бышевский-биохимия для врача

При понижении напряжения углекислоты крови (при увеличении щелочности) оксигемоглобин ведет себя как слабая кислота, которая, взаимодействуя с бикарбонатами, вытесняет углекислоту. Это способствует сдвигу pH в кислую сторону (компенсация избытка оснований. При росте напряжения углекислоты в крови (повышение кислотности) диссоциация гемоглобина по кислому пути ограничивается и связанные с ним основания, освобождаясь, взаимодействуют с углекислотой и образуют бикарбонаты. Основность крови при этом повыш а­ ется.

2. Оксигемоглобин как кислота в 70 раз сильнее, чем восстановленный гемоглобин. В связи с этим восстановленный гемоглобин, превращ аясь в легочных капиллярах в оксигемоглобин, диссоциирует как кислота, вытесняет углекислоту из бикарбонатов и связывает большое количество катионов. В капиллярах тканей оксигемоглобин, отдавая кислород, утрачивает отчасти способность связывать катионы. Высвободившиеся катионы вновь связываю т­ ся с углекислотой, образуя бикарбонаты. Благодаря этим маятникообразным превращениям гемоглобина нет заметной разницы между pH артериальной и венозной крови (отличия до 0,02).

Обратите внимание на роль натрия в этом процессе. В капиллярной сети тканей натрий связывает углекислоту и в виде карбоната транспортирует ее в легкие. Образующийся в легочных капиллярах оксигемоглобин благодаря более кислым свойствам отнимает натрий у бикарбоната, а углекислота высвобожда­ ется в альвеолярный воздух. Натрий вновь поступает в капилляры тканей, где цикл повторяется.

Фосфатный буфер представлен системой однозамещенный фосфорнокислый натрий-двузамещенный фосфорнокислый натрий. Механизм его функциони­ рования такой же, как и углекисло-бикарбонатного буфера, однако вклад в поддержание pH значительно выше. Существеннее его роль как регулятора pH

винтерстициальной жидкости и моче.

Ды хат ельны й аппарат занимает первое место по интенсивности удаления кислотных эквивалентов и точности реакции на их избыток. Изменения газового состава крови стимулируют дыхательный центр непосредственно и

рефлекторно (из области каротидных синусов). Рост концентрации ионов водорода возбуждает дыхательный центр, стимулируя вентиляцию. Ускоре­ ние вентиляции способствует более быстрому удалению углекислоты. Ско­ рость ее расщепления в легочных капиллярах обеспечивается карбоангидразой эритроцитов.

Внутриклеточный водный сегмент неоднороден по величинам pH. Клетки постоянно продуцируют кислые продукты, однако основная масса их нейтрализуется фосфатной буферной системой и белками в интерстициальной жидкости. pH здесь стабилизируется в пределах от 6,6 до 7,29 в разных секторах организма. Интерстициальная жидкость постоянно обменивается своими компонентами с циркулирующими жидкостями, обусловливая поступление кислых продуктов в кровоток, где pH стабилизируют рассмотренные выше системы в более жестких пределах (7,2-7,4).

5.6.3. Роль почек врегуляции параметров внеклеточной жидкости

Выделение воды и солей осуществляется не только почками, однако по производительности этот орган занимает первое место. Моча образуется в функциональных единицах почки — нефронах. В силу разности гидростати­ ческого давления в капиллярах клубочка и в полости боуменовой капсулы из плазмы в полость капсулы фильтруется вода и все растворенные в плазме низкомолекулярные соединения. Поэтому первичная моча по набору и концен­ трации низкомолекулярных соединений не отличается от плазмы. Избира­ тельная реабсорбция первичной мочи происходит в канальцах нефрона, где в клетках канальцевого эпителия есть специфические транспортные системы, обеспечивающие всасывание ряда веществ против градиента концентрации. Двуж ущ ая сила переноса — разница концентраций ионов натрия и калия, создаваемая N a+, К+-АТФ азой. По механизму симпорта или антипорта вместе с этими веществами перемещаются и другие. Так образуется конечная моча, существенно отличающаяся от плазмы по концентрации содержащихся в ней

веществ.

