2 курс / Биохимия / БИОХИМИЯ

3.Фибраты (производные фиброевой кислоты) симулируют метаболизм ЛПОНП и эффективны при накоплении в крови ЛПОНП, т.е. IV типе ГЛП.

4.Мировой опыт показывает, что развитие атеросклероза замедляет регулярный прием витаминов-антиоксидантов (водорастворимого

витамина С, жирорастворимых витаминов Е и А). Широко используются и природные растительные антиоксиданты в качестве пищевых добавок.

5.В связи с тем, что у человека основная масса ЛПНП катаболизирует в печени при участии апо В,Е-рецепторов, применение средств

ивоздействий, стимулирующих синтез указанных рецепторов, является одним из наиболее эффективных путей предупреждения и лечения атеросклероза.

6.Средства и воздействия, направленные на повышение синтеза антиатерогенных ЛПВП в организме.

7.Исходя из современных представлений о роли модифицированных ЛП в атерогенезе, наряду со снижением ЛПНП и ЛПОНП, представляют особый интерес средства, предупреждающие атерогенную модификацию этих липопротеинов. Важно еще раз подчеркнуть, что перечисленные препараты нормализуют липидный обмен и баланс жиров и холестерина, не влияя прямо на события в бляшке.

От лекарств к шунтированию и сосудистым протезам

К сожалению, приходится констатировать, что химики не нашли простых молекулярных объяснений атеросклерозу. Поэтому медикаментозное лечение остается симптоматическим («высокий» холестерин - симптом, а не причина болезни). Вот почему стала так

бурно развиваться хирургия сосудов. Коронарные артерии, пораженные стенозирующими бляшками, иссекают, а на их место вшивают сегмент вены пациента, которая в течение нескольких недель превращается в артерию по законам клеточной биологии. Только у 25% оперированных скорость повторного зарастания просвета сосуда больше 12% в год. На процесс рестеноза удается влиять с помощью лекарств. В мире благополучно живут тысячи пациентов с повторным и даже троекратным шунтирование. На подходе дакроновые протезы нового поколения, которые изнутри покрыты генетически модифицированными клетками эндотелия, снабженные молекулами -

блокаторами рестеноза. Медицина вступает в новую эру удивительных технологий, которые помогают хирургам успешно лечить болезни, причина которых остается плохо понятной ученым.

222

Лекция 21

БИОХИМИЯ ЖЕЛЧНЫХ КИСЛОТ

1. Химия желчных кислот

Желчные кислоты у высших позвоночных по химической природе являются, как правило, производными, С24-5 -холановой кислоты,

невстречающейся в природе.

Холановая кислота

СООН

Основными (составляют 92-99 % всех желчных кислот желчи)

желчными кислотами, обнаруживаемыми у человека являются:

1. Первичные желчные кислоты – холевая (3 -,7 -,12 -тригидро- кси-5 -холановая) кислота и хенодезоксихолевая (3 -,7 -дигидрокси- 5 -холановая) кислота, синтезирующиеся в печени из холестерина и составляющие по 30-40% всех желчных кислот в желчи.

Первичные желчные кислоты

2. Вторичные желчные кислоты – дезоксихолевая (3 ,12 - дигидрокси-5 -холановая) кислота и литохолевая (3 -гидрокси-5 -

холановая) кислота, образующиеся в кишечнике под воздействием

223

ферментов кишечной микрофлоры и составляющие 20-25% и 1-2%

всех желчных кислот желчи, соответственно.

3. Третичные желчные кислоты – урсодезоксихолевая (3 ,7 - дигидрокси-5 -холановая) кислота, которая образуется в печени и в

кишечнике при участии ферментов кишечных бактерий из вторичных желчных кислот. Урсодезоксихолевая кислота составляет 1-2% от всех

желчных кислот желчи.

