БИОХИМИЯ ПЕЧЕНИ

БИОХИМИЯ ПЕЧЕНИ

План

1.Функции печени в организме человека

2.Роль печени в регуляции концентрации глюкозы в крови

3.Роль печени в обмене белков и аминокислот

4.Роль печени в обмене аммиака

5.Роль печени в обмене липидов

6.Роль печени в обмене кетоновых тел

7.Роль печени в обмене липопротеинов

Функции печени

Печень – самая крупная железа пищеварительного тракта. Масса печени составляет 2-3% от веса тела, у взрослого человека – 1,2 – 2 кг.

Важнейшее значение печени в обмене веществ в первую очередь определяется ее анатомическим положением и особенностями кровоснабжения.

Печень - это промежуточный орган между кишечником и системой общего кровотока. 70%

крови поступает в печень по

воротной вене,

Рис.1. Внутреннее строение печеночной дольки

30 % - по печеночной артерии,которая поставляет кровь, богатую кислородом.

Кровь воротной вены омывает всасывающую поверхность кишечника,

и в результате большая часть веществ, всасывающихся в кишечнике,

проходит через печень.

Гепатоциты контактируют с синусоидами и желчными канальцами.

Синусоиды – это видоизмененные капилляры, по которым циркулирует смешанная кровь: венозная из воротной вены, артериальная из печеночной артерии.

Функции печени

1). Гомеостатическая. Гепатоциты извлекают из крови часть веществ,

которые поступают по воротной вене, подвергают их метаболическим превращениям и в виде промежуточных или конечных метаболитов выделяют в синусоиды или желчные канальцы. Таким образом, печень активно участвует в поддержании постоянного состава крови (гомеостаза),

обеспечивая синтез и поступление в кровь различных метаболитов, а также поглощение, трансформацию и экскрецию многих компонентов плазмы крови.

2). Метаболическая. Печень - это центральная биохимическая лаборатория организма, в ней протекают сложные процессы обмена белков и аминокислот, липидов, углеводов, биологически активных веществ

(гормонов, биогенных аминов и витаминов), микроэлементов.

3). Депонирующая. В печени депонируется основной резервный полисахарид

-гликоген, накапливаются минеральные вещества, особенно железо,

витамины A, D, K.

4). Защитная. В печени осуществляется обезвреживание (биохимическая трансформация) чужеродных и токсичных соединений, поступивших с пищей или образовавшихся в кишечнике, а также токсических веществ экзогенного происхождения.

5). Экскреторная. Из печени различные вещества эндо- и экзогенного происхождения либо поступают в желчные протоки и выводятся с желчью

(более 40 соединений), либо попадают в кровь, откуда выводятся почками.

Роль печени в углеводном обмене

В печени активно протекают:

•Синтез и распад гликогена

•Глюконеогенез

•Обмен фруктозы и галактозы

Роль печени в регуляции концентрации глюкозы в крови

Основная роль печени в обмене углеводов заключается в поддержании постоянного уровня глюкозы в крови. Это достигается регуляцией синтеза и распада гликогена, При этом печень выполняет функцию «глюкостата»: в

фазе абсорбции глюкоза поступает в печень из крови и накапливается в виде гликогена. При дефиците глюкозы (фаза постабсорбции, голодание) печень,

напротив, поставляет глюкозу, которая образуется за счет процессов гликогенолиза и глюконеогенеза. Синтез гликогена из глюкозы обеспечивает в норме временный резерв углеводов, необходимый для поддержания концентрации глюкозы.

При снижении уровня глюкозы печень начинает поставлять глюкозу за счет мобилизации гликогена. Если запас гликогена оказывается исчерпанным, глюкоза может синтезироваться в процессе глюконеогенеза из таких предшественников, как лактат, пируват, глицерин или углеродный скелет аминокислот. Субстраты поступают из мышц и жировой ткани.

Необходимыми условиями активного углеводного обмена в печени являются обратимый транспорт сахаров через плазматическую мембрану гепатоцитов (при отсутствии контроля инсулином) и наличие ферментов глюкокиназы, фосфорилирующей глюкозу в 6-ом положении, и глюкозо-6-

фосфатазы, высвобождающего глюкозу из глюкозо-6-фосфата.

Глюкокиназа, подобно гексокиназе, фосфорилирует глюкозу, но в отличие от нее:

содержится, только в печени и β-клетках островков Лангерганса;

более высокое значение Кm для глюкозы (т. е. меньшее сродство к глюкозе);

не ингибируется глюкозо-6-фосфатом, т.е. конечным продуктом реакции.

Поэтому, когда после приема пищи содержание глюкозы в воротной вене резко возрастает, достигая 10 ммоль/л и более, активность глюкокиназы в гепатоцитах повышается. А так как ее активность не ингибируется продуктом реакции — глюкозо-6-фосфатом, то при повышении глюкозы в крови концентрация глюкозы в клетке в фосфорилированной форме тоже повышается. Фосфорилирование уменьшает концентрацию свободной глюкозы в цитоплазме гепатоцитов. В результате создаются благоприятные условия для облегченной диффузии глюкозы в клетки печени из крови при участии транспортера ГЛЮТ-2, (независимого от инсулина). ГЛЮТ-2, так же как глюкокиназа, имеет высокую Кm, что способствует повышению скорости поступления глюкозы в гепатоциты. Образующийся глюкозо-6-фосфат в этот период идет на синтез гликогена. Благодаря этому, печень быстро и эффективно, обеспечивает нормогликемию в системе общего кровотока.