Объем фильтрующейся в клубочках первичной мочи составляет 180 л/сут. Следовательно, вся жидкость организма человека (около 45л) фильтруется четыре раза. Объем вторичной мочи колеблется от 1 до 2 л (в среднем 1,2 л) в сутки. Этим путем обеспечивается сохранение объема внеклеточной и, в первую очередь, внутрисосудистой жидкости, выделение конечных продуктов обмена и солей для выравнивания осмотического давления.

Осмотическое давление и объем внеклеточной жидкости контролируется гормонами, для которых орган-мишень — почки: вазопрессином и альдостероном, натрийуретическим гормоном и опосредованно ангиотензином.

Вазопрессин (антидиуретический гормон) секретируется окончаниями аксо­ нов в нейрогипофизе. Освобождение вазопрессина из секреторных гранул стимулирует импульсы, приходящие с осморецепторов гипоталамуса, которые возбуждаются при росте осмотического давления. В канальцевом эпителии нефрона вазопрессин активирует (через аденилатциклазную систему) гиалуронидазу, что ускоряет гидролиз гиалуроновой кислоты и увеличивает прони­ цаемость эпителия канальцев. В результате возрастает реабсорбция воды и конечная моча становится более концентрированной. Так обеспечивается задерж ка жидкости при повышении концентрации солей, связанном с избыточ­ ным их поступлением, водопотерей или с недостаточным поступлением воды через пищеварительный тракт. Задерж ка воды приводит к разбавлению солей в водных сегментах организма, снижению осмотического давления — исчезает раздраж итель осморецепторов.

Алъдостерон секретируют'надпочечники. Ускорение его секреции происхо­ дит при снижении концентрации натрия в крови (одновременно падает и концентрация ионов хлора). В клетках эпителия канальцев нефрона альдостерон взаимодействует со специфическим рецептором в ядре, стимулируя синтез рибосомальной РНК и мРНК. Это сопровождается ускорением актив­ ного транспорта ионов натрия из первичной мочи — задерж кой натрия. Накопление натрия в жидкостях ведет к росту осмотического давления, что стимулирует секрецию вазопрессина, увеличивающего задерж ку воды. Р е ­ зультат продолжающейся секреции альдостерона — рост объема внутрисосудистого, а затем и интерстициального водных секторов (т.е. внеклеточного) и накопление натрия.

Секреция альдостерона контролируется главным образом системой ренинангиотензин. Ренин — протеолитический фермент, образующийся в юкстагломерулярных клетках, которые являются рецепторами, реагирующими на растяж ение стенки артериол почечного клубочка. Снижение давления в артериолах (например, в результате падения кровяного давления, связанного

суменьшением объема крови) стимулирует секрецию ренина.

Ангиот ензиноген — гликопротеин, синтезирующийся в печени и секретируемый в кровь. Ренин гидролизует в молекуле ангиотензиногена одну пептидную связь, отщ епляя N -концевой пептид. Остаток молекулы — ангио­ тензин I — в свою очередь атакуется карбоксидипептидилпептидазой (нахо­ дится в плазматической мембране эндотелия кровеносных сосудов), которая отщепляет дипептид с С-конца. Остаток молекулы ангиотензина I представляет' собой ангиотензин II — самое сильное сосудосуживающее средство и активатор

секреции альдостерона.

Снижение давления в артериолах клубочка через ренин-ангиотен- зиновую систему обеспечивает рост кровяного давления и объема крови.

Сужение сосудов можно рассматривать как экстренную меру для нормализации упавшего кровяного давления, а задерж ку воды и натрия как средство восстановления объема циркулирующей жидкости. Когда этот эф ф ект достигается, ренин перестает выделяться, а ангиотензин II и альдостерон, поступившие в кровоток, разрушаются.

Если причиной снижения давления в артериолах клубочков были не общие нарушения кровобращения и не потери жидкости, а сужение приносящего сосуда, система ренин-ангиотензиноген-альдостерон приводит к росту давле­ ния сверх нормального, к гипертонии. Гипертонию, вызванную таким механиз­ мом, называют почечной.

