Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Marri_i_dr_-_Biokhimia_cheloveka_tom_1

.pdf
Скачиваний:
280
Добавлен:
21.03.2016
Размер:
26 Мб
Скачать
☆

360

лирование и окисление двух пропионовых боковых цепей, это приводит к образованию протопорфири­

ногена. Этот фермент действует только на копро­

порфириноген пша 111. чем, по-видимому, и объяс­

няется отсутствие протопорфирина типа 1 в природ­

ных материалах. Окисление протопорфириногена

в протопорфирин катализируется другим митохонд­ риальным ферментом - протопорфириногенокси­ дазоЙ. В печени млекопитающих превращение копро­

порфириногена в протопорфирин требует при­

сутствия молекулярного кислорода.

Образование гема

Завершающей стадией синтеза гема является

включение в протопорфирин двухвалентного желе­

за; эта реакция катализируется митохондриальным

ферментом гем-свнтазой или ферро-хелатазой (рис.

33.4). Реакция легко идет и в отсутствие фермента, однако при добавлении тканевых препаратов ее ско­

рость намного выше благодаря присутствию в тка­

нях ферментов, катализирующих образование хела­

тов железа.

Сводная схема биосинтеза производных порфи­ рина из порфобилиногена представлена на рис. 33.8.

Биосинтез гема идет в большинстве тканей млекопи-

тающих, за исключением зрелых эритроцитов, кото­

рые не содержат митохондрий.

Описанные выше порфириногены бесцветны и по

сравнению с соответствующими окрашенIIын пор­

фиринамн содержат 6 дополнительных атомов водо­

рода. В настоящее время ясно, что именно эти вос­

становленные порфирины (порфириногены), а не со­ ответствующие порфирины являются интермедиата­ ми при биосинтезе протопорфирина и гема.

Регуляции биосинтеза гема

Скорость-лимитирующей реакцией синтеза гема

является конденсация сукцинил-СоА и глицина, при­ водящая·к образованию АЛК (рис. 33.5); эта реакция

катализируется синтазой аминолевулиновой кисло­

ты (АЛК-синтазоЙ). В нормальных тканях, способ­ ных осуществлять синтез гема, уровень АЛК­

синтазной активности значительно ниже уровня дру­

гих ферментов, участвующих в синтезе гема. Однако АЛК-синтаза является регуляторным ферментом. Полагают., что гем путем взаимодействия с молеку­

лой апорепрессора является отрицательным регуля­

тором синтеза АЛК-синтазы. Механизм репрессии

схематически показан на рис. 33.9. Вероятно, на этой стадии происходит также ингибирование гемом по

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Порфобилиноген

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уропорфириноген 111-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КОСИНТ8за и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V ропорсририноген -

 

 

 

Уропорфириноген 1-

 

 

 

 

 

 

 

 

синтаЗ8 1·

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СИНТ8З8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.n

 

 

6Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с::

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уропорфирин 111

~

 

 

Уропорфириноген

 

Уроnoрфириноген

l

Уропорфирин

м

Свет

 

 

О

 

 

 

 

 

111

 

 

 

 

 

I

Свет

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t-

 

 

 

 

 

 

 

4СО2~I

Уропорфириноген-

I

 

 

 

S

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4СО2

 

::::r

 

 

6Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

6 Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

деК8рбоксилаЗ8

 

 

Копропорфирин

 

~

 

 

Копроnoрфириноген

Копроnoрфириноген-4 Копропорфирин

 

111

 

.

Свет

111

 

 

 

 

 

1

Свет

1

 

r"K-О-П-Р-О-ПО-рф-и-ри-н-ог-е-н-'-!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

оксидаза

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

 

 

Протопорфириноген 111

 

 

 

 

s

..П-.......ро·т-О-ПО-рф-и-ри-н-ог-е-н-,-}:'ЛUнасвету in vitro

 

 

 

 

Q..

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с:[

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

::I:

 

 

 

 

 

оксидаЗ8

 

 

 

 

 

 

 

О

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Х

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

Гем

Рис. 33.8. Стадии биосинтеза производных порфирина из порфобилиногена_

ПОРфUРUIIЫ 1I ;нсеЛЧllые nuг:иеumы

361

принципу обратной связи, однако главный регуля­

торный эффект гема состоит в том, что синтез АЛК­

синтазы значительно ускоряется в отсутствие гема

и за~едляется в его присутствии. Скорость обновле­ ния АЛК-синтазы в печени млекопитающих в норме

велика (время полужизни около 1 ч), что не является неожиданным для фермента, катализирующего ско­

рость-лимитирующую реакцию.

Многие соединения различной структуры, вклю­

чая применяемые в настоящее время инсектициды,

Гемопротеины

Беnкм~

Гем

_______ ,,__ Апорепрессор

t

""/

Fe2+~

 

Протопорфирин 111

f

Протопорфириноген 111

I

Копропорфириноген 111

I

Уропорфириноген 111

f

ПОрфобипиноген

1

АЛК

Г;I]t-e------j

синтаза J

Сукцинип·СоА + гпицин

Рис. 33.9. Регуляltия синтеза гема на стадии. катаJlизируе­ мой ЛЛК-синтазоЙ. по механизму репрессии идерепрессии синтеза ЛЛК-синтазы с УЧ<1стием гема и его гипотетическо­ го апорепрессора. Штриховая линия показывает отрицате­ льную (е) регуляцию путем репрессии синтеза ЛЛК-

синтазы.

