Гидроксилирование ксенобиотиков с участием микросомальной монооксигеназной системы
1. бензола:
[рис. бензол+ О2 +НАДФН2®(гидроксилаза, цитохром Р450) фенол + НАДФ+ Н2О]
2. индола:
[рис. индол+ О2 +НАДФН2®(гидроксилаза, цитохром Р450) индоксил + НАДФ+ Н2О]
Кроме микросом, химическое превращений ксенобиотиков может проходить в митохондриях, лизосомах, цитозоле гепатоцитов. Обезвреживание ксенобионтов в печени проходит с участием основных конъюгатов: глюкуроновой кислоты, серной кислоты, уксусной кислоты и глицина и соответствующих ферментов – ТФ.
Конъюгация происходит путем химического связывания ксенобиотиков с активными формами – УДФ-ГК (с глюкуроновой кислотой ), ФАФС, Ац-КоА и глицина.
При образовании конъюгатов значительно уменьшается количество токсических соединений, увеличивается водорастворимость, что облегчает выведение их из организма в составе мочи.
Конъюгацией с глюкуроновой кислотой подвергаются: ксенобиотики, стероиды, билирубин, витамины D2, D3.
С серной кислотой: ксенобиотики, стероиды, тирамины, токаферолы, продукты гниения белков.
С уксусной кислотой - все соединения, имеющие свободную аминогруппу.
С глицином - соединения имеющие СООН-группу.
Реакции конъюгации ксенобиотиков:
1. с глюкороновой кислотой (УДФ-ГК):
[рис. УДФ-ГК+ фенол®(ТФ) фенилглюкоуронид+ УДФ]
2. с серной кислотой:
[рис. индоксил+ НО3S-ФАФ (это ФАФС)®(ТФ) индоксилсульфат+ ФАФ]
3. с глицином:
[рис. бензойная кислота+ NH2-CH2-COOH (это глицин) ®(ТФ) гиппуровая кислота+ Н2О]
Роль печени в пигментном обмене
Пигментный обмен представляет собой совокупность сложных взаимопревращений окрашенных веществ тканей и жидкостей организма человека.
К пигментам относятся 4 группы веществ:
1. гем-содержащие пигменты, входят в состав ФАВ, т.н. дыхательных пигментов (гемоглобина, миоглобина, цитохромов, каталазы, пероксидазы);
2. представлены предшественниками гема – порфиринами;
3. представлены продуктами распада гема – желчными пигментами (билирубин желчи, уробилин мочи, стертобилин кала);
4. образуются из аминокислоты (ТИР) в пигментных клетках - меланоцитах. Это меланин. Он находится в коже, волосах, радужной оболочке глаз.
Т.о., большая часть пигментов человека – это гемохромагенные пигменты, которые образуются либо при синтезе, либо при распаде гема.
Биосинтез гема
Биосинтез гема идет в большинстве тканей, за исключением эритроцитов, которые не имеют митохондрий. В организме человека гем синтезируется из глицина и сукцинил-КоА, образованного в результате метаболических реакции ЦТК.
Для активации глицина необходим витамин В6. В процессе первой метаболической реакции синтеза гема образуется d-аминолевулиновая кислота (АЛК). Скорость синтеза гема контролируется ферментом – синтаза. Наиболее активно эта реакция идет в печени.
[рисуется в столбик. Первая реакция идет в митохондриях: глицин + сукцинил-КоА®(синтаза) аминолевулиновая кислота (АЛК). Следующие реакции в цитозоле: АЛК + АЛК® порфобилиноген (монопиррол) + 3 порфобилиногена ® уропорфобилиноген (или тетрапиррол) ® (над стрелкой: декарбоксилаза; под: -СО2) копропорфобилиноген. Далее реакции до образования гема идут опять в митохондриях: копропорфобилиноген ®(над стрелкой: декарбоксилаза; под: -СО2) протопорфобилиноген ® (над стрелкой оксидаза; под: +О2) протопорфирин ® (над: синтаза; под: +Fе2+) гем® Нb(над: +белок) Последняя реакция соединения гема с белком идет в цитозоле.]
После образования АЛК в митохондриях, в цитозоле происходит конденсация двух молекул АЛК с образованием порфобилиногена (монопиррола). Следующим этапом синтеза является реакция конденсации 4-х молекул порфобилиногена с образованием уропорфириногена (тетрапиррола).
В природе встречаются порфирины типов 1 и 3. В организме человека более широко представлены и биологически более важные изомеры 3 типа. В процессе декарбоксилирования уропорфобилиноген превращается в копропорфобилиноген, который из цитозоля поступает в митохондрии, где превращается в протопорфирин. Реакция окисления идет в присутствии кислорода при участии оксидаз. Заключительной стадией синтеза гема является включение 2-х валентного железа в протопорфирин. Эта реакция синтезируется гем–синтазой и завершает в митохондриях образование гема.
При нарушении синтеза гема в организме человека главным образом в печени могут развиваться порфирии – группа заболевании возникшие в результате блокирования отдельных стадий синтеза гема и сопровождающиеся увеличенным содержанием порфиринов в организме.