Н ат рийурет ический гормон, секретируемый клетками предсердия (атри-

альный гормон), — пептид, усиливающий фильтрующую способность клубочка, что сопровождается увеличением объема мочи без изменения концентрации в ней натрия. Секрецию натрийуретического гормона стимулирует рост артери­ ального давления.

Кислотно-щ елочное состояние, поддерживаемое благодаря буферным сис­ темам крови, в значительной мере контролируется почками. Это происходит главным образом благодаря способности почек изменять содержание ионов водорода в моче (pH мочи может изменяться от 4,6 до 8,0, т.е. в предельно кислой моче концентрация ионов водорода может быть в 1 ООО раз выше, чем в предельно щелочной моче). Ионы водорода выделяются в составе недиссоциированных кислот или аммония.

Почки служ ат такж е поставщиками некоторого количества ионов бикарбо­ ната, образующегося в почечной ткани в результате окисления метаболитов кислородом. Продукт окисления — углекислота, которая распадается с обра­ зованием НСОд и Н+. Затем протон водорода выводится из клеток в канальцы нефрона, а основание — в кровь, в форме гидрокарбоната натрия.

5.6.4. Составные части мочи и изменения ее состава

Скорость образования мочи и ее состав зависят от диуреза, мышечной активности, пищеварения, погодных условий, эмоционального состояния и многих других факторов. В связи с этим предпочтительнее анализировать суточную порцию мочи.

Объем мочи за 24 ч колеблется от 600 до 2500 мл и в норме зависит преимущественно от количества поступившей в организм жидкости. П ревыш е­ ние верхнего предела — часто признак патологии.

Ц вет мочи определяется присутствующими в ней пигментами. Обычно это янтарный цвет. При стоянии моча темнеет в результате окисления уробилиногена. Необычно темный цвет говорит об избытке билирубина, порфиринов (в повышенном количестве) или гомогентизиновой кислоты. Окрашивание наблю­ дается при приеме некоторых лекарственных средств, пищевых красителей.

Осадки мочи образуются при ее стоянии, различают следующие: 1) хлопьевид­ ный — из нуклеопротеидов или мукопротеидов и эпителиальных клеток мочепо­ ловых путей; 2) из смеси фосфатов кальция и аммонийно-магниевого фосфата, если моча щелочная; 3) из оксалатов и уратов, растворяющихся при подкислении; 4) из кислой мочи — мочевая кислота.

Общ ая концентрация растворенных вещ еств отраж ает эффективность работы почек и учитывается по удельному весу (в норме от 1,008 до 1,012) или по осмомоляльной концентрации, значения которой изменяются от 50 до 1400 мосмоль/л.

pH мочи может варьировать от 4,6 до 8,0, чаще находится в пределах от 5,5 до 6,5. Кислый ее характер обусловлен присутствием серной кислоты (продукт обмена фосфопротеидов, фосфоглицеридов и нуклеиновых кислот). При исклю­ чительно растительной пище наблюдается выделение щелочной мочи.

Белки в норме выделяются в количестве (0,03 г/24 ч), не улавливаемом обычными лабораторными методами. Это констатируется как отсутствие белка или наличие его в следовых количествах. Увеличение наблюдается при повреждениях мочевыводящих путей или базальной мембраны нефрона.

Небелковые азотисты е вещ ества мочи следующие:

1.Мочевина выделяется в количестве от 333 до 583 ммоль/24 ч, процесс усиливается при ускоренном распаде белков (голодание, ожоги, травмы) и снижается при нарушении фильтрации плазмы в клубочках.

2.М очевая кисло.та — конечный продукт пуринового обмена (от 2,35 до 5,9 ммоль/24 ч). Содержание растет при избытке в пище нуклеиновых кислот, при заболеваниях, сопровождающихся усиленным распадом клеток или при повы­

шенном синтезе пуринов.