канцерогенные и фармацевтические препараты, мо­

гут значительно повышать содержание в печени

АЛК-синтазы. Большинство лекарственных соеди­

нений метаболизируется в печени системой, в кото­

рую входит специфический гемопротеин цитохром

Р-450. В процессе метаболизма этих соединений зна­

чительно возрастает потребление гема системой ци­

тохрома Р-450, в результате чего внутриклеточная концентрация гема снижается. Это в свою очередь вызывает дерепрессию синтеза АЛК-синтазы и как

следствиеповышение скорости синтеза гема для

обеспечения потребностей клетки.

На индукцию АЛК-синтазы в печени оказывают действие и некоторые другие факторы. Глюкоза мо­

жет тормозить индукцию АЛК-синтазы; железо в хе­ латной форме оказывает синергический эффект при индукции печеночной АЛК-синтазы; стероиды способствуют дерепрессии АЛК-синтазы in vivo ле­

карственными препаратами. Введение же в организм

гематина может препятствовать дерепрессии АЛК­

синтазы (подобное же действие характерно и для ге­

мопротеинов). В эритропоэтических тканях активно­

сть АЛК-синтазы возрастает при гипоксии, в то же

время на активность АЛК-синтазы в печени гипок­

сия не оказывает влияния.

Важнаярольэтихрегуляторныхмеханизмов будет обсуждаться ниже, когда будут рассматриваться за­

болевания, относящиеся к группе порфирий.

ХИМИЯ порфИРИНОВ

Благодаря присутствию третичных азотов в двух пирроленовых кольцах порфирины обладают свой­ ствами слабых оснований. Порфирицы же, содержа­

щие карбоксильные группы в одной или нескольких боковых цепях, являются также и кислотами. Их

изоэлектрические точки находятся в пределах значе­

ний 3,0--4,5 ; в области этих значений рН порфири­

ны легко выпадают в осадок.

Различные порфириногены бесцветны, тогда как

все порфнрнны окрашены. При изучении порфиринов

и их производных большое значение имеют харак­

терные, для них спектры поглощения как в видимой,

так и в ультрафиолетовой области. Примером мо­ жет служить кривая поглощения раствора порфири­ на в 5о/0-НОЙ соляной кислоте (рис. 33.10). Обратите внимание на резкий максимум поглощения вблизи длины волны 400 нм. Это отличительный признак

порфинового ядра, характерный для всех порфири­

нов независимо от природы боковых цепей. Этот

максимум называют полосой Соре. по имени ее пер­

вооткрывателя. Гематопорфирин в кислой среде

имеет помимо полосы Соре два более слабых макси­

мума при 550 и 592 нм.

Если растворы порфиринов в сильных минераль­ ных ~ислотах или органических растворителях облу­

чать ультрафиолетовым светом, они испускают ин-

362

..с;

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/'

 

 

 

 

 

 

 

10

4

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

,/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!'-

з

 

 

 

 

\

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

%

 

 

J

 

 

 

 

 

f1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'"

 

 

 

 

 

 

I

-

\

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

"

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

зоо

400 500

600 700

Длина воnн"" нм

Глава 33

Таблвuа 33.1. Верхние пределы нормальной экскреции пор­

фиринов И их предшественников и содержание их в эритро­

цитаХ l '

 

Моча

Фекanви

Эрвтроuитw

 

(ми.сут -1)

(ми/г сухой

(ми/lОО мл

 

 

массы)

клеточной

 

 

 

суспев3ИR)

 

 

 

 

АЛК

4000

 

 

Порфобилииоген

1500

 

 

Уропорфррин

50

5

Следы

Копропорфирин

300

50

3

Протопорфирин

 

120

80

l'Воспроизведено (с разрешении), с измевеRИnOl, в3 обзора

Meyer u. А., Schmid R. Тhe porphyrias. In: The Metabolic Вasis ос Inherited Disease, 4th ed. Stanbury J. В., Wyngaarden J. В., Fredrickson D. S. (eds). McGraw-НiII, 1978.

Рис. 33.10. Спектр поглощения гематопорфирина (0.01 %- ный раствор гематопорфирина в 5%-ной HCl).

тенсивное красное флуоресцентное свечение. Эта

флуоресцеИЦII. столь характерна, что часто исполь­ зуется для обнаружения малых количеств свободных порфиринов. Поглощение и флуоресценция порфи­ ринов обусловлены наличием двойных связей; как

уже упоминалось, восстановление метенильных

(- не =) мостиков (путем присоединения водоро­ дОВ) в метиленовые ( - еН2 - ) приводит к образова­ нию бесцветных порфнриногенов.

Присоединение металла к порфирину изменяет

его спектр поглощения в видимой области. Приме­ ром может служить протопорфирин­

предшественник гема, свободный от железа. В ще­

лочном растворе в спектре порфирина имеется не­

сколько узких и интенсивных полос поглощения (при

645, 591 и 540 нм), тогда как для гема характерна ши­

рокая полоса поглощения в виде плато, простираю­

щегося от 540 до 580 нм.

Определение порфирииов

Копропорфирины и уропорфирины представ­

ляют значительный клиНический интерес, поскольку

при порфириях наблюдается увеличение экскреции этих соединений. Копропорфирины 1 и 111 раствори­ мы в смесях эфира и ледяной уксусной кислоты, из

которых их можно затем экстрагировать соляной кислотой. Уропорфирины, напротив, в этих смесях

нерастворимы, но частично растворимы в этилаце­

тате, и их можно экстрагировать соляной кислотой. Полученные солянокислые растворы при облучении

ультрафиолетовым светом дают характерное крас­ ное флуоресцентное свечение. Характерные полосы

поглощения могут быть зарегистрированы с помо­ щью спектрофотометра.

