Мускулна структура. Основните компоненти на контрактилните системи. Мускулите съставляват около половината от общата маса
тела.
Основната динамична функция на мускулите е да осигуряват
мобилност чрез свиване и последващи
релаксация. Мускулната клетка се състои от
отделни влакна. Клетката съдържа миофибрили
– организирани снопове от протеини, разположени
покрай клетката. Миофибрилите са направени от
нишки - протеинови нишки от два вида - дебели
и тънки нишки. Основният протеин на мазнините
нишките са миозин, тънките нишки са актин.
Функционалната единица на миофибрилата е саркомерът,
зона на миофибрила между две Z плочи.

Мускулна структура. Основните компоненти на контрактилните системи.

Саркомерът включва сноп от миозинови нишки,
снопове, прикрепени към М-плочата (М-линия) в средата
актинови нишки са прикрепени към Z-плочата.
Мускулната контракция е резултат от съкращаването на всеки
саркомер, чрез избутване на актинови нишки между тях
миозин по посока на М-линията. Максимум
скъсяване се постига, когато Z-плочите
подход близо до краищата на нишките на малкия пръст.
З
М
З

Редукционен механизъм

Миозин - протеин от миозинови нишки, съдържащ две
еднакви вериги, усукани заедно, N краища
имат кълбовидна форма, образувайки молекулни глави.
Тези глави имат висок афинитет към АТФ и
имат каталитична активност -
катализира разграждането на АТФ.
Актинът в тънките нишки е свързан с протеин
тропонин, който има Ca++-свързване
центрове. Актинът е място, което се свързва с миозина.
Мускулната контракция се причинява от потенциал за действие
нервно влакно и възниква поради енергията на АТФ.
Потенциалът на действие предизвиква притока на Ca++ от
ретикулум в цитозола на клетката.

Механизъм на мускулна контракция

Ca++
А
A. Ca++ се свързва с тропонина
актинови нишки и актиновият център се отваря
свързване с миозин; Миозин, свързан с АТФ
б
B. Свързване на актин и миозин
нишки и центърът на ATPase се активира
миозин, миозиновата глава катализира
АТФ хидролиза;
IN
B. ADP и P напускат миозиновата глава, това
води до изменение на неговата конформация и то
обръща се към ред М, носещ
промоция и актин. Случва се
намаляване.
Ж
D. Нова молекула се свързва с миозина
ATP и връзката между нишките е нарушена.
Стотици миозинови молекули работят
едновременно насърчаване на актинова нишка

Мускулна контракция. Условия.

Силата на свиване зависи от количеството миозин
глави, включени в работата, и следователно от
брой ATP молекули.
Мускулът в покой е еластичен. Миозинова глава
свързан с АТФ.
Контрахираният мускул е нееластичен и напрегнат.
Разтягането се предотвратява от връзката между актин и
миозин.
Ригидност възниква, когато има силно намаляване на
Концентрации на АТФ (състояния на хипоксия). В тези
условия, голям брой миозинови глави
остава свързан с актина, т.к за излизане
Това състояние изисква добавяне на АТФ към
миозин.

Източници на енергия (АТФ) за мускулна контракция.

Мускул, работещ с максимална активност, консумира
енергия е стотици пъти по-голяма от тази в покой, а преходът от
от почивка към работа става за част от секундата. Поради това
мускулите, за разлика от други органи, изискват механизми
промени в скоростта на синтеза на АТФ в много широк диапазон
(с изключение на сърдечния мускул).
Общото съдържание на АТФ в мускулите е достатъчно само за 1 секунда работа.
1-ви етап на генериране на енергия:
В момента на тренировка мускулите изпитват дефицит
O2 и следователно ограничаване на тъканното дишане и
окислително фосфорилиране. Източникът на АТФ в
моментът на активиране е креатин фосфат.
Това е най-бързият начин за генериране на енергия.
Съдържанието на креатин фосфат в мускулите е 3-8 пъти
повече от ATP, това количество осигурява работа в
за 3-5 секунди.

Източници на енергия за мускулна контракция

Креатин фосфатът се образува от креатин и АТФ. Креатин трипептидът се синтезира в черния дроб от глицин.
аргинин и метионин.
Креатин R + ADP
креатин +АТР
Реакцията се катализира от креатин киназа
Креатин фосфат, неизползван, неензимен
се превръща в креатинин
Етап 2 на генериране на енергия: активиран е друг механизъм:
Аденилат киназна реакция: ADP+ADP
ATP+AMP
Етап 3 на генериране на енергия: мобилизацията се ускорява
гликоген, анаеробната гликолиза се ускорява и AMP
е активатор на фосфофруктокиназата
гликолиза. Субстратно фосфорилиране.
Етап 4: аеробно окисление на въглехидратите, с продължително
работни мазнини. Окислително фосфорилиране.
Сърдечният мускул е аеробен. IVF (70%).въглехидрати, PC

Креатин, креатинин. Диагностична стойност.

норма
Черен дроб
Gli
Арг
мускулна дистрофия
Мускули
Мускули
креатин
креатин
Мет
гли
арг
Креатин Р
Креатинин
урина
Дневната екскреция на креатинин е постоянна величина – директно
пропорционална на масата.
В урината няма креатин
Черен дроб
Черен дроб
Мускули
Мускули
креатин
креатин
Креатин Р
мет
креатин
Креатинин
урина (креатинурия) урина
Креатинът не се фосфорилира в мускулите,
кръвните нива се повишават. Креатинин в
не се реабсорбира от бъбреците, така че
количеството в урината отразява количеството
гломерулна филтрация.

Функционална биохимия на черния дроб

Черният дроб заема централно място в метаболизма
вещества, което се определя от оригиналността
топография и кръвоснабдяване
Черният дроб е "алтруистичен" орган. От една страна, в
черният дроб синтезира необходимите вещества за
други органи - протеини, фосфолипиди, карнитин,
креатин, кетонови тела, холестерол, глюкоза. СЪС
от друга страна, осигурява защита на органите от
токсични вещества, образувани в тях,
чужди съединения и микроорганизми.
Черният дроб изпълнява следните биохимични функции:
1. метаболитни и хомеостатични;
2. жлъчно-отделителни
3. депониране (депо на мастноразтворими витамини);
4. неутрализиращо - детоксикиращо

Метаболитна и хомеостатична функция

Изпълнението на тази функция се дължи на участието
черен дроб в метаболизма на въглехидрати, липиди, протеини,
пигментна обмяна, хемостаза.
Черният дроб осигурява синтеза и влизането в
кръвта на необходимите съединения, техните
трансформация, неутрализиране, елиминиране,
осигуряване на хомеостаза.
Ролята на черния дроб в метаболизма на въглехидратите:
В черния дроб глюкозата се метаболизира по всички пътища: синтез и мобилизация на гликоген, PPP, глюконеогенеза.
Ролята на черния дроб в метаболизма на въглехидратите е основна
завой в осигуряване на нормогликемия, поради
орган-специфичен ензим -
глюкозо-6-фосфатаза.

Ролята на черния дроб в липидния метаболизъм

Черният дроб участва във всички етапи на липидния метаболизъм, включително
смилане и усвояване на хидрофобни продукти
храносмилане (жлъчката е секрет на черния дроб).
По време на периода на усвояване, синтезът на IVF се ускорява в черния дроб,
които се използват за синтеза на TAG и PL. Флорида,
синтезирани в черния дроб (и за износ) са необходими на всички
тъкани, предимно за изграждане на мембрани.
По време на гладуване – бета-окисление; за окисление
Необходим е карнитин, който се синтезира в черния дроб.
По време на гладуване в черния дроб се образуват кетонови тела,
използвани като източник на екстрахепатални
тъкани.
Синтезът на холестерола и неговото преразпределение между
тела поради образуването на транспортни форми -
VLDL и HDL. Образуване от жлъчен холестерол
киселини

Ролята на черния дроб в протеиновия метаболизъм.

Около половината от протеините на тялото се синтезират в черния дроб, както за
собствени нужди и секретирани:
- Белтъци на кръвната плазма - глобулини и всички албумини;
- Фактори на кръвосъсирването – зависими от фибриноген и витамин К,
фактори на системата за фибринолиза;
- група транспортни протеини – церулоплазмин (Cu++)
хаптоглобин, трансферин, депо на желязо – феритин;
- LP апопротеини;
- острофазови белтъци – “С”-реактивен, α1-антитрипсин, α2макроглобулин (за възпаление)
- -креатин.
- синтез на неесенциални аминокиселини;
- небелтъчни азотни съединения – азотни основи,
порфирини, урея, пикочна киселина
- В това отношение е активна обмяната на аминокиселините, активни са ензимите
трансаминиране – ALT и AST, дезаминиране –
глутамат дехидрогеназа.
Проявява се нарушение на функцията за синтез на протеини
промени в протеиновото съотношение - диспротеинемия.
Участие на черния дроб в метаболизма на пигмента - в образуването
глюкурониди и тяхната екскреция.

Образуване на жлъчка и екскреторна функция.

Черният дроб произвежда жлъчни киселини от холестерол
под действието на ензима 7α-холестерол хидроксилаза.
Ензимната активност се намалява от жлъчните киселини.
Около 600 mg на ден, ето основните киселини -
холовата и дезоксихолевата киселина са конюгирани с таурин и
гликокол, образувайки таурогликохолни киселини.
Екскреция на жлъчни киселини основен път на екскреция
холестерол
Отделителната функция е свързана със структурата на черния дроб. U
на всеки хепатоцит едната страна е обърната към жлъчката
канал, другият към кръвоносния капиляр.
От черния дроб различни вещества от ендо- и екзо-произход се екскретират с жлъчката
червата или чрез кръвта през бъбреците. Нарушение на това
функции засяга липидния метаболизъм, натрупване в
тялото на токсични продукти.

Детоксикираща функция на черния дроб.

В тялото, в процеса на живот, те се образуват
токсични метаболити като собствени съединения,
и извънземни - ксенобиотици. Тези връзки могат
да бъдат хидрофилни и хидрофобни.
Пример за неутрализиране на токсични продукти е
синтез на урея.
Хидрофобен, способен да се отлага в клетките и
влияят неблагоприятно върху структурата и метаболизма в
клетка, те трябва да бъдат инактивирани.
Черният дроб е уникален орган, който съдържа механизми
неутрализиране (инактивиране, детоксикация) на такива
връзки. Механизмът на инактивиране на такива съединения
построени по обща схема.
Инактивирането може да се състои от два етапа:
модификации и спрежения.

Етап на химическа модификация

Етапът на химична модификация осигурява
повишаване на хидрофилността на веществото и се изисква
за всички хидрофобни съединения.
Осигурява се повишена хидрофилност
множество реакции -
хидроксилиране, окисление,
редукция, хидролиза. В повечето случаи
етапът започва с реакцията на хидроксилиране
ензими на мембраните на гладкия ретикулум на клетките -
монооксигенази. Процесът се нарича
микрозомално окисление.
Монооксигеназите са представени като
електрон транспортна верига, централен ензим -
хемепротеин - цитохром Р450 има два центъра
свързване - с окисленото вещество и О2. И
има широка субстратна специфичност.
Източникът на водород е NADPH PPP

Микрозомално окисление

O2
2H+ê
NADPH+
FAD(FMN) редуктаза
ê
ê
цитохром
P450
Fe+2
2Н+
SH
SOH
Fe+3
H2O
Има около 1000 цитохромни изоформи с различна специфика
Цитохром P450 включва един кислороден атом в субстрата
(хидроксилати), другият се редуцира във вода.
Появата на хидрофилни свойства в субстрата определя
възможност за 2 етапа на дезактивиране

Етап на конюгация

Конюгация с хидрофилни молекули:
UDP-глюкуронова киселина,
фосфоаденозин фосфосулфат (FAPS) и др.
Примери: образуване на билирубин глюкуронид,
неутрализиране на продуктите от разпадане на стомашно-чревни протеини.
Реакциите се катализират от трансферази.
Конюгацията намалява реактивността
вещества - повишава се тяхната токсичност
хидрофилност, което означава отделяне от тялото.
Не всички вещества претърпяват тези две инактивации
зависи от структурата (от степента на хидрофилност
токсично вещество).

Показатели за чернодробна дисфункция

При различни чернодробни заболявания всичките му функции са нарушени
или някои. Индикатори за тези нарушения са промените
кръвни нива на съединения или ензимна активност
идващи от черния дроб.
Има редица тестове, наречени функционални тестове.
чернодробни изследвания:
Определяне на ензимната активност ALT, AST
(коефициент на de Ritisse), фракционно съотношение
протеини – за идентифициране на диспротеинемия – седимент
тимол, тестове на Велтман; Определение
съдържание на фибриноген; протромбин
Определяне на билирубин и неговите видове;
Определяне съдържанието на урея;
Определяне на съотношението на холестерола и липидите
Определяне на активността на ензимите гамаглутамил транспептидаза; алкална фосфатаза
(холестаза);

ФУНКЦИОНАЛНА БИОХИМИЯ
За да изпълнява всички необходими жизнени функции, човешкото тяло съдържа повече от 200 вида специализирани клетки. Комплекс от морфологично подобни клетки, изпълняващи специфични функции, се нарича тъкан. Тъканите са морфологично оформени в органи – образувания със специфични функции в сложна биологична система, каквато е организмът.

Функционалната биохимия изяснява връзките между структурата на химичните съединения и процесите на техните взаимни промени, от една страна, и функцията на субклетъчните частици, специализирани клетки, тъкани или органи, които включват споменатите вещества, от друга.

Молекулярните дефекти водят до биохимични промени, които клинично се проявяват като заболявания, при които се променят нормалните биохимични параметри с диагностична стойност. Познаването на основната биохимия на естествените жизнени процеси на отделните органи е необходимо на лекаря, за да идентифицира нарушенията на химичните процеси с последващото им елиминиране или коригиране.