Далее глюкозо-6-фосфат может метаболизироваться по нескольким направлениям (см.рис.2).

Превращение глюкозо-6-фосфата в глюкозу возможно только в печени,

почках и клетках эпителия кишечника. В клетках этих органов имеется фермент глюкозо-6-фосфатаза, катализирующая отщепление фосфатной группы гидролитическим путем. Полученная глюкоза используется для обеспечения других тканей, прежде всего мозга, коры надпочечников и эритроцитов, не располагающих собственными резервами глюкозы.

Рис. 2 Участие глюкозо-6-фосфата в метаболизме углеводов

Роль печени в обмене фруктозы

Печень обладает свойством синтезировать глюкозу из других сахаров,

например фруктозы и галактозы.

Поступающая в печень фруктоза может фосфорилироваться под действием двух ферментов - гексокиназы и фруктокиназы. Гексокиназа,

обладающая относительной специфичностью, фосфоридирует фруктозу до

фруктозо-6-фосфата. Фруктокиназа, обладающая абсолютной субстратной

специфичностью, фосфорилирует фруктозу до фруктозо-1-фосфат.

Фруктозо-1-фосфат не может превращаться во фруктозо-6-фосфат из-за отсутствия соответствующего фермента.

Далее фруктозо-1-фосфат под действием альдолазы расщепляется на две триозы: диоксиацетонфосфат и глицеральдегид. Глицеральдегид может включаться в гликолиз после его фосфорилирования с участием АТФ. Две молекулы триозофосфатов либо распадаются по гликолитическому пути,

либо конденсируются с образованием фруктозо-1,6-дифосфата и далее участвуют в глюконеогенезе.

Метаболизм фруктозы. а - превращение фруктозы в дигидроксиацетон-3-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат; б - путь включения фруктозы в гликолиз и глюконеогенез; в -

путь включения фруктозы в синтез гликогена.

Известно также, что метаболизм фруктозы по гликолитическому пути в печени происходит гораздо быстрее, чем метаболизм глюкозы. Для метаболизма глюкозы характерна стадия, катализируемая фосфофрукто-

киназой. Как известно, на этой стадии осуществляется метаболический контроль скорости катаболизма глюкозы. Фруктоза минует эту стадию, что позволяет ей интенсифицировать в печени процессы метаболизма, ведущие к синтезу жирных кислот, их эстерификацию и секрецию липопротеинов очень низкой плотности; в результате может увеличиваться концентрация триглицеридов в плазме крови.

Роль печени в обмене галактозы

Рис. 4 Обмен галактозы

Галактоза в печени сначала фосфорилируется при участии АТФ и фермента галактокиназы с образованием галактозо-1-фосфата. Большая часть галактозо-1-фосфата в печени превращается в ходе реакции, катализируемой гексозо-1-фосфат-уридилилтрансферазой:

УДФ-глюкоза + Галактозо-1-фосфат –> УДФ-галактоза + Глюкозо-1-фосфат

Это уникальная трансферазная реакция возвращения галактозы в основное русло углеводного метаболизма.

Наследственная утрата гексозо-1-фосфат-уридилилтрансферазы приводит к галактоземии – заболеванию, для которого характерны умственная отсталость и катаракта хрусталика. В этом случае печень новорожденных теряет способность метаболизировать D-галактозу,

входящую в состав лактозы молока.

Роль печени в обмене углеводов (по Мак-Мюррей У,1980)

Роль печени в обмене липидов

Печень участвует во всех этапах липидного обмена, начиная с переваривания липидов и заканчивая специфическими метаболическими превращениями отдельных липидных фракций. Различают три основных направления участия печени в метаболизме липидов.

Метаболизм ТАГ, фосфолипидов и ВЖК

Синтез кетоновых тел

Обмен липопротеинов

Метаболизм холестерина и желчных кислот

Роль печени в метаболизме ТАГ, фосфолипидов и ВЖК

Синтез жиров в печени происходит в основном из продуктов катаболизма глюкозы (см рис.6). После еды образующийся в результате гликолиза избыток ацетил-КоА активно используется для синтеза жирных кислот(1).Глицерол-3-фосфат образуется двумя путями (2,3).

Жирные кислоты синтезируются в печени из ацетил-КоА. Затем они включаются в состав жиров и фосфолипидов, которые поступают в кровь в форме липопротеинов.

Роль печени в синтезе кетоновых тел

Метаболизм кетоновых тел В постабсорбтивный период и при голодании (при низком соотношении

инсулин/глюкагон в крови) в жировой ткани активируется распад жиров. Жирные кислоты поступают в печень в большем количестве, чем в норме, поэтому увеличивается скорость β-окисления. Скорость реакций ЦТК в этих условиях снижена, так как оксалоацетат используется для глюконеогенеза. В результате скорость образования ацетил-КоА превышает способность ЦТК окислять его. Ацетил-КоА накапливается в митохондриях печени и при дефиците оксалоацетата используется для синтеза кетоновых тел. Синтез кетоновых тел происходит только в митохондриях печени, но сама печень не способна использовать кетоновые тела, поскольку лишена фермента - сукцинил-КоА-

ацетоацетат-КоА-трансферазы, катализирующего активацию ацетоацетата. При голодании, длительной физической нагрузке и в случаях, когда клетки не получают достаточного количества глюкозы, кетоновые тела используются другими тканями как источник энергии.