в табл. 33.1 приведены верхние пределы норма­ льной экскреции порфиринов и их предшественни­

ков. У здоровых людей содержание в моче копро­

порфиринов составляет в среднем около 67 мп·сут-I;

на изомер типа 1 приходится в среднем 14 мп.сут-I,

на изомер типа 111-53 мкг·сут-I. Отклонение от

этого нормального соотношения пр., экскреции ко­

пропорфиринов типа 1 и 111 может служить диагно­ стическим признаком при некоторых заболеваниях

печени.

Последовательно образующиеся в процессе син­

теза гема из АЛК интермедиатыстановятся все более

гидрофобными. Образование копропорфириногена

сопровождается удалением ацетильных групп уро­

порфириногена; при превращении коnpопорфирино­ гена в протопорфириноген происходит декарбокси­ лирование двух пропионильных групп. Это повыше­

ние гидрофобности отражается на распределении ин­

термедиатов биосинтеза гема в составе мочи и фека­ лий. Более полярный уропорфириноген :вскретируе­ тся преимущественно с мочой, тогда как более гид­ рофобные копропорфириноген и npотопорфирино­

ген оказываются преимущественно в желчи и уда­

ляются в составе фекалий.

ПОРФИРИИ

Порфириями называют гетерогенную rpynny за­ болеваний, характеризующихся повышенныM выде­ лением порфиринов или их предшественНlПОВ. Неко­ торые формы порфирии являются васледствеllllblМll,

другиепрнобретениыв.. Было предложено неско­

лько различных классификаций порфирИЙ. Наслед­ ственные формы удобно разделить на три большие

группы- эрнтропоэтическне, печеночвые и такие

формы, при которых нарушения метаболизма на­

блюдаются одновременно в эритропоэтической и пе­

ченочной тканях (табл. 33.2). Для большинства наследуемых форм характерно наличие метабо-

 

 

 

Порфирины и желчные nuг.менmы

363

Таблица 33.2. Классификация порфирий человека l'

 

 

 

 

 

 

 

Состоиние

 

Тип наследовании

установленный или предполагаемый

Ткань, в КОТОроЙ выражены

 

 

 

 

дефектный фермент

метаболичecJ:ие нарушении

 

 

 

 

 

Врожденная

эритропоэтиче-

Аутосомно-рецес­

Уропорфириноген-I-синтаза и(или)

Эритроидные клеп:и

ская порфирия

(болезнь

сивный

уропорфириноген-111-косинтаза

 

Гюнтера)

 

 

 

 

 

Печеночные формы порфирии

 

 

 

ПеремежающаЯСII

острая

Аутосомно-доми­

Уропорфириноген-I-синтаза

Печень

порфирия

 

 

нантный

 

 

Наследственная копропор­

Аутосомно-доми­

Копропорфириногеноксидаза

Печень

фИРИII

 

 

нантный

 

 

Мозаичная порфирия

Аутосомно-доми­

Протопорфириногеноксидаза

Печень

 

 

 

-нантный

 

 

Поздняя порфирия кожи

Аутосомно-доми­

Уропорфириноген-декарбоксилаза

Печень

 

 

 

нантный (?)-

 

 

Токсическая порфирия

Приобретенное со­

Различные нарушения

Печень

 

 

 

стояние

 

 

Протопорфирия

 

Аутосомно-доми­

Феррохелатаза

Эритроидные клеп:и и

 

 

 

нантный

 

печень (?)

l'Воспроизведено, с разрешении, из обзора Meyes U. А., Schrnid R. ТЬе porphyrias. In: The Metabolic 8asis оС Inherited Disease, 4th ed. Stanbury J. В., Wyngaarden J. В., Fredrickson D. S. (eds). МсGгаw-Нill, 1978.

лических нарушений во всех тканях, однако проявля­

ются они по каким-то причинам в каком-то одном

типе тканей. Ниже приводится описание биохими­

ческих нарушений, характерных для порфирий. Для каждого типа порфирии характерен набор

экскретируемых с мочой порфиринов и их предше­

ственников. Эти данные и их связь с различными

стадиями синтеза гема приведены на рис. 33.11. Оеремежающаиси остраи порфврви (000) являе­

тся признаком аутосомно-доминантной наслед­ ственной болезни человека, которая обычно прояв­ ляется только после достижения половой зрелости. Ее причиной является наследуемая частичная недо­

статочность уропорфвр_огев-I-сввтазы. Больные ге­

терозиготны по дефектному структурному гену,

поэтому активность уропорфириноген-I-синтазы­

в их клетках составляет 500/0 от нормы. Пациенты

сПОП экскретируют С мочой большие количества

оорфобllJlВВогена и АЛК. Оба этих соединения бес­ QВeТIIW, но порфобилиноген на свету и воздухе само­

произвольно образует два окрашенных продукта­

порфобилин и порфирин. Это является причиной по­

Темве....

мочи ПР.' ее СТОIПIIIII на свету при доступе

воздуха.

