Биохимия печени

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА по биохимии

Биохимия печени

 

Содержание

 

Введение

 

Биохимия печени включает как протекание нормальных обменных процессов, так и нарушения метаболизма веществ с развитием патологии. Изучение всех аспектов биохимии печени позволит видеть картину нормально функционирующего органа и его участие в работе всего организма и поддержании гомеостаза. Так же при нормальной работе печени осуществляется интеграция всех основных обменов в организме, причем удается наблюдать начальные этапы метаболизма (например, при первичном всасывании веществ из кишечника) и конечные этапы с последующим выведением продуктов обмена из организма.

При нарушениях работы печени происходит сдвиг метаболизма в определенную сторону, поэтому необходимо изучение патологических состояний органа для  дальнейшей диагностики заболеваний. В настоящее время это особенно актуально, так как заболевания печени прогрессируют, а достаточно хороших методов лечения пока не существует. К таким заболеваниям в первую очередь относятся вирусные гепатиты, циррозы печени (часто при систематическом употреблении алкоголя и при прочих вредных внешних воздействиях, связанных с неблагоприятной экологией), сдвиги метаболизма при нерациональном питании, онкологические заболевания печени. Поэтому очень важна ранняя диагностика этих заболеваний, которая может основываться на биохимических показателях.

Целью курсовой работы является рассмотрение функций печени и  сравнение биохимических  показателей работы этого органа в норме и патологии; также  указание основных принципов лабораторной диагностики,  краткое описание синдромов  гепатитов различной этиологии и приведение примеров.

 

Глава I. Функциональная биохимия печени

 

Условно функции печени по биохимическим  показателям можно разделить  на: регуляторно-гомеостатическую функцию, включающую основные виды обмена (углеводный, липидный, белковый, обмен витаминов, водно-минеральный и пигментный обмены), мочевинообразовательную, желчеобразовательную и обезвреживающую функции. Такие основные функции и  их регуляция подробно рассмотрены далее в этой главе.

1.1 Регуляторно–гомеостатическая  функция печени

Печень – центральный орган  химического гомеостаза, где чрезвычайно интенсивно протекают все обменные процессы и где они тесно переплетаются между собой.

1.1.1 Углеводный обмен в печени  и его регуляция

Моносахариды (в частности глюкоза) поступают в печень по воротной вене и подвергаются различным преобразованиям. Например, при избыточном поступлении глюкозы из кишечника она депонируется в виде гликогена, так же глюкоза производится печенью в ходе гликогенолиза и глюконеогенеза, поступает в кровь и расходуется большинством тканей. Регуляция углеводного обмена осуществляется благодаря тому, что печень является практически единственным органом, который поддерживает постоянный уровень глюкозы в крови даже в условиях голодания.

Судьба моносахаридов различна в зависимости от  природы, их содержания в общем кровотоке, потребностей организма. Часть их отправится в печёночную вену, чтобы поддержать гомеостаз, в первую очередь, глюкозы крови и обеспечить нужды органов. Концентрация глюкозы в крови определяется балансом скоростей ее поступления, с одной стороны, и потребления тканями с другой. В постабсорбтивном состоянии (постабсорбтивное состояние развивается через 1,5—2 часа после приема пищи, так же называется истинным или метаболическим насыщением [1]. Типичным  постабсорбтивным  состоянием считают состояние утром до завтрака, после примерно десятичасового ночного перерыва в приеме пищи) и в норме концентрация глюкозы в крови равна 60-100 мг/дл (3,3-5,5 моль\л). А остальную часть моносахаридов (в основном глюкозы) печень использует для собственных нужд.

В гепатоцитах интенсивно протекает  метаболизм глюкозы. Поступившая с пищей глюкоза только в печени с помощью специфических ферментных систем преобразуются в глюкозо-6-фосфат (лишь в такой форме глюкоза используется клетками) [6]. Фосфорилирование  свободных моносахаридов – обязательная реакция на пути их использования, она приводит к образованию более реакционно-способных соединений и поэтому может рассматриваться как реакция активации. Галактоза и фруктоза, поступающие из кишечного тракта, при участии соответственно галактокиназы и фруктокиназы фосфорилируются по первому углеродному атому:

Глюкоза, поступающая в клетки печени, так же подвергается фосфорилированию с использованием АТФ. Эту реакцию  катализирует ферменты гексокиназа и глюкокиназа.

