біохімія печінки
2. Роль печінки у вуглеводному обміні: підтримка постійної концентрації глюкози, синтез і мобілізація глікогену, глюконеогенез, основні шляхи перетворення глюкозо-6-фосфату, взаємоперетворення моносахаридів.
3. Роль печінки в обміні ліпідів: синтез вищих жирних кислот, ацілгліцероли, фосфоліпідів, холестеролу, кетонових тіл, синтез і обмін ліпопротеїнів, поняття про ліпотропних ефект і ліпотропних факторах.
4. Роль печінки в білковому обміні: синтез специфічних білків плазми крові, утворення сечовини і сечової кислоти, холіну, креатину, взаємоперетворення кетокислот і амінокислот.
5. Метаболізм алкоголю в печінці, жирове переродження печінки при зловживанні алкоголем.
6. знешкоджують функція печінки: стадії (фази) знешкодження токсичних речовин в печінці.
7. Обмін білірубіну в печінці. Зміни вмісту жовчних пігментів в крові, сечі і калі при різних видах жовтяниць (надпечёночной, паренхиматозной, обтураційній).
8. Хімічний склад жовчі і її роль; фактори, що сприяють утворенню жовчних каменів.
Печінка є органом, що займає унікальне місце в обміні речовин. У кожній печінкової клітці міститься кілька тисяч ферментів, які каталізують реакції численних метаболічних шляхів. Тому печінка виконує в організмі цілий ряд метаболічних функцій. Найважливішими з них є:
- біосинтез речовин, які функціонують або використовуються в інших органах. До цих речовин відносяться білки плазми крові, глюкоза, ліпіди, кетонові тіла і багато інших з'єднань;
- біосинтез кінцевого продукту азотистого обміну в організмі - сечовини;
- участь в процесах травлення - синтез жовчних кислот, освіту і екскреція жовчі;
- біотрансформація (модифікація і кон'югація) ендогенних метаболітів, лікарських препаратів і отрут;
- виділення деяких продуктів метаболізму (жовчні пігменти, надлишок холестерину, продукти знешкодження).
Основна роль печінки в обміні вуглеводів полягає в підтримці постійного рівня глюкози в крові. Це здійснюється шляхом регуляції співвідношення процесів утворення та утилізації глюкози в печінці.
У клітинах печінки міститься фермент глюкокіназа. каталізує реакцію фосфорилювання глюкози з утворенням глюкозо-6-фосфату. Глюкозо-6-фосфат є ключовим метаболітом вуглеводного обміну; основні шляхи його перетворення представлені на малюнку 1.
Гліколіз і пентозофосфатний шлях окислення глюкози в печінці служать в першу чергу постачальниками метаболітів-попередників для біосинтезу амінокислот, жирних кислот, гліцерину і нуклеотидів. У меншій мірі окислювальні шляху перетворення глюкози в печінці є джерелами енергії для забезпечення біосинтетичних процесів.
Малюнок 1. Головні шляхи перетворення глюкозо-6-фосфату в печені.Ціфрамі позначені: 1 - фосфорилювання глюкози; 2 - гідроліз глюкозо-6-фосфату; 3 - синтез глікогену; 4 - мобілізація глікогену; 5 - пентозофосфатний шлях; 6 - гліколіз; 7 - глюконеогенез.
Малюнок 2. Схема реакцій синтезу глікогену в печінці.
Малюнок 3. Схема реакцій мобілізації глікогену в печінці.
31.2.2.Путі освіти глюкози. У деяких умовах (при голодуванні низьковуглеводній дієті, тривалому фізичному навантаженні) потреба організму у вуглеводах перевищує ту кількість, яка всмоктується з шлунково-кишкового тракту. В такому випадку утворення глюкози здійснюється за допомогою глюкозо-6-фосфатази. каталізує гідроліз глюкозо-6-фосфату в клітинах печінки. Безпосереднім джерелом глюкозо-6-фосфату служить глікоген. Схема мобілізації глікогену представлена на малюнку 3.
Мобілізація глікогену забезпечує потреби організму людини в глюкозі протягом перших 12 - 24 годин голодування. У більш пізні терміни основним джерелом глюкози стає глюконеогенез - біосинтез з невуглеводних джерел.
Основними субстратами для глюконеогенезу служать лактат, гліцерин і амінокислоти (за винятком лейцину). Ці сполуки спочатку перетворюються в піруват або оксалоацетат - ключові метаболіти глюконеогенезу.
Глюконеогенез - процес, зворотний гликолизу. При цьому бар'єри, створювані незворотними реакціями гліколізу, долаються за допомогою спеціальних ферментів, які каталізують обхідні реакції (див. Малюнок 4).
З інших шляхів обміну вуглеводів в печінці слід зазначити перетворення в глюкозу інших харчових моносахаридів - фруктози і галактози.
Малюнок 4. Гліколіз і глюконеогенез в печінці.