Порфобилиноген и АЛК присутствуют в плазме и спинномозговой жидкости больных, особенно

в период резкого обострения. Лекарственные препа­ раты и стероидные гормоны, метаболизм которых

требует участия гемсодержащих беJIl(ОВ, таких, как цитохром Р-450, могут ускорять наступление обо­ стрения. Соединения, индуцирующие порфирию

в процессе метаболизма, повышают потребление ге­

мовых белков и тем самым снижают внутриклеточ­

ную концентрацию гема; это приводит к дерепрессии

синтеза АЛК-синтазы. Повышение активности

АЛК-синтазы и частичное блокирование· уропорфи­

риноген-I-синтазы приводит 1с значительному нако­

плению АЛК и порфоБИлиногена; это сопровождае­

тся острыми болями в животе, рвотой, запором,

сердечно-сосудистъ~ми нарушениями, а также нерв­

но-психическими расстройствами. Следует отме­

тить, что, согласно экспериментальным данным,

снижение содержания гема угнетает активность

триптофанпирролазы и приводит к накопле­

нию нейроактивныx соединений- триптофана и 5-

гидрокситриптамина.

у пациентов с ПОП не вабmoдаетCtI повыmeввоl

ЧУВСТВlIТельности к <:вету, которая характерна для

других-печеночных порфирий. Этого следовало ожи­ дать, поскольку у больных не накапливаются ни пор­ фирины, ни порфириногены, так как метаболическое

нарушение синтеза гема происходит на стадии, пред­ шествующей образованию первого порфириногена

(~уропорфириногена).

Как отмечено выше, метаболические нарушения обнаруживаются и в других клетках, в частности,

в эритроцитах, а также в вьiращенных в культуре фи­

бробластах или клетках амниотической ЖИДICости;

однако повышенная активность АЛК-синтазы, при­

~одящая к перепроизводству АЛК и Iiорфобилиноге­ на, ваБJIlOдаетси преRМуществе~ в печени. ВИДИМО,

это связано с тем, что печень является тем самым ор­

ганом, в котором протекаеТ метаболизм индуци­

рующих агентов. Острая порфирия служит одним из редких примеров болезни, фенотиnически выражен­

ной у гетерозигот;-при этом недостаточность фер-

мента составляет только 500/0.

-

Как и можно было предсказать на основании

364

 

 

 

Глава 33

 

 

 

 

Гемопротеины

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гем + Апобелки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fe2~ IФеррохелатазаI

 

 

 

 

 

 

ПрЬтопорфирия

{ Протопорфирин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Протопорфириноген

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

..

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Копропорфириноген

Копропорфирин

 

 

 

 

t

 

 

 

ПОЗДНRR

 

 

 

 

 

 

 

кожнаR

 

 

 

 

-

 

порфИРИR

НаследственнаR

 

МозаичнаR

ВрожденнаR

Уропорфириноген

Уропорфирин

КОПрофорфИРИR

 

 

ПОРФОбиttлиноген }

 

 

 

 

 

 

порфИРИR

эритропоэтическаR

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОрфирИR

 

 

 

 

 

 

 

 

(изомеры типа I )

 

ПеремежающаRСR

 

 

 

 

 

 

острая порфИРИR

 

 

 

 

АЛК

________________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t I AIik-<Инт...1

Сукцинил-СоА + Глицин

Рис. 33.11. Последовательные стадии биосинтеза гема, с указанием предшественников, экскретируемых с мочой, при раз­ личных формах порфирии Фигурные скобки объединяют соединения, которые экскретируются с мочой в избыточных 1(0- личествах при обострении указанных форм порфирии. АЛК -б-аминолевулиновая кислота. (Воспроизведено с измене­

ниями из статьи Каufmап L., Merver Н. S. Biochemical defects iп two types of humап hepatic prphyria. N. Епgl. J. Med.

1970:283:954.)

 

произвольно окисляются В уропорфирин 1 и копро­

предложенного механизма регуляции синтеза АЛК­

порфирин 1-- красные флуоресцирующие пигменты.

синтаЗ~I ~истемой репрессии-дерепрессии, введение ге­

Сообщалось о случае, когда наблюдалось неболь­

матина пациентам с ПОП может уменьшить индук­

шое повышение концентрации уропорфирина 111, но

цию АЛК-синтазы и тем самым облегчить протека­

отношение изомеров типа 1 и 111 составляло пример­

ние заболевания.

но 100:1. Циркулирующие эритроциты содержат бо­

ВрождеННaR эритропоэтическаи порфирии- это

льшое количество уропорфирина 1, однако наивыс­

еще более редкое врожденное заболевание, наследуе­

шая концентрация этого порфирина отмечена в клет­

мое по аутосомно-рецессивному типу. Молекуляр­

ках костного мозга (но не в гепатоцитах).

ная природа этой болезни точно неизвестна; уста­

Вероятно, вследствие образования меньших ко­

новлено, однако, что для нее характерен определен­

личеств истинного предшественника гема, уропор­

ный дисбаланс относительных активностей уропор­

фириногена III, и возникающего вследствие этого

фириноген-III-косинтазы и уропорфириноген-I­

относительного дефицита гема в эритропоэтических

синтазы. Образование уропорфириногена I в коли­

тканях больных происходит индукция АЛК­

чественном отношении значительно превосходит

синтазы. Эта индукция приводит к перепроизвод­

синтез уропорфириногена 111 - нормального изоме­

ству порфириногенов типа 1. Наряду с усилением

ра на пути синтеза гема. Хотя генетическое наруше­

синтеза АЛК-синтазы и перепроизводством порфи­

ние распространяется на все клетки, проявляется оно

риногенов типа 1 повышаются образование и экскре­

по неизвестной причине преимущественно в· эритро­

ция порфобилиногена и АЛК. Таким образом, на

поэтической ткани. Пациенты с врожденной эритро­

основе биохимических отклонений можно предска­

поэтической порфирией экскретируют большие ко­

зывать появление клинических симптомов, сходных

личества изомеров типа 1 уропорфириногена и копро­

с теми, которые наблюдаются при ПОП, но помимо

порфириногена; в моче оба этих соединения само-

этого отмечается светочувствительность кожи, обу-

ПОРфЩJlillЫ U .Ж·С,IЧIIЫ(! lJи?IIl'1tnlЫ

365

словленная характером спектра поглощения порфи­ риновых соединений, которые образуются в боль­

