Черен дроб и въглехидратен метаболизъм. Черният дроб пресича метаболизма на въглехидрати, липиди и протеини Други функции на черния дроб

Черният дроб, като централен орган на метаболизма, участва в поддържането на метаболитната хомеостаза и е способен да взаимодейства с метаболитните реакции на протеини, мазнини и въглехидрати.

Местата за „свързване“ за метаболизма на въглехидратите и протеините са пирогроздена киселина, оксалооцетна и α-кетоглутарова киселина от цикъла на трикарбоксилната киселина, които могат да бъдат превърнати в реакции на трансаминиране съответно в аланин, аспартат и глутамат. Процесът на превръщане на аминокиселините в кето киселини протича по подобен начин.

Въглехидратите са още по-тясно свързани с липидния метаболизъм:

• NADPH молекулите, образувани по пътя на пентозофосфата, се използват за синтеза на мастни киселини и холестерол,
• глицералдехид фосфат, също образуван в пентозофосфатния път, се включва в гликолизата и се превръща в дихидроксиацетон фосфат,
• глицерол-3-фосфат, образуван от диоксиацетон фосфат гликолиза, се изпраща за синтеза на триацилглицероли. Също така за тази цел може да се използва глицералдехид-3-фосфат, синтезиран на етапа на структурни пренареждания на пентозофосфатния път.
• „глюкоза” и „аминокиселина” ацетил-SCoA е способен да участва в синтеза на мастни киселини и холестерол.

Въглехидратен метаболизъм

Процесите на въглехидратния метаболизъм активно протичат в хепатоцитите. Чрез синтеза и разграждането на гликоген черният дроб поддържа концентрацията на глюкоза в кръвта. Активен синтез на гликогеннастъпва след хранене, когато концентрацията на глюкоза в кръвта на порталната вена достигне 20 mmol/l. Резервите на гликоген в черния дроб варират от 30 до 100 г. При краткотрайно гладуване, гликогенолиза, при продължително гладуване, основният източник на кръвна глюкоза е глюконеогенезаот аминокиселини и глицерол.

Черният дроб извършва взаимно преобразуванезахари, т.е. превръщане на хексози (фруктоза, галактоза) в глюкоза.

Активни реакции пентозофосфатен пътосигуряват производството на NADPH, необходим за микрозомалното окисление и синтеза на мастни киселини и холестерол от глюкоза.

Липиден метаболизъм

Ако по време на хранене в черния дроб навлезе излишната глюкоза, която не се използва за синтеза на гликоген и други синтези, тогава тя се превръща в липиди - холестеролИ триацилглицероли. Тъй като черният дроб не може да съхранява TAG, те се отстраняват с помощта на липопротеини с много ниска плътност ( VLDL). Холестеролът се използва предимно за синтеза жлъчни киселини, той също е включен в липопротеините с ниска плътност ( LDL) И VLDL.

При определени условия - гладуване, продължителна мускулна натовареност, захарен диабет тип I, диета, богата на мазнини - в черния дроб се активира синтеза на кетонни тела, използвани от повечето тъкани като алтернативен източник на енергия.

Метаболизъм на протеини

Повече от половината протеин, синтезиран в тялото на ден, се среща в черния дроб. Скоростта на обновяване на всички чернодробни протеини е 7 дни, докато в други органи тази стойност съответства на 17 дни или повече. Те включват не само протеините на самите хепатоцити, но и тези, които отиват за „износ“, които представляват понятието „кръвни протеини“ - албумини, много глобулини, ензимикръв, както и фибриногенИ фактори на кръвосъсирванетокръв.

Аминокиселинипретърпяват катаболитни реакции с трансаминиране и дезаминиране, декарбоксилиране с образуване на биогенни амини. Появяват се реакции на синтез холинИ креатинпоради пренасяне на метилова група от аденозилметионин. Черният дроб използва излишния азот и го включва в урея.

Реакциите на синтеза на урея са тясно свързани с цикъла на трикарбоксилната киселина.

Тясно взаимодействие между синтеза на урея и цикъла на ТСА

Обмяна на пигменти

Участието на черния дроб в пигментния метаболизъм е превръщането на хидрофобния билирубин в хидрофилна форма ( директен билирубин) и секрецията му в жлъчката.

