ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ БИОХИМИЯ
Для выполнения всех необходимых жизненных функций организм человека содержит более 200 типов специализированных клеток. Комплекс морфологически однотипных клеток, выполняющих определенные функции, называется тканью. Ткани морфологически оформляются в органы - образования с определенными функциями в сложной биологической системе, какой является организм.

Функциональная биохимия выясняет связи между строением химических соединений и процессами их взаимоизменения с одной стороны , и функцией субклеточных частиц,специализированных клеток, тканей или органов, включающих в свой состав упомянутые вещества - с другой.

Молекулярные дефекты приводят к биохимическим сдвигам, клинически проявляющимися как заболевания, при которых изменяются нормальные биохимические показатели, имеющие диагностическое значение. Знание основ биохимии естественных процессов жизнедеятельности отдельных органов необходимо медику для выявления нарушений химических процессов, с последующим их устранением или исправлением.

БИОХИМИЯ ПЕЧЕНИ

Печень - центральная биохимическая лаборатория организма, в которой протекают разнообразные метаболические превращения веществ. Она также включается во все процессы обмена, происходящие и в периферических тканях. Химический состав печени: вода - 70%, белки - 12-24, липиды – 2-6, углеводы - 2-8, холестерин- 0,3-0,5, железо - 0,02% и другие минеральные вещества. У взрослого здорового человека масса печени составляет в среднем 1- 1,5 кг. Клеточный состав печени:

1) гепатоциты - 80%, расположены в два слоя и контактируют с одной стороны с желчью, а с другой- с кровью;

2) эндотелиальные клетки-15%;

3) клетки соединительной ткани - 5%.

Особенность кровоснабжения печени состоит в том, что в ней по синусоидам (расширенным капиллярам) циркулирует смешанная кровь (венозно-артериальная). 70- 80% общего объема крови поступает в нее по воротной вене (венозная кровь) от кишечника, а вместе с этой кровью поступают и продукты расщепления белков, липидов, полисахаридов и нуклеиновых кислот: глюкоза, аминокислоты, азотистые основания, хиломикроны и др. 30% крови доставляет в печень печеночная артерия (артериальная кровь), а вместе с ней доставляются метаболиты периферических тканей и органов: аланин, лактат, глутамин, ЛВП (зрелые), глицерин, кислород в виде калиевой соли оксигемоглобина и др. Печеночная вена выносит из печени в общий кровоток глюкозу, аминокислоты, белки плазмы крови , ферменты, кетоновые тела, ЛОНП, ЛВП-предшественники, мочевину и ряд других веществ.

Функции печени многочисленны и сложны, но наиболее важные из них биосинтетическая, регуляторно-гомеостатическая, гемостатическая, мочевинообразовательная и желчеобразоватильная, выделительная, катаболическая, детоксикационная.

Важнейшей функцией печени является биосинтетическая. В печени синтезируются следующие вещества: кетоновые тела, глюкоза, холестерин, эфиры холестерина, белки плазмы, белки свертывающей и антисвертывающей систем, заменимые аминокислоты, ВЖК, ФЛ, ТАГ (2-й ресинтез), ЛОНП, ЛВП-предшественники, биологически активные пептиды, ферменты глюконеогенеза, ферменты орнитинового цикла, ЛХАТ, гем, холин, креатин.

Часть метаболитов, образовавшихся в печени (глюкоза, холестерин, кетоновые тела, белки плазмы и др.) транспортируются далее в клетки других органов и тканей (т.е. «на экспорт»), где используются для энергетических и структурных целей, а часть откладывается в запас (например, гликоген, железо, жирорастворимые витамины) или выделяются из организма в случае неиспользования. Одной из функций печени является выделительная. В просвет ЖКТ печень выделяет холестерин, желчные кислоты, желчные пигменты, железо, другие вещества. В поддержании постоянства внутренней среды организма (гомеостатическая функция) роль печени уникальная, так как она является центром регуляции основных путей метаболизма: белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот и нуклеотидов, витаминов, воды и электролитов.

Особенности обмена аминокислот, белков и других азотсодержащих веществ в печени

Печень играет центральную роль в поддержании азотистого баланса в организме, так как регулирует процессы утилизации азотистых веществ и выделение их метаболитов из организма. В печени протекают основные анаболические и катаболические процессы аминокислот (переаминирование, дезаминирование, декарбоксилирование). Только в печени синтезируются белки свертывающей (протромбин, фибриноген, проконвертин, проакцелерин) и антисвертывающей системы (кроме плазминогена). Печень , церулоплазмина, трансферрина, ангиотензиногена. Печень обеспечивает через кровь другие органы сбалансированной смесью незаменимых и заменимых аминокислот, необходимых для биосинтеза их собственных белков. В печени синтезируются многие азотсодержащие вещества небелковой природы (креатин, холин, мочевая кислота, индикан, гем и др.), биологически активные пептиды (глутатион, карнозин, анзерин), а также происходит биосинтез и распад пуриновых и пиримидиновых азотистых оснований. Только в печени происходит образование мочевины - основной путь обезвреживания аммиака в организме.

Особенности обмена углеводов в печени

В печени протекают следующие метаболические процессы обмена углеводов: биосинтез и распад гликогена, необходимый для поддержания постоянства концентрации глюкозы в крови: глюконеогенез, аэробный гликолиз, пентозофосфаткый путь, обмен фруктозы и галактозы, цикл Кори, превращение глюкозы в ВЖК, биосинтез гетерополисахаридов. Печень является основным органом, поставляющим свободную глюкозу в кровь, так как вгепатоцитах печени имеется фермент глюкозо-6-фосфатаза, расщепляющий глюкозо-6-фосфат до свободной глюкозы.

Особенности обмена липидов в печени

Обмен липидов в печени наиболее интенсивно протекает по следующим метаболическим путям:

1) β - окисление ВЖК;

2) распад ТАГ, ФЛ, ХС, ЛВП-зрелых;

3) биосинтез транспортных форм липидов (ЛОНП, ЛВП-предшественни-ков);

4) биосинтез специфических ВЖК, ТАГ, ФЛ, холестерина, эфиров холестерина, кетоновых тел (ацетил-КоА →CH 3 COCH 2 COOH и

CH 3 -CHOH-CH 2 COOH).

Печень участвует в поддержании постоянного уровня жирных кислот в крови, если их количество увеличивается, то печень поглощает их и превращает в ТАГ, ФЛ, ЭХС, ЛОНП. Уменьшение биосинтеза фосфолипидов, уменьшение образования ЛОНП привод к увеличению биосинтеза ТАГ и накоплению их в гепатоцитах, что сопровождается жировой дегенерацией печени. Кетоновые тела (ацетоацетат, ацетон, β - гидроксибутират) синтезируются только в гепатоцитах печени из ацетил-КоА в ходе так называемого β-гидрокси-β-метилглутарил-КоА пути. При голодании, при пониженном содержании углеводов в пище , сахарном диабете возрастает скорость синтеза кетоновых тел (кетогенез). Из печени кетоновые тела током крови переносятся в периферические ткани и органы (мышцы, почки, мозг и т. д.), где они превращаются в ацетил-КоА и в цикле лимонной кислоты и ЦПЭ дают энергию. Печень играет важную роль в обмене стероидов, в частности холестерина (ХС). Общий путь ХС в печени составляет:

1. ХС, синтезируемый заново в печени из ацетил-КоА (эндогенный ХС);

2. ХС, образующийся из эфиров холестерина;

3. ХС, поступающий с артериальной кровью в составе зрелых ЛВП;

4. ХС, образовавшийся из деградированных форм ХМ и ЛОНП.

В печени ХС (80%) расходится на образование первичных желчных кислот (холевой и хенодезоксихолевой), для построения биомембран гепатоцитов, на формирование ЛОНП и ЛВП-предшественников, синтез эфиров ХС.

Кроме многочисленных функций в промежуточном обмене, печень играет важную в пищеварении, так как в ней образуется желчь.

Желчь - это жидкий секрет желтовато-коричневого цвета, который состоит из воды (97%), свободных и коньюгированных желчных кислот и солей (1%), билирубина и ХС, минеральных солей, фосфолипидов, ВЖК.

Различают печеночную желчь и пузырную, в которой образуются простые мицеллы, состоящие из фосфолипидов, холестерина и желчных кислот (2,5: 1: 12,5). Нерастворимый в воде холестерин удерживается в желчи в растворенном состоянии благодаря присутствию в ней солей желчных кислот и фосфатидилхолина. При недостатке желчных кислот в желчи холестерин выпадает в осадок, способствуя образованию камней. При нарушении желчеобразования или оттока желчи нарушаются переваривание липидов в ЖКТ, что приводит к стеаторее.

Печень играет важную роль в детоксикации чужеродных веществ или ксенобиотиков. Это имеет существенное значение для сохранения жизни организма. Чужеродные вещества попадают в организм с пищей, через кожу или с вдыхаемым воздухом и могут быть продуктами хозяйственной деятельности человека, веществами бытовой химии , лекарственным препаратами, этанолом. В печени инактивируются и токсические метаболиты распада азотсодержащих веществ: билирубина, продуктов распада аминокислот, биогенных аминов, аммиака, гормонов.

Гидрофильные ксенобиотики выводятся с мочой. Для удаления гидрофобных в процессе эволюции выработались механизмы, представляющие собой две фазы детоксикации: модификация и конъюгация. Возможные модификации: гидроксилирование (RH→ROH), сульфоокисление (R-S-R′→R-SO-R′), окислительное дезаминирование (RNH 2 →R=O+NH 3) и т.д.

В печени наиболее активно микросомальное окисление (монооксигеназная система), отвечающее за обезвреживание ксенобиотиков (чужеродных веществ).

Гидроксилирование - чаще всего результат химической модификации токсичных веществ, происходящий в I - й фазе обезвреживания. Во II - фазе происходит реакция коньюгации, в результате обеих фаз образующиеся продукты, как правило, хорошо растворимы и легко удаляются из организма.

Основные ферменты, участвующие в окислительной системе: цитохром Р 450 -редуктаза – флавопротеин (кофермент ФАДН 2 или ФМНН 2), цитохром Р 450 , связывающий в активном центре липофильное вещество RH и молекулу кислорода. Один атом О 2 присоединяет 2ē и переходит в форму О 2- . Донором электронов и протонов является НАДФН+Н + , который окисляется цитохром – Р 450 – редуктазой, О 2- взаимодействует с протонами: О 2- +2Н + →Н 2 О. Второй атом молекулы кислорода включается в гидроксильную группу вещества RH с образованием R-OH, в роли конъюгантов могут выступать глицин (при обезвреживании бензойной кислоты с образованием гиппуровой кислоты) ФАФС – донор остатка серной кислоты, УДФ – глюкуронид – донор остатка глюкуроновой кислоты. Последние два конъюганта используются при обезвреживании собственных метаболитов (индол через индоксил конъюгируется с ФАФС, давая животный индикан), а также лекарственных препаратов (аспирин после гидролитического отщепления ацетата конъюгируется с УДФ – глюкуронидом, образуя гидрофильный салицилглюкуронид, выносимый из организма с мочой).

Некоторые ксенобиотики (полициклические ароматические углеводороды, ароматические амины, афлатоксины) подвергаясь в печени изменениям ферментами монооксигеназной системы, превращаются в канцерогены. Они могут повреждать ДНК генов, мутации в которых способствуют превращению нормальной клетки в опухолевую. Экспрессия таких онкогенов приводит к неконтролируемой пролиферации, т.е. к развитию опухоли.

Так, образовавшийся в результате гидроксилирования бензанитрацена, эпоксид, ковалентно связывает гуанин, разрывая водородные связи в паре Г≡Ц, чем нарушает взаимодействие ДНК с белками.