3.Креатинин выводится с интенсивностью, пропорциональной мышечной массе, поэтому его количество в суточной порции неодинаково у разных лиц. Отношение количества креатинина в моче (в мг) к массе тела (креатининовый коэффициент) менее вариабельно — 18-32 — у мужчин и 10-25 — у женщин.-

4.Креатин обнаруживается в моче у детей и подростков, а такж е беременных.

Креатинурия взрослых связана с нарушением превращения креатина в креатинин. Это происходит при заболеваниях мышц, переохлаждении тела, судо­ рожных состояниях (столбняк, паратиреопривная тетания).

5.Аминокислоты выделяются в нормальных условиях в количестве 0,29-5,35 ммоль азота/24 ч.. Среди них преобладают глицин, гистидин и аланин. Рост содержания наблюдается при нарушениях метаболизма аминокислот, при повреждениях транспортных систем, обеспечивающих реабсорбсорцию амино­ кислот в почечных канальцах, при ускоренном распаде белков.

6.Аммонийные соли в физиологических условиях выделяются в количестве от 30 до 60 ммоль/24 ч (аммиак аммонийных солей). Повышение наблюдается при развитии ацидоза, понижение при алкалозе и поражениях дистальных канальцев, где локализуется процесс аммониогенеза.

7.Гиппуровая кислота выделяется с мочой в количествах, пропорциональных количеству принятой пищи, обычно около 5,5 ммоль/24 ч.

8.Индикан, или индоксилсерная кислота, содержится в следовых количес­ твах, возрастающих при обильной мясной пище или развитии гнилостных процессов в кишечнике.

9.Азотистые пигменты, в частности уробилиноген, а такж е глюкурониды желчных кислот, билирубина, стероидных гормонов содержатся в моче в небольших количествах.

Безазотистые компоненты мочи:

-глюкоза и другие моносахариды в нормальной моче обычными лаборатор­ ными методами не обнаруживаются, хотя содержание глюкозы в суточной порции составляет от 0,3 до 1,1 ммоля. Исключение — алиментарная или эмоциональная глюкозурия;

-лактат и пируват выделяются с мочой в количестве до 1,1 и 0,11 ммоль/24

ч.Увеличение может наблюдаться при интенсивной мышечной работе или

гипоксии, а такж е при патологических состояниях (сахарный диабет, голодание

и др.);

- кетоновые тела выделяются с мочой в количестве 20-50 м г/24 ч и принятыми в лабораториях методами не обнаруживаются. Содержание увели­ чивается при голодании, сахарном диабете;

- минеральные соли: нормальная моча содержит натрия 174-222, калия — 6971, кальция — 4,02-4,99, неорганического фосфора — около 33 ммоль в сутки; изменения этих величин наблюдается при нарушениях водно-солевого и минерального обмена (гипофункция надпочечников, гиперальдостеронизм, ги­ повитаминоз Д, гипопаратиреоидизм).

Мочевые камни возникают как следствие выпадения в осадок некоторых нормальных трудно растворимых компонентов мочи (например, солей кальция и магния), чему способствует длительное защелачивание мочи в пузыре или лоханках при хронической бактериальной инфекции (микроорганизмы гидроли­ зуют мочевину, высвобождая аммиак — щелочной компонент). Избыточное выделение с мочой кальция способствует образованию камней, не зависимо от причин, вызвавших гиперкальциурию. Избыток в пище оксалата (шпинат, ре­ вень), образующего с кальцием нерастворимые соли, — одна из частых причин образования камней (оксалатные камни). То ж е характерно для оксалатурии при наследственном нарушении метаболизма глицина.

Р еж е камни состоят из органических соединений: при подагре — из мочевой кислоты, дефиците ксантиноксидазы — ксантина, при цистинурии — цистиновых камней (наблюдались у единичных больных).

5.7. Пищеварительный тракт

Пищеварительный тракт представляет собой единую систему, обеспечиваю­ щую переваривание и всасывание пищевых веществ, выведение и обратное всасывание продуктов метаболизма, а такж е транспорт веществ. Элементы этой системы — ротовая полость, желудок, кишечник, печень и внеш несекре­ торный отдел поджелудочной железы — экзопанкреас.

