Роль глутатиона в процессах детоксикации

Биосинтез глутатиона происходит во всех клетках, а катаболизм преимущественно в клетках почек. Внутриклеточный пул включает его восстановленную и окисленную формы, смешанные дисульфиды, тиоэфиры.

Глутатион поддерживает функциональную активность биологических мембран; участвует в механизмах передачи нервного импульса, синтезе белка и ДНК, в синтезе простагландинов, в модулировании конформационного состояния белковых молекул, за счет этого участвует в регуляции активности ферментов и в механизмах транспорта аминокислот. Однако наиболее существенной функцией глутатиона является участие его в процессах детоксикации ксенобиотиков. Этот трипептид прямо или косвенно участвует в функционировании всех звеньев системы детоксикации.

В первой фазе детоксикации уровень глутатиона имеет существенное значение для действия цитохрома Р-450. Взаимосвязь их реализуется на уровне восстановленных эквивалентов НАДФН, необходимых как для глутатионредуктазы, так и для цитохрома Р-450.

Важную роль во взаимодействии цитохрома Р-450 и глутатиона играют процессы перекисного окисления. Глутатион устраняет избыток перекисных соединений при действии Se-зависимой или Se-независимой Глутатион-пероксидаз. Таким образом, осуществляется защита цитохрома Р-450 от пов-реждающего действия активных форм кислорода и перекисных соединений.

Между глутатионом и цитохромом существуют двойные взаимосвязи: конкурентные – через общий фонд НАДФН, который расходуется редуктазами глутатиона и цитохрома, и пополняется в глюкозо-6-фосфатдегидрогеназной реакции пентозофосфатного цикла, и реципроктные – через продукты восстановления молекулярного кислорода, побочно продуцирующиеся при функционировании цитохрома Р-450.

Помимо прямого взаимодействия глутатиона и цитохрома существует и опосредованное влияние глутатиона на действие микросомальных монооксигеназ. Метаболизм ксенобиотиков при определенных уровнях их воздействия на организм сопровождается активацией микросомальных монооксигеназ за счет индукции. В процессах интенсификации синтеза белка принимает участие глутатион, поддерживая оптимальный уровень внутри-клеточного пула аминокислот, обеспечивая их транспорт через клеточную мембрану, восстанавливая дисульфидные связи в белковых молекулах и участвуя в синтезе предшественников ДНК.

Во второй фазе детоксикации ксенобиотиков глутатион участвует в образовании конъюгатов. Эти реакции катализируется глутатион-S-трансферазами. Глутатион участвует в реакциях дегалогенизации, замещения лабильных нитрогрупп или сульфатов. Он взаимодействует с эпоксидами, веществами с ненасыщенными связями, с органическими фосфатами, тиоцианатами, поли- и гетероциклическими соединениями и т. д. Принципиально важно присутствие глутатион-S-трансферазы в эритроцитах. Это открывает возможности детоксикации экзогенных гидрофильных соединений уже на первых этапах их проникновения в организм. Конъюгаты глутатиона активно транспортируются через мембрану эритроцитов.

Глутатион занимает центральное место и в третьем звене системы детоксикации – в антирадикальной и антиперекисной защите.

Следует отметить участие глутатиона и во внемикросомальной биотрансформации ксенобиотиков (например, метилртути, формальдегида).

Металлотионеины

Это низкомолекулярные белки, содержащие до 30% цистеина и способные связывать ионы тяжелых металлов. Обладают уникальной структурой – молекула содержит 23-33% цистеина без дисульфидных мостиков, остатков ароматических аминокислот и гистидина. Содержат ионы цинка. Образуя меркаптиды, металлотионеины способны связывать до семи ионов тяжелых металлов на одну молекулу. Участвуют в регуляции гомеос-таза цинка и меди. Индуцируются металлами (например, цинком), а также глюкокортикоидами и веществами типа интерферона, интерлейкина и др.

Также участвуют в иннактивации свободных радикалов (цистеин в составе металлотионеинов в 770 раз более активен, чем цистеин глутатиона). Способны связывать ионы железа, являющиеся активаторами свободно-радикального окисления (хелатированные белками ионы железа не активны для реакции Фентона). Активируют ферменты антиоксидантной системы. Также способны замещать глутатион в глутатионпероксидазной системе. За счет этого металлотионеины оказывают радиозащитное действие.