Нитрозамины, образующиеся из азотистой кислоты и вторичных аминов (HNO 2 +R 2 NH→R 2 N-N=O) превращают цитозин в урацил , Г≡Ц становится ГУ. В комплементарной цепи уже будет СА, которая в результате мутаций может превратиться в ИА и комплементарная ей пара будет АТ, т.е. полностью изменился кодовый смысл ДНК.

Печень играет важную роль и в обезвреживании билирубина, который образуется в клетках РЭС в результате распада гемоглобина, миоглобина, каталазы, цитохромов и других гемопротеинов. Образовавшийся при этом билирубин нерастворим в воде, переносится с кровью в виде комплекса с альбумином и называется «непрямым» билирубином. В печени 1/4 часть непрямого билирубина вступает в реакцию коньюгации с УДФ-глюкуроновой кислотой, образуя диглюкуронид билирубина, называемого «прямым» билирубином.

«Прямой» билирубин выводится из печени с желчью в тонкий кишечник, где происходит отщепление глюкуроновой кислоты под влиянием глюкуронидазы микробов кишечника с образованием свободного билирубина, который далее превращается с последующим образованием желчных пигментов: стеркобилиногена, стеркобилина, уробилиногена, уробилина. Показателем нарушения пигментного обмена в печени является содержание в крови «непрямого», «прямого» и общего билирубина. Повышение содержания билирубина в крови ведет к отложению его в тканях и вызывает желтухи различной этиологии. Основными причинами гипербилирубинемии являются: увеличение гемолиза эритроцитов, дефицит и дефект фермента глюкуронилтрансферазы, закупорка желчных протоков, нарушение равновесия между образованием и выведением билирубина, повреждение гепатоцитов (вирусами, токсическими гепатотропными веществами), гепатиты, цирроз печени и др.

В зависимости от причин гипербилирубинемии различают следующие основные виды желтухи: гемолитическую, паренхиматозную, обтурационную, наследственную, желтуху новорожденных и др.

Диагностическим тестом для определения происхождения желтухи являются следующие нормальные показатели:

1) «прямой» и «непрямой» билирубин в крови;

2) желчные пигменты в моче и кале.

1) в крови содержится общего билирубина от 8 до 20 мкмолъ/л, при этом 25% (

5 мкмоль/л) от общего билирубина приходится на «прямой» билирубин;

2) в моче - билирубина нет, уробилина - 1-4 мг/сутки;

3) в кале в сутки выделяется до 300 мг стеркобилина (окрашивает кал в коричневый цвет).

При гемолитической желтухе гипербилирубинемия возникает в основном вследствие усиленного гемолиза эритроцитов, в результате чего увеличивается:

1) в крови количество непрямого» (свободного) билирубина;

2) в моче количество уробилина (моча темная);

3) в кале количество стеркобилина (кал темный).

Кожа и слизистые окрашены в желтый цвет. При паренхиматозной (печеночно-клеточной) желтухе повреждаются клетки печени, вследствие чего увеличивается их проницаемость. Поэтому при паренхиматозной желтухе:

1) в крови увеличивается количество как «непрямого», так и «прямого» билирубина (желчь поступает прямо в кровь);

2) в моче уменьшается количество уробилина и обнаруживается «прямой» билирубин;

3) в кале уменьшается содержание стеркобилина.

При обтурационной (механической) желтухе нарушен отток желчи (закупорка общего желчного протока), что приводит:

1) в крови - к увеличению «прямого» билирубина;

2) в моче - к увеличению «прямого» билирубина и отсутствию уробилина;

3) в кале - к отсутствию желчных пигментов, кал обесцвечен.

Известно несколько заболеваний , при которых желтуха вызвана наследственными нарушениями метаболизма билирубина. Примерно у 5% населения диагностируют желтуху, вызванную генетическими нарушениями в структуре белков и ферментов, ответственных за захват непрямого билирубина в печень (синдром Жильбера), за его конъюгацию с глюкуроновой кислотой, обусловленной нарушением реакции глюкуронирования в печени (синдром Краглера-Найяра I и II типов), нарушением активного транспорта образованных в печени билирубинглюкуронидов в желчь (синдром Дабина-Ротора-Джонсона).

Дифференциальная диагностика наследственных желтух

Синдром	Дефект	Клинические проявления
Неконьюгированная гипербилируинемия
Криглера-Найяра-I-го типа* (врожденная негемолитическая желтуха)	Отсутствие активности, билирубин – УДФ - глюкуронилтрансферазы (не поддается лечению фенобарбиталом – индуктором гена УДФ-глюкуронилтрансферазы)	В крови о.б., н.б., к.б.↓, в моче у↓, к.б.↓, в кале с↓.
Криглера-Найяра-II-го типа	Нарушен синтез УДФ глюкуронилтрансферазы, катализирующей присоединение второй глюкуронильной группы (поддается лечению фенобарбиталом и фототерапией)
Жильбера	Гепатоциты не поглощают билирубин, снижена коньюгация	В крови о.б., н.б., к.б.N↓, в моче к.б.↓, у.↓, в кале с↓.
Коньюгированная гипербилирубинемия
Дабина-Ротора-Джонсона	Коньюгированный билирубин не поступает в желчь	В крови о.б., н.б., к.б., в моче к.б.↓, у↓, в кале с↓.

о.б. – общий билирубин,

н.б. – неконьюгированный билирубин,

к.б. -. коньюированный билирубин,

с – стеркобилин,

у – уробилин.

* - дети умирают в раннем возрасте из-за развития билирубиновой энцефалопатии.

Семейная гипербилирубинемия новорожденных связана с наличием конкурентных ингибиторов коньюгации билирубина (эстрогена, свободных жирных кислот) в материнском молоке. При грудном вскармливании эти ингибиторы приводят к гипербилирубинемии (транзиторная гипербилирубинемия), которая исчезает при переводе на искусственное вскармливание.

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАНЯТИЕ ПО БИОХИМИИ ПЕЧЕНИ

Цель занятия:

1. Знать основные функции печени, особенности путей обезвреживания ксенобиотиков и метаболитов в печени, образование и обезвреживание билирубина.

2. Уметь количественно определять концентрацию прямого и непрямого билирубина в сыворотке крови и желчных пигментов в моче для диагностики основных видов желтух.

3. Ознакомиться с видами наследственных желтух.

Принцип метода . Билирубин дает розовое окрашивание с диазореактивом Эрлиха. По интенсивности окрашивания судят о концентрации билирубина. Прямой билирубин (синонимы: билирубин-глюкуронид, коньюгированный билирубин, связанный билирубин) определяют цветной реакцией Эрлиха в отсутствии органических растворителей. Общий (прямой, непрямой) билирубин определяют в присутствии спирта, обеспечивающего взаимодействие всех форм билирубина с диазореактивом Эрлиха. Непрямой билирубин (синонимы: свободный билирубин , неконьюгированный билирубин) определяют по разнице между общим и прямым.

1. Введение в биохимию.
1. 1. Биосфера и биологический круговорот веществ и энергии. Пищевые цепи. Автотрофы и гетеротрофы. Симбмоз. Прокариоты и эукариоты. Строение пр о- и эукариотической клетки. Функции органелл и цитоплазмы клетки.
1. 2. Химический состав живых систем. Основные классы биоорганических соединений. " Органический алфавит" жизни. Биологические функции воды. Основной (первичный) и вторичный метаболизм. Катаболизм и анаболизм. Основные пути регуляции биохимических процессов.
1. 3. Энергетический обмен клетки. Макроэргические соединения. Природа макроэргической связи. АТФ и другие фосфорилированные соединения. Энергетический заряд клетки. Пути использования энергии, запасаемой в высокоэнергетических соединениях.

2. Углеводы.
2. 1. Структура и биологические функции.
Моносахариды: альдозы и кетозы. Стереоизомерия. Способы изображения (проекции Фишера и Хеоурса, конформационные формулы). Биологические функции моносахаридов.
Олигосахариды - структура и биологические функции.
Полисахариды: структура и биологические функции полисахаридов животных и грибов (гликогена и хитина), растений (крахмала, целлюлозы, инулина, пектинов, гемицеллюлоз - маннанов, галактанов и ксиланов), водорослей (агар-агара, альгиновых кислот) и бактерий (декстрна). Пептидогликаны бактерий и гликопротеиды животных. Гликозаминогликаны и протеогликаны.
2. 2. Гликолиз и гликогенолиз. Гликолиз - центральный путь катаболизма глюкозы. Стадии и подстадии гликолиза. " Запусковые " реакции и этапы запасания энергии. Субстратное фосфарилирование. Необратимые стадии гликолиза. " Кислородная задолженность". Пути вовлечения в гликолиз различных ди - и моносахаридов. Гликогенолиз. Регуляция гликолиза и гликонеогенеза. Спиртовое и молочнокислое брожение.
2. 3. Цикл лимонной кислоты и глиоксалатный цикл.
Пируватдегидрогеназный комплекс ферментов. Коферменты и кофакторы комплекса. Цикл лимонной кислоты. Регуляция окислительного декарбоксилирования пирувата и цикла лимонной кислоты. Анаплеротические реакции. Глиоксилатный цикл и его функции.
2. 4. Электрон-транспортная цепь и окислительное фосфорилирование. Внутриклеточная локализация процессов гликолиза, цикла лимонной кислоты и электрон-транспортной системы. Структура митохондрий и челночные системы. Коллекторная функция NADH и FADH 2. Четыре комплекса электрон-транспортной цепи. Флавинмононуклеотид. Хемиосмотическая гипотеза и окислительное фосфорилирование. Структура и механизм действия АТР-синтетазы.
2. 5. Глюконеогенез. Превращение пирувата в фосфоенолпируват. Сходства и различия гликолиза и глюконеогенеза. Реципкорная регуляция гликолиза и глюконеогенеза. " Холостые циклы" в углеводном обмене и их роль. Синтез гликогена. Реципкорная регуляция гликоген-синтетазы и гликоген-фосфорилазы.
2. 6. Фотосинтез и фотосинтетическое фосфорилирование. Разнообразие фотосинтетиков и доноров водорода при фотосинтезе. Световая и темновая стадии фотосинтеза. Структура и назначение хлорофиллов и каратиноидов. Два типа фотохимических систем и их взаимодействие. Z -схема и циклическое фосфорилирование. Электрон-транспортная система хлоропластов.
Циклическое фосфорилирование. Общее уравнение фотосинтеза. Фиксация двуокиси углерода. Представление о цикле Кальвина.

3. Липиды.
3. 1. Структура и функии липидов. Классификация липидов.
Триглицеролы. Строение и функции триглицеролов. Насыщенные (лауриновая, миристиновая, пальмитиновая, стеариновая и арахиновая) и ненасыщенные (пальмитолеиновая, олеиновая, линолевая, линолеиновая и арахидоновая) кислоты. Состав растительных и животных жиров. Воска. Фосфолипиды. Фосфатидная кислота. Фосфатидилсерин, фосфатидилэтаноламин (кефалин), фосфатидилхолин (лецитин), кардиолипин. Стероиды. Состав и структура клеточных мембран. Жидко-мозаичная модель Сингера-Никольсона. Липопротеины.
3. 2. Окисление жирных кислот. Механизм активации, переноса жирных кислот через внутреннюю мембрану митохондрий. р -Окисление жирных кислот до ацетил-СоА. Первая и вторая (до углекислого газа и воды) стадии окисления жирных кислот. Особенности окисления ненасыщенных жирных кислот и жирных кислот с нечетным числом атомов, углерода. Функции биотина и коэнзимной формы витамина В 12. Образование кетоновых тел в печени и их использование в мышцах.
3. 3. Биосинтез жирных кислот. Челночный механизм переноса ацетильных групп из матрикса митохондрий в цитозоль. Образование малонил-СоА. Строение и механизм действия синтетазы жирных кислот. Стадии синтеза жирных кислот. Сходства и различия между окислением и синтезом жирных кислот.
3. 4. Синтез и гидролиз жиров и фосфолипидов. Образование ди - и триацилглицерола. Реутилизация холина и синтез лецитина de novo . Основные этапы синтеза холестерола.