БИОХИМИЯ НА ЧЕРНИЯ ДРОБ

Черен дроб- централната биохимична лаборатория на тялото, в която се извършват различни метаболитни трансформации на вещества. Той също така участва във всички метаболитни процеси, протичащи в периферните тъкани. Химичен състав на черния дроб: вода - 70%, протеини - 12-24, липиди - 2-6, въглехидрати - 2-8, холестерол - 0,3-0,5, желязо - 0,02% и други минерали. При възрастен здрав човек теглото на черния дроб е средно 1-1,5 kg. Клетъчен състав на черния дроб:

1) хепатоцити - 80%, разположени в два слоя и в контакт с жлъчката от едната страна и с кръвта от другата;

2) ендотелни клетки - 15%;

3) клетки на съединителната тъкан - 5%.

Особеността на кръвоснабдяването на черния дроб е, че смесена кръв (венозно-артериална) циркулира в него чрез синусоиди (разширени капиляри). 70-80% от общия обем на кръвта навлиза през порталната вена (венозна кръв) от червата и заедно с тази кръв пристигат продуктите на разграждане на протеини, липиди, полизахариди и нуклеинови киселини: глюкоза, аминокиселини, азотни основи , хиломикрони и др. 30% от кръвта се доставя в черния дроб чрез чернодробната артерия (артериална кръв), а заедно с нея се доставят метаболитите на периферните тъкани и органи: аланин, лактат, глутамин, HDL (зрял), глицерол, кислород под формата на калиевата сол на оксихемоглобина и др. Чернодробната вена го пренася от черния дроб в общия кръвен поток глюкоза, аминокиселини, протеини на кръвната плазма, ензими, кетонови тела, VLDL, HDL прекурсори, урея и редица други вещества.

Функциите на черния дроб са многобройни и сложни, но най-важните от тях са биосинтетична, регулаторно-хомеостатична, хемостатична, уреообразуваща и жлъчкообразуваща, екскреторна, катаболна и детоксикираща.

Най-важната функция на черния дроб е биосинтетичната. В черния дроб се синтезират следните вещества: кетонови тела, глюкоза, холестерол, холестеролни естери, плазмени протеини, протеини на коагулационните и антикоагулационните системи, неесенциални аминокиселини, IVH, PL, TAG (2-ри ресинтез), VLDL, HDL прекурсори, биологично активни пептиди, ензими за глюконеогенеза, ензими от орнитиновия цикъл, LCAT, хем, холин, креатин.

Някои от образуваните в черния дроб метаболити (глюкоза, холестерол, кетонови тела, плазмени протеини и др.) се транспортират по-нататък в клетките на други органи и тъкани (т.е. „за износ“), където се използват за енергийни и структурни цели. , а някои се отлагат на склад (например гликоген, желязо, мастноразтворими витамини) или се отделят от тялото, ако не се използват. Една от функциите на черния дроб е отделителната. Черният дроб отделя холестерол, жлъчни киселини, жлъчни пигменти, желязо и други вещества в лумена на стомашно-чревния тракт. За поддържане на постоянството на вътрешната среда на организма (хомеостатична функция) ролята на черния дроб е уникална, тъй като той е център на регулиране на основните метаболитни пътища: протеини, въглехидрати, липиди, нуклеинови киселини и нуклеотиди, витамини, вода и електролити.

Характеристики на метаболизма на аминокиселини, протеини и други азотсъдържащи вещества в черния дроб

Черният дроб играе централна роля в поддържането на азотния баланс в организма, тъй като регулира процесите на усвояване на азотните вещества и освобождаването на техните метаболити от организма. Основните анаболни и катаболни процеси на аминокиселините (трансаминиране, дезаминиране, декарбоксилиране) протичат в черния дроб. Само в черния дроб се синтезират протеини на коагулационната система (протромбин, фибриноген, проконвертин, проакселерин) и антикоагулационната система (с изключение на плазминогена). Черен дроб, церулоплазмин, трансферин, ангиотензиноген. Чрез кръвта черният дроб осигурява на други органи балансирана смес от есенциални и неесенциални аминокиселини, необходими за биосинтезата на техните собствени протеини. Черният дроб синтезира много азотсъдържащи вещества от непротеинов характер (креатин, холин, пикочна киселина, индикан, хем и др.), Биологично активни пептиди (глутатион, карнозин, ансерин), както и биосинтезата и разграждането на пурин и пиримидин срещат се и азотни основи. Само в черния дроб се образува урея - основният начин за неутрализиране на амоняка в организма.

Характеристики на въглехидратния метаболизъм в черния дроб

В черния дроб протичат следните метаболитни процеси на въглехидратния метаболизъм: биосинтеза и разграждане на гликоген, необходими за поддържане на постоянна концентрация на глюкоза в кръвта: глюконеогенеза, аеробна гликолиза, пентозофосфатен път, метаболизъм на фруктоза и галактоза, цикъл на Кори, преобразуване на глюкоза в IVH, биосинтеза на хетерополизахариди. Черният дроб е основният орган, доставящ свободна глюкоза в кръвта, тъй като чернодробните хепатоцити съдържат ензима глюкозо-6-фосфатаза, който разгражда глюкозо-6-фосфата до свободна глюкоза.

Характеристики на липидния метаболизъм в черния дроб

Липидният метаболизъм в черния дроб протича най-интензивно по следните метаболитни пътища:

1) β - окисление на IVFA;

2) разпадане на TAG, FL, холестерол, зрял HDL;

3) биосинтеза на транспортни форми на липиди (VLDL, HDL прекурсори);

4) биосинтеза на специфични IVH, TAG, PL, холестерол, холестерил естери, кетонови тела (ацетил-CoA → CH 3 COCH 2 COOH и

CH3-CHOH-CH2COOH).

Черният дроб участва в поддържането на постоянно ниво на мастни киселини в кръвта; ако броят им се увеличи, черният дроб ги абсорбира и ги превръща в TAG, PL, ECS, VLDL. Намаляването на биосинтезата на фосфолипиди и намаляването на образуването на VLDL води до увеличаване на биосинтезата на TAG и тяхното натрупване в хепатоцитите, което е придружено от мастна дегенерация на черния дроб. Кетонните тела (ацетоацетат, ацетон, β-хидроксибутират) се синтезират само в чернодробните хепатоцити от ацетил-CoA по време на така наречения β-хидрокси-β-метилглутарил-CoA път. По време на гладуване, с намалено съдържание на въглехидрати в храната и захарен диабет, скоростта на синтез на кетонни тела (кетогенеза) се увеличава. От черния дроб кетоновите тела се транспортират от кръвния поток до периферните тъкани и органи (мускули, бъбреци, мозък и др.), където се превръщат в ацетил-КоА и осигуряват енергия в цикъла на лимонената киселина и CPE. Черният дроб играе важна роля в метаболизма на стероидите, по-специално на холестерола (C). Общият път на холестерола в черния дроб е:

1. холестерол, синтезиран наново в черния дроб от ацетил-КоА (ендогенен холестерол);

2. CS, образуван от холестеролови естери;

3. Холестеролът влиза в артериалната кръв като част от зрелия HDL;

4. CS, образуван от разградени форми на CM и VLDL.

В черния дроб холестеролът (80%) се използва за образуването на първични жлъчни киселини (холева и хенодеоксихолева), за изграждането на биомембрани на хепатоцитите, за образуването на VLDL и HDL прекурсори и синтеза на холестеролови естери.

В допълнение към многобройните функции в междинния метаболизъм, черният дроб играе важна роля в храносмилането, тъй като произвежда жлъчка.

Жлъчкапредставлява жълтеникаво-кафяв течен секрет, който се състои от вода (97%), свободни и конюгирани жлъчни киселини и соли (1%), билирубин и холестерол, минерални соли, фосфолипиди, IVH.

Има чернодробна жлъчка и кистозна жлъчка, в която се образуват прости мицели, състоящи се от фосфолипиди, холестерол и жлъчни киселини (2,5: 1: 12,5). Водонеразтворимият холестерол се задържа в жлъчката в разтворено състояние поради наличието на жлъчни соли и фосфатидилхолин. Когато има липса на жлъчни киселини в жлъчката, холестеролът се утаява, насърчавайки образуването на камъни. Ако образуването на жлъчка или изтичането на жлъчката е нарушено, храносмилането на липидите в стомашно-чревния тракт се нарушава, което води до стеаторея.

Черният дроб играе важна роля в детоксикацията на чужди вещества или ксенобиотици. Това е от съществено значение за запазване живота на организма. Чуждите вещества влизат в тялото с храна, през кожата или с вдишвания въздух и могат да бъдат продукти от стопанската дейност на човека, домакински химикали, лекарства, етанол. В черния дроб се инактивират и токсичните метаболити на разграждането на азотсъдържащи вещества: билирубин, продукти на разпадане на аминокиселини, биогенни амини, амоняк, хормони.

Хидрофилните ксенобиотици се екскретират с урината. За премахване на хидрофобни вещества в процеса на еволюция са разработени механизми, представляващи две фази на детоксикация: модификация и конюгация. Възможни модификации: хидроксилиране (RH→ROH), сулфоксидиране (R-S-R′→R-SO-R′), окислително дезаминиране (RNH 2 →R=O+NH 3) и др.

В черния дроб микрозомалното окисление (монооксигеназна система), което е отговорно за неутрализирането на ксенобиотици (чужди вещества), е най-активно.

Хидроксилирането най-често е резултат от химическа модификация на токсични вещества, протичаща в първата фаза на неутрализация. Във фаза II протича реакция на конюгиране, в резултат на двете фази получените продукти като правило са силно разтворими и лесно се отстраняват от тялото.

Основните ензими, участващи в окислителната система: цитохром Р 450 редуктаза - флавопротеин (коензим FADH 2 или FMNN 2), цитохром Р 450, който свързва липофилното вещество RH и кислородна молекула в активния център. Един O 2 атом свързва 2ē и преминава в O 2- форма. Донорът на електрони и протони е NADPH+H +, който се окислява от цитохром - P 450 - редуктаза, O 2- взаимодейства с протони: O 2- + 2H + → H 2 O. Включен е вторият атом на кислородната молекула в хидроксилната група на веществото RH за образуване на R -OH, глицинът може да действа като конюгант (по време на неутрализацията на бензоената киселина с образуването на хипурова киселина); FAPS е донор на остатък от сярна киселина; UDP е глюкуронид - a донор на остатък от глюкуронова киселина. Последните два конюганта се използват за неутрализиране на собствените му метаболити (индол, чрез индоксил, се конюгира с FAPS, давайки животински индикан), както и лекарства (аспирин, след хидролитично разцепване на ацетат, се конюгира с UDP - глюкуронид, образувайки хидрофилен салицил глюкуронид, отстранен от тялото с урината).

Някои ксенобиотици (полициклични ароматни въглеводороди, ароматни амини, афлатоксини) претърпяват промени в черния дроб от ензимите на монооксигеназната система и се превръщат в канцерогени. Те могат да увредят ДНК на гените, мутациите в които допринасят за трансформирането на нормална клетка в туморна клетка. Експресията на такива онкогени води до неконтролирана пролиферация, т.е. до развитието на тумора.

По този начин епоксидът, образуван в резултат на хидроксилирането на бензанитрацен, ковалентно свързва гуанина, разкъсвайки водородните връзки в двойката G≡C, като по този начин нарушава взаимодействието на ДНК с протеини.

Нитрозамините, образувани от азотиста киселина и вторични амини (HNO 2 +R 2 NH→R 2 N-N=O) превръщат цитозина в урацил, G≡C става GU. Комплементарната верига вече ще има SA, която в резултат на мутации може да се превърне в IA и нейната комплементарна двойка ще бъде AT, т.е. Кодиращият смисъл на ДНК е напълно променен.

Черният дроб също играе важна роля в неутрализирането на билирубина, който се образува в RES клетките в резултат на разграждането на хемоглобина, миоглобина, каталазата, цитохромите и други хемопротеини. Полученият билирубин е неразтворим във вода, транспортира се в кръвта под формата на комплекс с албумин и се нарича "индиректен" билирубин. В черния дроб 1/4 от индиректния билирубин влиза в реакция на конюгация с UDP-глюкуронова киселина, образувайки билирубинов диглюкуронид, наречен "директен" билирубин.

„Директният“ билирубин се екскретира от черния дроб с жлъчка в тънките черва, където глюкуроновата киселина се разцепва под въздействието на глюкуронидаза от чревни микроби, за да образува свободен билирубин, който допълнително се превръща с последващо образуване на жлъчни пигменти: стеркобилиноген, стеркобилин, уробилиноген, уробилин. Показател за нарушение на пигментния метаболизъм в черния дроб е съдържанието на „непряк“, „директен“ и общ билирубин в кръвта. Увеличаването на съдържанието на билирубин в кръвта води до отлагането му в тъканите и причинява жълтеница с различна етиология. Основните причини за хипербилирубинемия са: повишена хемолиза на червените кръвни клетки, дефицит и дефект на ензима глюкуронилтрансфераза, запушване на жлъчните пътища, дисбаланс между образуването и екскрецията на билирубин, увреждане на хепатоцитите (вируси, токсични хепатотропни вещества), хепатит, цироза на черния дроб и др.

В зависимост от причините за хипербилирубинемия се разграничават следните основни видове жълтеница: хемолитична, паренхимна, обструктивна, наследствена, неонатална жълтеница и др.

Диагностичен тест за определяне на произхода на жълтеницата е следните нормални стойности:

1) "директен" и "непряк" билирубин в кръвта;

2) жлъчни пигменти в урината и изпражненията.

1) кръвта съдържа общ билирубин от 8 до 20 µmol/l, с 25% (

5 µmol/l) от общия билирубин е "директен" билирубин;

2) в урината - няма билирубин, уробилин - 1-4 mg/ден;

3) до 300 mg стеркобилин се отделя в изпражненията на ден (оцветява изпражненията в кафяво).

При хемолитична жълтеница хипербилирубинемията възниква главно поради повишена хемолиза на червените кръвни клетки, което води до повишаване на:

1) количеството индиректен (свободен) билирубин в кръвта;

2) количеството уробилин в урината (тъмна урина);

3) количеството стеркобилин в изпражненията (тъмни изпражнения).

