Лекция № 4.Обмен хромопротеинов. Распад гемоглобина

План лекции:

1. Гемопротеины. Ферментные и неферментные гемопротеины. Гемоглобин: особенности строения гема и белковой части. Биологическая роль гемоглобина.

2. Распад гемопротеинов в тканях на примере гемоглобина. Этапы распада гемоглобина: 1) в РЭС; 2) в гепатоцитах; 3) в кишечнике.

3. Типы желтух. КДЗ определения желчных пигментов.

Содержание лекционного материала:

1. Гемопротеины. Ферментные и неферментные гемопротеины. Гемоглобин: особенности строения гема и белковой части. Биологическая роль гемоглобина.

Гемопротеиды – это сложные белки, которые в качестве простетической группы содержат гем. Различают неферментные гемопротеиды:гемоглобин и миоглобин, а также ферментные: цитохромы митохондриальной ЦПЭ, цитохром Р₄₅₀, участвующий в микросомальном окислении; каталаза, пероксидаза – ферменты АОС. На долю гема гемоглобина приходиться 90-95%, миоглобина – 10%, на другие гемопротеиды – 1%.

Гемоглобин: особенности строения гема и белковой части. Гем гемоглобина состоит из иона двухвалентного железа и протопорфирина IX, который имеет 4 метильных, 2 винильных радикала и 2 остатка пропионовой кислоты. Железо в геме находится в восстановленном состоянии (Fe⁺²) и связано двумя ковалентными и двумя координационными связями с атомами азота пиррольных колец. Гемоглобин состоит из 4-х субъединиц, каждая из которых содержит молекулу гема. Гемоглобин взрослого типа – HbА α₂β₂.

Биологическая роль гемоглобина: 1) транспортирует О₂ от легких к тканям; 2) транспортирует СО₂ от тканей к легким; 3) участвует в поддержании рН крови (гемоглобиновая буферная система).

 

2. Распад гемопротеинов в тканях на примере гемоглобина. Этапы образования желчных пигментов: 1) в РЭС; 2) в гепатоцитах; 3) в кишечнике.

Эритроциты имеют время жизни примерно 120 дней. При физиологических условиях в организме взрослого человека разрушается около 1 - 2×10¹¹ эритроцитов в сутки. Их катаболизм происходит главным образом в ретикулоэндотелиальных клетках селезёнки, лимфатических узлов, костного мозга и печени.

Этапы образования желчных пигментов: 1) в РЭС; 2) в гепатоцитах; 3) в кишечнике

Первый этап образования желчных пигментов - в клетках РЭС. Первая реакция катаболизма гема происходит при участии NADPH-зависимого ферментативного комплекса гемоксигеназы. Фермент катализирует расщепление α-метинового мостика между двумя пиррольными кольцами. При этом выделяется эндогенный угарный газ - СО (поступает в эритроциты, где образуется карбоксигемоглобин, норма - до 1,5%). В результате реакции образуется вердоглобин:

 

Затем от него спонтанно отщепляется белковая часть (глобин) и атом железа. В результате реакции образуется линейный тетрапиррол - биливердин (первый желчный пигмент, имеет зеленый цвет, хорошо растворяется в воде и не проявляющий токсичности).

Ионы железа, освободившиеся при распаде гема, могут быть использованы для синтеза новых молекул гемоглобина или для синтеза других железосодержащих белков. Транспортной формой железа в плазме крови является белок трансферрин; резервная форма железа в тканях – ферритин.

Биливердин восстанавливается до билирубина NADPH-зависимым ферментом биливердинредуктазой:

 

Билирубин – это второй желчный пигмент, имеет красно-желтый цвет, не растворяется в воде, но хорошо растворяется в липидах, проявляет токсичность. Билирубин, образованный в клетках РЭС (селезёнки и костного мозга), плохо растворим в воде, по крови транспортируется в комплексе с белком плазмы крови - альбумином. Эту форму билирубина называют неконъюгированным (несвязанным, прямым) билирубином. Каждая молекула альбумина связывает 2 молекулы билирубина, одна из которых связана с белком более прочно (более высокое сродство), чем другая.

Второй этап образования желчных пигментов – в гепатоцитах. Комплекс "альбумин-билирубин" поступает с током крови в печень и на поверхности плазматической мембраны гепатоцита диссоциирует. Высвобожденный билирубин образует временный комплекс с липидами плазматической мембраны. Облегчённая диффузия билирубина в гепатоциты осуществляется двумя типами белков-переносчиков: лигандина (он транспортирует основное количество билирубина) и протеина Z. Активность поглощения билирубина гепатоцитом зависит от скорости его метаболизма в клетке.

В гладком ЭПР гепатоцитов происходит реакция конъюгации билирубина с глюкуроновой кислотой. Билирубин имеет 2 карбоксильные группы в составе остатков пропионовой кислоты, поэтому может соединяться с 2 молекулами глюкуроновой кислоты, образуя хорошо растворимый в воде конъюгат - диглюкуронид билирубина (конъюгированный, или прямой, билирубин):

 

 

 

 

Билирубинглюкуронид носит следующие называния: конъюгированный, связанный, прямой билирубин. Это желчный пигмент красно-желтого цвета, хорошо растворимый в воде. Секреция конъюгированного билирубина в желчь идёт по механизму активного транспорта, т.е. против градиента концентрации.

Третий этап образования желчных пигментов - в кишечнике. Конъюгированный билирубин с током желчи поступает в 12-перстную кишку. Билирубинглюкурониды гидролизуются специфическими бактериальными ферментами - β-глюкуронидазами, которые гидролизуют связь между билирубином и остатком глюкуроновой кислоты. Освободившийся в ходе этой реакции билирубин подвергается восстановлению под действием ферментов микрофлоры до мезобилирубина и мезобилиногена (уробилиногена). Часть последних всасывается и с током крови по портальной вене вновь попадает в печень, где окисляется до ди- и трипирролов. При этом в здоровом организме в общий круг кровообращения и в мочу мезобилирубин и уробилиноген не попадают, а полностью задерживаются гепатоцитами. Оставшаяся в кишечнике часть пигментов ферментами бактериальной флоры толстого кишечника восстанавливается до стеркобилиногена (40—280 мг в сутки). В прямой кишке стеркобилиноген окисляется до пигмента коричневого цвета – стеркобилина, который удаляется из организма, окрашивая кал. Незначительное количество стеркобилиногена через геморроидальные вены попадает в большой круг кровообращения, отсюда в почки и выделяется с мочой.