4. Азотсодержащие соединения.
4. 1. Аминокислоты: строение и биологические функции. Понятие о заменимых и незаменимых аминокислотах. Взаимосвязь аминокислот с метаболитами гликолиза и цикла лимонной кислоты. Механизм реакции переаминирования. Перидоксаль и перидоксамин. Глутаминаза и глутаминсинтетаза.
4. 2. Расщепление и биосинтез аминокислот. Токсичность аммиака и орнитиновый цикл. Аммин о -, урео - и урикотелические организмы. Глюкогенные и кетогенные аминокислоты. Пути распада и синтеза аминокислот, сходства и различия катаболических и анаболических путей. Роль тетрагидрофолиевой кислоты.
4. 3. Строение и биологические функции азотистых оснований.

5. Витамины
5. 1. Жирорастворимые витамины (A, D, Е, К).
5. 2. Водорастворимые витамины (В 1 В 2 , В 3 , В 5 , В 6 , В 12 , С, липоевая кислота, убихинон, биотин, фолиевая кислота).

Основная
1. А. Ленинджер Основы биохимии, в 3-х т. М.: Мир, 1985.
2. В. Эллиот, Д. Эллиот Биохимия и молекулярная биология. М.: Изд-во НИИ биомедицинской химии РАМН, 2000.
Дополнительная
1. Д. Мецлер Биохимия, в 3-х т. М.: Мир, 1980.
2. Л. Страйер Биохимия, в 3-х т. М.: Мир, 1985.
3. Р. Мари, Греннер Д., Мейес П., Родуэлл П. Биохимия человека, в 2-х т. М.: Мир, 1993.
4. Д. Г. Кнорре, С. Д. Мызина Биологическая химия. М.: Высшая школа, 1998.

Программа составлена
проф. Гладилиным А. К

Почки выполняют следующие специфические функции: 1) мочеобразователь- ную и экскреторную; 2) регуляторно-гомеостатическую; 3) обезвреживающую; 4) внутрисекреторную.

Основной жизненно важной функцией почек является образование мочи и связанная с ней экскреция веществ, в том числе* чужеродных, попадающих в организм.

Функциональной единицей почек служит нефрон (рнс. 81). Образование мочи в нефропах достигается ультрафильтрацией плазмы крови в клубочках, реабсорбцйей веществ канальцами и собирательными трубками и секрецией в мочу и канальцев некоторых веществ. В сутки образуется до 180 л ультра­фильтрата плазмы крови (первичная моча). Более99% ультрафильтрата реаб-
сорбируется. Объем конечной мочи составляет 1,5-2,0 л. Эпителий ка­нальцев за сутки реабсорбирует огромную массу веществ: 179 л во­ды, 1 кг NaCl, 500 г NaHCO, 250 г глюкозы, 100 г свободных аминокис­лот и т. д.

Все вещества первичной мочи делятся на пороговые и беспорого­вые. Первые реабсорбируются и по­тому имеют порог реабсорбции, вто­рые не реабсорбируются н выделя­ются в количествах, пропорциональ­ных их концентрации в плазме кро­ви. Реабсорбция происходит или простой диффузией, или активным транспортом. Большинство веществ рёабсорбнруется с помощью актив­ного транспорта, требующего боль­ших затрат энергии. Поэтому в ка­нальцах почек чрезвычайно развита система активного транспорта ве­ществ: высока активность Na + , К + - АТФазы, создающая Na + /^-гра­диент для вторичного активного транспорта, и систем белковых пере­носчиков для различных веществ.. Почки богаты митохондриями и от­личаются высоким потреблением кислорода. Это дает возможность производить большое количество энергии в ходе окислительного фос­форилирования. В качестве источников энергии почки используют глюкозу, жирные кислоты, ацетоновые тела, аминокислоты.

1. Механизм образования мочи в различных отделах нефрона

Первичная моча образуется ультра фильтрацией крови черёэ поры базальной мембраны клубочка, размер которых около 4 нм. Ультрафильтрат содержит все компоненты плазмы крови, за исключением белков с молекулярной массой свыше 50 ООО.

В проксимальных канальцах^ происходит реабсорбция веществ, которые делятся на три группы:, активно реабсорбирующнеся, слабо реабсорбирую- щиеся, нереабсорбирующиеся. Активно реабсорбируются: Na + , С1 - ,Н 2 0, глю­коза и другие моносахариды, аминокислоты, Са, Mg 2+ , фосфаты неорга­нические, гидрокарбонаты, белки. Причем глюкоза и белки реабсорбируются почти полностью, аминокислоты - на 99%, Н 2 0 - на 96, Na + и С1~-на 70%, остальные вещества более чем наполовину. Ионы Na + реабсорбируются эпителием канальцев посредством активного транспорта. Сначала они посту,-
пают в клетки эпителия, а оттуда в межклеточную среду. За Na + из мочи пассивно следуют С1 - и НСОГ по принципу электронейтральности, а вода - вследствие повышения осмотического давления в межклеточной среде. Из последней вещества поступают в кровеносный капилляр.

Глюкоза и аминокислоты транспортируются с помощью специальных пе­реносчиков совместное Na + , используи энергию Ыа + -граднента на мембране. Са 2+ и Mg 2+ реабсорбируются, очевидно, с помощью транспортных АТФаз Белок реабсорбируется путем эндоцитоза. К слабо реабсорбирующимся ве ществам относятся мочевина и мочевая кислота. Они поступают простой диффузией в межклеточную жидкость, а из нее обратно в петлю Генле. К нереабсорбирующимся веществам относятся креатин, маннит, полисахарид инулчн ч др

Нисходящее и восходящее колено петли Генле образуют поворотно-про- тивоточную систему, которая участвует в концентрировании и разведении мочи {подробно этот процесс излагается в курсе физиологии), благодаря чему плотность мочи может колебаться от 1,002 до 1,030.

В дистальных канальцах происходят процессы реабсорбции Na + и С1~ Здесь реабсорбируются оставшиеся 29% Na + и С1 - первичной мочи (всего в проксимальных и дистальных канальцах реабсорбируется до 99% Na + ,и С!""). Обратное всасывание Nа + в дистальных канальцах имеет свои особен­ности. Во-первых, Na + реабсорбируется независимо от воды. Происходит как бы «сухое» всасывание Na + из мочи; за ним пассивно следуют ионы CI г Во-вторых, в обмен на поступающий в эпителий дистальных канальцев Na + в мочу секретируются другие катионы - Н + , К + и NH.(. + Источником Н + яв­ляются Н 2 С0 3 , которая образуется из С0 2 и Н 2 0 при участии карбоангидразы и затем диссоциирует на Н + , НСОэГи органические субстраты, подвергаю­щиеся дегидрированию с участием дегндрогеназ. Ионы NH 4 образуются из Н + и NH 3 . Последний образуется при дезаминировании глутамина под дей­ствием глутаминазы и а-аминокислот с участием оксид аз аминокислот. Ионы К + , имеющиеся внутри эпителия канальцев, так же как и ионы Н + , выделяют­ся в мочу взамен на реабсорбируемый Na + (причем К + и Н 4 " могут взаимо- заменяться при секреции). При низкой концентрации К + внутри эпителия канальцев секретируются ионы Н + и наоборот.

Третьей особенностью реабсорбции Na + а дистальных канальцах являет­ся его регулируемость альдостероном, который повышает скорость этого процесса.

В собирательных трубках протекает заключительная фаза реабсорбции. В них реабсорбируется вода и образуется окончательная моча. Проницае­мость клеток собирательных канальцев для воды регулируется вазопресси- ном, который повышает реабсорбцию воды.

2. Регуляторно-гомеостатнческая функция

Мочеобразовательная функция почек тесно связана со способностью их регу­лировать осмотическое давление, водно-минеральный баланс и кислотно-ще­лочное равновесие внеклеточных жидкостей организма, в том числе крови.

Почки являются эфферентным звеном нейроэндокринной регуляции водно- солевого гомеостаза. При повышении осмотического давления крови вследст­вие избыточного потребления натрия или потери воды раздражаются осморе- цепторы. Возбуждение с них поступает в гипоталамус, что ведет к выделению вазопрессина. Последний усиливает реабсорбцию в собирательных труб­ках и уменьшает диурез. Задержка воды в организме снижает осмотическое давление. Одновременно развивается чувство жажды. Повышение концентра­ции натрия в крови подавляет секрецию альдостерона надпочечниками, ко­торый тормозит реабсорбцию натрия в дистальных канальцах и выведение его с мочой. В результате снижаются осмотическое давление крови и объем циркулирующей жидкости в кровеносной системе.

При избыточном потреблении воды увеличивается объем циркулирую­щей крови и раздражаются волюморецепторы сосудистой системы, реагирую­щие на объем циркулирующей жидкости. Импульсы от волюморецепторов поступают в гипоталамус, где тормозят секрецию вазопрессина, к способст­вуют выделению альдостерона надпочечниками. Это ведет, с одной стороны, к подавлению реабсорбции воды в собирательных трубках {снижение эффек­та вазопрессина), а с другой - к повышенной реабсорбции натрия в прокси­мальных канальцах почек и потере с мочой калия {эффект альдостерона) Тем самым нормализуются объем циркулирующей крови и осмотическое дав- ■ ление.

Почки регулируют кислотно-щелочное равновесие крови, способствуя выделению кислых веществ с мочой и сохранению для организма щелочных резервов - гидрокарбонатов. В процессе обмена образуются преимущест­венно Кислые вещества {лактат, кетоновые тела, угольная кислота). Удаление летучих кислых веществ происходит через легкие, а нелетучих - через почки Анноны кислот нейтрализуются преимущественно катионами натрия, поэтому с мочой они выделяются в виде натриевых солей {NajHPO*, NaHCOj, NaCf, натриевых солей органических кислот и др.). Для сбережения гидрокарбона­та, являющегося щелочным резервом крови, Na + реабсорбируется в дисталь­ных канальцах и заменяется в со^ях мочи на Н* н NH4, + продуцирующихся эпителием канальцев. За Na + следует НСО^" и остается в организме. С мочой же выделяются более кислые соли {ЫаНгР04, 1ЧН 4 СГ) и кислоты {Н 2 СОз: молочная, ацетоуксусная, 0-гидроксимасляная). Реакция мочи становится вы- раженно кислой, рН может доходить до 4,5 в то время как щелочные резервы крови сохраняются.

3. Обезвреживающая функция

В почках происходит обезвреживание чужеродных соединений путем обра­зования парных соединений с глицином, уксусной и глюкуроновой кислотами, а также окисление некоторых органических спиртов и других веществ.

4. Внутрисекреторная функция

В клетках соединительной ткани почек образуются внеклеточные регулято­ры типа гормоноидов, например простагландины. Кроме того, почки участвуют в гуморальной регуляции сосудистого тонуса и давления. Они выделяют в кровь протеолитический фермент - ренин, который отщепляет от белка плаз­мы полипептид ангиотензин 1. Неактивный ангиотензин I превращается в ангиотензин II карбоксикатепсином. Ангиотензин II стимулирует сокращение гладких мышц сосудов и секрецию альдостерона надпочечниками, что вызы­вает повышение кровяного давления.