Кожата и лигавиците са жълти. При паренхимна (хепатоцелуларна) жълтеница чернодробните клетки се увреждат, в резултат на което се повишава тяхната пропускливост. Следователно, с паренхимна жълтеница:

1) количеството както на „непряк“, така и на „директен“ билирубин в кръвта се увеличава (жлъчката влиза директно в кръвта);

2) количеството уробилин в урината намалява и се открива „директен“ билирубин;

3) съдържанието на стеркобилин в изпражненията намалява.

При обструктивна (механична) жълтеница изтичането на жлъчката е нарушено (запушване на общия жлъчен канал), което води до:

1) в кръвта - до повишаване на "директния" билирубин;

2) в урината - до повишаване на "директния" билирубин и липсата на уробилин;

3) в изпражненията - до липсата на жлъчни пигменти, изпражненията са обезцветени.

Има няколко известни заболявания, при които жълтеницата се причинява от наследствени нарушения на метаболизма на билирубина. Приблизително 5% от населението е диагностицирано с жълтеница, причинена от генетични нарушения в структурата на протеини и ензими, отговорни за усвояването на индиректния билирубин в черния дроб (синдром на Гилбърт), за конюгирането му с глюкуронова киселина, причинено от нарушение на глюкуронирането реакция в черния дроб (синдром на Cragler-Najjar I и II тип), нарушение на активния транспорт на билирубинови глюкурониди, образувани в черния дроб, в жлъчката (синдром на Dabin-Rotor-Johnson).

Диференциална диагноза на наследствена жълтеница

Синдром	Дефект	Клинични проявления
Неконюгирана хипербилиринемия
Crigler-Nayjar тип I* (вродена нехемолитична жълтеница)	Липса на активност, билирубин - UDP-глюкуронилтрансфераза (не може да се лекува с фенобарбитал - индуктор на UDP-глюкуронилтрансферазния ген)	В кръвта o.b., n.b., k.b.↓, в урината u↓, k.b.↓, в изпражненията c↓.
Тип Crigler-Nayyar-II	Синтезът на UDP глюкуронилтрансфераза, който катализира добавянето на втората глюкуронилна група, е нарушен (може да се лекува с фенобарбитал и фототерапия)
Гилбърт	Хепатоцитите не абсорбират билирубин, конюгацията е намалена	В кръвта b.b., n.b., c.b.N↓, в урината c.b.↓, u.↓, в изпражненията c↓.
Конюгирана хипербилирубинемия
Дабин-Ротор-Джонсън	Конюгираният билирубин не навлиза в жлъчката	В кръвта ob.b., n.b., c.b., в урината c.b.↓, y↓, в изпражненията c↓.

относно. – общ билирубин,

n.b. – неконюгиран билирубин,

k.b. -. конюгиран билирубин,

в – стеркобилин,

у – уробилин.

* - децата умират в ранна възраст поради развитие на билирубинова енцефалопатия.

Фамилната хипербилирубинемия при новородени се свързва с наличието на конкурентни инхибитори на конюгацията на билирубина (естроген, свободни мастни киселини) в кърмата. По време на кърмене тези инхибитори водят до хипербилирубинемия (преходна хипербилирубинемия), която изчезва при преминаване към изкуствено хранене.

ЛАБОРАТОРЕН УРОК ПО БИОХИМИЯ НА ЧЕРНИЯ ДРОБ

Цел на урока:

1. Познайте основните функции на черния дроб, характеристиките на начините за неутрализиране на ксенобиотиците и метаболитите в черния дроб, образуването и неутрализирането на билирубина.

2. Да може да определи количествено концентрацията на директен и индиректен билирубин в кръвния серум и жлъчни пигменти в урината, за да диагностицира основните видове жълтеница.

3. Запознайте се с видовете наследствена жълтеница.

Принцип на метода. Билирубинът дава розов цвят с диазореагента на Ehrlich. Интензивността на оцветяването се използва за преценка на концентрацията на билирубин. Директният билирубин (синоними: билирубин-глюкуронид, конюгиран билирубин, конюгиран билирубин) се определя чрез цветната реакция на Ерлих в отсъствието на органични разтворители. Общият (директен, индиректен) билирубин се определя в присъствието на алкохол, което осигурява взаимодействието на всички форми на билирубин с диазореагента на Ehrlich. Индиректният билирубин (синоними: свободен билирубин, неконюгиран билирубин) се определя от разликата между общия и директния.

КУРСОВА РАБОТА:

АНАЛИЗ НА БИОХИМИЧНИ ПОКАЗАТЕЛИ НА ЧЕРНОДРОБНАТА ФУНКЦИЯ В НОРМА И ПАТОЛОГИЯ

Съдържание

Въведение

1.1.2 Регулиране на липидния метаболизъм

1.1.3 Регулиране на протеиновия метаболизъм

1.2 Функция за образуване на урея

1.3 Образуване на жлъчка и екскреторна функция

1.4 Биотрансформационна (неутрализираща) функция

2. Чернодробни заболявания и лабораторна диагностика на чернодробни заболявания

2.1 Основи на клиничната лабораторна диагностика на чернодробни заболявания

2.2 Основни клинико-лабораторни синдроми при увреждане на черния дроб

2.2.1 Синдром на цитолиза

2.2.4 Синдром на възпаление

2.2.5 Синдром на чернодробен шънт

Заключение

Биохимията на черния дроб включва както протичането на нормални метаболитни процеси, така и метаболитни нарушения с развитието на патология. Изучаването на всички аспекти на чернодробната биохимия ще ви позволи да видите картина на нормално функциониращ орган и неговото участие във функционирането на цялото тяло и поддържането на хомеостазата. Също така, по време на нормалната чернодробна функция се осъществява интегрирането на всички основни метаболизми в тялото и е възможно да се наблюдават началните етапи на метаболизма (например по време на първичната абсорбция на вещества от червата) и крайните етапи с последващо отстраняване на метаболитни продукти от тялото.

Когато чернодробната функция е нарушена, метаболизмът се измества в определена посока, така че е необходимо да се изследват патологичните състояния на органа за по-нататъшна диагностика на заболяванията. В момента това е особено важно, тъй като чернодробните заболявания прогресират и все още не съществуват достатъчно добри методи за лечение. Такива заболявания включват предимно вирусен хепатит, чернодробна цироза (често със системна консумация на алкохол и други вредни външни влияния, свързани с неблагоприятна екология), метаболитни промени поради неправилно хранене и рак на черния дроб. Ето защо ранната диагностика на тези заболявания, която може да се основава на биохимични показатели, е много важна.

Целта на курсовата работа е да се изследват функциите на черния дроб и да се сравнят биохимичните показатели за функционирането на този орган в нормални и патологични състояния; също посочване на основните принципи на лабораторната диагностика, кратко описание на хепатитни синдроми с различна етиология и примери.

1. Функционална биохимия на черния дроб

Условно функциите на черния дроб според биохимичните показатели могат да бъдат разделени на: регулаторно-хомеостатична функция, включваща основните видове метаболизъм (въглехидратен, липиден, протеинов, витаминен, водно-минерален и пигментен метаболизъм), урея-образуващ, жлъчкообразуващ и неутрализиращи функции. Такива основни функции и тяхното регулиране се обсъждат подробно по-късно в тази глава.

1.1 Регулаторна и хомеостатична функция на черния дроб

Черният дроб е централният орган на химическата хомеостаза, където всички метаболитни процеси протичат изключително интензивно и където те са тясно преплетени.

1.1.1 Въглехидратен метаболизъм в черния дроб и неговата регулация

Монозахаридите (по-специално глюкозата) влизат в черния дроб през порталната вена и претърпяват различни трансформации. Например, когато има прекомерен прием на глюкоза от червата, тя се отлага под формата на гликоген; глюкозата също се произвежда от черния дроб по време на гликогенолизата и глюконеогенезата, навлиза в кръвта и се консумира от повечето тъкани. Регулирането на въглехидратния метаболизъм се осъществява поради факта, че черният дроб е практически единственият орган, който поддържа постоянно ниво на глюкоза в кръвта дори при гладуване.

Съдбата на монозахаридите варира в зависимост от тяхната природа, съдържанието им в общия кръвен поток и нуждите на тялото. Някои от тях ще отидат в чернодробната вена, за да поддържат хомеостазата, предимно на кръвната глюкоза, и да задоволят нуждите на органите. Концентрацията на глюкоза в кръвта се определя от баланса на скоростта на нейното постъпване, от една страна, и потреблението от тъканите, от друга. В пост-абсорбционно състояние (пост-абсорбционно състояние се развива 1,5-2 часа след хранене, наричано още истинско или метаболитно насищане. Типично пост-абсорбционно състояние се счита за състоянието сутрин преди закуска, след около десет -часова нощна пауза в храненето) и нормалната концентрация на глюкоза в кръвта е 60-100 mg/dl (3,3-5,5 mol). А останалите монозахариди (главно глюкоза) черният дроб използва за собствени нужди.

Метаболизмът на глюкозата се извършва интензивно в хепатоцитите. Глюкозата, получена от храната, се превръща само в черния дроб с помощта на специфични ензимни системи в глюкозо-6-фосфат (само в тази форма глюкозата се използва от клетките). Фосфорилирането на свободните монозахариди е задължителна реакция в пътя на тяхното използване, което води до образуването на по-реактивни съединения и следователно може да се счита за реакция на активиране. Галактозата и фруктозата, идващи от чревния тракт, с участието съответно на галактокиназа и фруктокиназа, се фосфорилират при първия въглероден атом:

Глюкозата, влизаща в чернодробните клетки, също се фосфорилира с помощта на АТФ. Тази реакция се катализира от ензимите хексокиназа и глюкокиназа.

чернодробна патология диагностика заболяване

Хексокиназата има висок афинитет към глюкозата (K m

Заедно с други механизми, това предотвратява прекомерното повишаване на концентрациите на глюкоза в периферната кръв по време на храносмилането.

Образуването на глюкозо-6-фосфат в клетката е вид „капан“ за глюкоза, тъй като клетъчната мембрана е непропусклива за фосфорилираната глюкоза (няма съответните транспортни протеини). В допълнение, фосфорилирането намалява концентрацията на свободна глюкоза в цитоплазмата. В резултат на това се създават благоприятни условия за улеснена дифузия на глюкозата в чернодробните клетки от кръвта.

Обратната реакция на превръщане на глюкозо-6-фосфат в глюкоза също е възможна под действието на глюкозо-6-фосфатаза, която катализира хидролитичното отстраняване на фосфатната група.

Получената свободна глюкоза може да дифундира от черния дроб в кръвта. В други органи и тъкани (с изключение на бъбреците и чревните епителни клетки) няма глюкозо-6-фосфатаза и следователно там се извършва само фосфорилиране, без обратна реакция, и освобождаването на глюкоза от тези клетки е невъзможно.

Глюкозо-6-фосфатът може да се превърне в глюкозо-1-фосфат с участието на фосфоглюкомутаза, която катализира обратимата реакция.

Глюкозо-6-фосфатът може да се използва и в различни трансформации, основните от които са: синтез на гликоген, катаболизъм с образуването на CO 2 и H 2 O или лактат, синтез на пентоза. В същото време по време на метаболизма на глюкозо-6-фосфата се образуват междинни продукти, които впоследствие се използват за синтеза на аминокиселини, нуклеотиди, глицерол и мастни киселини. По този начин глюкозо-6-фосфатът е не само субстрат за окисление, но и строителен материал за синтеза на нови съединения (Приложение 1).

И така, нека да разгледаме окисляването на глюкозата и глюкозо-6-фосфата в черния дроб. Този процес протича по два начина: дихотомичен и апотомичен. Дихотомният път е гликолиза, която включва „анаеробна гликолиза“, завършваща с образуването на млечна киселина (лактат) или етанол и CO 2 и „аеробна гликолиза“ - разграждането на глюкозата, преминавайки през образуването на глюкозо-6-фосфат, фруктозо бифосфат и пируват, както в отсъствието, така и в присъствието на кислород (аеробният метаболизъм на пирувата надхвърля въглехидратния метаболизъм, но може да се счита за негов краен етап: окисление на продукта от гликолизата - пируват).

Апотомният път на окисление на глюкозата или пентозният цикъл се състои от образуването на пентози и връщането на пентозите в хексози, в резултат на което една глюкозна молекула се разпада и се образува CO 2 .

Гликолиза при анаеробни условия- сложен ензимен процес на разграждане на глюкозата, който протича без консумация на кислород. Крайният продукт на гликолизата е млечна киселина. По време на гликолизата се произвежда АТФ.

Процесът на гликолиза протича в хиалоплазмата (цитозола) на клетката и условно се разделя на единадесет етапа, които съответно се катализират от единадесет ензима:

1. Фосфорилирането на глюкозата и образуването на глюкозо-6-фосфат е прехвърлянето на ортофосфатен остатък към глюкоза с помощта на енергията на АТФ. Катализаторът е хексокиназа. Този процес беше обсъден по-горе.

1. Превръщане на глюкозо-6-фосфат от ензима глюкозо-6-фосфат изомераза във фруктозо-6-фосфат:
2. Фруктозо-6-фосфатът се фосфорилира отново поради втората ATP молекула, реакцията се катализира от фосфофруктокиназа:

Реакцията е необратима, протича в присъствието на магнезиеви йони и е най-бавната реакция на гликолизата.