Пигментният метаболизъм включва и обмяната жлеза, тъй като желязото е част от множество хемопротеини в тялото. Хепатоцитите съдържат протеини феритин, който играе ролята на депо за желязо, и се синтезира хепцидин, регулиращи абсорбцията на желязо в стомашно-чревния тракт.

Оценка на метаболитната функция

В клиничната практика има методи за оценка на определена функция:

Участието във въглехидратния метаболизъм се оценява:

• от концентрация на глюкозакръв,
• по наклона на кривата на теста за глюкозен толеранс,
• по "захарната" крива след

Тема: "БИОХИМИЯ НА ЧЕРНИЯ ДРОБ"

1. Химичен състав на черния дроб: съдържание на гликоген, липиди, протеини, минерален състав.

2. Ролята на черния дроб във въглехидратния метаболизъм: поддържане на постоянна концентрация на глюкоза, синтез и мобилизация на гликоген, глюконеогенеза, основни пътища за преобразуване на глюкозо-6-фосфат, взаимно преобразуване на монозахаридите.

3. Ролята на черния дроб в липидния метаболизъм: синтез на висши мастни киселини, ацилглицероли, фосфолипиди, холестерол, кетонови тела, синтез и метаболизъм на липопротеини, понятието липотропен ефект и липотропни фактори.

4. Ролята на черния дроб в протеиновия метаболизъм: синтез на специфични протеини на кръвната плазма, образуване на урея и пикочна киселина, холин, креатин, взаимно преобразуване на кетокиселини и аминокиселини.

5. Метаболизъм на алкохола в черния дроб, мастна дегенерация на черния дроб поради злоупотреба с алкохол.

6. Неутрализираща функция на черния дроб: етапи (фази) на неутрализиране на токсичните вещества в черния дроб.

7. Обмяна на билирубин в черния дроб. Промени в съдържанието на жлъчни пигменти в кръвта, урината и изпражненията при различни видове жълтеница (супрахепатална, паренхимна, обструктивна).

8. Химичен състав на жлъчката и нейната роля; фактори, допринасящи за образуването на камъни в жлъчката.

31.1. Функции на черния дроб.

Черният дроб е орган, който заема уникално място в метаболизма. Всяка чернодробна клетка съдържа няколко хиляди ензима, които катализират реакциите на множество метаболитни пътища. Следователно черният дроб изпълнява редица метаболитни функции в тялото. Най-важните от тях са:

• биосинтеза на вещества, които функционират или се използват в други органи. Тези вещества включват протеини на кръвната плазма, глюкоза, липиди, кетонови тела и много други съединения;
• биосинтеза на крайния продукт на азотния метаболизъм в организма - урея;
• участие в храносмилателните процеси - синтез на жлъчни киселини, образуване и отделяне на жлъчка;
• биотрансформация (модификация и конюгация) на ендогенни метаболити, лекарства и отрови;
• освобождаване на определени метаболитни продукти (жлъчни пигменти, излишък на холестерол, продукти на неутрализация).

31.2 . Ролята на черния дроб в метаболизма на въглехидратите.

Основната роля на черния дроб в метаболизма на въглехидратите е да поддържа постоянно ниво на глюкоза в кръвта. Това се постига чрез регулиране на съотношението на процесите на образуване и използване на глюкоза в черния дроб.

Чернодробните клетки съдържат ензим глюкокиназа, като катализира реакцията на фосфорилиране на глюкозата до образуване на глюкозо-6-фосфат. Глюкозо-6-фосфатът е ключов метаболит на въглехидратния метаболизъм; основните пътища на трансформацията му са представени на фигура 1.

31.2.1. Начини за използване на глюкозата.След хранене голямо количество глюкоза навлиза в черния дроб през порталната вена. Тази глюкоза се използва предимно за синтеза на гликоген (диаграмата на реакцията е показана на фигура 2). Съдържанието на гликоген в черния дроб на здрави хора обикновено варира от 2 до 8% от масата на този орган.