Причинами порфирий могут быть:
1. наследственные болезни, когда из-за дефицита митохондрий и ЦПМ ферментов синтеза гема, нарушается пигментный обмен;
2. приобретенные (токсические), которые вызываются действием ряда токсических соединений. Например: гексохлорбензол, соли тяжелых металлов, алкоголь. Эти соединения могут быть ингибированны ферментами в системе синтеза гема.
Порфирии могут сопровождаться поражением кожи под влиянием УФЛ, сопровождаясь фотодерматозами. Моча таких больных – розовая или красная.
Фотодерматозы – проявления кожной порфирии, т.е. увеличения светочувствительности кожи.
Распад гема
Большая часть гемхромагенных пигментов в организме человека образуется при распаде гема. Главным источником гема является гемоглобин. В эритроцитах содержание гемоглобина составляет 80%, время жизни эритроцита 110-120 дней. В течение суток в организме взрослого человека массой 70 кг распадается около 6г гемоглобина. Распад эритроцитов происходит в клетках мононуклеарных фагоцитов. Наибольшее число таких клеток в селезенке, печени, костном мозге.
Первая реакция распада гемоглобина – это гидролиз его белковой части.
Катаболизм гема, освобождение от белковой части происходит в микросомальной фракции при участии сложной гем-оксигеназной ферментативной системы, требующей наличие НАДФН2 и кислорода. При поступлении гема в гемаксиназную систему микросом ионы железа окисляются в ферри форму, т.е. гем превращается в гемин.
гем (Fe2+)® (над: оксигеназа) гемин(Fe3+) (это ферри форма) ® (над: редуктаза; под: НАДФH2®НАДФ) гемин (Fe2+) (ферро форма) ® (над: редуктаза, +О2; под: НАДФН2®НАДФ)оксигемин (Fe3+)® (над: редуктаза, +О2; под: -СО, -Fe3+)биливердин® ( над: НАДФН2®НАДФ) ®билирубин® (над: +альбумин) билирубин-альбумин (неконъюгированный билирубин - НБ).
Как видно из схемы, в процессе реакций катаболизма гема, гемин восстанавливается с помощью редуктаз (НАДФН2) в ферро-форму (Fe2+).
При участии НАДФН2, кислород проходит последующее превращение с раскрытием тетрапирольного кольца гема, с выделением окиси углерода (СО) и освобождением ферри-иона (Fe3+).
Образуется ациклическое соединение биливердин, у которого редуктаза восстанавливает метиловый мостик между 3 и 4 пирролами, образуется желтый, токсический для клеток, пигмент – билирубин.
За сутки у взрослого человека массой 70 кг образуется 250-350 мг билирубина. Химические превращения гема в билирубин в клетках МФ можно наблюдать внутри организма в гематоме, где пурпурный цвет, обусловленный гемом, медленно переходит в желтый цвет, обусловленный билирубином.
Образованный в клетках билирубин является токсическим веществом, удаляется из них и поступает в кровь, взаимодействуя с транспортными белками - альбуминами. Образованное комплексное соединение билирубин-альбумин называется неконъюгированный билирубин - НБ.
НБ имеет свойства:
1. токсичен;
2. гидрофобен;
3. адсорбирован на альбумине;
4. не проходит через почечный эпителий;
5. не дает прямой реакции с диазо-реактивом Эрлиха.
НБ с помощью альбумина поступает для детоксикации в печень, где в гепатоцитах, в реакции конъюгации с глюкуроновой кислотой, при участии ТФ образуются:
- билирубин-моноглюкурониды (20%);
- билирубин-диглюкурониды (80%).
Эти билирубины носят название конъюгированного билирубина – КБ.
КБ имеет свойства:
1. не токсичен;
2. гидрофилен;
3. не связан с белками;
4. легко проникает через почечный барьер;
5. дает прямую реакцию с диазо-реактивом Эрлиха.
Этот билирубин (КБ) может проникать в кровяные капилляры. В плазме крови на его долю приходиться 25%, от общего билирубина, который в норме составляет 8-20 мкмоль/л.
Далее из печени КБ в составе желчи поступает в клетки, где под влиянием ферментов микрофлоры он гидролизуется. Отщепившаяся глюкуроновая кислота всасывается в слизистую кишечника и через воротную вену вновь поступает в печень, где может использоваться для детоксикации.
Билирубин под влиянием ферментов кишечной микрофлоры многократно восстанавливается, превращается в мезобилиноген, часть которого может всасываться слизистой и через систему воротной вены поступать в печень, где разрушается до моно-, дипирролов, которые из организма удаляются в составе желчи с каловыми массами.
Незначительная часть мезобилиногена с током крови поступает в почки, где превращается в другой пигмент – уробилиноген, который, окисляясь, образует пигмент мочи – уробилин.
В моче здорового взрослого человека массой 70 кг уробилин присутствует в следовых количествах.
За сутки (суточный диурез в норме равен 1,2-1,5 л) выделяет 1-4 мг уробилина.
Большая часть мезобилиногена в толстом отделе кишечника под влиянием ферментов кишечной микрофлоры, восстанавливаясь, превращается в стеркобилиноген – основной пигмент кала, который, окисляясь, превращается в стеркобилин. За сутки с калом выводиться примерно 280-300 мг стеркобилина.