5.7.1. Полость рта

Слюна секретируется главным образом тремя парами желез. Клетки около­ ушной ж елезы продуцируют секрет серозного типа, клетки подчелюстной и подъязычной — более вязкий, содержащий муцин. Слюноотделение возникает рефлекторно, не находится под гормональным контролем. Ф ункция слюны — смачивание пищевой массы, способствующее глотанию, и инициация перевари­ вания полисахаридов содержащейся в слюне а-амилазой. Энзим состоит из одной полипептидной цепи, стабилизированной кальцием, оптимум pH 7,1, активатор— ионы хлора. По характеру действия фермент является эндоамилазой и атакует только а-1,4-гликозидные связи крахмала и кликогена. Продукты расщепления — а-лимитдекстрин, мальтоза и небольшое количество глюкозы. Эффективность энзима невелика из-за кратковременности нахождения пищи

вполости рта.

5.7.2.Желудочные секреты

Вжелудок взрослого открываются протоки 10-30 миллионов желудочных ж елез, образованных клетками трех типов: мукозными, главными и обкладоч-

ными (пограничными). Обкладочные клетки отсутствуют в пилорической и кардиальной частях желудка.

Главные клетки вырабатывают и секретируют пепсиноген, обкладочные секретируют 0,16 М раствор соляной кислоты и 0,07 М хлорида калия со следами других электролитов и небольшим количеством органических веществ. Здесь ж е вырабатывается внутренний фактор (гастромукопротеин). Таким образом, источник Н-ионов в желудочном соке — секрет обкладочных клеток, а не плазма, где концентрация Н-ионов в 1 млн раз ниже. Источником ж е иона хлора служит плазма, высвобождающая его в реакции:

NaCl + Н2С 03 --------- ►N aH C03 плазмы + НС1 сектерируемая.

Реакция протекает с потреблением энергии и катализируется, по-видимому, карбоангидразой.

Секрецию обкладочных клеток стимулируют гистамин и группа гастринов, вырабатываемых клетками пилорической и фундальной частей желудка. Гастрины представлены полипептидами с одинаковой С-тетрадекапептидной последовательностью. Образование гастрина угнетается секретином — гормо­ ном слизистой 12-перстной кишки. Гастрины стимулируют такж е продукцию глюкагона и инсулина.

Предполагается, что гастрины обеспечивают продукцию НС1 с помощью каскада превращений: 1) гастрин индуцирует образование гистидиндекарбоксилазы, катализирующей синтез гистамина из гистидина; 2) гистамин через аденилатциклазную систему активирует протеинкиназу; 3) протеинкиназа инициирует карбоангидразу, ускоряя ее фосфорилирование; 4) активирован­ ная карбоангидраза катализирует образование ионов водорода и их транспорт.

Поверхностные эпителиальные клетки желудка, главные клетки ф ундальных ж елез и ж елез пилорической и кардиальной частей ж елудка секретируют слизь, содержащую муцины. Их высокомолекулярные формы создают вязкость желудочного сока и защищают слизистую.

Переваривание белка обеспечивается в ж елудке двумя протеиназам — пепсином и гастриксином.

Пепсин образуется из пепсиногена, который активируется соляной кислотой и аутокаталитически. Эго происходит за счет отщепления с N-конца молекулы пепси­ ногена 42 аминокислотных остатков. Оптимум pH пепсина — 1,5-2,5, субстраты — нативные или денатурированные белки, в молекуле которых фермент разрывает внутренние пептидные связи, образованные карбоксильными группами аромати­ ческих аминокислот (фенилаланина, тирозина и триптофана).