Гликолизата и пентозофосфатният път на окисление на глюкозата в черния дроб служат предимно като доставчици на прекурсорни метаболити за биосинтезата на аминокиселини, мастни киселини, глицерол и нуклеотиди. В по-малка степен окислителните пътища за преобразуване на глюкозата в черния дроб са източници на енергия за осигуряване на биосинтетични процеси.

Фигура 1. Основни пътища за преобразуване на глюкозо-6-фосфат в черния дроб. Цифрите показват: 1 - фосфорилиране на глюкоза; 2 - хидролиза на глюкозо-6-фосфат; 3 - синтез на гликоген; 4 - мобилизиране на гликоген; 5 - пентозофосфатен път; 6 - гликолиза; 7 - глюконеогенеза.

Фигура 2. Схема на реакциите на синтеза на гликоген в черния дроб.

Фигура 3. Схема на реакциите на мобилизиране на гликоген в черния дроб.

31.2.2. Пътища за образуване на глюкоза.При някои състояния (по време на гладуване, нисковъглехидратна диета, продължителна физическа активност) нуждата на организма от въглехидрати надвишава количеството, което се усвоява от стомашно-чревния тракт. В този случай образуването на глюкоза се извършва с помощта на глюкозо-6-фосфатаза, катализиращ хидролизата на глюкозо-6-фосфат в чернодробните клетки. Непосредственият източник на глюкозо-6-фосфат е гликогенът. Схемата за мобилизиране на гликоген е представена на фигура 3.

Мобилизирането на гликоген осигурява на човешкото тяло нуждите от глюкоза през първите 12 до 24 часа от гладуването. На по-късен етап глюконеогенезата - биосинтеза от невъглехидратни източници - става основният източник на глюкоза.

Основните субстрати за глюконеогенезата са лактат, глицерол и аминокиселини (с изключение на левцин). Тези съединения първо се превръщат в пируват или оксалоацетат, ключови метаболити на глюконеогенезата.

Глюконеогенезата е процес, обратен на гликолизата. В този случай бариерите, създадени от необратими реакции на гликолиза, се преодоляват с помощта на специални ензими, които катализират реакциите на байпас (виж Фигура 4).

Сред другите пътища на въглехидратния метаболизъм в черния дроб, заслужава да се отбележи превръщането на други диетични монозахариди - фруктоза и галактоза - в глюкоза.

Фигура 4. Гликолиза и глюконеогенеза в черния дроб.

Ензими, които катализират необратими реакции на гликолиза: 1 - глюкокиназа; 2 - фосфофруктокиназа; 3 - пируват киназа.

Ензими, които катализират байпас реакциите на глюконеогенезата: 4-пируват карбоксилаза; 5 - фосфоенолпируват карбоксикиназа; 6-фруктоза-1,6-дифосфатаза; 7 - глюкозо-6-фосфатаза.

31.3. Ролята на черния дроб в липидния метаболизъм.

Хепатоцитите съдържат почти всички ензими, участващи в липидния метаболизъм. Следователно чернодробните паренхимни клетки до голяма степен контролират връзката между потреблението и синтеза на липиди в организма. Липидният катаболизъм в чернодробните клетки се осъществява главно в митохондриите и лизозомите, биосинтезата се извършва в цитозола и ендоплазмения ретикулум. Ключовият метаболит на липидния метаболизъм в черния дроб е ацетил-КоА,основните начини за формиране и използване на които са показани на фигура 5.

Фигура 5. Образуване и използване на ацетил-КоА в черния дроб.

31.3.1. Метаболизъм на мастни киселини в черния дроб.Хранителните мазнини под формата на хиломикрони навлизат в черния дроб през системата на чернодробната артерия. Под влиянието липопротеинова липаза,разположени в ендотела на капилярите, те се разграждат до мастни киселини и глицерол. Мастните киселини, които проникват в хепатоцитите, могат да претърпят окисление, модификация (скъсяване или удължаване на въглеродната верига, образуване на двойни връзки) и се използват за синтеза на ендогенни триацилглицероли и фосфолипиди.