Гексокиназа обладает высоким сродством  к глюкозе (К_м  <0,1 ммоль/л), поэтому максимум скорости реакции достигается при низкой концентрации глюкозы. Глюкозо-6-фосфат ингибирует гексокиназу. Глюкокиназа отличается от гексокиназы высоким значением К_м  для глюкозы – 10 ммоль/л и не ингибируется глюкозо-6-фосфатом. Это обеспечивает взаимное фунционирование обоих ферментов в печени. В постабсорбтивном состоянии концентрация глюкозы в крови низкая, около 5 ммоль/л и скорость глюкокиназной реакции примерно 1/5 от максимальной скорости. В таких условиях максимально работает гексокиназа. Во время пищеварения в воротную вену и далее в печень поступают большие количества глюкозы, и ее концентрация достигает и превышает 10 ммоль/л. Соответственно увеличивается скорость глюкокиназной реакции, причем если не происходит ингибирование гексокиназы глюкозо-6-фосфатом, то скорость гексокиназной реакции не падает. Что видно из графика:

Наряду с другими механизмами  это предотвращает черезмерное повышение концентрации глюкозы в периферической крови при пищеварении [7].

Образование глюкозо-6-фосфата в  клетке – своеобразная «ловушка»  для глюкозы, так как мембрана клетки непроницаема для фосфорилированной  глюкозы (нет соответствующих транспортных белков). Кроме того, фосфорилирование уменьшает концентрацию свободной глюкозы в цитоплазме. В результате создаются благоприятные условия для облегченной диффузии глюкозы в клетки печени из крови.

Возможна и обратная реакция  превращения глюкозо-6-фосфат в глюкозу при действии глюкозо-6-фосфатазы, которая катализирует отщепление фосфатной группы гидролитическим путем.

Образовавшаяся свободная глюкоза  способна диффундировать из печени в  кровь. В других органах и тканях (кроме почек и клеток кишечного  эпителия) глюкозо-6-фосфатазы нет, и поэтому там проходит только фосфорилирование, без обратной реакции, и выход глюкозы из этих клеток невозможен [3].

Глюкозо-6-фосфат может превратиться в глюкозо-1-фосфат при участии  фосфоглюкомутазы, которая катализирует обратимую реакцию.

Так же глюкозо-6-фосфат может использоваться в различных превращениях, основными  из которых являются: синтез гликогена, катаболизм с образованием СО₂ и Н₂О или лактата, синтез пентоз. Вместе с тем в процессе метаболизма глюкозо-6-фосфата образуются промежуточные продукты, используемые в дальнейшем для синтеза аминокислот, нуклеотидов, глицерина и жирных кислот. Таким образом, глюкозо-6-фосфат – не только субстрат для окисления, но и строительный материал для синтеза новых соединений (приложение 1).

Итак, рассмотрим окисление глюкозы  и глюкозо-6-фосфата в печени. Этот процесс идет двумя путями: дихотомическим и апотомическим. Дихотомический путь это гликолиз, который включает «анаэробный  гликолиз», завершающийся образованием молочной кислоты (лактата) или этанола и СО₂ и «аэробный гликолиз» – распад глюкозы, проходящий через образование глюкозо-6-фосфата, фруктозобисфосфата и пирувата как в отсутствие так и в присутствие кислорода (аэробный метаболизм пирувата выходит за рамки углеводного обмена, однако может рассматриваться как завершающая его стадия: окисление продукта гликолиза – пирувата).

Апотомический путь окисления глюкозы  или пентозный цикл заключается  в образовании пентоз и возвращению  пентоз в гексозы в результате распадается одна молекула глюкозы и образуется СО₂ .

Гликолиз в анаэробных условиях - сложный ферментативный процесс распада глюкозы, протекающий без потребления кислорода. Конечным продуктом гликолиза является молочная кислота. В процессе гликолиза образуется АТФ.

Процесс гликолиза протекает в гиалоплазме (цитозоле) клетки и условно делится на одиннадцать этапов, которые соответственно катализируют одиннадцать ферментов:

1. Фосфорилирование глюкозы и образование глюкозо-6-фосфата – перенос остатка ортофосфата на глюкозу за счет энергии АТФ. Катализатором является гексокиназа. Этот процесс был рассмотрен выше.
2. Превращение глюкозо-6-фосфата под действием фермента глюкозо-6-фосфат-изомеразы во фруктозо-6-фосфат:
3. Фруктозо-6-фосфат вновь фосфорилируется за счет второй молекулы АТФ, реакция катализируется фосфофруктокиназой:

Реакция необратима, протекает  в присутствии ионов магния и  является наиболее медленно текущей  реакцией гликолиза.