1. Под влияние на ензима алдолаза фруктозо-1,6-бисфосфатът се разделя на две фосфотриози:

1. Реакция на изомеризация на триозофосфати. Катализира се от ензима триозофосфат изомераза:

1. Глицералдехид-3-фосфатът, в присъствието на ензима глицералдехид фосфат дехидрогеназа, коензима NAD и неорганичния фосфат, претърпява вид окисление с образуването на 1,3-бисфосфоглицеринова киселина и редуцираната форма на NAD - NAD*H 2:

1. Реакцията се катализира от фосфоглицерат киназа, прехвърляйки фосфатната група в позиция 1 към ADP, за да се образува АТФ и 3-фосфоглицеринова киселина (3-фосфоглицерат):

1. Вътремолекулен трансфер на останалата фосфатна група и 3-фосфоглицериновата киселина се превръща в 2-фосфорилцеринова киселина (2-фосфоглицерат):

Реакцията е лесно обратима и протича в присъствието на магнезиеви йони.

9. Реакцията се катализира от ензима енолаза, 2-фосфоглицериновата киселина, в резултат на елиминирането на водна молекула, се превръща във фосфоенолпирувинова киселина (фосфоенолпируват), а фосфатната връзка в позиция 2 става високоенергийна:

1. Разкъсване на високоенергийната връзка и прехвърляне на фосфатния остатък от фосфоенолпируват към ADP. Кристализиран от ензима пируват киназа:

11. Редукция на пирогроздена киселина и образуване на млечна киселина (лактат). Реакцията протича с участието на ензима лактат дехидрогеназа и коензима NAD*H 2, образуван в шестата реакция:

Гликолиза при аеробни условия. Има три части на този процес:

1. трансформации, специфични за глюкозата, завършващи с образуването на пируват (аеробна гликолиза);

2. общ път на катаболизъм (окислително декарбоксилиране на пируватния и цитратния цикъл);

3. митохондриална електротранспортна верига.

В резултат на тези процеси глюкозата в черния дроб се разгражда до C0 2 и H 2 0, а освободената енергия се използва за синтеза на АТФ (Приложение 2).

Метаболизмът на въглехидратите в черния дроб включва само специфични за глюкозата трансформации, при които настъпва разграждането на глюкозата до пируват, което може да бъде разделено на два етапа:

1. От глюкоза до глицералдехид фосфат. В реакциите фосфатните остатъци се включват в хексози и хексозата се превръща в триоза (Приложение 3). Реакциите на този етап се катализират от следните ензими: хексокиназа или глюкокиназа (1); фосфоглюкоизомераза (2); фосфофруктокиназа (3); Фруктоза 1,6-бисфосфат алдолаза (4) ; фосфотриоза изомераза (5)

2. От глицералдехид фосфат до пируват. Това са реакции, свързани със синтеза на АТФ. Етапът завършва с превръщането на всяка молекула глюкоза в две молекули глицералдехидфосфат (Приложение 4). Пет ензима участват в реакциите: глицералдехид фосфат дехидрогеназа (6); фосфоглицерат киназа (7); фосфоглицеромутаза (8); енолаза (9); пируват киназа (10).

Пентозофосфатен (фосфоглюконатен) пътКонверсията на глюкоза осигурява на клетката хидрогениран NADP за редуктивни синтези и пентози за синтез на нуклеотиди. Пътят на пентозофосфата може да бъде разделен на две части - окислителен и неокислителен път.

1. Окислителният път включва две реакции на дехидрогениране, където NADP служи като акцептор на водород (Приложение 5). При втората реакция протича едновременно декарбоксилиране, въглеродната верига се скъсява с един въглероден атом и се получават пентози.
2. Неокислителният път е много по-сложен. Тук няма реакции на дехидрогениране, може да служи само за пълното разлагане на пентозите (до CO 2 и H 2 O) или за превръщането на пентозите в глюкоза (Приложение 6). Изходните материали са пет молекули фруктозо-6-фосфат, съдържащи общо 30 въглеродни атома, крайният продукт от реакцията са шест молекули рибоза-5-фосфат, също съдържащи общо 30 въглеродни атома.

Окислителният път за образуване на пентози и пътят за връщане на пентози към хексози заедно представляват цикличен процес:

В този цикъл една глюкозна молекула се разпада напълно при едно завъртане, като всичките шест въглеродни атома се превръщат в CO2.

Също така в черния дроб има процес, противоположен на гликолизата - глюконеогенеза. Глюконеогенеза- процесът на синтез на глюкоза от невъглехидратни вещества. Основната му функция е да поддържа нивата на кръвната захар по време на периоди на продължително гладуване и интензивна физическа активност. Глюконеогенезата осигурява синтеза на 80-100 g глюкоза на ден. Основните субстрати на глюконеогенезата са лактат, аминокиселини и глицерол. Включването на тези субстрати в глюконеогенезата зависи от физиологичното състояние на организма. Лактатът е продукт на анаеробна гликолиза. Той се образува при всякакви условия на тялото в червените кръвни клетки и работещите мускули. Така лактатът постоянно се използва в глюконеогенезата. Глицеролът се освобождава при хидролизата на мазнините в мастната тъкан по време на гладуване или продължителна физическа активност. Аминокиселините се образуват в резултат на разграждането на мускулните протеини и се включват в глюконеогенезата при продължително гладуване или продължителна мускулна работа. Трябва да се отбележи, че гликолизата се извършва в цитозола, а някои от реакциите на глюконеогенезата се случват в митохондриите.

Глюконеогенезата основно следва същия път като гликолизата, но в обратна посока (Приложение 7). Въпреки това, трите реакции на гликолизата са необратими и на тези етапи реакциите на глюконеогенезата се различават от тези на гликолизата.

Превръщането на пируват във фосфоенолпируват (необратим етап I) се извършва с участието на два ензима: пируват карбоксилаза и фосфоенолпируват карбоксикиназа:

Другите два необратими етапа се катализират от фруктозо-1,6-бисфосфат фосфатаза и глюкозо-6-фосфат фосфатаза:

Всяка от необратимите реакции на гликолизата, заедно със съответната реакция на глюконеогенезата, образува субстратен цикъл (Приложение 7, реакции 1, 2, 3).

Синтез на глюкоза (глюконеогенеза от аминокиселини и глицерол). Глюкозата в черния дроб може да се синтезира от аминокиселини и глицерол. По време на катаболизма на аминокиселините се образуват пируват или оксалоацетат като междинни продукти, които могат да бъдат включени в пътя на глюконеогенезата на етапа на първия субстратен цикъл (Приложение 7, реакция 1). Глицеролът се образува при хидролизата на мазнините и може да се превърне в глюкоза (Приложение 8). Аминокиселините и глицеролът се използват за синтеза на глюкоза главно по време на гладуване или когато диетата е бедна на въглехидрати (въглехидратно гладуване).

Глюконеогенезата може да възникне и от лактат. Млечната киселина не е крайният продукт на метаболизма, но нейното образуване е метаболитен път в задънена улица: единственият начин за използване на млечна киселина е свързан с нейното превръщане обратно в пируват с участието на същата лактат дехидрогеназа:

От клетките, в които протича гликолизата, получената млечна киселина навлиза в кръвта и се улавя главно от черния дроб, където се превръща в пируват. Пируватът в черния дроб се окислява частично и частично се превръща в глюкоза - цикълът на Кори или цикълът на глюкозолактат:

В тялото на възрастен човек могат да се синтезират около 80 g глюкоза на ден, главно в черния дроб. Биологичното значение на глюконеогенезата се състои не само в връщането на лактат в метаболитния пул от въглехидрати, но и в осигуряването на глюкоза в мозъка при липса на въглехидрати в тялото, например по време на въглехидратно или пълно гладуване.

Синтез на гликоген (гликогенеза). Както бе споменато по-горе, част от глюкозата, която влиза в черния дроб, се използва за синтеза на гликоген. Гликогенът е разклонен хомополимер на глюкоза, в който глюкозните остатъци са свързани в линейни участъци чрез a-1,4-гликозидна връзка. В точките на разклонение мономерите са свързани с a-1,6-гликозидни връзки. Тези връзки се образуват с приблизително всеки десети глюкозен остатък. Това води до дървовидна структура с молекулно тегло >10 7 D, което съответства на приблизително 50 000 глюкозни остатъка (Приложение 9). Когато глюкозата полимеризира, разтворимостта на получената гликогенова молекула намалява и съответно нейният ефект върху осмотичното налягане в клетката. Това обстоятелство обяснява защо в клетката се отлага гликоген, а не свободна глюкоза.

Гликогенът се съхранява в цитозола на клетката под формата на гранули с диаметър 10-40 nm. След ядене на храна, богата на въглехидрати, запасът от гликоген в черния дроб може да бъде приблизително 5% от неговата маса.

Разграждането на чернодробния гликоген служи главно за поддържане на нивата на кръвната захар в периода след абсорбцията. Следователно съдържанието на гликоген в черния дроб се променя в зависимост от ритъма на хранене. При продължително гладуване тя намалява почти до нула.

Гликогенът се синтезира по време на храносмилането (1-2 часа след ядене на въглехидратна храна). Синтезът на гликоген от глюкоза изисква енергия.

На първо място, глюкозата се подлага на фосфорилиране с участието на ензимите хексокиназа и глюкокиназа. След това глюкозо-6-фосфатът под въздействието на ензима фосфоглюкомутаза се превръща в глюкозо-1-фосфат.

Полученият глюкозо-1-фосфат вече участва пряко в синтеза на гликоген.

На първия етап от синтеза глюкозо-1-фосфатът взаимодейства с UTP (уридинтрифосфат), образувайки уридиндифосфатна глюкоза (UDP-глюкоза) и пирофосфат. Тази реакция се катализира от ензима глюкозо-1-фосфат уридилилтрансфераза (UDPG-пирофосфорилаза) (Приложение 10).

На втория етап - етапът на образуване на гликоген - настъпва прехвърлянето на глюкозния остатък, включен в UDP-глюкозата, към глюкозидната верига на гликогена (количество "семена") (Приложение 11). В този случай се образува b-1,4-гликозидна връзка между първия въглероден атом на добавения глюкозен остатък и 4-хидроксилната група на глюкозния остатък на веригата. Тази реакция се катализира от ензима гликоген синтаза. Полученият UDP след това се фосфорилира обратно в UTP за сметка на ATP и по този начин целият цикъл на преобразуване на глюкозо-1-фосфат започва отначало.

Установено е, че гликоген синтазата не е в състояние да катализира образуването на b-1,6-гликозидна връзка, присъстваща в точките на разклоняване на гликогена. Този процес се катализира от специален ензим, наречен ензим за разклоняване на гликоген или амило-1,4-1,6-трансглюкозидаза. Последният катализира прехвърлянето на краен олигозахариден фрагмент, състоящ се от 6 или 7 глюкозни остатъка от нередуциращия край на една от страничните вериги, наброяващ най-малко 11 остатъка, към 6-хидроксилната група на глюкозен остатък от същия или друга гликогенна верига. В резултат на това се образува нова странична верига. Разклоняването увеличава скоростта на синтеза и разграждането на гликоген.

Разграждане на гликогенили него мобилизациявъзникват в отговор на повишена нужда на организма от глюкоза. Чернодробният гликоген се разгражда главно в интервалите между храненията, разграждането се ускорява по време на физическа работа. Разграждането на гликогена става с участието на два ензима: гликогенфосфорилаза и ензим с двойна специфичност - 4:4-трансфераза-b-1,6-гликозидаза. Гликоген фосфорилазата катализира фосфоролизата на 1,4-гликозидната връзка на нередуциращите краища на гликогена, глюкозните остатъци се отцепват един по един под формата на глюкозо-1-фосфат (Приложение 12). В този случай гликоген фосфорилазата не може да разцепи глюкозни остатъци от къси разклонения, съдържащи по-малко от пет глюкозни остатъка; такива разклонения се отстраняват от 4:4-трансфераза-b-1,6-гликозидаза. Този ензим катализира прехвърлянето на фрагмент от три остатъка на къс клон към крайния глюкозен остатък на по-дълъг клон; в допълнение, той хидролизира 1,6-гликозидната връзка и по този начин премахва последния остатък от разклонението (Приложение 13).

Гладуването в продължение на 24 часа води до почти пълното изчезване на гликогена в чернодробните клетки. Въпреки това, при ритмично хранене всяка молекула гликоген може да съществува неограничено време: при липса на храносмилане и навлизане на глюкоза в тъканите, молекулите на гликогена намаляват поради разделянето на периферните клони и след следващото хранене те растат отново до предишните си размери.

Глюкозо-1-фосфатът, образуван от гликоген, с участието на фосфоглюкомутаза се превръща в глюкозо-6-фосфат, чиято по-нататъшна съдба в черния дроб и мускулите е различна. В черния дроб глюкозо-6-фосфатът се превръща в глюкоза с участието на глюкозо-6-фосфатаза, глюкозата навлиза в кръвта и се използва в други органи и тъкани.

Регулиране на процесите на гликогенеза и гликогенолизаосъществява се от хормони: инсулин, глюкагон, адреналин. Основният сигнал за синтеза на инсулин и глюкагон е промяна в концентрацията на глюкоза в кръвта. Инсулинът и глюкагонът постоянно присъстват в кръвта, но когато периодът на абсорбция се промени в периода след абсорбцията, тяхната относителна концентрация се променя, което е основният фактор, който превключва метаболизма на гликогена в черния дроб. Съотношението на концентрацията на инсулин в кръвта към концентрацията на глюкагон се нарича "инсулин-глюкагонов индекс". В постабсорбционния период индексът инсулин-глюкагон намалява и концентрацията на глюкагон става решаваща за регулирането на глюкозата и концентрациите в кръвта. По време на храносмилането влиянието на инсулина преобладава, тъй като индексът инсулин-глюкагон в този случай се увеличава. Като цяло инсулинът има обратен ефект върху метаболизма на гликогена от глюкагона. Инсулинът намалява концентрацията на глюкоза в кръвта по време на храносмилането.

Хормонът адреналин стимулира освобождаването на глюкоза от черния дроб в кръвта, за да осигури на тъканите (главно мозъка и мускулите) „гориво“ в екстремна ситуация.

Регулаторен фактор в метаболизма на гликогена е и стойността K mглюкокиназа, която е много по-висока от K m на хексокиназата - черният дроб не трябва да изразходва глюкоза за синтеза на гликоген, ако количеството й в кръвта е в нормални граници.