Молекулы желчных кислот имеют полярную и неполярную части и могут действовать как детергенты. В желчи они практически все ( 99,5%) присутствуют в конъюгированной форме, то есть в виде амидных соединений с глицином или таурином. Глициновые и тауриновые конъюгаты желчных кислот обычно присутствуют в желчи здоровых субъектов в соотношении примерно 3:1, соответственно. Строение таких конъюгатов, называемых иногда парными желчными кислотами, может быть представлено в следующем виде:

С23Н26(ОН)3–СО–NН–СН2–СООН – холилглицин С23Н26(ОН)3–СО–NН–СН2 - СН2–SО3Н – холилтаурин

Ранее конъюгаты желчных кислот называли, например, глико-

или таурохолат; в настоящее время рекомендуется использовать термин холилглицин вместо гликохолат, что более правильно отражает структуру аминоацильных амидов желчных кислот. Поскольку желчь содержит значительное количество ионов Na+ и К+, а все глициновые и

тауриновые производные желчных кислот полностью ионизированы при рН кишечного содержимого, принято рассматривать конъюгаты желчных кислот в форме солей. В 1978 году G. Нaslewood был пред-

ложен общий термин соли желчных кислот.

По физико-химическим свойствам основные желчные кислоты

разделяют на гидрофобные (литохолевая, дезоксихолевая, хенодезоксихолевая и холевая) и гидрофильные (урсодезоксихолевая) кислоты. Существенное уменьшение липофильности урсодезоксихолевой кислоты обусловлено наличием 7-бета-ОН-группы.

2. Метаболизм желчных кислот

Для желчных кислот термин “метаболизм” означает их биосинтез и биотрансформацию во время кишечно-печеночной рециркуляции.

224

2.1. Биосинтез первичных желчных кислот и его регуляция

Синтез в печени желчных кислот из холестерина: 1) обуславливает около 40 % ежедневного удаления холестерина из организма; 2) пополняет ежедневную потерю желчных кислот с фекалиями, сохраняя пул циркулирующих желчных кислот.

Первичные желчные кислоты, холевая и хенодезоксихолевая, синтезируются в печени из холестерина. При этом происходит два главных изменения в молекуле холестерина:

1)модификация циклопентанпергидрофенантренового кольца или стероидного ядра;

2)окисление и укорочение восьмиуглеродной боковой цепи или углеводородного “хвоста”.

Биосинтез желчных кислот включает в себя 14 ферментативных реакций, происходящих в эндоплазматическом ретикулуме, цитозоле, митохондриях и пероксисомах гепатоцита.

Инициирующим и скорость-лимитирующим шагом в этом пути

биосинтеза желчных кислот является превращение холестерина в 7 - гидроксихолестерин. Эта реакция катализируется холестерин-7 -

гидроксилазой (КФ 1.14.13.17), микросомальным ферментом, находящимся только в печени. Активность холестерин-7 -гидроксилазы сти-

мулируется тиреоидными гормонами, ингибируется гидрофобными желчными кислотами и глюкагоном. Далее 7 -гидроксихолестерин

превращается через реакции изомеризации и окисления в ключевой интермедиат 7 -гидрокси-4-холестен -3-он (не имеет тривиального на-

звания). Этот ненасыщенный интермедиат является точкой ветвления для синтеза холевой или хенодезоксихолевой кислот.

Схема биосинтеза желчных кислот в печени.

ХС

7 -гидроксилаза (1)

7 -гидроксиХС

7 -гидрокси-4 холестен-3-он

Холевая Хенодезоксихолевая кислота кислота

Активность 7 -гидроксилазы ингибируется гидрофобными

желчными кислотами.

225

У здоровых людей размеры пулов первичных желчных кислот схожи (около 1 г каждый). Однако объем ежедневного синтеза хенодезоксихолевой кислоты равен только половине от такового для холевой кислоты, 0,1-0,25 г и 0,18-0,36 г, соответственно. Различия объясняют-

ся более эффективным всасыванием конъюгатов хенодезоксихолевой кислоты в тонком кишечнике и неконъюгированной ее формы в толстом кишечнике. Это обуславливает и более высокую концентрацию хенодезоксихолевой кислоты в сыворотке крови.

2.2.Синтез вторичных и третичных желчных кислот

Втолстом кишечнике часть первичных желчных кислот под действием ферментов бактерий образуют вторичные желчные кислоты.