ших количествах. У пациентов отмечаются трещины на коже, часто наблюдаются гемолитические явле­

ния.

Наследственная копропорфирия - аутосомно-до-

минантное нарушение, обусловленное дефицитом

копропорфириноген-оксндазы - митохондриального фермента, ответственного за превращение копро­

порфириногена 111 в протопорфириноген IX. Копро­ порфириноген 111 в больших количествах удаляется

из организма в составе фекалий, а также вследствие

его растворимости в воде экскретируется в большом

количестве с мочой. Как и уропорфириноген, копро­ порфириноген на свету и воздухе быстро окисляется,

превращаясь в красный пигмент копропорфирин. Ограниченная при этом заболевании способность

к синтезу гема (особенно в стрессовых условиях) приводит к дерепрессии АЛК-синтазы. В результате

наблюдается избыточное образование АЛК и пор­

фобилиногена, а также других интермедиатов на пу­

ти синтеза гема, образующихся на стадиях, предше­

ствующих наследственно заблокированному этапу.

Соответственно у пациентов с наследственной ко­ пропорфирией обнаруживаются все признаки

и симптомы, связанные с избытком АЛК и порфоби­

линогена, которые характерны для перемежающейся

острой порфирии, но помимо этого у них имеется

повышенная светочувствительность, -обусловленная

присутствием избыточных количеств копропорфи­ риногенов и уропорфириногенов. При этом заболе­

вании введение гематина также может вызвать по

крайней мере частичную репрессию АЛК-синтазы

и смягчение симптомов, обусловленных перепрои­ зводством интермедиатов биосинтеза гема.

Мозаичная порфирия, или наследственная фото­

копропорфирия, является аутосомно-доминантным

нарушением, при котором происходит частичное

блокирование ферментативного превращения про­

~опорфириногена в гем. В норме это превращение

осуществляется двумя ферментами, протопорфири­

ногеноксидазой и феррохелатазой, локализованны­

ми в митохондриях. Судя по данным, полученным на

культуре фибробластов кожи, у больных мозаичной порфирией содержание протопорфириногеноксида­

зы составляет лишь половину нормального количе­

ства. У пациентов с мозаичной порфирией наблю­

дается относительная недостаточность содержания

гема в стрессовых условиях, а также дерепрессиро­

ванное состояние печеночной АЛК-синтазы. Как от­

мечалось выше, повышенная активность АЛК­

синтазы ведет к перепроизводству всех интермедиа­

тов синтеза гема на участках перед заблокированной

стадией. Таким образом, пациенты с мозаичной пор­

фирией экскретируют с мочой избыточные количе­

ства АЛК, порфобилиногена, уропорфирина и ко­ пропорфирина, а с фекалиями выделяют уропорфи-

рин, копропорфирин И протопорфирин. Моча боль­ ных пигментирована и флуоресцирует, а кожа чувствительна к свету так же, как и у больных позд­ ней кожной порфирией (см. ниже).

Поздняя кожная порфирия, вероятно, является

наиболее распространенной формой порфирии. Обычно она связана с теми или иными поражениями печени, особенно при избыточном потреблении ал­

коголя или перегрузке ионами железа. Природа ме­

таболического нарушения точно не установлена, но

вероятной причиной является частичная недоста­ точность уропорфириноген-декарбоксилазы. Наруше­

ние, по-видимому, передается как аутосомiю­

доминантный признак, но генетическая пенетрант­

ность различна и в большинстве случаев зависит от

наличия нарушений функций печени. В соответствии

с предсказаниями моча содержит повышенные коли­

чества уропорфиринов типа I и 111; в то же время

экскреция с мочой АЛК и порфобилиногена наблю­

дается сравнительно редко. Иногда моча содержит весьма значительное количество порфиринов, при­ дающих ей розоватый оттенок; при подкисл~нии она чаще всего дает в ультрафиолетовой области розо­

вую флуоресценцию.

Печень содержит большие количества порфири­ нов и поэтому сильно флуоресцирует, тогда как

у эритроцитов и клеток костного мозга флуоресцен­

ция отсутствует. Главным клиническим проявле­

нием при поздней кожной порфирии является повы­

шенная светочувствительность кожи. У больных не

наблюдается ни повышенной активности АЛК­ синтазы, ни соответственно избыточного содержа­ ния в моче порф<:>билиногена и АЛК; это коррели­

рует с отсутствием острых приступов, характерных

для перемежающейся острой порфирии.