Карбоксикатепсин, по В. Н. Ореховичу, является ключевым звеном ре- нин-ангиотензиновой и калликреин-кининовой системы. Первая повышает, а вторая снижает сосудистый тонус и давление. Карбоксикатепсин включает первую систему путем образования ангиотензина II и снимает эффект второй системы, расщепляя брадикинин (рис. 82).

5. Характеристика компонентов мочи в норме и патологии

Выделение с мочой различных веществ отражает изменение процессов в почках и других органах и тканях организма. Суточный объем конечной мочи, составляющий около 1,Ь-2 л, содержит примерно 60 г сухих веществ. По­скольку моча является фильтратом плазмы крови, то целесообразно рас­смотреть присутствие в моче отдельных групп- биологических веществ, имеющихся в плазме.

В норме суточное выделение белков с мочой составляет всего около 30 мг, которое обычными лабораторными методами не улавливается и обозначается как «следы или отсутствие белков в моче». Среди белков, присутствующих в моче, имеются и ферменты. Происхождение нормальных белков мочи разное. Часть из них - это белки плазмы крови, которые до конца не реабсорбиро- вались, другая - белкн слущившихся клеток мочевыводящих путей.

При патологиях может увеличиваться содержание белков в моче, причем в зависимости от места повреждения в моче будет преимущественно повы-, шаться доля плазменных белков или белков клеток мочевыводящих путей. При воспалительных заболеваниях почек (гломерулонефриты) повышается проницаемость базальной мембраны клубочка нефрона; белка фильтруется больше, чем- обычно, и он не может целиком реабсорбнроваться. Нарушения реабсорбции белка в канальцах (не­фрозы) приводят к тем же измене­ниям. В результате с мочой при гло- мерулонефритах и нефрозах может выделяться от 1 до 15-40 г белка в сутки. При повышенном содержании в плазме некоторых нормально фильт­рующихся белков происходит большее выделение их с мочой. .Но их количест­во в моче все равно незначительно и может быть выявлено только специаль­ными методами. Например, если в кро­ви увеличено количество некоторых __ ферментов, то они в ббльших количест-

" Сосуа Продукты вах фильтруются В МОЧу. ПОЭТОМУ В

распад М оче обнаруживается повышение ак­тивности ферментов, хотя это сущест- Рнс. 82 Схема регуляции карбокеипептида- венно не сказывается на общем содер- эой тонуса сосудов (по в. н. Ореховичу и др) жании белка, определяемого менее

чувствительными методами. Например, при панкреатитах наблюдается повы­шение активности а-амилазы, трипсина и в крови, н в моче.

Небелковые азотистые вещества мочи

Мочевина - главный азотистый компонент мочи. В норме ее выделяется 333- 583 ммоль в сутки {60-80% общего азота мочи). Повышенное выделение мочевины наблюдается при выраженном катаболизме белков и других азо­тистых компонентов (голодание, ожоги, травмы, атрофия тканей и т. д.). Пониженное выделение имеет место при поражениях печени (место образова­ния мочевнны) и нарушении фильтрации плазмы в клубочках. В последнем случае происходит задержка мочевины в крови (азотемия). Низкое выделение мочевины бывает в ростовый период организма *и при действии анаболити- ческих препаратов.

Мочевая кислота. В норме количество выделяющей мочевой кислоты составляет 2,35-5,9 ммоль в сутки. Повышенное выделение ее с мочой отме­чается при потреблении пищи, богатой нуклеиновыми кислотами, или при распаде клеток н тканей, например лейкоцитов у больных лейкозом. Повышен­ное содержание мочевой кислоты в моче обусловливается также повышенным синтезом ее в тканях организма (синдром Леша-Найхана у детей).

Креатинин. В норме с мочой выделяется около 4,4-17,6 ммоль креатини- на в сутки. Колебания зависят от развития мускулатуры. Креатинин экскрети- руется только у детей. У взрослых креатннурня - признак патологии (на­пример, при мышечной дистрофии).

Аминокислоты. В норме с мочой выделяется примерно 0,29-5,35 ммоль аминокислот (по азоту) в сутки. Глицина, гистидина и аланнна в моче содер­жится больше, чем других аминокислот.

При патологии может наблюдаться гипераминоацидурия, напри­мер при ожогах, сахарном диабете, заболеваниях печени, мышечной дистро­фии и т. д. При наследственной гипераминоацидурии имеет место дефект белков - переносчиков аминокислот в проксимальных канальцах почек. В ре­зультате наблюдается или повышенное выделение всех аминокислот (при общем дефекте транспортных систем канальцев), или отдельных групп амино­кислот,(при дефекте одной из транспортных систем). При нарушении обмена аминокислот в тканях происходит выделение с мочой продуктов их обмена, не экскретирующихся в норме (гомогентизиновой кислоты - при алкалто- нурин, фенилпировиноградной, фенилуксусной, фенилмолочной кислое- при фенилкетонурии и т. д.).

Аммонийные соли. В норме с мочой выделяется около 30-60 ммоль аммиака в составе аммонийных солей (хлорида аммония) в сутки.

При патологии может наблюдаться повышенное их выделение с мочой (при заболеваниях, сопровождающихся ацидозом). Пониженная экс­креция аммонийных солей проявляется при заболеваниях, сопровождающихся алкалозом, при употреблении с пищей большого количества щелочных ве­ществ и-при заболеваниях почек, связанных с поражением дистальных ка­нальцев, в которых происходит аммониогенез.

Гнппуровая кислота. Экскреция с мочой гиппуровои ч кислоты зависит только от количества принятой растительной пищи, так как эндогенно она не образуется. Обычно в суточной моче содержится до 5,5 ммоль гиппуровой кислотй».

Индикан (индоксилсерная кислота). В норме моча содержит следы ин- дикана. Появляется он в ощутимых количествах при употреблении больших порций мясных продуктов и при гнилостных процессах в кишечнике.

Азотистые пигменты. В норме с мочой выделяется продукт распада гемпротеидов - стеркобилиноген, который превращается в стеркобилнн.

При патологии выделяются желчные кислоты и различные желч­ные пигменты, например, при поражениях печени и отравлении ядами, вызы­вающими гемолиз.

Безаэотнстые компоненты моч"и

Глюкоза и другие моносахариды. В норме суточная моча содержит всего 0,3-1,1 ммоль глюкозы. Эти количества не обнаруживаются обычными лабо­раторными методами, поэтому считается, что в нормальной моче глюкоза отсутствует. При употреблении с пищей такого количества углеводов, при котором концентрация глюкозы в крови достигает порогового значения, т, е порядка 8,3-8,8 ммоль/л, наблюдается пищевая глюкозурия.

При патологии имеет место глюкозурия, обусловленная или повы­шением содержания глюкозы в крови выше пороговых величин, или дефектом белка-переносчика, участвующего в реабсорбции ее в проксимальных каналь­цах почек. Первая причина наиболее часто встречается в клинике, например при сахарном и стероидном диабетах. Вторая вызывает так называемый по­чечный диабет. При поражении транспортных систем канальцев почек для других Сахаров, например фруктозы или пентоз (почечная фруктозурия или пентозурия), в моче обнаруживаются эти моносахариды.

Молочная и пировиноградная кислоты В норме суточная экскреция с мочой молочной и пировиноградной кислот составляет соответственно 1,1 и 0,11 ммоль. Повышенное содержание молочной кислоты в моче наблюдается при интенсивной мышечной работе и гипоксии. Увеличение экскреции пиро­виноградной кислоты с мочой имеет место при сахарном диабете, гиповитами­нозе В,.

Кетоновые тела. В норме суточная моча содержит 20-50 мг кето­новых тел. Эти количества не обнаруживаются принятыми в клинике лабо­раторными методами. Увеличение их количества, т. е. кетонурия, наблюдается при сахарном диабете, голодании, стероидном диабете и т. д.

Минеральные соли. В норме суточная моча содержит (ммоль): натрия 174-222, калия 61-79, кальция около 4,02-4,99, неорганического фосфора около 33. Увеличение выведения с мочой натрия и уменьшение выведения калия наблюдается при гипофункции надпочечников, обратная картина - при гиперальдостеронизме и назначении минерало- и глюкокортикондов. Снижение содержания кальция в моче и выраженная фосфатурия наблю­дается при введении больших количеств витамина D, паратирина, а высокая потеря кальция с мочой - при рахите, гнпопаратиреодизме.

Прикладная биохимия

йявщЧасть IV

Ho,so-y> 4 ...... иди <ц>-он

ГЛАВА 31. ВВЕДЕНИЕ В КЛИНИЧЕСКУЮ БИОХИМИЮ

Биохимические знания, приемы и методы являются основой диагностики, лечения и профилактики заболеваний, они также используются в различных областях фармации биофармации, биотехнологии лекарств, анализе, контроле качества и стандартизации лекарственных препаратов.

1. Цель и задачи клинической биохимии

Клиническая биохимия - это прикладной раз- дел биохимии, изучающий состояние биохими­ческих процессов в организме человека для выяснения механизма развития болезни и _ оценки состояния его здоровья. Клиническая биохимия является составной частью практи­ческой медицины (табл. 36). Однако возмож­ности изучения причины, т. е. этнологии, забо левания и механизма его развития, т. е. пато "генеза, с помощью биохимических методов клетках, тканях и органах человека весьма ог раничены и составляют малую часть клинико биохимических исследований, так как эти ис следования необходимо проводить не в ущер.б че ловеку. Поэтому в клинике биохимические ла бораторные исследования используются основном для оценки состояния здоровья чело века; этиологию и патогенез обменных наруше нин изучают на моделях заболеваний в экспе­рименте. Эту задачу выполняет патологическая биохимия, или патобиохимия, на данных кото­рой основываются знания клинической биохи мии.

Процесс жизнедеятельности организма оп­ределяют три взаимосвязанных признака - структура, обмен веществ и функции, каждый из которых составляет предмет изучения раз­ных специальных дисциплин. Лечение и про-

Таблица 36 Разделы биохимик в медицинском образовании Область знаний С"»™ «- Биология человека (изучение основ жиз­недеятельности) Бнохныия (химические ос­новы жизнедеятельности - молекулярная организация биологических структур, биохимические превраще­ния и их регуляция) Физиология (функ- тканей, органов и систем организма Морфология (структурные Гистология н цитологии (микроскопическое изуче­ние структур клеток, тка­ней, органов) Анатомия (макроскопичес­кое изучение строения ор- Общая патология (изучение патогенеза заболеваний) Патобиохимня (механизмы нарушений молекулярных структур, обмена веществ и их регуляция) (механизмы наруше­ний функций орга- Пат ом о Патогистология и патоци- тологня (микроскопическое изучение нарушений струк­туры клеток, тканей и ор­ганов) фология Патанатомия (макроскопи­ческое изучение нарушений строения органов и систем организма) Диагностика (выяв­ление заболевании) Клиническая биохимия (оценка состояния здо­ровья человека с помощью биохимических исследова­ний) Клнннческая физио­логия или патофи­зиология (оценка со­стояния здоровья че­ловека с помощью функциональных ме­тодов) Клиническая патогистоло­гия и цитология (прижиз­ненная диагностика забо­левания с помощью морфо­логических методов) Секционная патанатомия (посмертная диагностика болезни с помощью макро- и микроскопических методов исследования строения и структуры тканей, органов

филактика заболеваний основывается на знании биологии и социальных условий жизни человека.