Главными реакциями при этом являются деконъюгирование и 7 -дегидроксилирование с образованием дезоксихолевой кислоты из

холевой, а литохолевой кислоты из хенодезоксихолевой. Третья вторичная желчная кислота (неотносящаяся, однако, к основным желчным кислотам желчи), 7-оксолитохолевая (3 -моногидрокси-7-оксо-5 - холановая), образуется через 7 -дегидрирование хенодезоксихолевой

кислоты и является предшественником в синтезе урсодезоксихолевой кислоты.

2.3. Кишечно-печеночная рециркуляция желчных кислот

Функции:

1.Удаление излишков холестерина из организма (в виде желчных кислот и солюбилизированных желчными кислотами неизмененных молекул).

2.Соли желчных кислот возвращаются в гепатоциты и ингибируют свой собственный синтез из холестерина. Тем самым они могут непрямо регулировать синтез холестерина в печени.

226

3.Обеспечение всасывания (путем образования сложных мицелл) больших количеств продуктов переваривания жиров при относительно малом общем пуле желчных кислот.

Около 93-99% всех желчных кислот, поступивших в кишечник,

могут всасываться обратно пассивной диффузией по всей длине кишечника.

Кишечно-печеночная циркуляция желчных кислот

Неконъюгированные желчные кислоты пассивно абсорбируются в толстом кишечнике. Глициновые и тауриновые конъюгаты желчных кислот всасываются активным транспортом в дистальных отделах подвздошной кишки. Примерно 0,2-0,3 г желчных кислот не абсорбирует-

ся и выводится из организма с фекалиями. Желчные кислоты фекалий здоровых лиц представлены, главным образом, дезоксихолевой и литохолевой кислотами.

Поступающие из слизистой оболочки кишечника в кровь воротной вены желчные кислоты активно захватываются печенью, 40-90%

за один пассаж через печень в зависимости от вида желчной кислоты. Эти желчные кислоты затем секретируются в желчные канальцы посредством специальных транспортных систем. При этом менее 5% секретируемых в желчные канальцы желчных кислот являются вновь синтезированными. Таким образом, желчные кислоты в составе желчи вновь поступают в кишечник. Такой кругооборот желчных кислот, на-

зываемый кишечно-печеночной рециркуляцией, повторяется 4-12 раз за

сутки. Это обеспечивает, при относительно малом (около 3 г) общем пуле желчных кислот, билиарную секрецию около 12-36 г в сутки. Не-

захваченная при прохождении через печень часть желчных кислот поступает в системный кровоток. В крови желчные кислоты транспортируются, в основном, в связанном с альбуминами и липопротеинами со-

227

стоянии, и продолжают захватываться печенью, имея период полужизни только несколько минут.

Ничтожное количество желчных кислот (< 0,5 мг/сут или 10

мкмоль/сут) выводятся из организма с мочой.

Уровень желчных кислот в периферической крови колеблется в диапазоне 1-5 мкмоль/л. Доминирующими (около 80%) желчными ки-

слотами в сыворотке крови натощак являются хенодезоксихолевая и дезоксихолевая.

3. Холелитиаз

Желчнокаменная болезнь, или холелитиаз (от греч. chole - желчь, lithos - камень) является второй проблемой в гастроэнтерологии после

язвенной болезни. Камни желчного пузыря встречаются у женщин с частотой 1:11, у мужчин – 1:29, то есть женщины болеют желчнокаменной болезнью в 3-5 раз чаще.

Движение холестерина из печени в желчь сочетается с одно-

временной секрецией фосфолипидов и желчных кислот. Если этот сопряженный процесс нарушается и в желчь поступает больше холестерина, чем может быть солюбилизировано присутствующими желчными кислотами и фосфолипидами, он может преципитировать в желчном пузыре, инициируя образование желчных камней.

Причины возникновения перенасыщенности желчи холестеролом следующие: 1) избыточная секреция холестерола в желчь, особенно при ожирении; 2) уменьшенная секреция в желчь желчных кислот; 3) недостаточная секреция в желчь фосфолипидов и 4) комбинация этих причин.

