2 курс / Биохимия / Лекции_по_Биохимии

181

∙ нарушение выработки альдостерона, натрийуретического гормона.

12.1.4. Роль почек в водно-солевом обмене В почках происходит фильтрация, реабсорбции, секреция натрия, калия. На

почки оказывают регулирующее влияние альдостерон, антидиуретический гормон. В почках вырабатывается ренин – пусковой фермент ангиотензиновой системы. Почки осуществляют выделение протонов, и тем самым, регулируют рН.

12.1.5. Особенности водного обмена у детей У детей повышено общее содержание воды, которое у новорожденных

достигает 75%. В детском возрасте отмечается иное распределение воды в организме: снижено количество внутриклеточной воды до 30%, что обусловлено пониженным содержанием внутриклеточных белков. В то же время повышено содержание внеклеточной воды до 45%, что связано более высоким содержанием гидрофильных гликозаминогликанов в межклеточном веществе соединительной ткани.

Водный обмен в детском организме протекает более интенсивно. Потребность в воде у детей в 2-3 раза выше, чем у взрослых людей. Для детей характерно выделение в составе пищеварительных соков большого количества воды, которая быстро подвергается обратному всасыванию. У детей раннего возраста иное соотношение потерь воды из организма: больше доля воды, выделяемой через лёгкие и кожу. Для детей характерна задержка воды в организме (положительный водный баланс)

Вдетском возрасте наблюдается неустойчивая регуляция водного обмена, не сформировано чувство жажды, вследствие чего выражена склонность к обезвоживанию.

Втечение первых лет жизни преобладает выведение калия над выведением натрия.

12.2.Кальций - фосфорный обмен

Общее содержание кальция составляет 2% от массы тела (около 1,5 кг). 99% его сосредоточено в костях, 1% составляет внеклеточный кальций. Содержание кальция в плазме крови равняется 2,3-2,8 ммоль/л, 50% этого количества приходится на ионизированный кальций и 50% - на белковосвязанный кальций.

Функции кальция:

∙пластический материал;

∙участвует в мышечном сокращении;

∙участвует в свёртывании крови;

∙регулятор активности многих ферментов (играет роль вторичного посредника).

Суточная потребность в кальции для взрослого человека составляет 1,5 г. Всасывание кальция в желудочно – кишечном тракте лимитировано. Всасывается примерно 50% кальция пищевых продуктов при участии кальцийсвязывающего белка. Будучи внеклеточных катионом, кальций поступает в клетки через кальциевые каналы, депонируется в клетках в

182

саркоплазматическом ретикулуме и митохондриях.

Общее содержание фосфора в организме составляет 1% от массы тела (около 700 г). 90% фосфора содержится в костях, 10% приходится на внутриклеточный фосфор. В плазме крови содержание фосфора равно 1-2

ммоль/л.

Функции фосфора:

∙пластическая функция;

∙входит в состав макроэргов (АТФ);

∙компонент нуклеиновых кислот, липопротеидов, нуклеотидов, солей;

∙входит в состав фосфатного буфера;

∙регулятор активности многих ферментов (фосфорилирование – дефосфорилирование ферментов);

∙играет роль вторичного посредника для некоторых гормонов

Суточная потребность в фосфоре для взрослого человека составляет около 1,5 г. В желудочно–кишечном тракте фосфор всасывается при участии щелочной фосфатазы.

Кальций и фосфор выводятся из организма в основном через почки, незначительное их количество теряется через кишечник.

12.2.1. Регуляция кальций – фосфорного обмена.

В регуляции обмена кальция и фосфора участвуют паратгормон, кальцитонин, витамин Д.

Паратгормон повышает уровень кальция в крови и одновременно снижет уровень фосфора. Повышение содержания кальция связано с активацией фосфатазы, коллагеназы остеокластов, в результате чего при обновлении костной ткани происходит «вымывание» кальция в кровь. Кроме того, паратгормон активирует всасывание кальция в желудочно – кишечном тракте при участии кальцийсвязывающего белка и уменьшает выведение кальция через почки. Фосфаты под действием паратгоромна, наоборот, усиленно выводятся через почки.

Кальцитонин снижает уровень кальция и фосфора в крови. Кальцитонин уменьшает активность остеокластов и, тем самым, снижает выделение кальция из костной ткани.