Назначение клинико-бнохимических исследований:

1) ранняя диагностика и постановка дифференциального диагноза забо­левания;

2) характеристика течения и прогноза заболевания;

3) контроль эффективности лечебных и профилактических мероприятий:

4) изучение молекулярных механизмов развития заболевания

Материалом для клинико-биохимических исследований служат:

1) биологические жидкости внутренних сред организма: кровь, спинно­мозговая жидкость, лимфа, внутрисуставная и внутриглазная жидкости;

2) экскреты: моча, желчь, слюна, желудочный и кишечный соки, кал, nui, слезная жидкость, женское молоко и молозиво, семенная жидкость, слизистые выделения;

3) кусочки ткани или биоптаты, т. е. взятые прижизненно с помощью специальных инструментов или во время хирургических вмешательств.

Наиболее частым объектом биохимических исследований в клинике являются кровь и моча; реже анализируются другие жидкости и экскреты, а также ткани человека.

Основные группы биохимических показателей, определяемых в клинике:

2) активность ферментов и изоферментов;

2. Тактика биохимических исследований в клинике

Применение биохимических методов в клинике позволяет Не только выявить отклонение биохимического показателя и тем самым облегчить постановку диагноза заболевания, но и понять механизм развития обменных нарушений и функций организма. Причиной нарушений биохимических процессов могут быть генетические н негенетические (внешние) факторы. Генетические нару­шения могут быть первичными, вызванными спонтанными мутациями, и вторичными, наступающими под действием внешних факторов. Внешние факторы, вызывающие патологию, весьма многообразны: пищевые, физиче­ские, химические, механические, биологические (инфекционные и неинфек­ционные), психогенные.

В основе патогенеза многих заболеваний лежат: патология переноса генетической информации и биосинтеза белка, патология метаболизма,. пато­логия мембран, патология регуляций. Последующие биохимические наруше­ния функций клеток, тканей и органов и систем организма являются, как правило, следствием перечисленных начальных изменений.

Тактика клинико-биохимических исследований включает ряд этапов:

1) биохимический скрининг (просеивание), т. е. выявление, часто слу­чайное, отклонений от нормы при профилактическом лабораторном обследо­вании Населения;

2) целенаправленное дифференциально-диагностическое биохимическое исследование для установления точного диагноза,

3) использование наиболее информативных биохимических тестов для контроля проводимого лечения;

4) биохимический контроль за состоянием выздоровления и восстанов­ления нарушенных функций (диспансерное наблюдение)

На каждом из этих этапов объем, сочетание и частота исследования соответствующих биохимических показателей, необходимость их определения в конкретной биологической жидкости, экскрете или биоптате обусловливается поставленными целями.

3. Принципы биохимической диагностики заболеваний и примеры их использования в практике

Биохимическая диагностика заболеваний основывается на знании:

а) общих закономерностей метаболизма в органоидах клетки;

б) структурно-функциональных особенностей клеточных мембран и гисто- гематических барьеров;

в) биохимических особенностей специализированных тканей и органов;

г) особенностей нейро-эндокринной регуляции обмена веществ.

Знание закономерностей метаболизма клетки позволяет оценить состояние путей обмена, общих для любой клетки, независимо от ее специализации {путей распада питательных веществ и энергетики, синтеза белка и т. д.), а также вероятность нарушения биохимических процессов в отдельных внут­риклеточных структурах, где локализовано определенное звено обмена. Знание структурно-функциональных особенностей клеточных мембран может быть использовано при выявлении дефектов транспорта веществ {например, используя нагрузку какими-либо веществами и затем определяя динамику их содержания) и проницаемости клеточных мембран, а в масштабе ткани - гисто-гематических барьеров. Особенности обмена веществ в специализиро­ванных тканях и органах дает возможность выявить избирательность их повреж­дения, используя наиболее специфичные для них биохимические тесты. Наконец, знание нейро-эндокринных механизмов регуляции обмена веществ ориенти­рует врача на применение биохимических методов определения соответствую­щих регуляторов {гормоны, медиаторы и их метаболиты) в организме.

В клинике редко приходится использовать биоптаты различных тканей, т. е. непосредственно выявлять биохимические нарушения в органах, пора­женных патологическим процессом. Биохимические исследования таких жид­ких сред, как кровь и моча {наиболее часто подвергаемых биохимическому анализу) требуют инбй, чем прямое изучение тканей, оценки полученных изменений. Дело в том, что изменения биохимических показателей в жидких средах лишь косвенно отражают сдвиги в отдельных тканях и органах. К то­му же, например, в крови они представляют собой равнодействующую двух противоположных явлений - поступления в кровь данного компонента и его утилизации тканями. Большинство низкомолекулярных веществ легко про­ходят через клеточную мембрану, поэтому, определяя содержание этих ве­ществ в крови, можно говорить об интенсивности процессов их образования и использования в тканях. Низко молекулярные вещества, аккумулирующиеся в клетках, поступают в кровь и выделяются с мочой при нарушениях прони­цаемости клеточных мембран.

Широко используется в клинической практике определение содержания в крови различных белков, поступающих из тканей. Особенно часто опреде­ляется активность ферментов, методы регистрации которых очень чувстви­тельны и позволяют обнаружить минимальные отклонения. К тому же фермен­ты имеют определенную органную и тканевую специфичность. Поэтому повы­шение их активности в крови свидетельствует о повреждении патологическим процессом соответствующего органа или ткани, так как происходит освобож­дение ферментов я KpoRh ич отмиряюших клеток или просто потеря ферментов (как и других веществ) клетками вследствие повышенной проницаемости их плазматических мембран. Еще более наглядно использование в диагностике методов определения состава изоферментов крови. Многие ткани и органы существенно различаются по набору изоферментов. Поэтому изменение состава изоферментов (для выявления которых в клинике используются методы электрофореза в гелях) в плазме крови более специфично и прояв ляется раньше, нежели повышение общей активности данного фермента.

В арсенале врача имеется много биохимических методов, применение которых зависит от предполагаемого диагноза. Тактика обследования и ис­пользования биохимических методов при молекулярных болезнях (генетиче­ских протеинопатиях) и приобретенных заболеваниях различна.

Биохимическая диагностика молекулярных болезней зависит от вида про- теинопатин, т. е. от того, является заболевание ферментопатией или нефер­ментной протеинопатией.-Тактика биохимической диагностики ферментопатий состоит в.том, чтобы после обнаружения (часто случайного) повышенного содержания метаболитов в крови и моче, накопления или отсутствия некото­рых макромолекул в клетках крови (чаще всего в лейкоцитах) и биоптатах тканей направить исследования на выявление дефектного фермента в биопта­тах н клетках крови. В ряде случаев эти биохимические исследования заканчи­ваются выделением дефектного фермента, изучением его свойств, а следова­тельно, установлением максимально точного диагноза и патогенеза заболе­вания.

Биохимическая диагностика неферментных протеинопатий осуществляется путем обнаружения дефектного белка и последующего изучения его свойств и структуры.

Биохимическая диагностика заболеваний, вызывающих повреждение оп­ределенных органов. В патогенезе многих заболеваний имеет место нарушение проницаемости плазматических мембран и гисто-гемэтических барьеров или отмирание участка органа. В этих случаях используют методы ферментной диагностики заболеваний.

Болезни, вызывающие повреждение мышечных органов. Примером таких заболеваний может служить ишемическая болезнь сердца, при которой проис­ходит некроз участка сердца (инфаркт миокарда). Для диагностики ее используется определение активности креатинфосфокиназы (К.ФК), аспарта- таминотрансферазы {ACT) и лактатдегидрогеназы (ЛДГ), так как эти фермен­ты содержатся в мышечной ткани и, в частности, в миокарде в больших количествах. Динамика изменений их активности в плазме крови при инфарк­
те миокарда показана на рис. 83. Уже через Э ч после инфаркта по­вышается активность КФК в плазме крови; она достигает максимума че­рез 24 ч. Несколько позже начинает повышаться и достигает максимума активность ACT и ЛДГ". Степень гиперферментемии зависит от разме­ров инфарктного очага: чем он боль­ше, тем выше подъем активности этих ферментов в плазме крови. Еще более специфична диагностика при определении изоферментов КФК и ЛДГ в плазме крови. Определение спектра этих изоферментов позволя­ет дифференцировать поражение Рис. S3. Диаграмма изменений активности фер- мышечной ткани и избежать ошибок ментов s крови при инфаркте миокарда в постановке диагноза. Так, на­пример, аналогичное повышение КФК и ЛДГ бывает и при пораже­нии скелетных мыши, однако нзоферментный состав КФК и ЛДГ в разных органах различен. КФК - димер, состоящий из двух субъединиц - М и В. Всего имеется три типа изофермента КФК: КФК ((ВВ) характерен для ткани головного мозга, КФКг (MB) -для сердца и КФКз (ММ) -для скелетной мышцы.

Поэтому повышение в плазме крови активности КФКг (Тип MB) свиде­тельствует об инфаркте миокарда (даже вычисляют математически размеры инфарктного очага по степени повышения активности КФКг в плазме крови), а КФКз- 0 повреждении (например, атрофии) скелетной мышцы.

Другой прийер - определение изоферментного спектра ЛДГ плазмы. Изоферменты ЛДГ Ь ЛДГ 2 преобладают в сердце, ЛДГ 3 - в поджелудочной железе и некоторых других железах, ЛДГ 4 и ЛДГ 5 - в схелетной мышце и печени. Прн инфаркте сердца в плазме крови увеличивается доля изофер­ментов ЛДГ, и ЛДГ г, при поражении скелетных мышц и печени - ЛДГ 4 и ЛДГ 5 .

При поражениях печени используют определение ее «органоспецифи- ческих» ферментов; аланинаминотрансферазы (АЛТ), глутаматдегидрогеназы (ГлДГ), щелочной фосфатазы (ЩФ), изоферментов ЛДГ в плазме крови. В крови увеличивается активность АЛТ в 8-10 раз, ГлДГ - в 10-15 раз, ЩФ - в 2-3 раза и, как уже говорилось, повышается содержание ЛДГ 4 и ЛДГ 5 .

При поражениях поджелудочной железы в плазме крови резко повы­шается активность органоспецифическнх ферментов - а-амилазы, трипсина и фосфолипаз. Наиболее часто используется определение активности а-амилазы в крови и моче. При острых панкреатитах активность амилазы в крови повышается через 3-6 часов и достигает максимума через 48 --72 часа; в моче увеличивается активность фермента через 6-10 часов. Активность амилазы в крови при остром процессе может повышаться в 40 раз; при хрони­ческом в 2-3 раза.

Биохимическая диагностика болезней регуляции: Диагностика этих забо­леваний основывается почти исключительно на биохимических исследованиях С этой целью проводится прямое определение предполагаемого внеклеточного регулятора и продуктов его обмена, которое подкрепляется исследованием содержания регулируемых метаболитов в крови и моче. Например, при диаг­ностике сахарного диабета определяется содержанием глюкозы, кетоновых тел в крови и моче; окончательно диагноз сахарного диабета устанавливается по концентрации инсулина в крови.

4. Клинико-биохимические лаборатории

место в работе клиник ^""поликлиник. Объем и номенклатура биохимических лабораторных исследований в них зависит от типа медицинского учреждения.

В настоящее время Всемирная организация здравоохранения обсуждает номенклатуру лабораторных исследований, включающих до 800 наименований. В СССР проводится работа по унификации лабораторных методов, осущест­вляются разработка и выпуск готовых наборов по определению биохимических показателей. Особое внимание уделяется внедрению экспресс-методов биохи­мического анализа, которые удобно применять на начальных этапах обследо­вания населения (биохимическом скрининге) и службе скорой медицинской помощи.