Липидният метаболизъм в черния дроб включва биосинтезата на различни липиди (холестерол, триацилглицерол, фосфоглицериди, сфингомиелин и др.), които навлизат в кръвта и се разпределят в други тъкани и изгарянето (окислението) на мастни киселини с образуването на кетонови тела, които се използват като източник на енергия за екстрахепаталните тъкани.

Доставянето на мастни киселини до мястото на окисление - до митохондриите на чернодробните клетки - става по сложен начин: с участието на албумин мастните киселини се транспортират в клетката; с участието на специални протеини - транспорт в рамките на цитозола; с участието на карнитин - транспорт на мастни киселини от цитозола до митохондриите.

Процес на окисляване на мастни киселинисе състои от следните основни етапи.

1. Активиране на мастни киселини. Активирането става на външната повърхност на митохондриалната мембрана с участието на АТФ, коензим А (HS-KoA) и Mg 2+ йони. Реакцията се катализира от ензима ацил-КоА синтетаза:

Активирането става на 2 етапа. Първо, мастната киселина реагира с АТФ, за да образува ациладенилат, след това сулфхидрилната група на CoA действа върху ациладенилата, тясно свързан с ензима, за да образува ацил-CoA и AMP.

Това е последвано от транспортиране на мастни киселини в митохондриите. Карнитинът служи като носител на активирани дълговерижни мастни киселини през вътрешната митохондриална мембрана. Ацилната група се прехвърля от серния атом на CoA към хидроксилната група на карнитина.

2. Образува се ацилкарнитин, който дифундира през вътрешната митохондриална мембрана:

Реакцията протича с участието на специфичен цитоплазмен ензим карнитин ацилтрансфераза. След преминаване на ацилкарнитин през митохондриалната мембрана възниква обратна реакция - разцепване на ацилкарнитин с участието на HS-CoA и митохондриална карнитин ацилтрансфераза:

3. Интрамитохондриално окисление на мастни киселини. Процесът на окисляване на мастни киселини в клетъчните митохондрии включва няколко последователни реакции.

Първи етап на дехидрогениране. Ацил-КоА в митохондриите претърпява ензимно дехидрогениране, докато ацил-КоА губи 2 водородни атома в b- и с-позиции, превръщайки се в CoA естер на ненаситена киселина. Реакцията се катализира от ацил-КоА дехидрогеназа, продуктът е еноил-КоА:

Етап на хидратация. Ненаситеният ацил-КоА (еноил-КоА), с участието на ензима еноил-КоА хидратаза, свързва водна молекула. В резултат на това се образува β-хидроксиацил-КоА (или 3-хидроксиацил-КоА):

Втори етап на дехидрогениране. Полученият β-хидроксиацил-КоА (3-хидроксиацил-КоА) след това се дехидрогенира. Тази реакция се катализира от NAD-зависими дехидрогенази:

Тиолазна реакция. Разцепване на 3-оксоацил-CoA от тиоловата група на втората молекула CoA. В резултат на това се образува ацил-КоА, съкратен с два въглеродни атома, и двувъглероден фрагмент под формата на ацетил-КоА. Тази реакция се катализира от ацетил-КоА ацилтрансфераза (β-кетотиолаза):

Полученият ацетил-CoA претърпява окисление в цикъла на трикарбоксилната киселина и ацил-CoA, съкратен с два въглеродни атома, отново многократно преминава през целия път на β-окисление до образуването на бутирил-CoA (4-въглеродно съединение), което на свой ред се окислява до 2 ацетил-КоА молекули.

Биосинтеза на мастни киселини. Синтезът на мастни киселини се извършва в цитоплазмата на клетката. Митохондриите включват основно удължаване на съществуващи вериги на мастни киселини. Установено е, че палмитинова киселина (16 въглеродни атома) се синтезира в цитоплазмата на чернодробните клетки и в митохондриите на тези клетки от тази палмитинова киселина или от мастни киселини с екзогенен произход, т.е. идващи от червата, се образуват мастни киселини, съдържащи 18, 20 и 22 въглеродни атома.

Митохондриалната система за биосинтеза на мастни киселини включва леко модифицирана последователност от реакции на β-окисление и извършва само удължаването на средноверижни мастни киселини, съществуващи в тялото, докато пълната биосинтеза на палмитинова киселина от ацетил-CoA активно се случва в цитозол, т.е. извън митохондриите, по съвсем различен път.

Екстрамитохондриалната система за биосинтеза на мастни киселини (липогенеза) се намира в разтворимата (цитозолна) фракция на чернодробните клетки. Биосинтезата на мастни киселини протича с участието на NADPH, ATP, Mn2+ и HCO3- (като източник на CO2); субстратът е ацетил-КоА, крайният продукт е палмитинова киселина.

образованиененаситени мастни киселини. Удължаване на мастни киселини.

Двете най-разпространени мононенаситени мастни киселини, палмитолеинова и олеинова, се синтезират от палмитинова и стеаринова киселини. Тези трансформации се случват в микрозомите на чернодробните клетки. Само активираните форми на палмитинова и стеаринова киселина претърпяват трансформация. Ензимите, участващи в тези трансформации, се наричат ​​десатурази. Заедно с десатурацията на мастни киселини (образуване на двойни връзки), тяхното удължаване (удължаване) също се случва в микрозомите, като и двата процеса могат да се комбинират и повтарят. Удължаването на веригата на мастната киселина се осъществява чрез последователно добавяне на двувъглеродни фрагменти към съответния ацил-КоА с участието на малонил-КоА и NADPH. Ензимната система, която катализира удължаването на мастни киселини, се нарича елонгаза. Пътищата за превръщане на палмитинова киселина в реакции на десатурация и удължаване са представени в Приложение 14.

Биосинтеза на триглицеридите. Синтезът на триглицеридите се осъществява от глицерол и мастни киселини (основно стеаринова, палмитинова и олеинова). Първият път на биосинтеза на триглицеридите в черния дроб протича чрез образуването на b-глицерофосфат (глицерол-3-фосфат) като междинно съединение; глицеролът се фосфорилира от АТФ, за да образува глицерол-3-фосфат:

Вторият път е свързан главно с процесите на гликолиза и гликогенолиза. Известно е, че в процеса на гликолитично разграждане на глюкозата се образува дихидроксиацетон фосфат, който в присъствието на цитоплазмена глицерол-3-фосфат дехидрогеназа може да се превърне в глицерол-3-фосфат:

Образуваният по един или друг начин глицерол-3-фосфат се ацилира последователно от две молекули на CoA производното на мастната киселина. В резултат на това се образува фосфатидна киселина (фосфатидат):

Ацилирането на глицерол-3-фосфат става последователно, т.е. на 2 етапа. Първо, глицерол 3-фосфат ацилтрансферазата катализира образуването на лизофосфатидат. След това фосфатидната киселина се хидролизира от фосфатидат фосфохидролаза до 1,2-диглицерид (1,2-диацилглицерол):

След това 1,2-диглицеридът се ацилира от трета молекула ацил-КоА и се превръща в триглицерид (триацилглицерол). Тази реакция се катализира от диацилглицерол ацилтрансфераза:

Установено е, че повечето от ензимите, участващи в биосинтезата на триглицеридите, се намират в ендоплазмения ретикулум и само няколко, например глицерол-3-фосфат ацилтрансфераза, са в митохондриите.

Фосфолипиден метаболизъм. Фосфолипидите играят важна роля в структурата и функцията на клетъчните мембрани, активирането на мембранните и лизозомните ензими, в провеждането на нервните импулси, кръвосъсирването, имунологичните реакции, процесите на клетъчна пролиферация и тъканна регенерация, в преноса на електрони във веригата на дихателните ензими. Специална роля играят фосфолипидите при образуването на липопротеинови комплекси. Най-важните фосфолипиди се синтезират главно в ендоплазмения ретикулум на клетката.

Централна роля в биосинтезата на фосфолипидите играят 1,2-диглицеридите (в синтеза на фосфатидилхолини и фосфатидилетаноламини), фосфатидната киселина (в синтеза на фосфатидилинозитоли) и сфингозин (в синтеза на сфингомиелини). Цитидин трифосфатът (CTP) участва в синтеза на почти всички фосфолипиди.

Биосинтеза на холестерола. В синтеза на холестерола могат да се разграничат три основни етапа: I - превръщане на активния ацетат в мевалонова киселина, II - образуване на сквален от мевалонова киселина, III - циклизация на сквален в холестерол.

Нека разгледаме етапа на превръщане на активния ацетат в мевалонова киселина. Първоначалният етап в синтеза на мевалонова киселина от ацетил-КоА е образуването на ацетоацетил-КоА чрез обратима тиолазна реакция. След това, с последваща кондензация на ацетоацетил-CoA с 3-та молекула на ацетил-CoA с участието на хидроксиметилглутарил-CoA синтаза (HMG-CoA синтаза), се образува β-хидрокси-β-метилглутарил-CoA. След това β-хидрокси-β-метилглутарил-CoA, под действието на регулаторния ензим NADP-зависима хидроксиметилглутарил-CoA редуктаза (HMG-CoA редуктаза), в резултат на редукцията на една от карбоксилните групи и разцепването на HS -KoA, се превръща в мевалонова киселина.

Наред с класическия път на биосинтеза на мевалонова киселина, има втори път, при който β-хидрокси-β-метилглутарил-S-ACP се образува като междинен субстрат. Реакциите на този път са идентични с началните етапи на биосинтеза на мастни киселини до образуването на ацетоацетил-S-ACP. Ацетил-КоА карбоксилазата, ензим, който превръща ацетил-КоА в малонил-КоА, участва в образуването на мевалонова киселина по този път.

На II етап от синтеза на холестерола мевалоновата киселина се превръща в сквален. Реакциите в етап II започват с фосфорилиране на мевалонова киселина с помощта на АТФ. В резултат на това се образува 5-фосфорен естер и след това 5-пирофосфорен естер на мевалонова киселина 5-пирофосфомевалонова киселина, в резултат на последващо фосфорилиране на третичната хидроксилна група, образува нестабилен междинен продукт - 3-фосфо- 5-пирофосфомевалонова киселина, която, декарбоксилирана и губейки остатъка от фосфорна киселина, се превръща в изопентенил пирофосфат. Последният се изомеризира до диметилалил пирофосфат. И двата изомерни изопентенил пирофосфата (диметилалил пирофосфат и изопентенил пирофосфат) след това се кондензират за освобождаване на пирофосфат и образуване на геранил пирофосфат. Изопентенил пирофосфат отново се добавя към геранил пирофосфат. Тази реакция произвежда фарнезил пирофосфат. В крайната реакция на този етап се образува сквален в резултат на NADPH-зависима редукционна кондензация на 2 молекули фарнезил пирофосфат.

На етап III от биосинтезата на холестерола, скваленът под въздействието на сквален оксидоциклазата се циклизира, за да образува ланостерол. Последващото превръщане на ланостерола в холестерол включва серия от реакции, включващи отстраняването на три метилови групи, насищане на двойната връзка в страничната верига и изместване на двойната връзка.

Общата схема на синтеза на холестерола е представена в Приложение 15.

Метаболизъм на кетонни тела. Терминът кетонни (ацетонови) тела означава ацетооцетна киселина (ацетоацетат) CH3COCH2COOH, β-хидроксибутирова киселина (β-хидроксибутират или D-3-хидроксибутират) CH3CHONCH2COOH и ацетон CH3COCH3.

Образуването на кетонни тела протича на няколко етапа (Приложение 16). На първия етап ацетоацетил-КоА се образува от 2 молекули ацетил-КоА. Реакцията се катализира от ензима ацетил-КоА ацетилтрансфераза (3-кетотиолаза). След това ацетоацетил-КоА взаимодейства с друга молекула ацетил-КоА. Реакцията протича под въздействието на ензима хидроксиметилглутарил-КоА синтетаза. Полученият β-хидрокси-β-метилглутарил-CoA е способен да се разцепи до ацетоацетат и ацетил-CoA чрез действието на хидроксиметилглутарил-CoA лиаза. Ацетоацетатът се редуцира с участието на NAD-зависима D-3-хидроксибутират дехидрогеназа, което води до образуването на D-β-хидроксимаслена киселина (D-3-хидроксибутират).

Съществува втори път за синтез на кетонни тела. Образуван от кондензацията на 2 молекули ацетил-КоА, ацетоацетил-КоА е способен да отделя коензим А и да се превръща в ацетоацетат. Този процес се катализира от ензима ацетоацетил-КоА хидролаза (деацилаза). Въпреки това, вторият път за образуване на ацетооцетна киселина (ацетоацетат) не е значим, тъй като активността на деацилазата в черния дроб е ниска.

В кръвта на здрав човек кетоновите тела се съдържат само в много малки концентрации (0,03-0,2 mmol/l в кръвния серум). Трябва да се подчертае важната роля на кетоновите тела за поддържане на енергийния баланс. Кетонните тела осигуряват гориво за мускулите, бъбреците и вероятно действат като част от обратен регулаторен механизъм за предотвратяване на прекомерното мобилизиране на мастни киселини от мастните депа. Черният дроб е изключение в този смисъл, той не използва кетонови тела като енергиен материал. От чернодробните митохондрии тези съединения дифундират в кръвта и се транспортират до периферните тъкани.

Черният дроб е централното място за IVF обмен. Те идват тук от червата, мастните депа като част от албумина на кръвната плазма.

Регулиране на синтеза и разграждането на мазнините в черния дроб. Чернодробните клетки имат активни ензимни системи както за синтеза, така и за разграждането на мазнините. Регулирането на метаболизма на мазнините до голяма степен се определя от регулирането на метаболизма на мастните киселини, но не се ограничава до тези механизми. Синтезът на мастни киселини и мазнини се активира по време на храносмилането, а тяхното разграждане се активира в постабсорбционно състояние и по време на гладуване. В допълнение, скоростта на използване на мазнини е пропорционална на интензивността на мускулната работа. Регулирането на метаболизма на мазнините е тясно свързано с регулирането на метаболизма на глюкозата. Както в случая на метаболизма на глюкозата, хормоните инсулин, глюкагон, адреналин и процесите на превключване на фосфорилиране-дефосфорилиране на протеини играят важна роля в регулирането на метаболизма на мазнините.