13.2.1.1. Витамин D

Витамин D (холекальциферол, антирахитический витамин) относится к жирорастворимым витаминам. Суточная потребность в витамине составляет 25 мкг. Витамин D под действием УФ - лучей синтезируется в коже из его предшественника 7-дегидрохолестерина, который в комплексе с белком поступает в печень. В печени при участии микросомальной системы оксигеназ происходит его окисление в 25 положении с образованием 25 -гидрокисихолекальциферола. Этот предшественник витамина при участии специфического транспортного белка переносится в почки, где подвергается второй реакции гидроксилирования в первом положении с образованием активной формы витамина D3 - 1,25-дигидрохолекальциферола (или кальцитриола). Реакция гидроксилирования в почках активируется

183

паратгормоном при снижении уровня кальция в крови. При достаточном содержании кальция в организме в почках образуется неактивный метаболит 24,25 (ОН). В реакциях гидроксилирования принимает участие витамин С.

1,25 (ОН)2 D3 действует аналогично стероидным гормонам. Проникая в клетки – мишени, он взаимодействует с рецепторами, которые мигрируют в ядро клетки. В энтероцитах этот гормон – рецепторный комплекс стимулирует транскрипцию иРНК, отвечающую за синтез белка – переносчика кальция. В кишечнике усиливается всасывание кальция при участии кальцийсвязывающего белка и Са2+- АТФ-азы. В костной ткани витамин D3 стимулирует процесс деминерализации. В почках активация витамином D3 кальциевой АТФ-азы сопровождается увеличением реабсорбции ионов кальция и фосфатов. Кальцитриол участвует в регуляции процессов роста и дифференцировки клеток костного мозга. Он обладает антиоксидантным и противоопухолевым действием.

Гиповитаминоз приводит к заболеванию рахитом.

Гипервитаминоз приводит к выраженной деминерализации костей, кальцификации мягких тканей.

12.2.2. Нарушения кальций – фосфорного обмена Рахит проявляется нарушением минерализации костной ткани.

Заболевание может быть следствием гиповитаминоза D3., отсутствием солнечных лучей, недостаточной чувствительностью организма к витамину. Биохимическими симптомами рахита являются снижение уровня кальция и фосфора в крови и снижение активности щелочной фосфатазы. У детей рахит проявляется нарушением остеогенеза, деформаций костей, гипотонией мышц, повышенной нервно-мышечной возбудимостью. У взрослых людей гиповитаминоз приводит к кариесу и остеомаляции, у пожилых людей – к остеопорозу.

У новорожденных может развиваться транзиторная гипокальциемия, поскольку прекращается поступления кальция из организма матери и наблюдается гипопаратиреоз.

Гипокальцемия, гипофосфатемия могут встречаться при нарушении выработки паратгормона, кальцитонина, нарушении функции желудочно – кишечного тракта (рвота, диарея), почек, при механической желтухе, в период заживления переломов.

12.3. Обмен железа и его нарушения Общее содержание железа в организме взрослого человека составляет 5 г.

Железо распределяется в основном внутриклеточно, где преобладает гемовое железо: гемоглобин, миоглобин, цитохромы. Внеклеточное железо представлено белком трансферрином. В плазме крови содержание железа равно 16-19 мкмоль/л, в эритроцитах - 19 ммоль/л. Обмен железа у взрослых людей составляет 20-25 мг/сутки. Основная часть этого количества (90%) составляет эндогенное железо, освобождающееся при распаде эритроцитов, 10% - экзогенное железо, поступающее в составе пищевых продуктов.

Биологические функции железа:

184

∙обязательный компонент окислительно - восстановительных процессов в организме;

∙транспорт кислорода (в составе гемоглобина);

∙депонирование кислорода (в составе миоглобина);

∙антиоксидантная функция (в составе каталазы и пероксидаз);

∙стимулирует иммунные реакции в организме.

Всасывание железа происходит в кишечнике и является лимитированным процессом. Считается, что всасывается 1/10 часть железа пищевых продуктов. В пищевых продуктах содержится окисленное 3-х валентное железо, которое в кислой среде желудка переходит в Fе2+. Всасывание железа происходит в несколько этапов: поступление в энтероциты при участии муцина слизистой оболочки, внутриклеточный транспорт ферментами энтероцитов, переход железа в плазму крови. Во всасывании железа участвует белок апоферритин, который связывает железо и накапливается в слизистой кишечника, создавая депо железа. Эта стадия обмена железа является регуляторной: синтез апоферритина уменьшается при недостатке железа в организме.

