомы с лизосомами клетки приводит к образованию
фаголизосомы, в которой лизосомные ферменты (ДНКаза, РНКаза,
протеиназы, фосфотазы, эстеразы и др.) разрушают макромолекулы
микрооорганизмов.
Фагоцитоз сопровождается резким увеличением потребления кислорода,
которое называется дыхательным взрывом.

Образование активных форм кислорода
фагоцитирующими клетками.

Активация НАДФН-оксидазы, вызывает
превращение кислорода в
супероксидный радикал, который
инициирует образование Н2О2, ОН•, НОСL

процессе
респираторного взрыва

катализирует образование супероксидного
аниона:
2О2 + НАДФН → 2О2- + НАДФ+

+ Н+

Супероксидный анион ферментом супероксиддисмутазой превращается в пероксид
водорода: 2О2- + Н+ → Н2О2 + О2

Суперокисдный радикал и пероксид водорода образуют гидроксил радикал и
гидрокси-анион:
О2- + Н2О2 → ОН• + ОН- + О2

Под действием миелопероксидазы образуется гипохлорит:

Н2О2 + СI- + Н+ → НОСI + Н2О

Супероксидный анион, пероксид водорода, гидроксил-радикал и
гипохлорит являются сильными окислителями, вызывают перекисное
окисление мембран и их повреждение. Поэтому они вызывают
бактерицидное и лизирующее действие на микроорганизмы.