Регулирането на протеиновия метаболизъм в черния дроб се осъществява поради интензивния биосинтез на протеини и окислението на аминокиселините. През деня човешкото тяло произвежда около 80-100 g протеин, половината от които са в черния дроб. По време на гладуване черният дроб най-бързо използва резервните си протеини, за да снабди други тъкани с аминокиселини. Загубата на протеини в черния дроб е приблизително 20%; докато в други органи е не повече от 4%. Протеините на самия черен дроб обикновено се обновяват напълно на всеки 20 дни. Черният дроб изпраща по-голямата част от синтезираните протеини в кръвната плазма. Когато е необходимо (например по време на пълно или протеиново гладуване), тези протеини служат и като източници на незаменими аминокиселини.

Влизайки в черния дроб през порталната вена, аминокиселините претърпяват редица трансформации и значителна част от аминокиселините се пренасят от кръвта в тялото и се използват за физиологични цели. Черният дроб осигурява баланса на свободните аминокиселини в тялото, като синтезира несъществени аминокиселини и преразпределя азота. Абсорбираните аминокиселини се използват предимно като строителни материали за синтеза на специфични тъканни протеини, ензими, хормони и други биологично активни съединения. Определено количество аминокиселини се разграждат с образуването на крайните продукти на протеиновия метаболизъм (CO2, H2O и NH3) и освобождаването на енергия.

Всички албумини, 75-90% от β-глобулините (β 1 -антитрипсин, β 2 -макроглобулин - протеазни инхибитори, протеини от острата фаза на възпалението), 50% от плазмените β-глобулини се синтезират от хепатоцити. Черният дроб синтезира протеинови коагулационни фактори (протромбин, фибриноген, проконвертин, ускоряващ глобулин, фактор на Кристмас, фактор на Stewart-Prower) и част от естествените основни антикоагуланти (антитромбин, протеин С и др.). Хепатоцитите участват в образуването на някои инхибитори на фибринолизата, в черния дроб се образуват регулатори на еритропоезата - еритропоетини. Гликопротеинът хаптоглобин, който образува комплекс с хемоглобина, за да предотврати отделянето му от бъбреците, също има чернодробен произход. Това съединение принадлежи към протеините на острата фаза на възпалението и има пероксидазна активност. Церулоплазмин, също гликопротеин, синтезиран от черния дроб, може да се счита за извънклетъчна супероксид дисмутаза, която помага за защитата на клетъчните мембрани; Освен това стимулира производството на антитела. Подобен ефект, само върху клетъчния имунитет, има трансферин, чиято полимеризация също се извършва от хепатоцити.

Друг протеин, съдържащ въглехидрати, но с имуносупресивни свойства, може да се синтезира от черния дроб - b-фетопротеин, чието повишаване на концентрацията в кръвната плазма служи като ценен маркер за някои тумори на черния дроб, тестисите и яйчниците. Черният дроб е източникът на повечето протеини от системата на комплемента.

В черния дроб се извършва най-активният обмен на протеинови мономери - аминокиселини: синтез на несъществени аминокиселини, синтез на непротеинови азотни съединения от аминокиселини (креатин, глутатион, никотинова киселина, пурини и пиримидини, порфирини, дипептиди, пантотенатни коензими и др.), окисление на аминокиселини с образуването на амоняк, който се неутрализира в черния дроб по време на синтеза на урея.

Така че нека помислим са често срещаниаминокиселинни метаболитни пътища. Общите пътища за преобразуване на аминокиселини в черния дроб включват дезаминиране, трансаминиране, декарбоксилиране и биосинтеза на аминокиселини.

Дезаминиране на аминокиселини. Доказано е съществуването на 4 вида аминокиселинно дезаминиране (отцепване на аминогрупата) (Приложение 17). Съответните ензимни системи, катализиращи тези реакции, бяха изолирани и реакционните продукти бяха идентифицирани. Във всички случаи NH2 групата на аминокиселината се освобождава под формата на амоняк. В допълнение към амоняка, продуктите за деаминиране включват мастни киселини, хидрокси киселини и кето киселини.

Трансаминиране на аминокиселини. Трансаминирането се отнася до реакции на междумолекулен трансфер на аминогрупа (NH2—) от аминокиселина към b-кето киселина без междинно образуване на амоняк. Реакциите на трансаминиране са обратими и протичат с участието на специфични аминотрансферазни ензими или трансаминази.

Пример за реакция на трансаминиране:

Декарбоксилиране на аминокиселини. Процесът на отстраняване на карбоксилната група на аминокиселините под формата на CO2. Получените продукти от реакцията са биогенни амини. Реакциите на декарбоксилиране, за разлика от други процеси на метаболизма на междинните аминокиселини, са необратими. Те се катализират от специфични ензими – аминокиселинни декарбоксилази.

Неутрализиранеамоняк в тялото. В човешкото тяло около 70 g аминокиселини на ден се разграждат и в резултат на реакции на дезаминиране и окисляване на биогенни амини се отделя голямо количество амоняк, който е силно токсично съединение. Следователно концентрацията на амоняк в тялото трябва да се поддържа ниска. Нивото на амоняк в кръвта обикновено не надвишава 60 µmol/l. Амонякът трябва да претърпи свързване в черния дроб, за да образува нетоксични съединения, които лесно се отделят с урината.

Един от начините за свързване и неутрализиране на амоняка в тялото е биосинтезата на глутамин (и вероятно аспарагин). Глутаминът и аспарагинът се екскретират в урината в малки количества. По-скоро те изпълняват транспортна функция за пренасяне на амоняк в нетоксична форма. Синтезът на глутамин се катализира от глутамин синтетаза.

Вторият и основен начин за неутрализиране на амоняка в черния дроб е образуването на урея, което ще бъде разгледано по-долу в уреообразуващата функция на черния дроб.

В хепатоцитите отделните аминокиселини претърпяват специфични трансформации. Тауринът се образува от аминокиселини, съдържащи сяра, които по-късно се включват в сдвоени жлъчни киселини (таурохолева, тауродезоксихолева) и могат да служат и като антиоксидант, свързвайки хипохлоритния анион, стабилизирайки клетъчните мембрани; настъпва активиране на метионин, който под формата С- аденозилметионинът служи като източник на метилови групи в реакциите на края на генезиса на креатина, синтеза на холин за холин фосфатиди (липотропни вещества).

Биосинтез на неесенциални аминокиселини. Всяка една от незаменимите аминокиселини може да се синтезира в тялото в необходимите количества. В този случай въглеродната част на аминокиселината се образува от глюкоза, а аминогрупата се въвежда от други аминокиселини чрез трансаминиране. Алания, аспартат и глутамат се образуват съответно от пируват, оксалоацетат и b-кетоглутарат. Глутаминът се образува от глутаминова киселина чрез действието на глутамин синтетазата:

Аспарагинът се синтезира от аспарагинова киселина и глутамин, който служи като донор на амидна група; Реакцията се катализира от аспарагин синтетаза.Пролинът се образува от глутаминова киселина. Хистидинът (частично заменима аминокиселина) се синтезира от АТФ и рибоза: пуриновата част на АТФ доставя -N=CH-NH- фрагмента за имидазоловия цикъл на хистидина; останалата част от молекулата се образува от рибоза.

Ако в храната няма несъществена аминокиселина, клетките я синтезират от други вещества и по този начин поддържат пълния набор от аминокиселини, необходими за синтеза на протеини. Ако поне една от незаменимите аминокиселини липсва, протеиновият синтез спира. Това е така, защото по-голямата част от протеините съдържат всичките 20 аминокиселини; следователно, ако поне един от тях липсва, протеиновият синтез е невъзможен.

В организма се синтезират частично заменими аминокиселини, но скоростта на техния синтез не е достатъчна, за да задоволи всички нужди на организма от тези аминокиселини, особено при децата. Условно незаменимите аминокиселини могат да бъдат синтезирани от незаменими: цистеин - от метионин, тирозин - от фенилаланин. С други думи, цистеинът и тирозинът са несъществени аминокиселини, при условие че има достатъчен хранителен прием на метионин и фенилаланин.

1.1.4 Участие на черния дроб във витаминната обмяна

Участието на черния дроб в метаболизма на витамините се състои от процесите на отлагане на всички мастноразтворими витамини: A, D, E, K, F (секрецията на жлъчката също осигурява усвояването на тези витамини) и много от хидровитамините ( B 12, фолиева киселина, B 1, B 6, PP и др.), синтез на някои витамини (никотинова киселина) и коензими.

Черният дроб е специален с това, че активира витамините:

1. Фолиевата киселина се превръща в тетрахидрофолиева киселина (THFA) с помощта на витамин С; Редукцията включва разкъсването на две двойни връзки и добавянето на четири водородни атома в позиции 5, 6, 7 и 8, за да се образува тетрахидрофолиева киселина (THFA). Протича в 2 етапа на тъкан с участието на специфични ензими, съдържащи редуциран NADP. Първо, действието на фолат редуктазата произвежда дихидрофолиева киселина (DHFA), която с участието на втори ензим, дихидрофолат редуктаза, се редуцира до THFA:

1. Витамините B 1 и B 6 се фосфорилират съответно в тиамин дифосфат и пиридоксал фосфат. Витамин В6 (пиридоксин) е производно на 3-хидроксипиридин. Терминът витамин B 6 се отнася до трите 3-хидроксипиридинови производни, които имат еднаква витаминна активност: пиридоксин (пиридоксол), пиридоксал и пиридоксамин:

Въпреки че и трите производни на 3-хидроксипиридин са надарени с витаминни свойства, само фосфорилираните производни на пиридоксал и пиридоксамин изпълняват коензимни функции. Фосфорилирането на пиридоксал и пиридоксамин е ензимна реакция, протичаща с участието на специфични кинази. Синтезът на пиридоксал фосфат, например, се катализира от пиридоксал киназа:

Витамин B1 (тиамин). Химическата му структура съдържа два пръстена - пиримидин и тиазол, свързани с метиленова връзка. И двете пръстенни системи се синтезират отделно като фосфорилирани форми, след което се обединяват чрез кватернерен азотен атом.

Превръщането на витамин В1 в неговата активна форма, тиамин пирофосфат (TPP), наричан още тиамин дифосфат (TDP), включва специфичния АТФ-зависим ензим тиамин пирофосфокиназа.

1. Някои каротини се превръщат във витамин А под въздействието на каротин диоксигеназата. Каротините са провитамини на витамин А. Има 3 вида каротини: b-, b- и d-каротини, които се различават един от друг по своята химична структура и биологична активност. β-каротинът има най-голяма биологична активност, тъй като съдържа два β-йононови пръстена и при разграждане в тялото от него се образуват две молекули витамин А:

По време на окислителното разграждане на b- и g-каротините се образува само една молекула витамин А, тъй като всеки от тези провитамини съдържа един бета-йононов пръстен.

4. Витамин D претърпява първото хидроксилиране по пътя за производството на хормона калцитриол; В черния дроб хидроксилирането се извършва на позиция 25. Ензимите, които катализират тези реакции, се наричат ​​хидроксилази или монооксигенази. Реакциите на хидроксилиране използват молекулярен кислород.

5. Окисленият витамин С се редуцира до аскорбинова киселина;

6. Витамини PP, B2, пантотенова киселина са включени в съответните нуклеотиди (NAD +, NAD + F, FMN, FAD, CoA-SH);

7. Витамин К се окислява, за да служи като негов пероксид като коензим при съзряването (посттранслационна модификация) на протеиновите коагулационни фактори.

Черният дроб синтезира протеини, които изпълняват транспортни функции по отношение на витамините. Например, ретинол-свързващ протеин (съдържанието му намалява с тумори), витамин Е-свързващ протеин и др. Някои витамини, предимно мастноразтворими, както и продуктите от техните трансформации се екскретират от тялото като част от жлъчката.

1.1.5 Участие на черния дроб във водно-минералната обмяна

Участието на черния дроб във водно-минералния метаболизъм е, че той допълва дейността на бъбреците за поддържане на водно-солевия баланс и е като че ли вътрешен филтър на тялото. Черният дроб задържа Na +, K +, Cl -, Ca 2+ йони и вода и ги освобождава в кръвта. В допълнение, черният дроб отлага макро- (K, Na, Ca, Mg, Fe) и микро- (Cu, Mn, Zn, Co, As, Cd, Pb, Se) елементи и участва в тяхното разпределение към други тъкани чрез транспорт протеини.

За да натрупат желязо, хепатоцитите синтезират специален протеин - феритин. В ретикулоендотелиоцитите на черния дроб и далака се открива водонеразтворим желязосъдържащ протеинов комплекс - хемосидерин. Хепатоцитите синтезират церулоплазмин, който в допълнение към горните функции действа като транспортен протеин за медни йони. Трансферинът, който подобно на церулоплазмина има полифункционалност, също се образува в черния дроб и се използва за транспортиране само на железни йони в кръвната плазма. Този протеин е необходим за растежа на ембрионалните клетки по време на образуването на черния дроб. В черния дроб Zn йонът е включен в алкохол дехидрогеназата, която е необходима за биотрансформацията на етанол. Съединенията на селен, влизащи в хепатоцитите, се превръщат в Se-съдържащи аминокиселини и с помощта на специфична t-RNA се включват в различни Se протеини: глутатион пероксидаза (GPO), 1-йодтиронин-5' - дейодиназа, Se-протеин P. Последният се счита за основен транспортьор на този микроелемент. Дейодиназата, открита не само в черния дроб, осигурява превръщането на прохормона тироксин в активна форма - трийодтиронин. Както е известно, глутатион пероксидазата е ключов ензим в антирадикалната защита. В черния дроб сярата, включена в аминокиселините, се окислява до сулфати, които под формата на FAPS (фосфоаденозилфосфосулфати) се използват в реакциите на сулфониране на GAGs, липиди, както и в процесите на биотрансформация на ксенобиотици и някои ендогенни вещества (примери от продуктите на инактивиране са скатоксил сулфат, индоксил сулфат). Черният дроб може да служи като временно депо за вода, особено по време на оток (количеството H 2 O може да достигне до 80% от масата на органа).