Протопорфирня, или эритропоэтическая прото­

порфирия, по-видимому, обусловлена доминантно

наследуемой недостаточной активностыо феррохе­

латазы в митохондриях всех тканей; клинически эта

болезнь проявляется как острая крапивница, вызы­ ваемая воздействием солнечных лучей. Эритроциты,

плазма и фекалии содержат повышенные количества

протопорфирина IX, а ретикулоциты (незрелые эри­ троциты) и кожа (при исследовании с помощью

биопсии) часто флуоресцируют красным светом.

Печень, вероятно, тоже вносит вклад в повыше­

ние образования протопорфирина IX, однако экскре­

ции с мочой порфиринов И их предшественников не

наблюдается.

Приобретенная (токсическая) порфирия может быть вызвана действием токсических соединений, таких, как гексахлорбензол, соли свинца и других

тяжелых металлов, а также лекарственными препа­

ратами, например гризеофульвином. Тяжелые ме­

таллы являются ингибиторами ряда ферментов в си­

стеме синтеза гема, включая АЛК-дегидратазу, уро­

порфириноген-синтазу и феррохелатазу.

366

Гшва 33

 

КАТАБОЛИЗМ ГЕМА: ОБРАЗОВАНИЕ

Катаболизм гема, освобожденногоиз любых ге­

ЖЕЛЧНЫХ ПИГМЕНТОВ

 

мовых белков, осуществляется в микросомалъной

При физиологических условиях в

организме

фракции ретикулоэндотелиальныx клеток сложной

ферментной системой- гем-оксигеназоЙ. К мо­

взрослого человека разрушается 1-2'108 эритроци­

менту поступления гема из гемовых белков в гем­

тов В час. Таким образом, в течение суток у человека

оксигеназную систему железо обычно окисляется

массой 70 кг обновляется приблизительно 6 г гемо­

в ферри-форму (гем превращается в гемвв); гемин

глобина. При разрушении гемоглобина его белковая

может легко связываться с альбумином с образова­

часть (глобин) может быть использована как тако­

нием метгемальбумина. Гем-оксигеназная c~cтeMa

вая или после гидролиза в форме составляющих ее

индуцируется субстратом. Она локализована около

аминокислот; железо гема включается в общий пул

микросомальной системы транспорта электронов.

железа и также снова используется. Вместе с тем сво­

Как показано на рис. 33.12, гемин восстанавливается

бодная от железа порфириновая часть гема обязате­

в ферро-форму с помощью NADPH; далее при уча­

льно деградирует; это в основном происходит в ре­

стии

NADPH кислород присоединяется к а­

тикулоэндотелиальных клетках печени,

селезенки

метенильному мостику между пиррольными кольца­

 

 

и костного мозга.

 

ми 1

и 11. Ферро-Форма железа снова окисляется

 

 

Гем

--+

Гемин

Р

V-NADPH

f'...NADP

Р

NADPH

 

 

 

t NADP

(повторное

 

 

FеЗ+испопьзование)

 

 

 

}СО (BЫAы)(aeMЫ~ га

 

J

...

 

Биливердин 'Х-а

Рис. 33.12. Схема микросомальной геМ-ОlCсигеназной системы. (Воспроизведено ~ изменениями из обзора Schmid R.,

McDonough А. Е. ТЬе Porphyrins. ОоlрЫп О. (ed.). Academtc Press, 1978.)

Порфирины и желчные nuгменmы

367

в ферри-форму. При последующем присоединении

Поскольку система облегченного транспорта обе­

кислорода происходит освобождение ферри-иова,

спечивает установление равновесия билирубина по

выделение молекулы окиси углерода и образование

обе стороны синусоидальной мембраны гепатоцита,

в результате раскрытия тетрапиррольного кольца

поглощение билирубина зависит от его потребления

эквимолярного количества бllJlllВeрдвва IX-а. В этой

в последующих метаболических процессах.

 

реакции сам гем участвует в роли катализатора.

у птиц и земноводных зеленый пигмент биливер­ див IX-a экскретируется из организма; у млекопи­

тающих растворимый фермент БВJIИВердивредуктаза

катализирует восстановление метенильного мостика

между пирролами 111 и IV в метиленовую группу, в результате образуется желтый nигмент билирубин

IX-a (рис. 33.12).

По расчету из 1 г гемоглобина образуется 35 мг билирубина. Суточное образование билирубина

у взрослого человека составляет приблизительно

250-350 мг.

Химическое превращение гема в билирубин рети­

кулоэндотелиальными клетками можно наблюдать in vivo: в гематоме обусловленный гемом пурпурный

цвет медленно переходит в желтый цвет билирубина. Дальнейшей метаболизм билирубина в основном ПIЮИСХОДИТ в печени. Он складывается из трех про­ цессов: 1) поглощение билирубина паренхимальны­ ми клетками печени; 2) конъюгация билирубина в гладком эндоnлазматическом ретикулуме и 3) се­

креция билирубина из эндоnлазматического ретику­

лума в желчь. Рассмотрим каждый из процессов

в отдельности.

Поглощевие билирубина печенью

Билирубин слаборастворим s плазме и воде; в плазме он специфически связывается с альбуми­ ном. Каждая молекула альбумина имеет, по­ видимому, два центра связывания билирубина­ высоко- и низкоаффинный. В 100 мл плазмы может содержаться 25 мг билирубина. прочно свиЗ&внOl"О с альбумином по его высокоаффинному центру. «Из­ быточный» билирубин связывается с альбуМИНОМ

менее прочно; он легко отделяется от альбумина,

диффундируя в ткани. Ряд соединений­

антибиотики и некоторые другие лекарственные

вещества- конкурируют с билирубином за высо­ коаффинный цeH~p альбумина. Эти соединения мо­

гут вытеснять билирубин из комплекса с альбуми­

ном и проявляют значительное клиническое дей­

ствие.