Гаст риксин такж е продуцируется в виде неактивного предшественника, отличается оптимумом pH (около 3,3), гидролизует пептидные связи дикарбоновых аминокислот. Н аряду с пепсином позволяет организму адаптировать переваривание белка к кислотности, изменяющейся в зависимости от характе­ ра пищи. Эффект совместного действия пепсина и гастриксина — образование

липазу, дезоксирибонуклеазы и рибонуклеазы. Существенная составная часть секрета экзопанкреас — мукопротеины, гидрокарбонаты и другие ионы. Эти компоненты защищают слизистую тонкого кишечника и сохраняют кислотно­ щелочное состояние содержимого.

Ж елчь — секрет гепатоцитов — поступает в кишечник через общий желчный проток, поставляя сюда желчные кислоты, пигменты — продукты деградации порфиринов, холестерол, щелочную ф осф атазу и протеиназу — активатор киназогена, предшественника энтеропептидазы (энтерокиназы).

Белки и полипепт иды, поступающие в кишечник из ж елудка, подвергаются атаке всех протеаз после ощелачивания пищевой кашицы кишечным соком, pH которого близок к нейтральному или слабощелочному значению.

Трипсин атакует внутренние пептидные связи, образованные главным образом карбоксильными группами лизина и аргинина, и менее активно — связи, образованные изолейцином.

Химотрипсин наиболее активно атакует связи тирозина, фенилаланина и триптофана.

Эластаза гидролизует пептидные связи пролина.

Карбоксипептидаза А отщепляет от полипептидов С-концевые аминокисло­ ты, а карбоксипептидаза В — С-концевые остатки лизина и аргинина.

Аминополипептидаза отщепляет N -концевые аминокислоты. Дипептидазы гидролизуют дипептиды.

Совокупность протеаз кишечника может обеспечить достаточную глубину гидролиза белков, даж е при отсутствии желудочного переваривания.

РНК и ДНК гидролизуются панкреатическими РНКазами и ДНКазами (при участии кишечной фосфоэстеразы и фосфатазы) до мононуклеотидов, которые подвергаются действию кишечных нуклеотидаз и нуклеозидаз, что приводит к высвобождению азотистых оснований и пентозы. Всасываются нуклеозиды, азотистые основания, пентозы и неорганический фосфат.

Л ипиды эмульгируются при участии желчных кислот, свободных жирных кислот, которые присутствуют в некотором количестве в пищевых жирах, а такж е образуются под действием желудочной триглицеридлипазы. Необходи­ мое условие образования достаточно тонкой и стабильной эмульсии — слабо­ щелочная среда, создаваемая кишечным, панкреатическим соком и желчью.

Триглицериды гидролизует панкреатическая липаза, поступающая в киш еч­ ник в виде неактивного предшественника, активацию которого обеспечивает колипаза — полипептид, образующий комплекс с неактивной липазой. Опти­ мум pH неактивной липазы — 9,0, а после образования комплекса с колипазой

— около 7,0-6,0.

Гидролиз эфиров жирных кислот с короткой цепью осуществляют эстеразы панкреатического сока. Их активатор — желчные кислоты.

Гидролиз фосфатидилхолина с образованием лизофосфатида катализирует фосфолипаза А2Профосфолипазу А2 активирует трипсин. Лизофосфатид — хороший эмульгатор липидов.

Фосфолипазы С и Д завершают гидролиз фосфоглицеридов, а лизофосфолипаза устраняет лизофосфатиды, отличающиеся токсичностью.

К онт роль переваривания. Слизистая тонкого кишечника продуцирует ряд факторов, контролирующих переваривание и продвижение пищевой кашицы по кишечнику:

1.Энтерогастрон — полипептид, вырабатывающийся клетками слизистой 12перстной кишки при поступлении в нее пищевой кашицы. Мишень — клетки слизистой ж елудка, где гормон тормозит секрецию соляной кислоты и пепсиногена.

2.Секретин — полипептид, продуцируемый слизистой кишечника. Стимули­ рует выделение жидкого компонента панкреатического сока, богатого водой и

гидрокарбонатами, а такж е продукцию желчи гепатоцитами.