Для лечения желчнокаменной болезни, кроме хирургических методов удаления желчных камней, применяется медикаментозное растворение холестериновых желчных камней с помощью лекарственных средств – хенодезоксихолевая кислота (хенофалк) и урсодезоксихолевая кислота (урсофалк). Прием этих препаратов внутрь: 1) возмещает недостаток эндогенных желчных кислот в желчи; 2) ингибирует синтез холестерина в печени (за счет ингибирования ключевого фермента биосинтеза – 3-гидрокси-3-метилглутарил-КоА-редуктазы), что ведет к

уменьшению поступления холестерина в желчь. Это препятствует образованию и росту желчных камней. Кроме того, урсофалк образует с холестерином жидкие кристаллы, что также способствует растворению желчных камней.

228

Лекция 22

ОБМЕН БЕЛКОВ И АМИНОКИСЛОТ. АЗОТИСТЫЙ БАЛАНС. ПЕРЕВАРИВАНИЕ БЕЛКОВ. ВСАСЫВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ

Обмен белков занимает особое положение среди других обменов, что объясняется специфическими функциями белков. Белки, как и углеводы и жиры, выполняют энергетическую функцию. При полном окислении 1 г белков в организме выделяется 4,1 ккал (17,2 кДж), однако для получения энергии белки могут быть полностью заменены углеводами или липидами. Исключение из пищи углеводов и жиров даже на длительный срок не приводит к существенным нарушениям в организме. Исключение же белков из пищи даже на короткий срок приводит к серьезным или необратимым патологическим изменениям. Это связано с нарушением главных функций белков - пластической (белки - основа всех клеточных структур организма) и каталитической.

Даже у взрослого сформировавшегося организма постоянно происходит обновление составных химических частей тела, т.е. его стабильность определяется равновесием скорости синтеза и распада его составляющих и, в первую очередь, белков. Благодаря этому происходит разрушение сложных клеточных структур и их обновление. Таким образом, все белки организма находятся в динамическом состоянии, т.е. постоянно обмениваются, но обновление разных белков происходит с разной скоростью. Так, период полураспада белков плазмы крови, печени, слизистой желудка, кишечника составляет 10 суток, а белков мышечной ткани - 180. Очень медленно обмениваются белки со-

единительной ткани, мозга. В целом период полураспада всех белков человеческого организма составляет около 80 суток. Синтез белков не прекращается даже при длительном голодании.

Высокая скорость обновления белков организма свидетельствует о постоянной потребности организма в строительном материале - ами-

нокислотах. Источником аминокислот являются белки пищи, в то же время наравне с ними используются аминокислоты, образующиеся при распаде собственных белков. Общий пул (фонд) свободных аминокислот в тканях, таким образом, состоит из аминокислот пищи, аминокислот распавшихся белков организма (внутриклеточный гидролиз), а также заменимых аминокислот, синтезировавшихся в организме из других соединений или при превращении аминокислот друг в друга. Установлено, что 2/3 этого метаболического пула составляют именно эндогенные аминокислоты.

О состоянии обмена белков в организме судят по азотистому балансу, т.е. разнице между количеством азота, поступающего в орга-

229

низм, и количеством азота, выводимого из организма ( с мочой и калом) в виде конечных продуктов обмена. Возможны три состояния азотистого баланса.

Положительный азотистый баланс - состояние, при котором ко-

личество поступающего азота превышает количество выводимого из организма. Такое состояние характерно для детского возраста (у растущих организмов), беременности, периода лактации, периода выздоровления людей после перенесенных тяжелых заболеваний, спортсменов в период интенсивной тренировки. При таком состоянии азотистого баланса синтетические процессы превалируют над процессами распада белков органов и тканей.

Отрицательный азотистый баланс - состояние, при котором ко-

личество азота, выделяемого из организма, превышает количество азота, принимаемого с пищей в течение суток. Оно встречается при голодании (частичном или полном), белковой недостаточности, тяжелых раневых и инфекционных заболеваниях, в норме в старческом возрасте. Старики, как правило, теряют в весе, хотя в организм может поступать достаточное количество белков.