1.1.6 Участие на черния дроб в пигментния метаболизъм

Участието на черния дроб в метаболизма на пигментите се проявява в превръщането на хромопротеините в билирубин в RES клетките, присъстващи в черния дроб, конюгирането на билирубина в самите чернодробни клетки и разграждането на уробилиногена, абсорбиран от червата в непигментни продукти.

Хемохромогенните пигменти се образуват в организма при разграждането на хемоглобина (в много по-малка степен при разграждането на миоглобина, цитохромите и др.).

Началният етап на разпадане на хемоглобина (в клетките на макрофагите, по-специално в звездните ретикулоендотелиоцити, както и в хистиоцитите на съединителната тъкан на всеки орган) е разкъсването на един метинов мост с образуването на вердоглобин. Впоследствие железният атом и глобиновият протеин се отделят от вердоглобиновата молекула. В резултат на това се образува биливердин, който представлява верига от четири пиролови пръстена, свързани с метанови мостове. Тогава биливердинът, като се възстановява, се превръща в билирубин, пигмент, секретиран с жлъчката и поради това наречен жлъчен пигмент. Полученият билирубин се нарича индиректен (неконюгиран) билирубин. Той е неразтворим във вода и дава индиректна реакция с диазореагента, т.е. реакцията настъпва само след предварителна обработка с алкохол. В черния дроб билирубинът се свързва (конюгатира) с глюкуроновата киселина. Тази реакция се катализира от ензима UDP-глюкуронилтрансфераза и глюкуроновата киселина реагира в активната си форма, т.е. под формата на СДФГК. Полученият билирубинов глюкуронид се нарича директен билирубин (конюгиран билирубин). Той е разтворим във вода и реагира директно с диазореагента. Повечето билирубин се свързва с две молекули глюкуронова киселина, за да образува билирубин диглюкуронид. Директният билирубин, образуван в черния дроб, заедно с много малка част от индиректния билирубин се екскретира с жлъчката в тънките черва. Тук глюкуроновата киселина се отцепва от директния билирубин и нейното намаляване става с последователно образуване на мезобилирубин и мезобилиноген (уробилиноген). От тънките черва част от получения мезобилиноген (уробилиноген) се резорбира през чревната стена, навлиза в порталната вена и с кръвния поток се транспортира до черния дроб, където се разгражда напълно до ди- и трипироли. По този начин мезобилиногенът обикновено не навлиза в общото кръвообращение и урината. Основното количество мезобилиноген от тънките черва навлиза в дебелото черво и тук се редуцира до стеркобилиноген с участието на анаеробна микрофлора. Полученият стеркобилиноген в долните части на дебелото черво (главно в ректума) се окислява до стеркобилин и се екскретира с изпражненията. Само малка част от стеркобилиноген се абсорбира в системата на долната празна вена (първо навлиза в хемороидалните вени) и впоследствие се екскретира в урината (Приложение 18).

В повечето случаи на чернодробно заболяване клиничните тестове изясняват естеството на лезията въз основа на принципите на синдромната диагноза. Основните патологични процеси се комбинират в лабораторни синдроми, като се вземат предвид индикаторните тестове: 1) цитолиза; 2) холестаза (интра- и екстрахепатална); 3) хепатодепресия (недостатъчност на чернодробните клетки, лека чернодробна недостатъчност, недостатъчност на синтетичните процеси); 4) възпаление; 5) чернодробен байпас; 6) регенерация и туморен растеж.

Ако се подозира специфична патология, се вземат предвид основните биохимични синдроми, характерни за това заболяване. За основа се взема стандартната програма за функционално изследване, но за всеки случай се изследват поне два теста.

2.2.1 Синдром на цитолиза

Това се случва, когато чернодробните клетки са увредени и възниква на фона на изразено нарушение на целостта на мембраните на хепатоцитите и техните органели, което води до освобождаване на клетъчни компоненти в междуклетъчното пространство и кръвта. Клетка, подложена на цитолиза, по-често запазва жизнеспособността си, но ако умре, тогава говорим за некроза.

В случай на патология на хепатоцитите, ензимите, освободени от тях, бързо попадат в кръвната плазма, тъй като чернодробните клетки имат пряк контакт с интерстициалното и вътресъдовото пространство, освен това пропускливостта на капилярните стени в този орган е висока.

Основните биохимични промени се наблюдават в общите пътища на катаболизъм. Окислителното фосфорилиране страда, в резултат на това нивото на АТФ пада и концентрацията на електролитите се променя. Дисбалансът на последния се отразява в степента на пропускливост на клетъчните мембрани. Дългосрочното инхибиране на синтеза на АТФ води до енергиен дефицит, увреждане на синтеза на протеини, урея и хипурова киселина, наблюдават се промени в липидния и въглехидратния метаболизъм.

Важна роля в прогресирането на това състояние играят лизозомите, които се разрушават поради разпадането на мембранните структури и хидролитичните ензими се освобождават в цитозола.

Този лабораторен синдром е по-чест при остър вирусен хепатит и други остри чернодробни увреждания (медикаментозни, токсични), хроничен активен хепатит, цироза и при бързо развиваща се и продължителна субхепатална жълтеница.

2.2.2 Синдром на холестаза

Причинява се от промени в билиарната функция на чернодробните клетки с нарушаване на образуването на жлъчни мицели и увреждане на най-малките жлъчни пътища по време на интрахепатална холестаза. Екстрахепаталната холестаза е свързана с механични пречки за нормалния поток на жлъчката в екстрахепаталните жлъчни пътища.

При синдром на холестаза се повишава активността на екскреторните ензими, наблюдава се хиперхолестеролемия и се увеличава съдържанието на фосфолипиди, липопротеини с ниска плътност (LDL) и жлъчни соли. Възможна е хипербилирубинемия поради свързаната фракция, концентрацията на албумин намалява и съдържанието на b, c- и g-глобулини в кръвния серум се повишава.

При синдром на холестаза определянето на активността на алкалната фосфатаза е от голямо диагностично значение. , който отцепва остатъка от фосфорна киселина от нейните органични естери. Това е хетерогенен ензим, който е представен от различни изомери, тъй като при синдрома има максимално увеличение на алкалната фосфатаза. Определянето на активността на левцин аминопептидазата (LAP), която хидролизира N-терминалните аминокиселинни остатъци в протеините, също е важно при холестаза. При вирусен хепатит активността на PAP, подобно на аминотрансферазите, е повишена (и може да бъде 100 пъти по-висока от горната граница на физиологичното ниво).

При пациенти с холестатични форми на чернодробно увреждане се регистрират промени в пигментния метаболизъм. По-специално се отбелязва хипербилирубинемия поради свързаната с нея форма. Билирубинът, поради своята хидрофилност, се появява в урината, придавайки й тъмен цвят. От друга страна, в урината няма уробилин. Характерен диагностичен признак е наличието на жлъчни соли в урината, които й придават пенливост.

2.2.3 Синдром на хепатодепресия (лека чернодробна недостатъчност)

Характеризира се главно с нарушена синтетична функция. При синдрома се наблюдава намаляване на активността на холинестеразата в кръвния серум, количествени промени в нивата на кръвната захар, намаляване на съдържанието на общия протеин, особено албумин, хипохолестеролемия, спад в стойностите на коагулационните фактори на кръвта II, V, VII, хипербилирубинемия, дължаща се на увеличаване на приноса на свободната фракция, промени в параметрите на стрес тестовете (бромсулфалеинов според Розентал-Уайт, индоциан-вофавердин, уевердин, антипирин, галактоза, кофеин).

По отношение на диагностичната стойност, хепатодепресивният синдром е значително по-нисък от цитолитичния синдром. Биохимичните показатели за това страдание обаче играят важна роля при определяне на тежестта на заболяването и идентифициране на тежка хепатоцелуларна недостатъчност, характерна за фулминантните форми. Най-чувствителните критерии са антипириновият тест, съдържанието на проконвертин в кръвния серум (обикновено 80-120%), които са намалени при повечето пациенти със синдром на умерена хепатодепресия. В ежедневната практика все още широко се използват тестове със средна чувствителност - протромбинов индекс и активност на холинестеразата (ChE) в кръвния серум. В човешкото тяло се откриват два вида ChE: истинска ацетилхолинестераза и псевдохолинестераза. Първият хидролизира ацетилхолина, а нервната тъкан и червените кръвни клетки са богати на него, вторият се синтезира главно в хепатоцитите и разгражда както холиновите, така и нехолиновите естери. Активността на ChE е важен лабораторно диагностичен параметър, характеризиращ функционалното състояние на черния дроб. При този синдром активността на ChE е инхибирана. Тестовете в тази група включват определяне на нивата на глюкоза . Установено е, че колкото по-тежък е ходът на острия хепатит, толкова по-често се наблюдава хипогликемия . При остра чернодробна недостатъчност намаляването на нивото на този монозахарид в кръвта се развива при всеки четвърти пациент.

Дисбалансът в протеиновия спектър на кръвния серум се характеризира с хипоалбуминемия и повишаване на стойностите на глобулина поради g-фракцията. При леки форми на хепатит количеството протеини не се променя, при по-тежки форми се наблюдава хиперпротеинемия на фона на намаляване на нивата на албумин. Вторичната хипоалбуминемия при хронично чернодробно увреждане (тежък дълготраен вирусен хепатит, цироза) е неблагоприятен прогностичен признак. Може да доведе до спадане на онкотичното налягане на кръвната плазма, развитие на оток и впоследствие до асцит.

Нарушения на липидния метаболизъм, а именно хипохолестеролемия, особено за етерно-свързаната фракция, се наблюдават при остър вирусен хепатит и злокачествени чернодробни тумори. Определянето на фракционния състав на холестерола и отделните липопротеини (предимно HDL) в кръвната плазма е от най-голямо диагностично значение.

Промените в пигментния метаболизъм поради дисфункция на част от чернодробните клетки се характеризират с хипербилирубинемия, дължаща се на свободния билирубин. В зависимост от степента на метаболитния блок, увреждането се разграничава на следните етапи: в активния транспорт на свободната фракция от кръвта в чернодробните клетки и в образуването на билирубинови глюкурониди в хепатоцитите.

2.2.4 Синдром на възпаление

Причинява се от сенсибилизация на клетки от имунокомпетентна тъкан и активиране на ретикулохистиоцитната система. Хистологичният израз на този синдром е лимфомакрофагова инфилтрация на порталните пътища и интралобуларната строма, т.е. имунно възпаление. Всяка имунологична реакция се развива чрез взаимодействието на Т- и В-лимфоцити, макрофаги и неутрофили. При алкохолно чернодробно увреждане в процеса участват еозинофили. Синдромът на възпалението се характеризира с: хиперпротеинемия, дължаща се на увеличаване главно на дела на g-глобулините, повишаване на стойностите на имуноглобулините, особено IgG, IgM, IgA, промени в протеиново-седиментните проби (тимол, сублимат, Veltman ), появата на неспецифични антитела към дезоксирибонуклеопротеини, гладкомускулни влакна , митохондрии, микрозоми Тестовете за колоидна стабилност (тест на тимол, тест на Велтман, тест на цинков сулфат) се използват широко в клиничните диагностични лаборатории. Положителният резултат от тези тестове се дължи на количествени промени в съдържанието на отделни фракции (b-, c-, g-глобулини) или намаляване на съотношението албумин/глобулин. Най-широко разпространен е тестът на McLagan (тимол), който се регистрира ясно в 90% от случаите на остър вирусен хепатит дори в предиктеричния стадий на заболяването, както и в неговата аниктерична форма.

Регистрира се поради развитието на мощни венозни колатерали с последващо навлизане в общия кръвен поток на голямо количество вещества, които обикновено се трансформират в черния дроб. Тези съединения включват амониеви соли, феноли, аминокиселини (тирозин, фенилаланин, триптофан, метионин), късоверижни мастни киселини, съдържащи 4-8 въглеродни атома (маслена, валерианова, капронова и каприлова киселини) и меркаптани . Натрупвайки се в кръвта във високи концентрации, те стават токсични за централната нервна система и застрашават появата на чернодробна енцефалопатия. Веществата от тази група включват и ендотоксини - липополизахариди на грам-отрицателни чревни микроби.

При чернодробни заболявания, особено при цироза, процесите на дезаминиране на аминокиселините и синтеза на урея са нарушени. Аминният азот в кръвта не може да се неутрализира в черния дроб (поради превръщането му в урея) и се изпраща в общото кръвообращение, където високата му концентрация предизвиква токсичен ефект. "Амонячната" интоксикация е един от най-важните симптоми, които стимулират развитието на "чернодробна" кома и енцефалопатия.

2.2.6 Синдром на регенерация на черния дроб и туморен растеж

Неговият показател е откриването на големи количества b-фетопротеин в кръвния серум (8 пъти или повече в сравнение с нормата). Малко повишаване на нивото на този гликопротеин (1,5-4 пъти) е по-често при повишена регенерация, по-специално при активна цироза на черния дроб. Като цяло преходът на синдрома към хроничен хепатит, след това към цироза и рак може да се разглежда като единичен патологичен процес.

Заключение

Черният дроб е един от най-важните органи, които поддържат жизнените функции на тялото, тъй като биохимичните функции, включително различни метаболитни реакции, протичащи в черния дроб, са основата и свързващото ядро ​​на общия метаболизъм на веществата. Освен това черният дроб изпълнява специфични функции, например участва в храносмилането чрез отделяне на жлъчка; филтрира кръвта с образуването на метаболитни крайни продукти, които впоследствие се екскретират от тялото; частично осигурява имунитет чрез синтезиране на протеини в кръвната плазма.