Ферменти, що каталізують незворотні реакції гліколізу: 1 - глюкокіназа; 2 - фосфофруктокінази; 3 - піруваткіназа.
Ферменти, що каталізують обхідні реакції глюконеогенезу: 4 -піруваткарбоксілаза; 5 - фосфоенолпіруваткарбоксікіназа; 6 -фруктози-1,6-дифосфатази; 7 - глюкозо-6-фосфатаза.
В гепатоцитах містяться практично всі ферменти, що беруть участь у метаболізмі ліпідів. Тому паренхіматозні клітини печінки в значній мірі контролюють співвідношення між споживанням і синтезом ліпідів в організмі. Катаболізм ліпідів в клітинах печінки протікає головним чином в мітохондріях і лізосомах, біосинтез - в цитоплазмі і ЕПР. Ключовим метаболитом ліпідного обміну в печінці є ацетил-КоА, головні шляхи утворення та використання якого показані на малюнку 5.
Малюнок 5. Утворення та використання ацетил-КоА в печінці.
31.3.1.Метаболізм жирних кислот в печінці. Харчові жири у вигляді хіломікронів надходять в печінку через систему печінкової артерії. Під дією ліпопротеінліпази, що знаходиться в ендотелії капілярів, вони розщеплюються до жирних кислот і гліцерину. Жирні кислоти, які проникають в гепатоцити, можуть піддаватися окисленню, модифікації (вкорочення або подовження вуглецевого ланцюга, утворення подвійних зв'язків) і використовуватися для синтезу ендогенних триацилгліцеролів і фосфоліпідів.
31.3.2.Сінтез кетонових тел. При β-окисленні жирних кислот в мітохондріях печінки утворюється ацетил-КоА, що піддається подальшому окисленню в циклі Кребса. Якщо в клітинах печінки є дефіцит оксалоацетата (наприклад, при голодуванні, цукровому діабеті), то відбувається конденсація ацетильних груп з утворенням кетонових тел (ацетоацетат, β-гидроксибутират, ацетон). Ці речовини можуть служити енергетичними субстратами в інших тканинах організму (скелетні м'язи, міокард, нирки, при тривалому голодуванні - головний мозок). Печінка не утилізує кетонові тіла. При надлишку кетонових тіл в крові розвивається метаболічний ацидоз. Схема освіти кетонових тіл - на малюнку 6.
Малюнок 6. Синтез кетонових тіл в мітохондріях печінки.
31.3.3.Образованіе та шляхи використання фосфатидного кислоти. Загальним попередником триацилгліцеролів і фосфоліпідів в печінці є фосфатидними кислота. Вона синтезується з гліцерин-3-фосфату і двох ацил-КоА - активних форм жирних кислот (малюнок 7). Гліцерин-3-фосфат може утворитися або з діоксиацетонфосфат (метаболіт гліколізу), або з вільного гліцерину (продукт ліполізу).
Малюнок 7. Освіта фосфатидного кислоти (схема).
Для синтезу фосфоліпідів (фосфатидилхоліну) з фосфатидного кислоти необхідне надходження з їжею достатньої кількості ліпотропних факторів (речовин, що перешкоджають розвитку жирової дистрофії печінки). До цих факторів належать холін, метіонін, вітамін В 12. фолієва кислота і деякі інші речовини. Фосфоліпіди входять до складу ліпопротеїнових комплексів і беруть участь в транспорті ліпідів, синтезованих в гепатоцитах, в інші тканини і органи. Недолік ліпотропних факторів (при зловживанні жирною їжею, хронічний алкоголізм, цукровому діабеті) сприяє тому, що фосфатидними кислота використовується для синтезу триацилгліцеролів (нерозчинних у воді). Порушення освіти ліпопротеїнів призводить до того, що велика кількість ТАГ накопичується в клітинах печінки (жирова дистрофія) і функція цього органу порушується. Шляхи використання фосфатидного кислоти в гепатоцитах і роль ліпотропних факторів показані на малюнку 8.
Малюнок 8. Використання фосфатидного кислоти для сінтезатріацілгліцеролов і фосфоліпідів. Ліпотропні фактори позначені знаком *.
31.3.4.Образованіе холестеролу. Печінка є основним місцем синтезу ендогенного холестерину. Це з'єднання необхідно для побудови клітинних мембран, є попередником жовчних кислот, стероїдних гормонів, вітаміну Д 3. Перші дві реакції синтезу холестеролу нагадують синтез кетонових тіл, але протікають в цитоплазмі гепатоцита. Ключовий фермент синтезу холестеролу - β-гідрокси-β-метилглутарил-КоА-редуктаза (ГМГ-КоА-редуктаза) відзначено зниження надлишком холестеролу і жовчними кислотами за принципом негативного зворотного зв'язку (малюнок 9).
Малюнок 9. Синтез холестеролу в печінці і його регуляція.