Самый большой эффект дает автоматизация биохимических исследований. В настоящее время применяют три вида биохимических автоматов: одноцеле- вые (для определения одного компонента, например глюкозы, кальция и т. д.); групповые (для определения группы родственных соединений, например ами­нокислотный анализатор применяют для определения свободных аминокислот) и многоцелевые (для одновременного определения самых разнообразных показателей - субстраты, ферменты и т. д.).

ГЛАВА 32. ФАРМАЦЕВТИЧЕСКАЯ БИОХИМИЯ

Фармацевтическая биохимия представляет собой совокупность биохимических знаний, используемых в решении задач фармации. Биохимические исследова­ния необходимы при разработке рациональных лекарственных форм, стан­дартизации и контроле качества лекарств, анализе и производстве лекарст­венных средств, поиске новых лекарственных средств и оценку эффективности на основе изучения их метаболизма. В решении этих задач биохимия теено сотрудничает с фармацевтическими науками: с технологией лекарств - в об­ласти биологического обоснования конкретных лекарственных форм для дан­ного лекарственного средства или их комбинации; с фармацевтической химией - в вопросах обоснования биохимических методов стандартизации и контроля качества лекарств, анализа и синтеза лекарственных веществ; о фармакологией и токсикологией - в вопросах метаболизма лекарств и ядов. Каждое новое лекарственное вещество, облеченное в определенную лекарст­венную форму, требует.всесторонних исследований, рассматривающих пове­дение его в организме. Создание общей теории метаболизма лекарства в орга­низме фактически основывается на деятельности ферментных систем на раз­личных этапах контакта лекарства с организмом и специфического взаимо­действия с природными процессами регуляции. Роль биохимии в этих вопросах неоценима. Знание особенностей ферментативных превращений лекарств в организме позволяет обосновать целесообразность использования определен­ной лекарственной формы для эффективного влияния препарата на опреде­ленный орган или ткань, вскрыть причины неадекватного эффекта его и по­мочь оценить действующее начало лекарств.

Все лекарственные средства делят по отношению к организму человека на природные (аутобиогенные) и чужеродные (ксенобиотики). Природные являются естественными продуктами организма и участвуют в осуществле нии биохимических процессов. Ксенобиотики в норме отсуствуют в организме человека или находятся б следовых количествах. Они являются синтети­ческими соединениями или веществами, извлеченными из других организмов (главным образом" микроорганизмов и растений). Формально вещества, яв­ляющиеся для человека витаминами, сходны с чужеродными, но они, не обра зуясь в организме человека, обязательны для осуществления его биохи­мических реакций. Поэтому их тоже следует отнести к природным препа­ратам.

1. Биохимические методы, используемые в стандартизации и контроле качества лекарств

Стандартизация и контроль качества лекарств являются важной стороной деятельности фармацевтической службы. Для стандартизации препаратов природного происхождения, относящихся по своему действию к группе биоре­гуляторов (гормоны, гормоноиды, витамины), используются химические и био­логические способы стандартизации. Обычно биологическая стандартизация заменяется химической, если разработаны точные физико-химические методы определения данных препаратов. Однако для ряда препаратов, например, белковых гормонов, приемлема только биологическая стандартизация, по­скольку, определяя химическими методами содержание этих гормонов в образ­цах препаратов, нельзя дать оценку их биологической активности. Так, стандартизация инсулина проводится по снижению им содержания глюкозы в крови, кальциотонина - по снижению содержания кальция в крови, а пара­тирина - по его повышению. Биохимические методы применяют и для стан­дартизации препаратов тропных гормонов. Активность кортикотропина уста­навливают по снижению им количества аскорбиновой кислоты и холестерина в надпочечниках, соматотропина - по включению сульфата в хрящи н т. д. В фармацевтической промышленности эти биохимические методы позволяют контролировать качество выпускаемых препаратов, а в системе аптечной службы - контролировать качество препаратов в процессе их хранения.

Государственная система контроля качества лекарств предусматривает наблюдение за всеми этапами испытания и внедрения новых лекарств - доклиническим (экспериментальным) и клиническим. На каждом из этих эта­пов для оценки эффективности специфической активности, побочного действия и клинической эффективности лекарств проводят различные биохимические исследования.

2. Ферменты как аналитические реагенты

В фармацевтической промышленности, аналитической химии и медицине ши­роко применяются в качестве аналитических реагентов иммобилизованные ферменты. Для ферментного анализа веществ характерны безвредность и высокая специфичность.

Иммобилизованные ферменты применяют в автоматическом анализе био­логических субстратов и лекарственных веществ. Они являются рабочей частью автоматических проточных анализаторов. Жидкость, в которой нахо­дится определяемое вещество, протекает по специальным трубкам, к внутрен­ней поверхности которой «пришит» фермент.

Субстрат количественно превращается ферментом, что регистрируется по изменению оптической плотности или флуоресценции жидкости. Оптически активными являются коферменты оксидоредукта?, например НАД, НАДФ, ФАД, ФМН. Таким способом определяют содержание субстатов, которые мо­гут подвергаться превращению оксидоредуктазами.

Для аналитических целей используются специальные ферментные элект­роды. Они представляют собой электрохимические датчики, на которые на­несен слой иммобилизованного фермента. Чаше всего для ферментных элект­родов изготовляются ферменты, иммобилизованные в полиакриламидный гель. При контакте анализируемого вещества с ферментом электрода происходит реакция. Продукт (или субстрат) реакции как электрохимически активное вещество изменяет окислительно-восстановительный потенциал. По изменению потенциала судят о количестве анализируемого вещества в среде. Фермент­ные электроды позволяют проводить непрерывный анализ веществ.

На основе проточных анализаторов с иммобилизованными ферментами и ферментных электродов разработаны биохимические автоматы. С их по­мощью налажено автоматическое определение многих веществ: мочевины, глюкозы, этанола, лактозы, лактата, пирувата, аспарагина, глутамина и дру­гих в биологических жидкостях. Разработан метод быстрого определения пенициллина в ходе промышленного производства и в фармацевтических препаратах. Метод основан на использовании иммобилизованной на пористом стекле пенициллиназы, которая гидролизует в образцах пенициллин. Обра­зующаяся пенициллииовая кислота определяется потенциометрическн.

Иммобилизованные ферменты используют для непрерывного контроля загрязненности окружающей среды токсическими препаратами. Например, определение фенола в сточных водах и других средах ведется с помощью иммобилизованной тирознназы.

Широкое применение получили методы иммуноферментного анализа для определения природных лекарственных веществ н ксенобиотиков. Суть его состоит в том, что молекула фермента, «пришитаяж антигенуили антителу, служит индикатором высокоспецифической реакции антиген-антитело в среде. Измеряя активность фермента, можно сказать, сколько молекул антигена вступило в иммунохимнческую реакцию с антителом. Например, для того чтобы опреде­лить количество инсулина, вначале получают антитела к нему, связывают их с нерастворимым носителем. К инсулину, как к антигену, пришивают фермент, затем добавляют в среду инсулин (без фермента), количество которого надо измерить, и инсулин с ферментом, количество которого точно известно. Оба инсулина конкурируют за места связывания с иммобилизованными анти­телами. Определяя по ферментной реакции количество индикаторного инсули на (с ферментом), связывавшегося с антителами или оставшегося в растворе, измеряют количество инсулина в анализируемой жидкости. Метод нммунофер- ментного анализа успешно применяют для определения ряда ксенобиотиков (кодеина, морфина, барбитуратов и др.) в крови и моче. Задача состоит в том, чтобы получить антитела к этим ксенобиотикам.

3. Биотехнология лекарственных препаратов

Применение ферментов в фармацевтической промышленности. Иммобилизо­ванные ферменты нашлн применение п химико-фярмапевтической промышлен-i ности для синтеза лекарственных средств. Ферменты позволяют быстро, специфично и без побочных продуктов (которые, являются бичом химического синтеза) осуществлять синтез веществ. Так, иммобилизо­ванная пенициллинамидаза используется для промышленного получения б^амнно-пеиициллановой кислоты, являющейся исходным сырьем в производ­стве полусинтетических новых пенициллинов широкого спектра действия и цефалоспоринов. Промышленное производство гормональных препаратов - кортизола и преднизолона - осуществляется с помощью колонок, заполнен­ных гранулами нерастворимого носителя с иммобилизованными ферментами. Исходное вещество, поступающее в колонку, - предшественник кортизола - соединение «S* Рейхштейна > которое превращается иммобилизованной 11- р-стероидги дроксилазой в кортизол (гидрокортизон), вытекающий из колонки- реактора. Из кортизола с помощью иммобилизованной Д |-2 -стероиддегидро- геназы получают преднизолон.

Генно-инженерная биотехнология лекарственных средств. Этот способ производства лекарственных препаратов в настоящее время освоен в лабо­раторных условиях и внедряется в фармацевтическую промышленность. Методы генной инженерии могут быть использованы только для получения белковых и пептидных препаратов. Пересадкой генов, кодирующих образо­вание инсулина, соматостатина, соматотропина и других белково-пептидных гормонов, в кишечную палочку были получены в культуральной жидкости продукты деятельности пересаженных генов, т. ё. соответствующие белковые препараты. Особую ценность представляет разработка промышленной биотех­нологий производства инсулина, требующегося во все возрастающих коли­чествах. Возможность его получения традиционным способом - из поджелу­дочных желез крупного рогатого скота - ограничена, а химический синтез, осуществленный в лабораторных условиях, трудоемок и пока несовершенен.

Большой интерес для фармацевтической промышленности представляет новый способ биотехнологии нммуноп реп аратов - антител, интерферона. Он основан на получении клеточных гибридов, которые могут производить анти­тела в пробирках. Для этой цели были-взяты клетки селезенки, продуцирую­щие антитела, но неспособные Долго жить в пробирке, и клетки опухолей, которые хорошо живут и размножаются в искусственной среде. Из них полу­чены клеточные гибриды, т. е. клетки, получившиеся не вследствие деления, а в результате слияния. Эти клеточные гибриды, названные гибридомами, унаследовали от клеток" селезенки способность синтезировать антитела, а от опухолевых клеток - быстро размножаться в искусственных условиях Весь процесс получения препаратов чистых антител и интерферона упрощает- 442 ся. Животным вводят соответствующие белковые вещества (иммунизируют) или заражают вирусом (для производства интерферона), берут от них клетки селезенки, получают гибридомы и соответствующие иммунопрепараты. В на­стоящее время многие фармацевтические фирмы производят иммунопрепараты подобным способом.

4. Биохимические основы технологии лекарственных форм

Оптимальное действие лекарственного вещества на организм зависит от ле­карственной формы, в которой оно применяется. Одним из условий выбора.лекарственных форм при использовании любого лекарственного вещества является знание условий биологйческой среды, с которой контактирует вводи­мое лекарство, т. е. ферментного состава и физико-химических свойств биоло­гических жидкостей ротовой полости, желудка и кишечника (для энтеральных лекарственных форм) и внутренних сред организма (для парентеральных лекарственных форм).