31.3.2. Синтез на кетонни тела.По време на β-окислението на мастни киселини в чернодробните митохондрии се образува ацетил-КоА, който претърпява по-нататъшно окисление в цикъла на Кребс. Ако има дефицит на оксалоацетат в чернодробните клетки (например по време на гладуване, диабет), възниква кондензация на ацетилови групи за образуване на кетонови тела (ацетоацетат, β-хидроксибутират, ацетон).Тези вещества могат да служат като енергийни субстрати в други тъкани на тялото (скелетни мускули, миокард, бъбреци и при продължително гладуване - мозък). Черният дроб не използва кетонни тела. При излишък на кетонови тела в кръвта се развива метаболитна ацидоза. Диаграмата на образуване на кетонни тела е показана на фигура 6.

Фигура 6. Синтез на кетонни тела в митохондриите на черния дроб.

31.3.3. Образуване и начини на използване на фосфатидна киселина.Общият прекурсор на триацилглицероли и фосфолипиди в черния дроб е фосфатидната киселина. Синтезира се от глицерол-3-фосфат и две ацил-КоА - активни форми на мастни киселини (Фигура 7). Глицерол-3-фосфатът може да се образува или от дихидроксиацетон фосфат (метаболит на гликолизата), или от свободен глицерол (продукт на липолизата).

Фигура 7. Образуване на фосфатидна киселина (схема).

За синтеза на фосфолипиди (фосфатидилхолин) от фосфатидна киселина трябва да се приема достатъчно количество храна. липотропни фактори(вещества, които предотвратяват развитието на омазняване на черния дроб). Тези фактори включват холин, метионин, витамин В12, фолиева киселинаи някои други вещества. Фосфолипидите са включени в липопротеиновите комплекси и участват в транспорта на липидите, синтезирани в хепатоцитите, до други тъкани и органи. Липсата на липотропни фактори (при злоупотреба с мазни храни, хроничен алкохолизъм, диабет) допринася за факта, че фосфатидната киселина се използва за синтеза на триацилглицероли (неразтворими във вода). Нарушеното образуване на липопротеини води до факта, че излишъкът от TAG се натрупва в чернодробните клетки (мастна дегенерация) и функцията на този орган е нарушена. Пътищата на използване на фосфатидната киселина в хепатоцитите и ролята на липотропните фактори са показани на фигура 8.

Фигура 8. Използване на фосфатидна киселина за синтезтриацилглицероли и фосфолипиди. Липотропните фактори са обозначени с *.

31.3.4. Образуване на холестерол.Черният дроб е основното място за ендогенен синтез на холестерол. Това съединение е необходимо за изграждането на клетъчните мембрани и е предшественик на жлъчни киселини, стероидни хормони и витамин D3. Първите две реакции на синтеза на холестерол приличат на синтеза на кетонни тела, но се случват в цитоплазмата на хепатоцита. Ключов ензим в синтеза на холестерола - β -хидрокси-β -метилглутарил-CoA редуктаза (HMG-CoA редуктаза)инхибирани от излишния холестерол и жлъчни киселини съгласно принципа на отрицателната обратна връзка (Фигура 9).

Фигура 9. Синтез на холестерол в черния дроб и неговата регулация.

31.3.5. Образуване на липопротеини.Липопротеините са протеиново-липидни комплекси, които включват фосфолипиди, триацилглицероли, холестерол и неговите естери, както и протеини (апопротеини). Липопротеините транспортират водонеразтворимите липиди до тъканите. Хепатоцитите произвеждат два класа липопротеини - липопротеини с висока плътност (HDL) и липопротеини с много ниска плътност (VLDL).

31.4. Ролята на черния дроб в протеиновия метаболизъм.

Черният дроб е орган, който регулира навлизането и извеждането на азотни вещества в тялото. В периферните тъкани непрекъснато протичат реакции на биосинтеза с помощта на свободни аминокиселини или те се освобождават в кръвта по време на разграждането на тъканните протеини. Въпреки това нивото на протеините и свободните аминокиселини в кръвната плазма остава постоянно. Това се дължи на факта, че чернодробните клетки имат уникален набор от ензими, които катализират специфични реакции на протеиновия метаболизъм.