Тестовый контроль по теме: “Адаптация. Биохимические механизмы детоксикации эндогенных и экзогенных соединений”

Тест 1

ВЫБЕРИТЕ ПРАВИЛЬНЫЙ ОТВЕТ

Реакции, за счет которых протекает первая фаза детоксикации ксенобиотиков:

а) митохондриального окисления

б) окислительного фосфорилирования

в) микросомального окисления

г) окислительного декарбоксилирования

д) бета-окисления

Тест 2

ВЫБЕРИТЕ ПРАВИЛЬНЫЙ ОТВЕТ

Цитохром Р-450 представляет собой белок, содержащий в порфириновом кольце ионы:

а) меди

б) хрома

в) цинка

г) железа

д) селена

Тест 3

ВЫБЕРИТЕ ПРАВИЛЬНЫЙ ОТВЕТ

Глутатион является:

а) биогенным амином

б) стероидным гормоном

в) водорастворимым антиоксидантом

г) жирорастворимым витамином

д) жирорастворимым антиоксидантом

Тест 4

ВЫБЕРИТЕ ПРАВИЛЬНЫЙ ОТВЕТ

Реакции, за счет которых протекает вторая фаза детоксикации ксенобиотиков:

а) перекисного окисления

б) декарбоксилирования

в) конъюгации

г) деакилирования

д) дезаминирования

Тест 5

ВЫБЕРИТЕ ПРАВИЛЬНЫЙ ОТВЕТ

Источником НАДФН для антиоксидантной системы является:

а) гликолиз

б) бета-окисление

в) глюконеогенез

г) пентозофосфатный цикл

д) цикл трикарбоновых кислот

Тест 6

ВЫБЕРИТЕ ПРАВИЛЬНЫЙ ОТВЕТ

Приспособительным механизмом в условиях разнообразных химических воздействий является:

а) разобщение окисления и фосфорилирования

б) индукция множественных форм ферментов детоксикации

в) увеличение перекисного окисления липидов

г) ингибирование анаэробного окисления глюкозы

д) усиление процессов фильтрации в почках

Тест 7

ВЫБЕРИТЕ ПРАВИЛЬНЫЙ ОТВЕТ

Локализация ферментов монооксигеназной системы печени:

а) митохондриях

б) ядре

в) рибосомах

г) ЭПР

д) пероксисомах

Тест 8

ВЫБЕРИТЕ ВСЕ ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ

Виды реакций конъюгации:

а) декарбоксилирование

б) метилирование

в) ацетилирование

г) дезаминирование

д) фосфорилирование

Тест 9

ВЫБЕРИТЕ ВСЕ ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ

Цитохромы микросомального окисления:

а) в б) с г) аа3 в) Р-450 д) в5

Тест 10

ВЫБЕРИТЕ ВСЕ ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ

Биотрансформация ксенобиотиков интенсивно протекает в:

а) коже

б) головном мозге

в) сердечной мышце

г) печени

д) легкие

Тест 11

ВЫБЕРИТЕ ВСЕ ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ

Реакции, катализируемые монооксигеназной системой:

а) гидроксилирования

б) деалкилирования

в) фосфорилирования

г) декабоксилирования

д) эпоксидирования

Тест 12

ВЫБЕРИТЕ ВСЕ ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ

Эндогенные вещества, метаболизируемые микросомальными оксигеназами:

а) стероидные гормоны

б) глутамин г) холестерин

в) жирные кислоты д) глюкагон

Тест 13

ВЫБЕРИТЕ ВСЕ ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ

Ферментами монооксигеназной системы являются:

а) цитохром Р-450

б) глутатионредуктаза

в) НАДФН-зависимая-цитохром-Р450-редуктаза

г) цитохром с

д) цитохром в₅

Тест 14

ВЫБЕРИТЕ ВСЕ ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ

Индукторами цитохрома Р-450 являются:

а) инсулин

б) метилхолантрен

в) прегненалон

г) витамин РР

д) фенобарбитал

Тест 15

ВЫБЕРИТЕ ВСЕ ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ

Микросомальные оксигеназы участвуют в:

а) превращении индола в индоксил

б) синтезе желчных кислот из холестерина

в) образовании АТФ

г) активации витамина Д

д) обмене метионина

Тест 16

ВЫБЕРИТЕ ВСЕ ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ

Цитохром Р-450 в обмене женских половых гормонов катализирует превращение эстрадиола в:

а) 4-гидроксиэстрадиол

б) 2-гидроксиэстрадиол

в) 6-гидроксиэстрадиол

г) 16-гидроксиэстрадиол

д) 8-гидроксиэстрадиол

Тест 17

ВЫБЕРИТЕ ВСЕ ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ

Ферментами второй фазы детоксикации являются:

а) глутатионредуктаза

б) глутатионтрансфераза

в) аминотрансфераза

г) метилтрансфераза

д) глутатионпероксидаза

Тест 18

ВЫБЕРИТЕ ВСЕ ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ

Феномен «токсификации» наблюдается при метаболизме:

а) нифедипина

б) никотина

в) парацетамола

г) варфарина

д) четыреххлористого углерода

Тест 19

ВЫБЕРИТЕ ВСЕ ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ

Металлотионеины – это белки, которые:

а) содержат SH-группы

б) имеют в своем составе железо

в) связывают тяжелые металлы

г) индуцируются цинком

д) ингибируются цинком

Тест 20

ВЫБЕРИТЕ ВСЕ ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ

Аминокислоты, используемые для детоксикации ксенобиотиков:

а) аланин

б) глицин

в) метионин

г) тирозин

д) фенилаланин

Тест 21

УСТАНОВИТЕ СТРОГОЕ СООТВЕТСТВИЕ

Реакции конъюгации:	Кофермент:
1) глюкуронидная 2) сульфатная 3) метилирования 4) ацетилирования	а) глутатион б) S-аденозил-метионин в) УДФ-глюкуроновая кислота г) ФАФС д) ацетил-коА

Тест 22

УСТАНОВИТЕ СООТВЕТСТВИЕ

«каждому вопросу соответствует несколько ответов, каждый ответ может быть использован один раз или не использован совсем»

Фазы детоксикации:	Компоненты:
1) первая 2) вторая	а) цитохром Р-450 б) глутатионтрансфераза в) цитохром аа3 г) глутатионредуктаза д) глюкуронилтрансфераза

Тест 23

УСТАНОВИТЕ СООТВЕТСТВИЕ

«каждому вопросу может соответствовать несколько ответов, каждый ответ может быть использован один или несколько раз, не использован совсем»

Цитохром:	Особенности:
1) Р-450 2) в5	а) взаимодействует с кислородом б) принимает электроны от НАДФН в) принимает электроны от НАДН г) является гемсодержащим белком д) участвует в окислительном фосфорилировании

Тест 24

УСТАНОВИТЕ СООТВЕТСТВИЕ

«каждому вопросу может соответствовать несколько ответов, каждый ответ может быть использован один раз или не использован совсем»

Влияние на цитохром Р-450:	Вещество:
1) индуктор 2) ингибитор	а) флавоноиды грейпфрута б) этанол в) четыреххлористый углерод г) дексаметазон д) адреналин

Тест 25

ДОПОЛНИТЕ

Коферментом в реакциях сульфатной конъюгации является____________.

Тест 26

ДОПОЛНИТЕ

Коферментом в реакции метилирования является __________________.

Тест 27

ДОПОЛНИТЕ

Коферментом в реакции глюкуронидной конъюгации является______________.

Тест 28

ДОПОЛНИТЕ

Ферменты, катализирующие реакции конъюгации относятся к классу ______________.

Тест 29

ДОПОЛНИТЕ

Увеличение токсичности ксенобиотика при метаболизме на цитохроме Р-450 называется ___________ ______________.

Тест 30

УСТАНОВИТЕ ПРАВИЛЬНУЮ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ

Последовательность стадий в механизме действия цитохрома Р-450:

а) образование тройного комплекса RH-Р-450(Fe⁺²)-О₂

б) восстановление комплекса RH-Р-450(Fe⁺³) за счет НАДФН

в) распад комплекса с высвобождением воды и гидроксилированного субстрата

г) взаимодействие субстрата (RH) с окисленной формой цитохрома Р-450

д) восстановление комплекса RH-Р-450(Fe⁺²)-О₂ за счет НАДН и цитохрома в₅

Ответы по теме: “ Адаптация. Биохимические механизмы детоксикации эндогенных и экзогенных соединений”

Тест 1 — в Тест 2 — г Тест 3 — в Тест 4 — в Тест 5 — г Тест 6 — б Тест 7 — г Тест 8 — б, в Тест 9 — в, д Тест 10 — а, г, д Тест 11 — а, б, д Тест 12 — а, в, г Тест 13 — а, в, д Тест 14 — б, в, д Тест 15 — а, б, г

Тест 16 — а, б, г Тест 17 — б, г Тест 18 — б, в, д Тест 19 — а, в, г Тест 20 – б, в Тест 21 — 1 в, 2 г, 3 б, 4 д Тест 22 — 1 а, 2 б, д Тест 23 — 1 а, б, г, 2 б, в, г Тест 24 — 1 б, г, 2 а, в Тест 25 – фосфоаденозилфосфосульфат (ФАФС) Тест 26 — S-аденозилметионин Тест 27 — УДФ-глюкуроновая кислота Тест 28 — трансферазы Тест 29 — феномен токсификации Тест 30 — г б а д в (последов-ть)

1. Тема 30. ²Физико-химические свойства, нормальные и патологические компоненты мочи, качественный и количественный анализ патологических компонентов мочи².