Методические приемы биохимии использованы и при разработке новой лекарственной формы - липосомы. Липосомы - это микроскопические пу­зырьки, стенка которых представляет собой двухслойную липидную мембрану. Их используют в биохимических исследованиях как простейшую модель биологических мембран. Возникла заманчивая идея - использовать липосомы как лекарственную форму для транспорта лекарственных веществ. Липосома, подобно контейнеру, загружается различными лекарственными средствами, например ферментами, гормонами, антибиотиками, цитостатиками и Др., и вводится в кровеносное русло. Возможны два пути проникновения в клетки липосом с препаратом: эндоцитоз или «слияние» лнпидной оболочки липосомы с липидным слоем мембран клеток. В первом случае липидная оболочка липо­сом внутри клеток разрушается фосфолипазами лизосом и лекарство осво­бождается в цитоплазму, во втором липидный компонент липосом входит в состав клеточных мембран, а его лекарственное содержимое поступает в цито­плазму. Липосомы делают возможным транспорт в клетки водорастворимых препаратов, в том числе макромолекул, которые в обычных условиях не проникают через плазматическую мембрану. При парентеральном введений липосомы"захватываются клетками ретикуло-эндотелиальной системы, прежде всего селезенки и печени; в остальные органы и ткани их поступление невелико. Чтобы повысить избирательность действия препаратов, заключенных в липосомы, в липидную оболочку липосом встраивают молекулы, являющиеся антителами к антигенам определенных органов. Эти антитела на поверхности липосом находят путь к нужному антигену органа, к которому необходимо доставить лекарство. Этим достигается избирательность действия препарата, снижается его побочное влияние на другие ткани и требуется гораздо мень­шая доза вещества для получения лечебного эффекта. В частности, были использованы антитела к коллагену, которые встраивались в липосомы. Коллаген обнажается при слущивании эндотелия сосудов или их поврежде­нии, поэтому, целесообразно антитела к коллагену использовать для доставки веществ, влияющих"на сосуды или на тромбы в них.

5. Метаболизм лекарств и ядов

Все вещества, поступающие в организм различными "путями, проходят в нем ряд сходных этапов-всасывание, распределение (механический транспорт) и выделение. Скорость прохождения веществ зависит от особен ноете Й их строения и физико-химических свойств, а также от сродства к различным биологическим молекулам, что облегчает или замедляет скорость прохождения этих этапов. Учение, описывающее скорость протекания различных этапов, которое проходит поступающее в организм вещество, называют хемобио- кинетикой (т. е. движением химических веществ в живом организме). Хемо- биокинетика включает три группы понятий - фармакокинетику, токсико- кинетику и биокинетику. Фармакокинетика ограничивается рамками изуче­ния лекарственных, веществ, токсикокинетнка - токсических веществ и биоки­нетика - естественных для организма веществ. Разделение это во многом условно, поскольку граница между лекарствами и ядами часто стирается Более того, даже аутобиогенные вещества в зависимости от дозы могут оказаться токсическими.

На судьбу веществ в организме существенное влияние оказывает скорость их превращения различными ферментами, т. е. металлической трансформа­ции. Метаболизм биогенных веществ и ксенобиотиков, используемых как лекарства, по существу, сводится к закономерностям ферментативной кине­тики. Биогенные вещества, являясь естественными субстратами ферментов, превращаются со скоростями, характерными для каталитических свойств дан­ных ферментов. Метаболическая судьба ксенобиотиков зависит от наличия ферментов, которые способны катализировать их превращение. Если фермен­ты, катализирующие превращения данных ксенобиотиков, отсутствуют, то такие ксенобиотики метаболически инертны. Их судьба в организме описы­вается только процессами всасывания, транспорта и выделения. Ферменты, катализирующие превращение ксенобиотиков, должны быть малоспецифич­ными по отношению к субстрату, поскольку данный субстрат относится к категории чужеродных. Очевидно, в процессе эволюции ферменты с высокой специфичностью стали основой собственного метаболизма живых организмов, а ферменты с низкой специфичностью по отношению к субстрату стали своеобразным орудием защиты по инактивации чужеродных веществ.

Биохимия изучает ферментативные превращения лекарственных веществ в организме, используя для этого соответствующие методы. Метаболизм ле­карств в организме можно изобразить в виде общей схемы:

Лекарство------ Метаболиты Продукты метаболизма

Метаболизм лекарств изучают путем определения лекарственных ве­ществ и их метаболитов в биологических жидкостях, тканях к экскретах, а также активности и кинетики ферментов, участвующих в метаболизме лекарств.

В экспериментах используют оба подхода к изучению метаболизма ксе­нобиотиков. В клинике, как правило; метаболизм лекарственного вещества оценивают по содержанию в крови, моче и других экскретах вводимого лекарства и его метаболитов.

Строение мышц. Главные компоненты сократительных систем. Мышцы составляют около половины массы всего
тела.
Основная динамическая функция мышц- обеспечить
подвижность путем сокращения и последующего
расслабления. Мышечная клетка состоит из
отдельных волокон. В клетке имеются миофибриллы
– организованные пучки белков, расположенных
вдоль клетки. Миофибриллы построены из
филаментов – белковых нитей двух типов – толстых
и тонких филаментов. Основным белком толстых
филаментов является миозин, тонких – актин.
Функциональная единица миофибриллы – саркомер,
участок миофибриллы между двумя Z пластинами.

Строение мышц. Главные компоненты сократительных систем.

Саркомер включает пучок миозиновых нитей,
серединой прикрепленные к М-пластине (М-линия),пучки
актиновых нитей прикреплены к Z-пластине.
Сокращение мышц есть результат укорочения каждого
саркомера, путем вдвигания актиновых нитей между
миозиновыми в направлении М-линии. Максимальное
укорочение достигается тогда, когда Z-пластины
приближаются вплотную к концам мизиновых нитей.
Z
M
Z

Механизм сокращения

Миозин – белок миозиновых нитей содержит две
идентичные цепи, скрученные между собой, N –концы
имеют глобулярную форму, образуя головки молекул.
Эти головки имеют высокое сродство к АТФ и
обладают каталитической активностью –
катализируют расщепление АТФ.
Актин в тонких филаментах связан с белком
тропонином, который имеет Са++-связывающие
центры. Актин - центры, связывания с миозином.
Сокращение мышцы вызывается потенциалом действия
нервного волокна и происходит за счет энергии АТФ.
Потенциал действия вызывает поступление Са++ из
ретикулома в цитозоль клетки.

Механизм мышечного сокращения

Са++
А
А. Са++ связывается с тропонином
актиновых нитей и открывается в актине центр
связывания с миозином; Миозин связан с АТФ
Б
Б. Сцепление актиновых и миозиновых
нитей, при этом активируется АТФ-азный центр
миозина, головка миозина катализирует
гидролиз АТФ;
В
В. АДФ и Р покидают головку миозина, это
приводит к изменению конформации ее и она
поворачивается к линии М, увлекая
продвижение и актина. Происходит
сокращение.
Г
Г. К миозину присоединяется новая молекула
АТФ и связь между нитями нарушается.
Сотни миозиновых молекул работают
одновременно продвигая актиновый филомент

Мышечное сокращения. Условия.

Сила сокращения зависит от количества миозиновых
головок, включенных в работу, а значит, и от
количества молекул АТФ.
Покоящаяся мышца эластична. Головка миозина
связана с АТФ.
Сокращенная мышца неэластична, напряжена.
Растяжению препятствует связь между актином и
миозином.
Ригидность возникает при сильном снижении
концентрации АТФ (условия гипоксии). В этих
условиях большое количество головок миозина
остается связанными с актином, т.к. для выхода из
этого состояния требуется присоединение АТФ к
миозину.

Источники энергии (АТФ)для мышечного сокращения.

Мышца, работающая с максимальной активностью потребляет
энергии в сотни раз больше, чем покоящаяся, а переход от
состояния покоя к работе происходит за доли сек. В связи с этим
для мышцы в отличие от других органов необходимы механизмы
изменения скорости синтеза АТФ в очень широких пределах
(исключение сердечной мышцы).
Общее содержание АТФ в мышцах хватит только на 1 сек работы.
1 этап генерации энергии:
В момент врабатывания мышцы испытывают дефицит
О2, а следовательно, ограничение тканевого дыхания и
окислительного фосфорилирования. Источником АТФ в
момент врабатывания является креатинфосфат.
Это наиболее быстрый путь генерации энергии.
Содержание креатинфосфата в мышцах в 3-8 раза
больше чем АТФ, такое кол-во обеспечивает работу в
течение 3-5 сек.

Источники энергии для мышечного сокращения

Креатинфосфат образуется из креатина и АТФ. Креатин трипептид синтезируется в печени из глицина,
аргинина и метионина.
Креатин Р + АДФ
креатин +АТФ
Реакцию катализирует креатинкиназа
Креатинфосфат, неиспользованный, неферментативно
превращается в креатинин
2 этап генерации энергии: включается другой механизм:
Аденилаткиназная реакция: АДФ+АДФ
АТФ+АМФ
3 этап генерации энергии: ускоряется мобилизация
гликогена, ускоряется анаэробный гликолиз, а АМФ
является активатором фосфофруктокиназы
гликолиза. Субстратное фосфорилирование.
4 этап: аэробное окисление углеводов, при длительной
работе жиры. Окислительное фосфорилирование.
Сердечная мышца –аэробна. ВЖК (70%).углеводы,ПК

Креатин, креатинин. Диагностическое значение.

норма
Печень
Гли
Арг
дистрофия мышц
Мышцы
Мышцы
Креатин
креатин
Мет
гли
арг
Креатин Р
Креатинин
моча
Суточное выделение креатинина величина постоянная - прямо
пропорциональная массе.
Креатина в моче нет
Печень
Печень
Мышцы
Мышцы
Креатин
креатин
Креатин Р
мет
Креатин
Креатинин
моча (креатинурия) моча
Креатин не фосфорилируется в мышцах,
уровень в крови повышается. Креатинин в
почках не реабсорбируется,поэтому его
кол-во в моче отражает величину
клубочковой фильтрации.

Функциональная биохимия печени

Печень занимает центральное место в обмене
веществ, что определяется своеобразием
топографии и кровоснабжением
Печень – орган – «альтруист». С одной стороны, в
печени синтезируется необходимые вещества для
других органов - белки, фосфолипиды, карнитин,
креатин, кетоновые тела, холестерин, глюкоза. С
другой стороны, обеспечивает защиту органов от
образующихся в них токсических веществ,
чужеродных соединений и микроорганизмов.
Печень выполняет следующие биохимические функции:
1. метаболическую и гомеостатическую;
2. желчеобразовательную и экскреторную
3. депонирующую(депо жирорастворимых витаминов);
4. обезвреживающую - детоксицирующую

Метаболическая и гомеостатическая функция

Выполнение этой функции обусловлено участием
печени в обмене углеводов, липидов, белков,
пигментном обмене, гемостазе.
Печень обеспечивает синтез и поступление в
кровь необходимых соединений, их
трансформацию, обезвреживание, выведение,
обеспечивая гомеостаз.
Роль печени в углеводном обмене:
В печени глюкоза метаболизируется по всем путямсинтез и мобилизация гликогена, ПФП, глюконеогенез.
Роль печени в углеводном обмене заключается в первую
очередь в обеспечении нормогликемии, за счет
органоспецифичного фермента –
глюкозо-6-фосфатазы.

Роль печени в липидном обмене

Печень участвует во всех этапах обмена липидов, включая
переваривание и всасывание гидрофобных продуктов
переваривания (желчь-секрет печени).
В абсорбтивный период в печени ускоряется синтез ВЖК,
которые используются для синтеза ТАГ и ФЛ. ФЛ,
синтезируемые в печени (и на экспорт) необходимы всем
тканям, в первую очередь, для построения мембран.
В период голодания – бета-окисление; для окисления
необходим карнитин, который синтезируется в печени.
В период голодания в печени образуются кетоновые тела,
используемые в качестве источника внепеченочными
тканями.
Синтез холестерола, и его перераспределение между
органами за счет образования транспортных форм –
ЛНОНП и ЛПВП. Образование из холестерола желчных
кислот.

Роль печени в белковом обмене.