31.4.1. Начини за използване на аминокиселини в черния дроб.След ядене на протеинови храни голямо количество аминокиселини навлиза в чернодробните клетки през порталната вена. Тези съединения могат да претърпят редица трансформации в черния дроб, преди да навлязат в общия кръвен поток. Тези реакции включват (Фигура 10):

а) използването на аминокиселини за синтеза на протеини;

б) трансаминиране - пътят на синтеза на неесенциалните аминокиселини; също така осъществява връзката между метаболизма на аминокиселините и глюконеогенезата и общия път на катаболизма;

в) дезаминиране - образуване на α-кето киселини и амоняк;

г) синтез на урея - начин за неутрализиране на амоняка (вижте диаграмата в раздела "Метаболизъм на протеини");

д) синтез на непротеинови азотсъдържащи вещества (холин, креатин, никотинамид, нуклеотиди и др.).

Фигура 10. Метаболизъм на аминокиселини в черния дроб (схема).

31.4.2. Биосинтеза на протеини.Много протеини на кръвната плазма се синтезират в чернодробните клетки: албумини(около 12 г на ден), повечето α- И β-глобулини,включително транспортни протеини (феритин, церулоплазмин, транскортин, ретинол-свързващ протеини т.н.). Много фактори на кръвосъсирването (фибриноген, протромбин, проконвертин, проакселерини др.) също се синтезират в черния дроб.

31.5. Детоксикираща функция на черния дроб.

Черният дроб неутрализира неполярни съединения от различен произход, включително ендогенни вещества, лекарства и отрови. Процесът на неутрализиране на вещества включва два етапа (фази):

1)фаза на модификация- включва реакции на окисление, редукция, хидролиза; по избор за някои връзки;

2)фаза на конюгация- включва реакции на взаимодействие на вещества с глюкуронова и сярна киселина, глицин, глутамат, таурин и други съединения.

Реакциите на неутрализация ще бъдат разгледани по-подробно в раздела „Биотрансформация на ксенобиотици“.

31.6. Жлъчкообразуваща функция на черния дроб.

Жлъчката е жълтеникаво-кафява течност, секретирана от чернодробните клетки (500-700 ml на ден). Съставът на жлъчката включва: жлъчни киселини, холестерол и неговите естери, жлъчни пигменти, фосфолипиди, протеини, минерали (Na+, K+, Ca2+, Cl-) и вода.

31.6.1. Жлъчни киселини.Те са продукти на метаболизма на холестерола и се образуват в хепатоцитите. Има първични (холева, хенодеоксихолева) и вторични (дезоксихолева, литохолева) жлъчни киселини. Жлъчката съдържа главно жлъчни киселини, конюгирани с глицин или таурин (например гликохолева киселина, таурохолева киселина и др.).

Жлъчните киселини участват пряко в храносмилането на мазнините в червата:

• имат емулгиращ ефект върху хранителните мазнини;
• активира панкреасната липаза;
• насърчават усвояването на мастни киселини и мастноразтворими витамини;
• стимулират чревната подвижност.

Когато изтичането на жлъчката е нарушено, жлъчните киселини проникват в кръвта и урината.

31.6.2. Холестерол.Излишният холестерол се отстранява от тялото с жлъчката. Холестеролът и неговите естери присъстват в жлъчката под формата на комплекси с жлъчни киселини (холеинови комплекси). В този случай съотношението на жлъчните киселини към съдържанието на холестерол (холатно съотношение) не трябва да бъде по-ниско от 15. В противен случай неразтворимият във вода холестерол се утаява и се отлага под формата на жлъчни камъни (холелитиаза).

31.6.3. Жлъчни пигменти.От пигментите в жлъчката преобладава конюгираният билирубин (моно- и диглюкуронид на билирубина). Образува се в чернодробните клетки в резултат на взаимодействието на свободния билирубин с UDP-глюкуроновата киселина. В същото време токсичността на билирубина намалява и се увеличава разтворимостта му във вода; След това конюгираният билирубин се секретира в жлъчката. Ако изтичането на жлъчката е нарушено (обструктивна жълтеница), съдържанието на директен билирубин в кръвта се увеличава значително, билирубинът се открива в урината и съдържанието на стеркобилин се намалява в изпражненията и урината. За диференциална диагноза на жълтеница вижте раздела "Метаболизъм на сложни протеини".