Азотистое равновесие - состояние, при котором количество вво-

димого с пищей азота равно количеству азота, выводимого из организма.

Оно характерно для здорового взрослого человека, находящегося на полноценной диете. Таким образом, для того, чтобы здоровый человек находился в состоянии азотистого равновесия, для удовлетворения его потребностей в белках важную роль играет количество поступающих в организм белков. Этот фактор очень важен также и у детей для их нормального роста и развития. В связи с этим были определены нормы белков в питании. Исследования проводились на добровольцах, находившихся на безбелковой диете в течение 10 суток. Было установлено, что через несколько суток безбелковой диеты человек начинает выделять постоянное количество азота в сутки - 53 мг на 1 кг массы.

Эта величина была названа коэффициентом изнашивания, который выражал количество азота распадающихся азотсодержащих веществ (белков, аминокислот) на 1 кг массы тела. В пересчете на среднюю массу человека - 70 кг количество выделяемого в сутки взрослым че-

ловеком азота составило 3,71 г (53 х 70), что соответствует 23,2 г распадающегося белка (3,71 х 6,25, так как содержание азота в белках в среднем составляет 16%). Однако введение такого количества белков в рацион не приводило к азотистому равновесию, и баланс был резко отрицательным. Кроме этого в опытах не были учтены потери белков эпидермиса, волос, ногтей, пота и др. Следующим этапом исследования было введение в диету 46 г белков, в результате чего в состоянии покоя в организме устанавливалось азотистое равновесие, но которое

230

сменялось отрицательным балансом при выполнении работы. Это количество белка было названо физиологическим минимумом. При введении в диету 50 г белков группе добровольцев - студентов из 100

человек в течение 200 дней у них наблюдалось азотистое равновесие, а у некоторых даже положительный баланс. Однако студенты сильно похудели и после эксперимента были переведены на усиленное белковое питание.

Был сделан вывод, что 50 г белка в сутки взрослому человеку -

это голодная норма, которая неминуемо в дальнейшем приведет к развитию белковой недостаточности (так как 200 дней – это лишь небольшая часть средней продолжительности жизни человека).

На основании многочисленных исследований для взрослого человека (массой 70 кг) была установлена норма белков 100-120 г при

энергозатратах 2 500 ккал (12000 кДж – умственный труд, механизированный физический труд). При этом учитывается ряд условий: климатические, род профессии, пол, возраст, условия труда. При выполнении тяжелой физической нагрузки норма белка увеличивается; на каждые дополнительные 500 ккал добавляется 10 г. Дети до 12 лет должны получать минимально 50-70 г белка в сутки, а от 12 до 15 лет –

суточную норму взрослого человека.

Важным фактором в удовлетворении потребности организма в белках кроме количества является их качество. Это связано с аминокислотным составом, так как ряд аминокислот не синтезируются в организме животных и человека и являются незаменимыми (эссенциальными). К ним относятся: метионин, треонин, валин, лейцин, изолейцин, фенилаланин, триптофан, лизин. Две аминокислоты - гистидин и

аргинин являются полузаменимыми, т.к. их синтез идет, но медленно. Животные организмы не способны синтезировать углеродный скелет этих аминокислот, и они должны поступать с пищей. Природные белки в связи с разным аминокислотным составом имеют разную пищевую ценность. Чем ближе аминокислотный состав пищевого белка к аминокислотному составу белков человека, тем выше его биологическая ценность. Такими биологически ценными белками для человека являются белки мяса, молока, яиц. Исключение хотя бы одной незаменимой аминокислоты из пищи приводит к отрицательному балансу, остановке роста и развития, прекращению синтеза белков. Недостаточное поступление одной незаменимой аминокислоты ведет к неполному усвоению других аминокислот, а в последующем также может привести к остановке роста и тяжелым расстройствам.

Растительные белки от животных отличаются другим соотношением аминокислот, и поэтому для удовлетворения потребностей человека в белках их требуется значительно больше.

231