Всосавшееся железо транспортируется в составе белка трансферрина, где окисляется церулоплазмином до Fе3+ , в результате чего возрастает растворимость железа. Трансферрин взаимодействует с тканевыми рецепторами, количество которых очень вариабельно. Этот этап обмена также является регуляторным.

Железо может депонироваться в форме ферритина и гемосидерина. Ферритин печени – водорастворимый белок, содержащий до 20% Fе2+ в виде фосфата или гидроксида. Гемосидерин – нерастворимый белок, содержит до 30% Fе3+, включает в свой состав полисахариды, нуклеотиды, липиды.

Выведение железа из организма происходит в составе слущивающегося эпителия кожи, кишечника. Незначительное количество железа теряется через почки с жёлчью и слюной.

К наиболее часто встречающейся патологии обмена железа относится железодефицитная анемия. Однако возможно и перенасыщение организма железом с накоплением гемосидерина и развитием гемохроматоза.

13. ТКАНЕВАЯ БИОХИМИЯ

13.1. БИОХИМИЯ СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ТКАНИ Разнообразные виды соединительной ткани построены по единому

принципу: в большой массе межклеточного основного вещества (протеогликаны и сетчатые гликопротеиды) распределены волокна (коллагеновые, эластиновые, ретикулиновые) и разнообразные клетки (макрофаги, фибробласты, и другие клетки).

Соединительная ткань выполняет разнообразные функции:

∙опорная функция (костный скелет);

∙барьерная функция;

∙метаболическая функция (синтез в фибробластах химических компонентов ткани);

∙депонирующая функция (накопление меланина в меланоцитах);

185

∙репаративная функция (участие в заживлении ран);

∙участие в водно-солевом обмене (протеогликаны связывают внеклеточную воду).

Состав и обмен основного межклеточного вещества.

Материал о структуре протеогликанов и гликопротеидов изложен в разделе «Химия углеводов».

Синтез гликопротеидов и протеогликанов.

Углеводный компонент протеогликанов представлен гликозаминогликанами (ГАГ), включающими в свой состав ацетиламиносахара

иуроновые кислоты. Исходным веществом для их синтеза служит глюкоза.

1)Глюкозо - 6 - фосфат → фруктозо - 6-фосфат глютамин→ глюкозамин.

2)глюкоза → УДФ-глюкоза → УДФ -глюкуроновая кислота

3)глюкозамин + УДФ-глюкуроновая кислота + ФАФС → ГАГ

4)ГАГ + белок → протеогликан

Распад протеогликанов, гликопротеидов осуществляется различными ферментами: гиалуронидазой,идуронидазой,гексаминидазами,сульфатазами.

Обмен белков соединительной ткани. Обмен коллагена

Основным белком соединительной ткани является коллаген (структуру смотри в разделе «Химия белков»). Коллаген - это полиморфный белок с различными вариантами сочетания полипептидных цепей в его составе. В организме человека преобладают фибриллообразующие формы коллагена 1,2,3 типа.

Синтез коллагена.

Синтез коллагена происходит в фиробластах и во внеклеточном пространстве, включает несколько стадий. На первых стадиях синтезируется проколлаген N и С концевые фрагменты). Затем происходит посттрансляционная модификация проколлагена двумя способами: путём окисления (гидроксилирование) и путём гликозилирования.

1)окислению подвергается аминокислоты лизин и пролин при участии ферментов лизиноксигеназы, пролиноксигеназы, ионов железа и витамина С. Образовавшиеся гидроксилизин, гидроксипролин, участвуют в формировании поперечных связей в коллагене;

2)присоединение углеводного компонента осуществляется при участии ферментов гликозилтрансфераз.

Модифицированный проколлаген выделяется в межклеточное пространство, где подвергается частичному протеолизу путём отщепления концевых N и С фрагментов. В результате проколлаген переходит в тропоколлаген - структурный блок коллагенового волокна.

Распад коллагена.