31.6.4. Ензими.От ензимите, открити в жлъчката, на първо място трябва да се отбележи алкалната фосфатаза. Това е екскреторен ензим, синтезиран в черния дроб. Когато изтичането на жлъчката е нарушено, активността на алкалната фосфатаза в кръвта се повишава.

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 на острата фаза на възпаление), 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 супероксидна 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, повишаването на концентрацията на който 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 общи пътища на метаболизма на аминокиселините. 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.

Неутрализиране на амоняка в организма. 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 неесенциална 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.

Азотния баланс

Всички протеини се състоят от незаменими и незаменими аминокиселини. Несъществените аминокиселини могат да бъдат синтезирани от клетките на тялото от други аминокиселини. Есенциалните аминокиселини влизат в тялото само с храната и не могат да бъдат синтезирани от други съединения в тялото. Пълноценните протеини са от животински произход. Един протеин се счита за непълен, ако му липсва поне една незаменима аминокиселина.

Азотът е основен компонент на молекулата на аминокиселината. Ако изчислите количеството азот, който е влязъл в тялото и е бил екскретиран, можете да оцените протеиновия метаболизъм.

Определение 1

Азотният баланс е съотношението на количеството азот, приет в тялото и изведен от него.

Средно възрастен се нуждае от 100-110 g протеин на ден. Обикновено в човешкото тяло има азотен баланс- количеството приет протеин е равно на количеството разграден протеин.

В ранна възраст, придружена от интензивен растеж, количеството на входящия протеин надвишава разграждането му, т.е. тялото на детето получава повече азот, отколкото се отстранява от тялото. Това явление се нарича положителен азотен баланс.

Недостиг на азот, или отрицателен азотен баланс, при който в тялото навлиза по-малко азот, отколкото се отделя, се наблюдава при отслабени пациенти, дългосрочно гладуване и напреднала възраст.

Преобразуване на протеини в храносмилателния тракт

Протеините не се влияят от специфични ензими в устата, фаринкса и хранопровода. Храносмилането започва в стомаха, където пепсинът действа върху протеините, разграждайки ги до полипептиди.

В тънките черва полипептидите се разграждат от ензими на панкреатични и чревни сокове (химотрипсин, трипсин, аминопептидаза, карбоксипептидаза). В резултат на това се образуват аминокиселини, които се абсорбират през чревните власинки в кръвта.

Аминокиселините навлизат в черния дроб чрез кръвния поток. Чернодробните клетки - хепатоцитите, от част от входящите аминокиселини, синтезират кръвни протеини, по-специално протеини на коагулационната система. Останалите аминокиселини преминават през общия кръвен поток до органи и тъкани.

В клетките аминокиселините служат за образуване на протеини, специфични за тялото. Протеините се синтезират върху рибозомите под действието на ензими. Първичната структура на белтъчната молекула се изгражда с участието на ДНК молекула. Образуването на вторична, третична структура се случва в комплекса на Голджи.

Функции на протеините в организма

Основните функции на протеините в тялото:

• пластмаса (изграждане на клетъчни и извънклетъчни структури);
• ензимен;
• регулаторни (хормони - съединения с протеинова природа);
• енергия (при разграждането на 1 g протеин се освобождават 17,6 kJ енергия);
• специфични функции (коагулация - в резултат на действието на кръвния фибриноген, контрактилна - работата на протеините на мускулната тъкан актин и миозин, защитна - кръвни имуноглобулини и др.).

Протеините не се съхраняват в тялото, така че при дефицит кръвните протеини или протеиновите структури на тъканите и органите се разрушават. Освободените аминокиселини служат като изходен материал за жизнените функции на организма.

Регулиране на протеиновия метаболизъм в организма

Протеиновият метаболизъм се влияе главно от неврохуморални фактори:

• соматотропин (хормон на растежа) има анаболен ефект, насърчава протеиновия синтез чрез увеличаване на пропускливостта на мембраната за аминокиселини, потискане на синтеза на протеолитичните ензими, увеличаване на синтеза на рибонуклеинова киселина;
• инсулинът стимулира притока на аминокиселини в клетките, когато съдържанието им в кръвта се увеличи, увеличава синтеза на тъканни протеини;
• естрогените стимулират синтеза на протеини и рибонуклеинова киселина в клетките на матката;
• андрогените стимулират синтеза на протеин и рибонуклеинова киселина в много тъкани на тялото, включително набраздени мускули;
• тироксинът и трийодтиронинът проявяват анаболен ефект, стимулирайки протеиновия синтез;
• глюкагонът и глюкокортикоидите инхибират образуването на протеини, особено в лимфоидната и мускулната тъкан, и увеличават процеса на отстраняване на азот от тялото.