31.3.5.Образованіе ліпопротеїнів. Ліпопротеїни - білково-ліпідні комплекси, до складу яких входять фосфоліпіди, триацилгліцеролів, холестерол і його ефіри, а також білки (апопротеїни). Ліпопротеїни транспортують нерозчинні в воді ліпіди до тканин. В гепатоцитах утворюються два класи ліпопротеїнів - ліпопротеїни високої щільності (ЛПВЩ) і ліпопротеїни дуже низької щільності (ЛПДНЩ).
Печінка є органом, який регулює надходження азотистих речовин в організм і їх виведення. У периферичних тканинах постійно протікають реакції біосинтезу з використанням вільних амінокислот, або виділення їх в кров при розпаді тканинних білків. Незважаючи на це, рівень білків і вільних амінокислот в плазмі крові залишається постійним. Це відбувається завдяки тому, що в клітинах печінки є унікальний набір ферментів, які каталізують специфічні реакції обміну білків.
31.4.1.Путі використання амінокислот в печінці. Після прийому білкової їжі в клітини печінки по ворітної вени надходить велика кількість амінокислот. Ці сполуки можуть зазнавати в печінці ряд перетворень, перш ніж вступити в загальний кровотік. До цих реакцій відносяться (рисунок 10):
а) використання амінокислот для синтезу білків;
б) трансамінування - шлях синтезу замінних амінокислот; здійснює також взаємозв'язок обміну амінокислот з глюконеогенезом і загальним шляхом катаболізму;
в) дезаминирование - освіту α-кетокислот і аміаку;
г) синтез сечовини - шлях знешкодження аміаку (схему див. в розділі "Обмін білків");
д) синтез небілкових азотовмісних речовин (холіну, креатину, нікотинаміду, нуклеотидів і т.д.).
Малюнок 10. Обмін амінокислот в печінці (схема).
31.4.2.Біосінтез білків. У клітинах печінки синтезуються багато білків плазми крові: альбуміни (близько 12 г на добу), більшість α- і β-глобулінів, в тому числі транспортні білки (феритин, церулоплазмін, транскортином, ретінолсвязивающего білок і ін.). Багато факторів згортання крові (фібриноген, протромбін, проконвертин, проакцелерін і ін.) Також синтезуються в печінці.
31.5. Знешкоджує функція печінки.
У печінці знешкоджуються неполярні сполуки різного походження, в тому числі ендогенні речовини, лікарські препарати і отрути. Процес знешкодження речовин включає дві стадії (фази):
1) фаза модифікації - включає реакції окислення, відновлення, гідролізу; для ряду сполук необов'язкова;
2) фаза кон'югації - включає реакції взаємодії речовин з глюкуроновоі і сірчаною кислотами, гліцином, глутамат, таурином та іншими сполуками.
Більш докладно реакції знешкодження будуть розглянуті в розділі "Биотрансформация ксенобіотиків".
31.6. Жовчоутворювальну функція печінки.
Жовч - рідкий секрет жовтувато-коричневого кольору, що виділяється печінковими клітинами (500-700 мл на добу). До складу жовчі входять: жовчні кислоти, холестерол і його ефіри, жовчні пігменти, фосфоліпіди, білки, мінеральні речовини (Nа +. До +. Са 2+. Сl -) і вода.
31.6.1.Желчние кислоти. Є продуктами метаболізму холестеролу, утворюються в гепатоцитах. Розрізняють первинні (холевая, хенодезоксихолева) і вторинні (дезоксихолева, літохолевая) жовчні кислоти. У жовчі присутні головним чином жовчні кислоти, кон'юговані з гліцином або таурином (наприклад, глікохолевой, кислота, таурохолевая кислота і т.д.).
Жовчні кислоти беруть безпосередню участь у перетравлюванні жирів в кишечнику:
- надають на харчові жири емульгуючу дію;
- активують панкреатичну ліпазу;
- сприяють всмоктуванню жирних кислот і жиророзчинних вітамінів;
- стимулюють перистальтику кишечника.
При порушенні відтоку жовчі жовчні кислоти проникають в кров і сечу.
31.6.2.Холестерол. З жовчю виводиться з організму надлишок холестерину. Холестерол і його ефіри присутні в жовчі у вигляді комплексів з жовчними кислотами (холеіновие комплекси). При цьому відношення вмісту жовчних кислот до змісту холестеролу (холатний коефіцієнт) має бути не нижче 15. В іншому випадку нерозчинний у воді холестерол випадає в осад і відкладається у вигляді каменів жовчного міхура (жовчно-кам'яна хвороба).
31.6.4. Ферменти. З ферментів, виявлених в жовчі, слід в першу чергу відзначити лужну фосфатазу. Це екскреторної фермент, який синтезується в печінці. При порушенні відтоку жовчі активність лужної фосфатази в крові зростає.