Като цяло, всички функции на черния дроб водят до поддържане на хомеостазата и нарушението на поне една от тях може да доведе до промени в целия организъм, което означава, че чернодробните заболявания засягат състоянието на други органи и тялото като цяло. Следователно курсовата работа разгледа нормалното и патологичното състояние на черния дроб и засегна основите на лабораторната диагностика, тъй като познаването на уменията за идентифициране на синдроми на увреждане на черния дроб позволява точно диагностициране и определяне на причината за заболяването в бъдеще, което е много важно в ранен стадий и дава възможност за назначаване на подходящо лечение.

Библиография

1. Анохин, П.К. Неврофизиологична теория на глада, апетита и ситостта [Електронен ресурс] / Анохин П.К., Судаков К.В. - 1971.- т. 2, № 1. - с. 3. - режим на достъп: http://www.curemed.ru/medarticle/articles/14248.htm.

2. Березов, Т.Т. Биологична химия [Текст]: учебник / Т. Т. Березов, Б. Ф. Коровкин. - 3-то изд., преработено и допълнено. - М.: Медицина, 1998. - 704 с.: ил. - (Текст. лит. За студенти от медицински университети). - ISBN 5-225-02709-1.

3. Биохимия [Текст]: учебник за ВУЗ / изд. чл.-кор РАН, проф. Е. С. Северина. - 2-ро изд., рев. - М.: ГЕОТАР-МЕД, 2004. - 748 с.: ил. - (серия “XXI век”). - ISBN 5-9231-0390-7.

4. Клинична биохимия [Текст] / изд. член кор. RAS, академик на Руската академия на медицинските науки V. A. Tkachuk. - 2-ро изд., преработено и допълнено. - М.: ГЕОТАР-МЕД, 2004. - 512 с. - (Класически университетски учебник). - ISBN 5-9231-0420-2.

5. Мъри, Р. Човешка биохимия [Текст]: в 2 тома / Р. Мъри, Д. Гренър, П. Мейс, В. Родуел. - пер. от английски В. В. Борисова, Е. В. Дайниченко; редактиран от Л.М. Гинодман. - М.: Мир, 1993. - ил. - ISBN 5-03-001774-7.

6. Никитина, Л.П. Биохимия на черния дроб в нормални условия и при патология [Текст]: учебник за преподаватели и студенти от медицински университети, лекари, стажанти, клинични ординатори / Л. П. Никитина, Н. В. Соловьова,

П. Б. Циндамбаев. - Чита: Държавна образователна институция ChSMA, 2004. - 52 с.

7. Николаев, А.Я. Биологична химия [Текст] / A.Ya. Николаев. - 4-то изд., преработено. и допълнителни - М.: Медицинска информационна агенция. - 2004. - 556 с.: ил. - ISBN 5-89481-219-4.

8. Strayer, L. Биохимия [Текст]: в 3 тома / L. Strayer. - пер. от английски М. Д. Гроздова; редактиран от S.E. Северина. - М.: Мир, 1984. - ил.

Животни, растения, гъбички, вируси, бактерии. Броят на представителите на всяко царство е толкова голям, че човек може само да се чуди как всички ние се побираме на Земята. Но въпреки такова разнообразие всички живи същества на планетата споделят няколко основни характеристики.

Общото между всички живи същества

Доказателството идва от няколко основни характеристики на живите организми:

• хранителни нужди (консумация на енергия и нейната трансформация в тялото);
• нужди от дишане;
• способност за възпроизвеждане;
• растеж и развитие през целия жизнен цикъл.

Всеки от изброените процеси е представен в тялото от маса химични реакции. Всяка секунда във всяко живо същество и особено в човек протичат стотици реакции на синтез и разлагане на органични молекули. Структурата, характеристиките на химичното действие, взаимодействието помежду си, синтез, разлагане и изграждане на нови структури на молекули с органична и неорганична структура - всичко това е предмет на изучаване на голяма, интересна и разнообразна наука. Биохимията е млада, прогресивна област на знанието, която изучава всичко, което се случва вътре в живите същества.

Предмет

Обект на изучаване на биохимията са само живите организми и всички жизнени процеси, протичащи в тях. По-конкретно, химичните реакции, които се случват по време на усвояването на храната, отделянето на отпадъчни продукти, растежа и развитието. По този начин основите на биохимията са изучаването на:

1. Неклетъчни форми на живот - вируси.
2. Прокариотни бактериални клетки.
3. Висши и низши растения.
4. Животни от всички известни класове.
5. Човешкото тяло.

В същото време самата биохимия е доста млада наука, възникнала едва с натрупването на достатъчно знания за вътрешните процеси в живите същества. Възникването и обособяването му датира от втората половина на 19 век.

Съвременни клонове на биохимията

На съвременния етап на развитие биохимията включва няколко основни раздела, които са представени в таблицата.

Глава	Определение	Обект на изследване
Динамична биохимия	Изучава химичните реакции, които са в основата на взаимното преобразуване на молекулите в тялото	Метаболитите са прости молекули и техните производни, образувани в резултат на обмен на енергия; монозахариди, мастни киселини, нуклеотиди, аминокиселини
Статична биохимия	Изучава химичния състав вътре в организмите и структурата на молекулите	Витамини, протеини, въглехидрати, нуклеинови киселини, аминокиселини, нуклеотиди, липиди, хормони
Биоенергия	Занимава се с изследване на абсорбцията, натрупването и трансформацията на енергия в живите биологични системи	Един от разделите на динамичната биохимия
Функционална биохимия	Изучете детайлите на всички физиологични процеси в тялото	Хранене и храносмилане, киселинно-алкален баланс, мускулни контракции, провеждане на нервни импулси, регулиране на черния дроб и бъбреците, действие на имунната и лимфната система и т.н.
Медицинска биохимия (биохимия на човека)	Изучава метаболитните процеси в човешкото тяло (при здрави организми и при болести)	Експериментите върху животни позволяват да се идентифицират патогенните бактерии, които причиняват заболявания при хората, и да се намерят начини за борба с тях

По този начин можем да кажем, че биохимията е цял комплекс от малки науки, които обхващат цялото разнообразие от най-сложните вътрешни процеси на живите системи.

Свързани науки

С течение на времето се натрупаха толкова много различни знания и се формираха толкова много научни умения за обработка на резултати от изследвания, размножаване на бактериални колонии и РНК, вмъкване на известни участъци от генома с дадени свойства и т.н., че има нужда от допълнителни науки които са спомагателни за биохимията. Това са науки като:

• молекулярна биология;
• Генното инженерство;
• генна хирургия;
• молекулярна генетика;
• ензимология;
• имунология;
• молекулярна биофизика.

Всяка от изброените области на знанието има много постижения в изучаването на биопроцесите в живите биологични системи и поради това е много важна. Всички те принадлежат към науките на 20 век.

Причини за интензивното развитие на биохимията и свързаните с нея науки

През 1958 г. Корана открива гена и неговата структура, след което през 1961 г. генетичният код е дешифриран. Тогава е установена структурата на молекулата на ДНК - двуверижна структура, способна на редупликация (самовъзпроизвеждане). Описани са всички тънкости на метаболитните процеси (анаболизъм и катаболизъм), изследвана е третичната и кватернерната структура на протеиновата молекула. И това не е пълен списък на най-значимите открития на 20-ти век, които са в основата на биохимията. Всички тези открития принадлежат на биохимиците и на самата наука като такава. Следователно има много предпоставки за неговото развитие. Можем да посочим няколко съвременни причини за неговата динамичност и интензивност при формирането му.

1. Разкрита е основата на повечето химични процеси, протичащи в живите организми.
2. Формулиран е принципът на единство в повечето физиологични и енергийни процеси за всички живи същества (например те са еднакви при бактериите и хората).
3. Медицинската биохимия предоставя ключа към лечението на множество различни сложни и опасни заболявания.
4. С помощта на биохимията стана възможно да се подходи към решаването на най-глобалните проблеми на биологията и медицината.

Оттук и заключението: биохимията е прогресивна, важна и много широкоспектърна наука, която ни позволява да намерим отговори на много въпроси на човечеството.

Биохимия в Русия

У нас биохимията е толкова прогресивна и важна наука, колкото и в целия свят. На територията на Русия има Институт по биохимия на името на. A. N. Bakh RAS, Институт по биохимия и физиология на микроорганизмите на името на. Г. К. Скрябин RAS, Изследователски институт по биохимия SB RAS. Нашите учени имат голяма роля и много заслуги в историята на развитието на науката. Например, открит е методът на имуноелектроферезата, механизмите на гликолизата, формулиран е принципът на нуклеотидната комплементарност в структурата на молекулата на ДНК и са направени редица други важни открития. В края на 19 и началото на 20в. По принцип не бяха създадени цели институти, а катедри по биохимия в някои от университетите. Скоро обаче възникна необходимост от разширяване на пространството за изучаване на тази наука поради интензивното й развитие.

Биохимични процеси в растенията

Биохимията на растенията е неразривно свързана с физиологичните процеси. Като цяло предметът на изучаване на растителната биохимия и физиология е:

• жизнена дейност на растителна клетка;
• фотосинтеза;
• дъх;
• воден режим на растенията;
• минерално хранене;
• качество на реколтата и физиологията на нейното формиране;
• устойчивост на растенията към вредители и неблагоприятни условия на околната среда.

Последици за селското стопанство

Познаването на дълбоките биохимични процеси в растителните клетки и тъкани позволява да се повиши качеството и количеството на реколтата от култивирани селскостопански растения, които са масови производители на важни хранителни продукти за цялото човечество. В допълнение, физиологията и биохимията на растенията позволяват да се намерят начини за решаване на проблемите с нашествието от вредители, устойчивостта на растенията към неблагоприятни условия на околната среда и дават възможност за подобряване на качеството на растителните продукти.

Нека се опитаме да обясним какво е функционална биохимия. Всички сте чували израза: „Ние сме това, което ядем!“ Това е вярно в много отношения, но ние също дишаме и попиваме с кожата... Тялото е като голямо производствено съоръжение, в което протичат някакви технологични процеси: физични, химични, електрически... Цялата тази съвкупност се нарича метаболизъмили метаболизъм, или биохимични реакции. Благодарение на метаболизма ние живеем, той осигурява функционирането на всички органи и системи, тяхното взаимодействие помежду си и с външната среда.

В науката съществуват понятията „ин витро“ и „ин виво“. За тези, които не са запознати с терминологията, нека обясним: „ин витро“ е това, което се случва в епруветка, в лаборатория, при експериментални условия, а „ин виво“ е това, което се случва в живата тъкан, в тялото, в естествената среда. Тези процеси не са еквивалентни! Има биохимични реакции, които не могат да бъдат възпроизведени нито в лаборатория, нито в научноизследователски институт, нито където и да е другаде, с една дума! А в живия организъм тази реакция протича много просто и естествено!!! Това е проявлението живот! Задачата на функционалната биохимия е да установи характеристиките на метаболизма във всеки конкретен случай. Тоест, да се разберат характеристиките на взаимодействие както с външната среда, така и характеристиките на протичането на биохимичните процеси в самия организъм.

Метаболизмът се определя от набор ензими. Наборът от ензими се определя от набора гени. Това е официалната гледна точка на науката. Всяко живо същество има „основен“ набор от гени (ядро), което осигурява жизнеспособност. И разпадането на тези гени създава големи трудности при реализирането на живота. И има „опции“ (допълнителен набор от гени), които осигуряват нашата индивидуалност: цвят на кожата, цвят на очите и т.н. Тези гени отчасти определят характеристиките на взаимодействието на живия организъм с външната среда. И това се реализира чрез нашия имунитет. Всичко, което влиза в контакт с нашето тяло, се вдишва, абсорбира, поглъща - всичко това се оценява преди всичко от нашата имунна система. И с негово „разрешение“ той взаимодейства с вътрешната среда, може да участва в метаболизма и т.н.

Живият организъм е отворена система, тоест, за да осигури жизнените си функции, той трябва да взаимодейства с външната среда. Това свойство осигурява оцеляването на индивида и еволюцията на вида. Ако всичко е идеално, тогава човек се адаптира добре към променящите се условия и може да консумира всеки продукт, всяка храна, животински или растителен произход. Ако не, тогава човекът не понася добре промените в околната среда и част от храната се превръща в токсин за тялото.

А функционалният подход към изучаването на метаболизма на конкретен човек позволява да се коригират „недостатъците“ на взаимодействие с външната среда, както и „трудностите“ на вътрешните метаболитни процеси. Трябва да разберем, че имунната система играе ключова роля тук. Веществата, които не са разпознати като източник на хранене (храна), се възприемат от имунната система като чужд агент. В резултат на това се развива така наречената реакция, която може да се прояви в един или повече видове имунологични реакции. Ако говорим за вродено свойство на организма (определено от генома), тогава можем само да се адаптираме към него. Също така, понякога на живата тъкан липсват някои вещества или компоненти за пълноценно съществуване и осигуряване на всички функции в тялото. Тези състояния се наричат ​​в медицината. Освен това има съединения и вещества, които в повечето случаи имат ефект върху живата тъкан. И тяхното присъствие е изключително нежелателно за тялото. Те включват токсични метали, съединения от промишлен или селскостопански произход, токсини, произведени от организми, живеещи вътре в нас.

За диагностициране на тези състояния се използват предимно лабораторни методи, които позволяват да се идентифицират груби нарушения. Някои от тези методи на изследване в момента се оспорват. Например кръвният тест не отразява действителното ниво на витамини и елементи в тъканите и в организма като цяло (с изключение на витамин А). В нашата диагностична дейност използваме стандартизирани методи на приложната кинезиология. Този метод ви позволява да идентифицирате доста фини и незначителни нарушения на метаболитно (химическо) ниво, да изберете коригиращо вещество и неговата доза. По наши данни в 91% от случаите е необходима една или друга корекция на химични процеси, в допълнение към други методи (остеопатични, медикаментозни...).