Черният дроб заема централно място в метаболизма. Той има множество функции, най-важните от които са следните:

• 
  биосинтеза на кръвни протеини и липопротеини,
• 
  образуване на жлъчка,
• 
  метаболизъм на лекарства и хормони,
• 
  отлагане на желязо, витамини В12 и В9,
• 
  функция за образуване на урея.

1. 
   регулаторно-хомеостатични (въглехидрати, протеини, липиди, витамини, частично водно-минерални съединения, пигментна обмяна, непротеинови азотсъдържащи вещества);
2. 
   събиране на урея;
3. 
   жлъчен;
4. 
   отделителна;
5. 
   неутрализиране (естествени метаболитни продукти и чужди вещества).

Черният дроб се състои от 80% паренхимни клетки, 16% ретикулоендотелни клетки, 4% ендотелиум на кръвоносните съдове.

^

Черен дроб и въглехидратен метаболизъм

Енергийните нужди на самия черен дроб, подобно на други тъкани на тялото, се задоволяват чрез вътреклетъчен катаболизъм на входящата глюкоза. Два различни процеса участват в катаболизма на глюкозата: (3)

• 
  гликолитичният път превръща 1 мол глюкоза в 2 мола лактат с образуването на 2 мола АТФ.
• 
  (4) Фосфоглюконатният път превръща 1 мол глюкоза в 6 мола CO 2 и образуването на 12 мола АТФ.

В допълнение, глюкозните реакции могат да възникнат в обратна посока, поради което (5) Глюкозата се синтезира чрез глюконеогенеза.

Фосфоглюконатното окисление произвежда пентози, които могат да се използват в синтеза на нуклеиди и нуклеинови киселини.

В черния дроб приблизително 1/3 от глюкозата се окислява по фосфоглюконатния път, а останалите 2/3 по гликолитичния път.

галактоза, фруктоза, маноза

Glu Glu 6-ph гликоген

(100-300гр)
гликостатичен

функция

гликолиза

холестерол (2 mol ATP + 2 лактат)
фосфоглюконатен път

(6CO 2 + 12NADPH+H +)
трансформация

в мастни киселини

^

Черен дроб и липиден метаболизъм

(2) Черният дроб синтезира PL, процес, който изисква липотропни вещества (холин, метионин, B 12). Обикновено черният дроб съдържа около 4% PL и 2% неутрални мазнини. При мастна дегенерация на черния дроб съдържанието на неутрални мазнини може да достигне 40% (обикновеният прекурсор фосфатидна киселина, в случай на дефицит на липотропни вещества, се използва главно за синтеза на неутрални мазнини). Повишеният синтез на неутрални мазнини и намаленият синтез на PL могат да бъдат свързани с дефицит на АТФ (с дифузно чернодробно увреждане).

(3) Черният дроб играе важна роля в синтеза на холестерол, който непрекъснато се синтезира от ацетил КоА. При паренхимни лезии се намалява синтетичната способност на черния дроб и това води до хипохолестеролемия. Особено намалява концентрацията на холестеролови естери. Напротив, при обструктивна жълтеница концентрацията на холестерол се повишава рязко, особено в неусложнени случаи, когато функцията на хепатоцита не е нарушена.

Черният дроб играе важна роля в синтеза (4) липиди, мастни киселини , (5) липолиза, кетонови тела.

П Черният дроб заема ключова позиция в процесите на мобилизация, обработка и биосинтез на мазнини. Дисбалансът на тези противоположни системи може да доведе до много сериозни метаболитни нарушения, както и до отлагане на мазнини във фибрите (затлъстяване) или в клетките на самия черен дроб (мастен черен дроб).