3. Холецистокинин — полипептид, вырабатываемый клетками слизистой тонкого кишечника. Стимулирует выделение панкреатического сока, обогащен­ ного ферментами, выброс желчи в 12-перстную кишку, вызы вая сокращения желчного пузыря. Усиливает перистальтику кишечника, выделение инсулина

поджелудочной железой, сокращение желудка и пилорического сфинктера и секрецию брунеровских желез.

4.Химоденин секретируется клетками слизистой кишечника, стимулирует выделение панкреатического сока, обогащенного химотрипсиногеном.

5.Энтерокинин продуцируется слизистой кишечника, стимулирует секре­ цию ж елез кишечника.

6.Вилликинин — продукт клеток слизистой кишечника. Стимулирует движе­ ние ворсинок кишечника — продвижение пищевой кашицы.

7.Панкреатический полипептид синтезируется в Ғ -клетках панкреас. У ве­ личивает секрецию желудочных и панкреатических ферментов, расслабля­ ет желчный пузырь и уменьшает перистальтику кишечника.

8.Вазоактивный кишечный пептид, продуцируемый слизистой кишечника.

Тормозит секрецию соляной кислоты (снимает эф ф ект гастрина или гистами­ на) и вызывает расслабление мышц желудка, повышает секрецию воды поджелудочной железой и усиливает ток желчи.

6. Обмен веществ — единый процесс

Центральное место в определении понятия «живой организм» занимает способность к обмену веществ и энергии. Обмен вещ еств склады вается из химических превращ ений разнообразных по природе соединений. П ри всем разнообразии этих превращ ений можно назвать интегрирующ ие стратегичес­ кие цели метаболизма: генерация энергии и восстановительных эквивалентов, а такж е образование строительных блоков для биосинтеза.

Генерация энергии. Независимо от характера вовлекающегося в обменные процессы химического соединения высвобождение заключенной в его хими­ ческих связях энергии осущ ествляется главным образом путем их окислитель­ но-восстановительного распада. Объединяющий момент — наличие единой для всех соединений структуры, обеспечивающей постепенное высвобождение энергии. Такая система — цепь дыхательных ферментов и конечный акцептор водорода (молекулярный кислород), который доставляется с помощью единого для всех случаев механизма (транспорт в форме оксигемоглобина). И нтегри­ рующим моментом является и то, что энергия, высвобождаемая при переносе протонов и электронов по дыхательной цепи, запасается путем синтеза универсального макроэргического соединения (или группы родственных со­ единений).

Р еж е энергия генерируется путем внутримолекулярной перестройки, веду­ щей к возникновению макроэргической связи. Этот путь генерации такж е интегрирует обмен всех видов молекул, так как во всех случаях акцепторы макроэргической связи — сходные соединения — дифосфорные эф иры нуклеозидов.

Генерация восстановительны х эквивалентов. В большинстве процессов биосинтеза имеется необходимость превращ ения предш ественника в более восстановленный продукт. Поставщиком высокоэнергетических электронов, необходимых для реакций восстановления, служ ит в большинстве случаев НАДФ • Н„ (например, реакции гидроксилирования, реакции, обратные р~ окислению). В этом случае интегрирующ ий момент — использование для разных путей метаболизма единого донатора водорода, образующегося в единственном, объединяющем все биосинтезы процессе — пентозофосфатном пути превращ ения углеводов.

Образование строи тельн ы х блоков для биосинтеза. Те процессы, в ходе которых образуются макроэргические соединения и НАДФ • Н2 — одновремен­ но и продуценты строительных блоков для биосинтезов. Так, образую щ ийся при гликолизе дигидроксил-ацетонфосфат превращ ается в скелет ф осф ати - дилхолина и других фосфатидилглицеридов. Ф осфоенолпируват участвует в построении углеродного скелета ароматических аминокислот, ацетил-КоА (общий промежуточный продукт превращ ения глюкозы, липидов и ряда аминокислот) служ ит поставщиком остатка ацетила для синтеза ж ирны х кислот и многих других соединений. Сукцинил-КоА — метаболит ЦТК, который мож ет происходить из глюкозы, липидов и аминокислот, — один из предшественников порфиринов и других соединений. Согласно сказанному; строительные блоки возникают как промежуточные продукты процессов катаболизма, ведущ их к высвобождению и запасанию энергии. Следовательно, генерация энергии восстановительных потенциалов и строительных блоков интегрирована в единый многофункциональный процесс.