Место проведения - кафедра биохимии.

Продолжительность занятия– 180 минут.

2. Цель занятия:

Учебная: систематизировать знания о происхождении всех выделяемых с мочой компонентов, их роли и значении в оценке функционального состояния различных органов и использовании в клинической практике.

Развивающая цель: развитие логического мышления, умения видеть

причинно-следственные связи, формирование восприятия организма человека как единое целое.

Воспитательная цель:развитие деловых качеств, воспитание

ответственности.

3. Конкретные задачи:

3.1. Студент должен знать:

3.1.1. Роль почек в поддержании гомеостаза и строение нефрона.

3.1.2. Общие механизмы образования мочи.

3.1.3. Происхождение азотсодержащих и некоторых других компонентов мочи в норме (мочевина, мочевая кислота, аминокислоты, креатинин, гип-пуровая кислота, животный индикан, соли аммония, органические кислоты) и патологии (глюкоза, кетоновые тела, белок, гемоглобин, желчные пигменты).

3.1.4. Ферменты, находящиеся в моче, и их диагностическую роль.

3.1.5. Общие свойства мочи.

3.1.6. Физико-химические показатели мочи в норме и патологии.

3.1.7. Значение исследования мочи в клинической практике.

3.1.8. Методы обнаружения некоторых компонентов мочи.

3.2. Студент должен уметь:

3.2.1. Анализировать и объяснять причины отклонения от нормы и появле-ние патологических компонентов в моче при различных ситуациях: воспали-тельный процесс, травма, недостаток продуцирования гормонов, белковое голодание, избыток белка в пище, патология печени, патология почек, сахарный диабет, наследственные заболевания и т.д.).

3.2.2. Обнаружить в моче патологические компоненты: белок, кетоновые тела и глюкозу с помощью качественных реакций.

3.2.3. Определить количественное содержание в моче белка и глюкозы современными методами анализа.

3.2.4.Решить самостоятельную работу на исследование патологических компонентов в предложенной пробе мочи (качественный и количественный анализ).

4. Мотивация: знания, полученные на занятии, могут быть использованы в практической работе врача для выявления патологии различных органов и для контроля состояния здоровья людей.

Межпредметные связи.

Физиология Анатомия

Органическая Моча Гистология

химия

Клиническая

Патофизиология Терапия практика

Внутрипредметные связи.

Белковый Липидный Углеводный

обмен обмен обмен

Биохимия Биохимия мышечной

почек ткани

Биохимия Моча

печени

Биохимия Гормональная

крови регуляция

Биохимическая оценка Биохимическая оценка

состояния функции почек состояния функции печени

5. Вопросы для самоподготовки:

5.1. Роль почек в поддержании гомеостаза.

5.2. Роль почек в промежуточном обмене.

5.3. Роль почек в регуляции водно-солевого обмена.

5.4. Экскреторная функция почек.

5.5. Строение нефрона и общие механизмы образования мочи.

5.6. Физико-химические свойства мочи: объем, относительная плотность, реакция мочи (РН), цвет; причины их изменения при патологии.

5.7.Азотсодержащие компоненты мочи: мочевина, мочевая кислота, гиппуровая кислота, креатинин, индикан; их происхождение; причины повышения и понижения их содержания в моче.

5.8. Протеинурия, виды и причины возникновения.

5.9. Глюкозурия. Механизмы ее развития и виды.

5.10. Кетонурия. Механизмы развития.

5.11. Гемоглобинурия и гематурия. Причины их появления.

5.12. Причины появления желчных пигментов в моче.

5.13. Креатинурия, механизмы ее развития и виды.

5.14. Ферменты мочи и значение их определения.

5.15. Значение исследования мочи в клинической практике.

6. Задания для самоподготовки:

6.1. Изучить рекомендуемую литературу, используя вопросы для самоподготовки.

6.2. Написать в рабочей тетради физико-химические показатели мочи и их изменения при патологии.

6.3. Написать в рабочей тетради все нормальные и патологические компоненты мочи, их происхождение, причины повышения и понижения их содержания в моче.

Литература:

Основная литература:

1. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. «Биологическая химия», М., Медицина, 1998, раздел «Почки и моча», с. – 608-624.

2. Учебно-методическое пособие к практическим занятиям по биологичес-кой химии под редакцией проф. В. А. Дадали, доц. М.Н. Смертиной, СПб, 2007, часть 4, тема «Физико - химические свойства, нормальные и патологические компоненты мочи, качественный и количественный анализ патологических компонентов мочи».