На разположение Дебел LP (кръвна плазма)

дебел. кой-ти кой-тиЕ (бета окисление )

Ацетил КоА кетонни тела

Холестерон CO 2 + Н 2 O + E

(90-95% ендогенен холестерол)

Жлъчка

киселини

(Път на елиминиране на холестерола)
^

Черен дроб и протеинов метаболизъм

Първият и най-очевиден е свързан с анатомичното разположение на органа. След консумацията на протеинови храни чернодробните клетки са първите, които поемат въздействието на потока от аминокиселини и други храносмилателни продукти, влизащи през системата на порталната вена. Друго анатомично предимство на черния дроб е неговата органична връзка с жлъчните пътища, което позволява отстраняването на някои вредни крайни продукти от азотния метаболизъм директно в стомашно-чревния тракт.

Втората причина, поради която черният дроб заема ключова позиция в метаболизма на азота, е, че хепатоцитите, за разлика от другите клетки в нашето тяло, съдържат пълен набор от ензими, участващи в метаболизма на аминокиселините. Водещата роля в метаболизма на аминокиселините се свързва с 3 функционални процеса:

1. 
   разграждане на въглеродния скелет с образуването на Е и осигуряване на глюконеогенеза;
2. 
   образуване на несъществени аминокиселини и азотни основи на нуклеинови киселини;
3. 
   неутрализиране на амоняк и други крайни продукти от метаболизма на пикочната киселина, жлъчни пигменти и др.

1. 
   черният дроб синтезира много протеини за износ, освобождавайки ги в плазмата (100% албумин, 75-90% алфа-глобулини, 50% бета-глобулини);
2. 
   образуването на вътреклетъчни ензими в черния дроб засяга метаболизма в целия организъм;
3. 
   Някои чернодробни протеини са способни на бързо разграждане, осигурявайки лабилен резерв от аминокиселини по време на периоди на недостатъчно хранене.

Че. черният дроб функционира като аминостат, регулирайки доставката на азотни съединения и освобождаването им към периферията, въпреки ежедневните колебания в предлагането и търсенето, нивото на протеини и свободни аминокиселини в плазмата остава постоянно.

участие в цикъла на морбили

(глу-ала)
чернодробни протеини

транспорт Аминокиселини

в други тъкани плазмени протеини
NH 3 специални продукти

Glu (хем, порфирин, хормони,

азотни основи и т.н.)

междинен

продукти на размяната

Ацетил-КоА липиди

CO 2 + H 2 O + E
^

Образуване на жлъчка и екскреторна функция на черния дроб

Синдром на холестаза - нарушение на жлъчната функция.

Синдром на хепатоцелуларна недостатъчност - нарушение на синтетичната функция.

Възпалителен синдром
Ролята на черния дроб в детоксикацията на различни вещества

Неутрализиране в черния дроб може да настъпи както на ендогенни токсични вещества, така и на чужди съединения. В две фази:

1. 
   окисление, редукция, метилиране:
2. 
   конюгиране с UDPHA и FAPS.

Биохимичната трансформация на лекарства и някои чужди съединения в черния дроб включва редица чужди ензимни системи, които могат да повлияят на много лекарства, които са различни по своята структура. Тези ензимни системи са вградени в мембраната на ендоплазмения ретикулум на специализирани чернодробни клетки - хепатоцити; ендоплазменият ретикулум се състои от комуникиращи тубули, чиято основна функция е сглобяването на ензимни комплекси и обработката на чужди вещества. Ендоплазменият ретикулум не може да бъде изолиран от клетката, без да я увреди; по време на хомогенизиране и центрофугиране тубулната система се разрушава и фрагменти от нейните мембрани образуват малки везикули (микрозоми). Функцията на микрозомите служи като източник на ензими, които се използват при изследване на метаболизма като лекарства.

Процесът на обработка на лекарства и хранителни чужди вещества в черния дроб включва реакции от относително малко видове:

1. 
   окисление;
2. 
   възстановяване;
3. 
   хидролиза;
4. 
   свързване (конюгация) с всяко друго вещество.

1. 
   инактивиране в основния;
2. 
   липофилни или мастноразтворими вещества се превръщат в хидрофилни, т.е. водоразтворими съединения (по-лесно се отделят от бъбреците и се екскретират).