В печени происходит переход билирубина от аль­

бумина на синусоидальную поверхность гепатоцитов

при участии насыщаемой системы переноса, в функ­

ционировании которой участвует некий переносчик.

Эта система облегченного транспорта имеет очень

большую емкость и даже при патологических усло­

виях не лимитирует скорость метаболизма билиру­ бина.

Коиьюгация билирубина

в печени к билирубину присоединяются поляр­

ные группы и он переходит в водорастворимую фор­ му, которая секретируется в желчь. Процесс, обеспе­

чивающий повышеиве растворимости в воде (т. е. по­ вышение полярности) билирубина, называется ко­ нъюгациеЙ. Этот процесс, по крайней мере на нача­

льных стадиях, протекает в гладком эндоплазмати­

ческом ретикулуме и осуществляется специальным

набором ферментов. У млекопитающих билиру­ бин секретируется в желчь преимущественно в фор­ ме билирубввдвгmoкуровида (рис. 33.13). Сначала

происходит образование билирубинмоноглюку­

ронида, которое катализируется UDР-I"ЛIOКУРО­

вилтравсферазой- ферментом, присутствующим

вгладком эндоnлазматическом ретикулуме и со­

стоящим, вероятно, из нескольких компонентов. Ка­ тализируемая реакция представлена на рис. 33.14.

Она протекает главным образом в печени, а также

в почках и слизистой кишечника. При нарушении ме­

таболизма билирубина его конъюгаты находятся

в сыворотке преимущественно в форме моноглюку­

ронидов.

Образование диглюкуронида билирубина может происходить в канальцах мембраны гепатоцитов при участии UDР-глюкуронилтрансферазы, подоб­ ной рассмотренной выше (рис. 33.14) или другого

фермента дисмутазы, которая катализирует превра­

щение двух молекул билирубинмоноглюкуронида в молекулу билирубиндиглюкуронида и молекулу свободного билирубина (рис. 33.14). Система конъю­ гации билирубина будет рассматриваться ниже в связи с наследственными нарушениями ее работы.

Активность UDР-глюкуронилтрансферазы мо­

жет индуцироваться рядом используемых в клинике

лекарств, в частности фенобарбиталом.

Секреция билирубина в желчь

Секреция конъюгированного билирубина в желчь

идет против весьма высокого градиента концентра­

ции и должна осуществляться с помощью механизма

активного транспорта. АктИВНЫЙ транспорт являе­ тся, вероятно, скорость-лимитирующей стадией всего

процесса метаболизма билирубина в печени. Транс­

порт конъюгированного билирубина из печени

в желчь индуцируется теми же лекарствами. которые

способны индуцировать конъюгацию билирубина.

Таким образом, системы конъюгации билирубина

и его вывода из гепатоцитов работают как единый

368

г шва 33

 

о

о

 

- OOCICH2

0I.C - 0- с

11

- О - CICH20I.COO -

с

 

"

I

 

 

I

 

 

 

Н2С

СН2

 

I

I

 

о=мо=С-id-с-(:j-c=tzJ- о

Рис. 33.13. Структура билирубиндиклюкуронида (конъюгированный «прямой» билирубин). Глюкуроновая кислота при­

соединяется эфирной связью к двум группам пропионовой кислоты С образованием ацилглюкуронида.

 

 

 

 

UDР-глюкозо,

 

 

 

 

 

 

 

 

дегидрогенззз

 

 

 

 

UDР-глюкоза

 

 

 

----(---,__\,.....----

 

I..~ UDР-ГЛЮКУРОНОВ8А кислотз

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2NADH + 2Н+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

UDP·ГЛЮКуронил·

 

 

 

 

 

 

 

трансферазз

 

 

 

UDP-ГnЮКУРОНОВЗА кислота

 

 

 

 

 

 

 

 

БилируБИНМОНОГЛЮКУРОНИА

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

+

билирубин

 

 

 

 

 

 

 

 

UDP

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

UDР-глюкуронил­

..

 

 

+

 

 

 

трансфераза

 

+

---------.......

 

UDР-ГЛЮКУРОНQВЗА кислота

 

 

Билирубиндиглюкуронид

билирубинмоноглюкуронид

 

 

 

 

 

 

 

 

UDP

Дисмутаза

2 Билирубинмоноглюкуронид ----------- ' ....Билирубиндиглюкуронид

+

билирубин

Рис. 33.14. Конъюгирование билирубина с глюкуроновой кислотой. Донором глюкуроната является UDР-глюкуроновая

кислота. образующаяся из UDР-глюкозы.

функционально кщ>рдинируемый механизм.

МЕТАБОЛИЗМ БИЛИРУБИНА В КИШЕЧНИКЕ

 

При физиологических условиях практически весь

секретируемый в желчь билирубин (свыше 97%) на­

ходится в конъюгированной форме. Только после

светотерапии заметные количества неконъюгиро­

ванного билирубина могут быть обнаружены в

желчи.

В печени имеются многочисленные системы се­

креции в желчь природных и синтетических лекар­

ственных соединений после их метаболизма. Неко­ торые из этих систем используются также билиру­

биндиглюкуронидами.