3. Северин Е.С. «Биохимия» М., ГЭОТАР-МЕД, 2003, с. 597-606.

Дополнительная литература:

1. Цыганенко А.Я., Жуков В.И., Мясоедов В.В. и др. «Клиническая биохимия», Учебное пособие, М., «Триада-Х», 2002, с. 49-71.

2. Лифшиц В.М., Сидельникова В.И. «Медицинские лабораторные анализы», Справочник, М., «Триада – Х», 2003, с. 33-44, 141-144.

7. Этапы занятия, контроль их усвоения и распределение учебного

времени.

Этапы проведения занятия	Форма и методы проведения каждого этапа	Форма контроля и усвоения знаний	Время (мин)
7.1. Вводный этап: Организацион-ный момент, представление цели занятия и мотивации. 7.2. Контроль исходного уровня знаний. 7.3. Основной этап: 7.3.1. Формирование знаний о роли почек и многообразии их функций. Формирование знаний об общих механизмах образования мочи. Формирование знаний об общих свойствах мочи. Формирование знаний о нормальных и патологи-ческих компонентах мочи, их происхождении и причинах появления и изменения. 7.3.5. Формирование умений по определению и оценке некоторых патологических компонентов мочи (глюкоза, кетоновые тела, белок). 7.4. Заключительный этап: 7.4.1. Подведение итогов. Оформление и проверка протоколов.     7.4.2. Домашнее задание.	Излагает преподаватель   письменно     устный опрос дискуссия   лабораторная работа   представление результатов исследований, оформление протоколов Формулировка следующей темы.	Проверочная работа   проверка решения задачи, проверка протоколов

Пример билета проверочного контроля: см. Тестовый контроль.

Лабораторная работа № 15

²Физико-химические свойства, нормальные и патологические компоненты мочи, качественный и количественный анализ патологических компонентов мочи².

Химическое исследование мочи имеет большое диагностическое значение т.к. состав мочи отражает состояние обмена веществ в организме и функции ряда органов: печени, почек, поджелудочной железы и т.д. Исследование мочи на наличие тех или иных компонентов дает возможность следить за течением патологических процессов и за эффективностью терапевтических мероприятий. Общие свойства мочи: цвет, прозрачность, относительная плотность, реакция мочи (РН), суточный диурез также являются информативными показателями состояния организма.

Обычно для исследования собирают всю порцию утренней мочи. Для количественного анализа необходимо собирать мочу в течение суток, добавляя в качестве антисептика тимол. Анализ проводят с пересчетом на суточное содержание.

Общие свойства мочи.

Реактивы и оборудование.

1.Штатив для пробирок. 2.Водяная баня. 3.Пробирки. 4. Стеклянные трубоч-ки. 5. Стеклянные воронки. 6. Бумажные фильтры или вата. 7. Раствор сульфата меди II- 1%. 8. Раствор гидроксида натрия-10%. 9. Раствор Люголя (раствор иода в иодистом калии). 10.Раствор азотной кислоты –50%. 11.Набор реагентов для определения белка в моче колориметрическим методом с пирогаллоловым красным. 12.Набор реактивов для определения глюкозы в крови и моче глюкозо-оксидазным методом НОВОГЛЮК-К,М (200). 13. Универсальные индикаторные бумажки, футляр со шкалой РН.

Удельный вес мочи (относительная плотность). Для определения удельного веса используются специальные ареометры, которые называются урометрами.

Ход работы: мочу наливают в цилиндр, в нее погружают урометр и по шкале урометра определяют удельный вес мочи (демонстрация).

Реакция мочи, РН мочи. На предметное стекло помещают кусочек универсальной индикаторной бумажки и стеклянной палочкой наносят каплю мочи. Окраску бумажки сравнивают со шкалой РН.

Качественные реакции на патологические компоненты мочи.

Определение глюкозы.

Реакция Троммера.

Принцип метода: основан на окислении глюкозы гидроксидом меди при нагревании с образованием желтого осадка гидрата закиси меди CuOH или красного осадка закиси меди Cu₂O.

Схема реакции: CuSO₄ + 2 NaOH Cu(OH)₂ + Na₂SO₄

Ход работы: в пробирку вносят 4 капли исследуемой мочи и 4 капли раствора гидроксида натрия, прибавляют 1 каплю раствора сульфата меди и нагревают на кипящей водяной бане. При наличии сахара появляется зеленая, желтая или красная окраска с последующим осадком на дне пробирки. При зеленой окраске без осадка проба отрицательна. При отсутствии глюкозы в моче чаще всего образуется черный осадок окиси меди CuO.