Около половины белков организма синтезируется в печени как для
собственных нужд, так и секретируемые:
- Белки плазмы крови- глобулины и все альбумины;
- Факторы свертывания – фибриноген и витамин К-зависимые,
факторы системы фибринолиза;
- группа транспортных белков –церуллоплазмин(Сu++)
гаптоглобин, трасферрин, депо железа –ферритин;
- апобелки ЛП;
- белки острой фазы – «С»-реактивный, α1-антитрипсин, α2макроглобулин(при воспалении)
- -креатин.
- синтез заменимых аминокислот;
- небелковые азотистые соединения – азотистые основания,
порфирины, мочевина, мочевая кислота
- В связи с этим активен обмен аминокислот, активны ферменты
трансаминирования – АЛТ и АСТ, дезаминирования –
глутаматдегидрогеназа.
Нарушение белоксинтезирующей функции проявляется
изменением соотношения белков – диспротеинемией.
Участие печени в пигментном обмене – в образовании
глюкуронидов и их экскреции.

Желчеобразовательная и экскреторная функция.

В печени образуются желчные кислоты из холестерола
под действием фермента 7α-холестеролгидроксилазы.
Активность фермента снижается желчными кислотами.
За сутки около 600мг, здесь же первичные кислоты –
холевые и дезоксихолевые конъюгируют с таурином и
гликоколом, образуя тауро- гликохолевые кислоты.
Выведение желчных кислот основной путь выведения
холестерола
Экскреторная функция связана со строением печени. У
каждого гепатоцита одна сторона обращена к желчному
протоку, другая к кровеносному капилляру.
Из печени различные вещества эндо- и экзопроисхождения экскретируются с желчью через
кишечник, или через кровь почками. Нарушение этой
функции сказывается на обмене липидов, накоплении в
организме токсичных продуктов.

Обезвреживающая функция печени.

В организме в процессе жизнедеятельности образуются
токсичные метаболиты как собственных соединений,
так и чужеродных - ксенобиотиков. Эти соединения могут
быть гидрофильными и гидрофобными.
Примером обезвреживания токсичных продуктов является
синтез мочевины.
Гидрофобные, способны депонироваться в клетках и
неблагоприятно влиять на структуру и метаболизм в
клетке, их необходимо инактивировать.
Печень –уникальный орган, в котором имеются механизмы
обезвреживания (инактивации, детоксикации) таких
соединений. Механизм инактивации таких соединений
построен по общей схеме.
Инактивация может состоять из двух этапов:
модификации и конъюгации.

Этап химической модификации

Этап химической модификации обеспечивает
повышение гидрофильности вещества и обязателен
для всех гидрофобных соединеий.
Повышение гидрофильности обеспечивается
многочисленными реакциями –
гидроксилирования,окисления,
восстановления,гидролиза. В большинстве случаев
этап начинается с реакции гидроксилирования
ферментами мембран гладкого ретикулома клеток –
монооксигеназами. Процесс называется
микросомальным окислением.
Монооксигеназы представлены в виде
электронтранспортной цепи, центральным фермент –
гемпротеид- цитохром Р450 имеет два центра
связывания - с окисляемым веществом и О2. и
обладает широкой субстратной специфичностью.
Источником водорода является НАДФН ПФП

Микросомальное окисление

О2
2Н+ê
НАДФН+
ФАД(ФМН)редуктаза
ê
ê
цитохром
Р450
Fe+2
2H+
SH
S OH
Fe+3
Н2О
Существует около 1000 изоформ цитохрома с различной специфичностью
Цитохром Р450 один атом кислорода включает в субстрат
(гидроксилирует), другой восстанавливает в воду.
Появление у субстрата гидрофильных свойств обусловливает
возможность 2 этапа инактивации

Этап конъюгации

Коньюгация с с гидрофильными молекулами:
УДФ-глюкуроновая кислота,
фосфоаденозинфосфосульфат (ФАФС) и др.
Примеры: образование глюкуронида билирубина,
обезвреживание продуктов гниения белков ЖКТ.
Реакции катализируются трансферазами.
Коньюгация снижает реакционную способность
веществ - их токсичность,повышает
гидрофильность,а значит, выведение из организма.
Не все вещества проходят два эта инактивации.Это
зависит от строения (от степени гидрофильности
токсичного вещества).

Индикаторы нарушений функций печени

При различных заболеваниях печени нарушаются ее функции все
или некоторые. Индикаторами этих нарушений служат изменения
содержания в крови соединений или активность ферментов
поступающих из печени.
Существует ряд тестов, называемых функциональными
печеночными пробами:
Определение активности ферментов АЛТ,АСТ
(коэффициент де Ритисса), Соотношение фракций
белков – на выявление диспротеинемии – осадочные
пробы тимоловая, Вельтмана; Определение
содержания фибриногена; протромбина
Определение билирубина и его видов;
Определение содержания мочевины;
Определение холестерина и соотношение ЛП
Определение активности ферментов гаммаглутамилтранспептидазы; щелочной фосфатазы
(холестаз);

Раздел Б., изучающий химические превращения, лежащие в основе функций органов, тканей и организма в целом.

• - биологическая химия, наука о химич. составе живой материи и о химич. процессах, происходящих в живых организмах и лежащих в основе их жизнедеятельности. Б. слагается из статической Б., занимающейся...

  Биологический энциклопедический словарь

• - наука, изучающая входящие в состав организмов хим. в-ва, их структуру, распределение, превращения и функции...

  Сельско-хозяйственный энциклопедический словарь

• - биологическая химия, наука, изучающая химические процессы, происходящие в раст. и у жив., т. е. тот круговорот химических элементов, к-рый последние проходят сначала в растительном организме при построении...

  Сельскохозяйственный словарь-справочник

• - биологическая химия, наука, изучающая химич...

  Ветеринарный энциклопедический словарь

• - междисциплинарная наука, изучает химический состав и структуру веществ, содержащихся в живых организмах, пути и способы регуляции их метаболизма, а также энергетическое обеспечение процессов, происходящие в клетке и...

  Начала современного Естествознания

• - I Биохи́мия биологическая химия - наука о химическом составе живых систем всех уровней организации, о химических процессах, лежащих в основе их развития и деятельности, происходящих в целостном организме, в...

  Медицинская энциклопедия

• - изучает входящие в состав организмов хим. в-ва, их структуру, распределение, превращения и функции. Первые сведения по Б. связаны с хоз. деятельностью человека и медициной...

  Естествознание. Энциклопедический словарь

• - наука, изучающая химическую природу веществ, входящих в состав живых организмов, и химические процессы, лежащие в основе их жизнедеятельности...

  Большой медицинский словарь

• - наука, изучающая состав и химические процессы, происходящие в живых организмах...

  Экологический словарь

• - учение об обмене материи в живых телах...

  Энциклопедический словарь Брокгауза и Евфрона

• - I Биохи́мия биологическая химия, наука, изучающая состав организмов, структуру, свойства и локализацию обнаруживаемых в них соединений, пути и закономерности их образования, последовательность и механизмы...

  Большая Советская энциклопедия

• - наука о химических веществах, входящих в состав организмов, их структуре, распределении, превращениях и функциях, а также о химических процессах, лежащих в основе жизнедеятельности...

  Современная энциклопедия

• - изучает входящие в состав организмов химические вещества, их структуру, распределение, превращения и функции. Первые сведения по биохимии связаны с хозяйственной деятельностью человека и медициной...

  Большой энциклопедический словарь

• - ...

  Орфографический словарь-справочник

• - Р., Д., Пр....

  Орфографический словарь русского языка

"биохимия функциональная" в книгах

Биохимия атеросклероза

автора

Биохимия атеросклероза

Из книги Биологическая химия автора Лелевич Владимир Валерьянович

Биохимия атеросклероза Атеросклероз – это патология, характеризующаяся появлением атерогенных бляшек на внутренней поверхности сосудистой стенки. Одна из основных причин развития такой патологии – нарушение баланса между поступлением холестерола с пищей, его

Биохимия квашения

автора Гладков Сергей Михайлович

Биохимия квашения

Из книги Умное сыроедение. Пища для тела, души и духа автора Гладков Сергей Михайлович

Биохимия богов

Из книги Древние боги - кто они автора Скляров Андрей Юрьевич

Биохимия богов Однако кровь на основе гемоцианина имеет не только некоторые преимущества, но и серьезные недостатки. И прежде всего в том, что касается транспортных свойств - только по отношению не к кислороду, а к углекислому газу. Но здесь нам сначала придется

Биохимия депрессии

Из книги Смертельные эмоции автора Колберт Дон

Биохимия депрессии Современные научные методы позволяют исследовать структуру и работу различных участков мозга живого человека и выявлять нарушения, ведущие к психическим расстройствам.Нейрофизиолог и детский психиатр Даниэль Амен много лет занимается изучением

Биохимия

БСЭ

«Биохимия»

Из книги Большая Советская Энциклопедия (БИ) автора БСЭ

БИОХИМИЯ ПСИХОЗОВ

Из книги Психиатрия. Руководство для врачей автора Цыганков Борис Дмитриевич

БИОХИМИЯ ПСИХОЗОВ Предположения о выделении «особого эфира» в нервных окончаниях сделал еще В. Куллен (1776), который в связи с этим считал, что все болезни являются нервными, и предложил для их обозначения термин «неврозы». Успехи нейронаук позволили в настоящее время

3.8.3. Биохимия организма

Из книги Нарушение углеводного обмена автора Монастырский Константин

3.8.3. Биохимия организма Развитие, рост и регенерация живых тканей начинается в момент зачатия и продолжается до последнего вздоха. Для бесперебойного деления всех клеток человек нуждается в воде, белках, жирах, минералах и микроэлементах приблизительно в тех же

БИОХИМИЯ КОЖИ

Из книги Кожные и венерические болезни автора Иванов Олег Леонидович

БИОХИМИЯ КОЖИ Кожа человека представляет собой очень сложную структуру, построенную из различных типов химических веществ. Это интегрированная система с взаимодействующими между собой химическими компонентами. Кожа человека на 69-73% состоит из воды. Различные слои

Биохимия при анемии

Из книги Всё, что нужно знать о своих анализах. Самостоятельная диагностика и контроль за состоянием здоровья автора Пигулевская Ирина Станиславовна

Биохимия при анемии Кроме общего анализа крови при анемии при необходимости врач назначает и биохимические анализы: железо в сыворотке крови (см. раздел «Электролиты крови»), железосвязывающая способность сыворотки крови (ЖСС), трансферрин, ферритин. Совокупность

Биохимия и биофизика

Из книги Тайная мудрость человеческого организма автора Залманов Александр Соломонович

Биохимия и биофизика Имя первой науки нисколько не соответствует предмету, содержащемуся в этом разделе химии. Биохимия, собственно, означает: химия жизни, химия жизненных явлений. Однако ни химики, ни физиологи не в состоянии дать какое-нибудь объяснение жизни.

Биохимия зависимости

Из книги Я был бы счастлив, если бы не... Избавление от любого рода зависимостей автора Фрейдман Олег

Биохимия зависимости Часто пациенты спрашивают: «Почему это случилось именно со мной? Ведь другие живут так же как и я: неправильно питаются, не соблюдают режим, периодически употребляют алкоголь (наркотики), а остаются стройными (не становятся наркоманами, не испытывают

13 Биохимия

Из книги Ментальная химия: Наука исполнения желаний автора Энел Чарльз

13 Биохимия Биохимия - это наука, занимающаяся процессами жизнедеятельности организма. Опирается она на клеточную теорию и принцип бесконечной делимости материи. В биохимии нашла отражение концепция гомеопатической дозы. Согласно этой концепции, доза лекарства должна