Итак, обмен химического соединения, независимо от его структуры, подчи­ няется стратегическим целям метаболизма. Достижение цели обеспечивается в каждом случае принципиально сходной тактикой.

Этим не исчерпывается единство метаболизма, можно назвать еще целый ряд интегральных признаков.

Общие механизмы регуляции обменных процессов. Скорость превращений в большей части метаболических путей зависит от концентрации и активности определенных ферментов, в особенности от ферментов, катализирую щ их необратимые реакции. Практически в каждом метаболическом пути имеется такая реакция, от скорости которой зависит скорость всего пути (лимитирую­ щ ая реакция). Соответственно существует и фермент, катализирую щ ий лими­ тирующую реакцию. Этот фермент, рассматриваемый как ключевой фермент пути, — объект регулирования скорости метаболического пути. Такие фермен­ ты практически всегда регулируются аллостерически. Их активность ограни­ чивается ростом концентрации одного из конечных продуктов реакции, чащ е одного из стратегических продуктов. Так, фосфофруктокиназа в процессе гликолиза угнетается при накоплении АТФ или цитрата и активируется при накоплении АДФ. Накопление АДФ — сигнал дефицита АТФ. Аналогичный пример — накопление ацетил-КоА -карбоксилазы при синтезе ж ирных кислот.

Активность и количество ферментов контролируются гормонами с помощью универсальных механизмов. Включение происходит при образовании ком­ плекса рецептор-гормон ковалентной модификации ферментов (фосфорили­ рование, которое в одних случаях повышает, в других — снижает активность фермента). Тот ж е комплекс обеспечивает наработку матриц для репродукции фермента.

Активность ферментов определяется доступностью кофакторов, в частности витаминов. Дефицит кофактора сказывается преимущественно на состоянии одного метаболического пути, однако повреждаются одновременно и другие.

Так, дефицит ТДФ (коферментной формы витамина Bj) лимитирует реакции окислительного декарбоксилирования а-кетокислот (пирувата и а-кетоглута- рата). Создаются «узкие места» в превращении глюкозы, липидов и аминокис­ лот, тормозится транскетолазная реакция пентозо-фосфатного шунта, созда­ ются дополнительные ограничения, связанные с дефицитом восстановитель­ ных эквивалентов для биосинтетических реакций.

Общие метаболиты — продукты, на уровне которых пересекаются метабо­ лические пути, — важные точки интеграции обменных процессов.

Вспомним важнейшие из них.

Глюкозо-6-фосфат — образуется из глюкозы или гликогена, соединяя эти

Таким образом, Глюкозо-6-фосфат — промежуточный продукт превращ е­ ния глюкозы — связывает между собой следующие процессы: запасания энергетического материала (синтез гликогена), использования запасного энер­ гетического материала (гликогенолиз), процессы, обеспечивающие организм восстановительным эквивалентом и структурными блоками (ПФП) и являю ­ щиеся основным источником энергии (гликолиз, аэробный распад).

Пируват — продукт, который можно рассматривать как результат гликоли­ за и одновременно соединением, образующимся в ходе превращений липидов (глицерола), а такж е аланина.

Пируват может обратимо превращаться в лактат и аланин, а такж е в оксалоацетат, обеспечивая в последнем случае возможность глюконеогенеза. Необратимо превращаясь в ацетил-КоА, пируват открывает путь глюкозе, глицеролу и аланину в ЦТК.

Ацетил-КоА — узловой метаболит, образующийся из пирувата в результате превращений глюкозы, глицерола, аланина или из жирных кислот, — вовле­ кает все эти соединения в ЦТК и процесс, ведущий к синтезу ацетоновых тел, а при экспорте в цитозоль в виде цитрата используется для синтеза ж ирных кислот.

Метаболизм интегрирован общностью стратегической цели — гене­