4. Под влиянием фермента альдолазы фруктозо-1,6-бифосфат расщепляется на две фосфотриозы:
5. Реакция изомеризации триозофосфатов. Катализируеися ферментом триозофосфатизомеразой:

 

6. Глицеральдегид-3-фосфат в присутствии  фермента глицеральдегидфосфатдегидрогеназы,  кофермента НАД и неорганического  фосфата продвергается своеобразному  окислению с образованием 1,3-бифосфоглицериновой кислоты и восстановленой формы НАД – НАД*Н₂ :

7.   Реакция катализируется фосфоглицераткиназой, происходит передача фосфатной группы в положении 1 на АДФ с образованием АТФ и 3-фосфоглицериновой кислоты (3-фосфоглицерат):

8. Внутримолекулярный перенос оставшейся фосфатной группы, и 3-фосфоглицериновая кислота превращается в 2-фосфорлицериновую кислоту (2-фосфоглицерат):

 

Реакция легкообратима и протекает  в присутствии ионов магния.

 

 

9. Реакция катализируется ферментом  енолазой, 2-фосфоглицериновая кислота в результате отщепления молекулы воды переходит в фосфоенолпировиноградную кислоту (фосфоенолпируват), а фосфатная связь в положении 2 становится макроэргической:

10. Разрыв макроэргической связи и перенос фосфатного остатка от фосфоенолпирувата на АДФ. Кртализируется ферментом пируваткиназой:

 

11.    Восстановление пировиноградной  кислоты и образование молочной  кислоты (лактата). Реакция протекает  при участии фермента лактатдегидрогеназы  и кофермента НАД*Н_2, образовавшегося в шестой ркакции:

 

 

 

 

Гликолиз в аэробных условиях. В этом процессе можно выделить три части:

1. специфические для глюкозы  превращения, завершающиеся образованием  пирувата (аэробный гликолиз);

2. общий путь катаболизма (окислительное  декарбоксилирование пирувата и цитратный цикл);

3. митохондриальная цепь переноса  электронов.

В результате этих процессов глюкоза  в печени распадается до С0₂ и Н₂0, а освобождающаяся энергия используется для синтеза АТФ (приложение 2).

К обмену углеводов в печени относятся  только специфические для глюкозы превращения, где происходит распад глюкозы до пирувата, который можно разделить на два этапа:

1. От глюкозы до глицеральдегидфосфата.  В реакциях происходит включение  фосфатных остатков в гексозы  и превращение гексозы в триозу (приложение 3). Реакции этого этапа катализируют следующие ферменты: гексокиназа или глюкокиназа (1); фосфоглюкоизомераза (2); фосфофруктокиназа (3); альдолаза фруктозо-1,6-бисфосфата (4); фосфотриозоизомераза (5)

2. От глицеральдегидфосфата до  пирувата. Это реакции, связанные с синтезом АТФ. Этап завершается превращением каждой  молекулы глюкозы в две молекулы глицеральдегидфосфата (приложение 4). В реакциях участвуют пять ферментов: дегидрогеназа глицеральдегидфосфата (6); фосфоглицераткиназа (7); фосфоглицеромутаза (8); енолаза (9); пируваткиназа (10).

Пентозофосфатный (фосфоглюконатный) путь превращения глюкозы обеспечивает клетку гидрированным НАДФ для восстановительных синтезов и пентозами для синтеза нуклеотидов. В пентозофосфатном пути можно выделить две части — окислительный и неокислительный пути.

1. Окислительный путь включает две реакции дегидрирования, где акцептором водорода служит НАДФ (приложение 5). Во второй реакции одновременно происходит декарбоксилирование, углеродная цепь укорачивается на один атом углерода и получаются пентозы.
2. Неокислительный путь значительно сложнее. Здесь нет реакций дегидрирования, он может служить только для полного распада пентоз (до С0₂ и Н₂0) или для превращения пентоз в глюкозу (приложение 6). Исходными веществами являются пять молекул фруктозо-6-фосфата, в сумме содержащие 30 углеродных атомов, конечный продукт реакции — шесть молекул рибозо-5-фосфата, в сумме также содержащие 30 углеродных атомов.

Окислительный путь образования  пентоз и путь возращения пентоз в гексозы вместе составляют циклический процесс:

 

 В этом цикле за один  оборот полностью распадается  одна молекула глюкозы, все шесть углеродных атомов которой превращаются в С0₂ [7].