Коллаген - медленно обменивающийся белок. Распад коллагена осуществляется ферментом коллагеназой. Она является цинксодержащим ферментом, который синтезируется в виде проколлагеназы. Проколлагеназа

186

активируется трипсином, плазмином, калликреином путём частичного протеолиза. Коллагеназа расщепляет коллаген в середине молекулы на большие фрагменты, которые далее расщепляются цинксодержащими ферментами желатиназами.

13.1.1. Витамин С В обмене коллагена очень важную роль играет витамин С (аскорбиновая

кислота, антицинготный витамин). По химической природе он является лактоном кислоты, по структуре близкой глюкозе. Суточная потребность в аскорбиновой кислоте для взрослого человека составляет 50 – 100 мг. Витамин С распространён в фруктах, овощах. Роль витамина С заключается в следующем:

∙участвует в синтезе коллагена;

∙участвует в обмене тирозина;

∙участвует в переходе фолиевой кислоты в ТГФК;

∙является антиоксидантом.

Авитаминоз «С» проявляется цингой (гингивит, анемия, кровоточивость).

Обмен эластина.

Обмен эластина изучен недостаточно. Считается, что синтез эластина в виде проэластина происходит в основном в эмбриональном периоде. Распад эластина осуществляется ферментом нейтрофилов эластазой, который синтезируется в виде неактивной проэластазы.

Особенности состав и обмена соединительной ткани в детском возрасте.

∙Выше содержание протеогликанов;

∙Иное соотношение ГАГ: больше гиалуроновой кислоты, меньше хондроттинсульфатов и кератансульфатов;

∙Преобладает коллаген 3 типа, менее устойчивый и более быстро обменивающийся;

∙Более интенсивный обмен компонентов соединительной ткани.

Нарушения обмена соединительной ткани.

Возможны врождённые нарушения обмена гликозаминогликанов и протеогликанов – мукополисахаридозы. Вторую группу заболеваний соединительной ткани составляют коллагенозы, в частности, ревматизм. При коллагенозах наблюдается деструктция коллагена, одним из симптомов которой является гидроксипролинурия.

13.2. БИОХИМИЯ МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ Химический состав мышц: 80-82% составляет вода, 20% составляет сухой

остаток. 18% сухого остатка приходится на белки, остальная часть его представлена азотистыми небелковыми веществами, липидами, углеводами, минеральными веществами.

Белки мышц.

189

Белки головного мозга

Белки головного мозга различаются по растворимости. Выделяют водорастворимые (солерастворимые) белки нервной ткани, к которым относятся нейроальбумины, нейроглобулины, гистоны, нуклеопротеиды, фосфопротеиды, и водонерастворимые (соленерастворимые), к которым относятся нейроколлаген, нейроэластин, нейростромин.

Азотистые небелковые вещества

Небелковые азотсодержащие вещества мозга представлены аминокислотами, пуринами, мочевой кислотой, дипептидом карнозином, нейропептидами, нейромедиаторами. В большей концентрации содержатся аминокислоты глютамат и аспатрат, относящиеся к возбуждающим аминокислотам головного мозга.

Нейропептиды (нейроэнкефалины, нейроэндорфины) – это пептиды, обладающие морфиноподобным обезболивающим эффектом. Они являются иммуномодуляторами, выполняют нейромедиаторную функцию. Нейромедиаторы норадреналин и ацетилхолин являются биогенными аминами.

Липиды головного мозга

Липиды составляют 5% сырой массы серого вещества и 17% сырой массы белого вещества, соответственно 30 - 70% от сухой массы мозга. Липиды нервной ткани представлены:

∙свободными жирными кислотами (арахидоновая, цереброновая, нервоновая);

∙фосфолипидами (ацетальфосфатиды, сфингомиелины, холинфосфатиды, холестерин);

∙сфинголипидами (ганглиозиды, цереброзиды).

Распределение жиров в сером и белом веществе неравномерно. В сером веществе отмечается более низкое содержание холестерина, высокое содержание цереброзидов. В белом веществе выше доля холестерина и ганглиозидов.

Углеводы головного мозга

Углеводы содержатся в ткани мозга в очень низкой концентрации, что является следствием активного использования глюкозы в нервной ткани. Углеводы представлены глюкозой в концентрации 0,05%, метаболитами