После того как билирубин достигает области

подвздошной и толстой кишок, глюкурониды гидро­

лизуются специфическими бактериальными фермен­

тами (IJ-гmoкуронидазами); далее кишечная микро­

флора восстанавливает пигментс образованием груп­

пы бесцветных тетрапиррольных соединений, назы­ ваемых уробилиногенами (рис. 33.15). В подвздош"­ ной И толстой кишках небольшая часть уробилино­

генов снова всасывается и попадает в печень, т. е.

осуществляется внутрипеченочиый уробилиногеновый

цикл. При патологических состояниях, например при

 

 

 

Порфирины и желчные nuг.мeнmы

 

 

369

м

 

Е

м

Е

 

м

 

Е

H2C~OH

M '

~O~~н Нмн

H2Cg~ Н

 

 

 

H C

 

 

 

 

 

 

M

~

HN~OHМ

 

NH

HN

 

M~N

~ tШН~

Р

N

Е

РQ-

N

 

p~

 

'~

QNH

 

 

Н -

 

 

 

 

-

Н

-

Е

 

N

 

H2C-QCH2

H2C~CH2

 

НСЦСН2

Р

 

М

 

Р

М

 

Р

 

М

Мезобилирубиноген

Стеркобилиноген

 

Стеркобилин

(СЗЗН440вN4)

( L -vробилиноген)

 

( L -уробилин)

 

 

 

 

Рис. 33.15. Структура некоторых желчных пигментов.

накоплении избыточных количеств желчных пигмен­

тов или при заболеваниях печени, нарушающих ра­

боту внутрипеченочного цикла, уробилиноген может

экскретироваться с мочой.

В норме большая часть бесцветRыx уроБВЛИllоге­

иов, образующихся в толстой кишке под действием кишечной микрофлоры, окисляется в уробилины (окрашенные соединения) и удаляется с фекалиями (рис. 33.15). Наблюдаемое потеМЦение последних на

воздухе является следствием окисления оставшихся

уробилиногенов в уробилины.

ГJПIЕРБИJП{PУБIUНЕ~Я

нол, в котором растворим и билирубин, и диазореа­

гент. Ван ден Берг при анализе желчи пациента на

содержание желчного nигмента слУчайно не добавил

метанол и с удивлением обнаружил, что окрашива­

ние идет «прямым» путем и без метанола. Впослед­ ствии эту форму билирубина, которая способна вступать в реакцию без добавления метанола, назва­ ли формой, определяемой в <<Пркмой реакЦИII». Такую же прямую реакцию затем обнаружили в сыворотке больных желтухой, вызванной закупоркой желчных протоков. Однако для обнаружения билирубина

.в нормальной сыворотке все-таки необходимо до­ бавлять метанол; то же относится к анализу на избы­ точное содержание билирубина в сыворотке при ге­

В тех случаях, когда содержание билируб~на в крови превышает 1 мг{100 МJi (17,1 мкмоль·л- I), го­ ворят о состоянии гипербилирубинемии. Гипербили­ рубинемия может быть следствием образования би­ лирубина в большем количестве, чем то, которое

нормальная печень может экскретировать, или же

следствием повреждений печени, иарушающих экскре­

цию билирубина в нормальных количествах. Помимо

повреждений самой печени к развитию гиnербилиру­

бинемии приводит закупорка желчевыводящих про­ токов печени, преnятствующая выделению билиру­ бина. Во всех этих ситуациях билирубин накапливае­

тся в крови и по достижении определенных концен­

траций диффундирует в ткани, окрашивая их в жел­ тый цвет. Это с~стояние называют желтухой.

При клиническом обследовании больных желту­

хой ценную информацию дает определение содержа­ ния билирубина в сыворотке. Метод количественно­

го анализа билирубина в сыворотке был впервые предложен Ван ден Бергом на основе разработанно­

го Эрлихом метода определения содержания били­

рубина в моче. Реакция Эрлиха основана на исполь­

зовании диазосульфаниловой кислоты (диазореа­

гент Эрлиха), образующей при соединении с билиру­ бином красновато-пурпурное азосоединение. В пер­ воначальной методике Эрлиха использовался мета-

молитической желтухе, не связанной с заКУПОРКQЙ

желчных протоков. Ту форма билирубина, которая

дает реакцию только после добавления метанола,

назвали формой, определяемой в «иепркмоl реак­

ЦИИ».

В настоящее время иЗ8естно, что «ВеорIlМОЙ» би­ лирубин- это «свободнЫй» (иекоnюПlpoВaввыI) 611-

JIIIрубии, транспортируемый в печень из ретику­

лоэндотелиальных тканей, где он образуется в резу­ льтате распада гемопорфиринов. Поскольку эта форма билирубина нерастворима в воде, для ее взаи­ модействия с диазореагентом необходимо добавле­

ние метанола. В печени происходит конъюгирование

билирубина с глюкуроновой кислотой, после чего

конъюгат-билирубинглюкуронид может секрети':' роваться в желчь. Конъюгированный билирубин ра­

створим в воде и может непосредственно реагиро­

вать с диазореагентом; следовательно, <<ПрКМoI б.­ JIIIрубии» Ван ден Берга- это на самом деле КОnЮ­ гат билирубина (билирубинглюкуронИД).

В зависимости от того, какой тип билирубина присутствует в плазме- неконыогированный или конъюгирuванный,-гипербилирубинемия класси­ фицируется как постгепатитв.. (hеконъюгирован­ ная) и регургвтациовва. (конъюгированная) соответ­

ственно.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]