БИОХИМИЯ ПЕЧЕНИ
.pdfБИОХИМИЯ ПЕЧЕНИ
План
1.Функции печени в организме человека
2.Роль печени в регуляции концентрации глюкозы в крови
3.Роль печени в обмене белков и аминокислот
4.Роль печени в обмене аммиака
5.Роль печени в обмене липидов
6.Роль печени в обмене кетоновых тел
7.Роль печени в обмене липопротеинов
Функции печени
Печень – самая крупная железа пищеварительного тракта. Масса печени составляет 2-3% от веса тела, у взрослого человека – 1,2 – 2 кг.
Важнейшее значение печени в обмене веществ в первую очередь определяется ее анатомическим положением и особенностями кровоснабжения.
Печень - это промежуточный орган между кишечником и системой общего кровотока. 70%
крови поступает в печень по
воротной вене,
Рис.1. Внутреннее строение печеночной дольки
30 % - по печеночной артерии,которая поставляет кровь, богатую кислородом.
Кровь воротной вены омывает всасывающую поверхность кишечника,
и в результате большая часть веществ, всасывающихся в кишечнике,
проходит через печень.
Гепатоциты контактируют с синусоидами и желчными канальцами.
Синусоиды – это видоизмененные капилляры, по которым циркулирует смешанная кровь: венозная из воротной вены, артериальная из печеночной артерии.
Функции печени
1). Гомеостатическая. Гепатоциты извлекают из крови часть веществ,
которые поступают по воротной вене, подвергают их метаболическим превращениям и в виде промежуточных или конечных метаболитов выделяют в синусоиды или желчные канальцы. Таким образом, печень активно участвует в поддержании постоянного состава крови (гомеостаза),
обеспечивая синтез и поступление в кровь различных метаболитов, а также поглощение, трансформацию и экскрецию многих компонентов плазмы крови.
2). Метаболическая. Печень - это центральная биохимическая лаборатория организма, в ней протекают сложные процессы обмена белков и аминокислот, липидов, углеводов, биологически активных веществ
(гормонов, биогенных аминов и витаминов), микроэлементов.
3). Депонирующая. В печени депонируется основной резервный полисахарид
-гликоген, накапливаются минеральные вещества, особенно железо,
витамины A, D, K.
4). Защитная. В печени осуществляется обезвреживание (биохимическая трансформация) чужеродных и токсичных соединений, поступивших с пищей или образовавшихся в кишечнике, а также токсических веществ экзогенного происхождения.
5). Экскреторная. Из печени различные вещества эндо- и экзогенного происхождения либо поступают в желчные протоки и выводятся с желчью
(более 40 соединений), либо попадают в кровь, откуда выводятся почками.
Роль печени в углеводном обмене
В печени активно протекают:
•Синтез и распад гликогена
•Глюконеогенез
•Обмен фруктозы и галактозы
Роль печени в регуляции концентрации глюкозы в крови
Основная роль печени в обмене углеводов заключается в поддержании постоянного уровня глюкозы в крови. Это достигается регуляцией синтеза и распада гликогена, При этом печень выполняет функцию «глюкостата»: в
фазе абсорбции глюкоза поступает в печень из крови и накапливается в виде гликогена. При дефиците глюкозы (фаза постабсорбции, голодание) печень,
напротив, поставляет глюкозу, которая образуется за счет процессов гликогенолиза и глюконеогенеза. Синтез гликогена из глюкозы обеспечивает в норме временный резерв углеводов, необходимый для поддержания концентрации глюкозы.
При снижении уровня глюкозы печень начинает поставлять глюкозу за счет мобилизации гликогена. Если запас гликогена оказывается исчерпанным, глюкоза может синтезироваться в процессе глюконеогенеза из таких предшественников, как лактат, пируват, глицерин или углеродный скелет аминокислот. Субстраты поступают из мышц и жировой ткани.
Необходимыми условиями активного углеводного обмена в печени являются обратимый транспорт сахаров через плазматическую мембрану гепатоцитов (при отсутствии контроля инсулином) и наличие ферментов глюкокиназы, фосфорилирующей глюкозу в 6-ом положении, и глюкозо-6-
фосфатазы, высвобождающего глюкозу из глюкозо-6-фосфата.
Глюкокиназа, подобно гексокиназе, фосфорилирует глюкозу, но в отличие от нее:
содержится, только в печени и β-клетках островков Лангерганса;
более высокое значение Кm для глюкозы (т. е. меньшее сродство к глюкозе);
не ингибируется глюкозо-6-фосфатом, т.е. конечным продуктом реакции.
Поэтому, когда после приема пищи содержание глюкозы в воротной вене резко возрастает, достигая 10 ммоль/л и более, активность глюкокиназы в гепатоцитах повышается. А так как ее активность не ингибируется продуктом реакции — глюкозо-6-фосфатом, то при повышении глюкозы в крови концентрация глюкозы в клетке в фосфорилированной форме тоже повышается. Фосфорилирование уменьшает концентрацию свободной глюкозы в цитоплазме гепатоцитов. В результате создаются благоприятные условия для облегченной диффузии глюкозы в клетки печени из крови при участии транспортера ГЛЮТ-2, (независимого от инсулина). ГЛЮТ-2, так же как глюкокиназа, имеет высокую Кm, что способствует повышению скорости поступления глюкозы в гепатоциты. Образующийся глюкозо-6-фосфат в этот период идет на синтез гликогена. Благодаря этому, печень быстро и эффективно, обеспечивает нормогликемию в системе общего кровотока.
Далее глюкозо-6-фосфат может метаболизироваться по нескольким направлениям (см.рис.2).
Превращение глюкозо-6-фосфата в глюкозу возможно только в печени,
почках и клетках эпителия кишечника. В клетках этих органов имеется фермент глюкозо-6-фосфатаза, катализирующая отщепление фосфатной группы гидролитическим путем. Полученная глюкоза используется для обеспечения других тканей, прежде всего мозга, коры надпочечников и эритроцитов, не располагающих собственными резервами глюкозы.
Рис. 2 Участие глюкозо-6-фосфата в метаболизме углеводов
Роль печени в обмене фруктозы
Печень обладает свойством синтезировать глюкозу из других сахаров,
например фруктозы и галактозы.
Поступающая в печень фруктоза может фосфорилироваться под действием двух ферментов - гексокиназы и фруктокиназы. Гексокиназа,
обладающая относительной специфичностью, фосфоридирует фруктозу до
фруктозо-6-фосфата. Фруктокиназа, обладающая абсолютной субстратной
специфичностью, фосфорилирует фруктозу до фруктозо-1-фосфат.
Фруктозо-1-фосфат не может превращаться во фруктозо-6-фосфат из-за отсутствия соответствующего фермента.
Далее фруктозо-1-фосфат под действием альдолазы расщепляется на две триозы: диоксиацетонфосфат и глицеральдегид. Глицеральдегид может включаться в гликолиз после его фосфорилирования с участием АТФ. Две молекулы триозофосфатов либо распадаются по гликолитическому пути,
либо конденсируются с образованием фруктозо-1,6-дифосфата и далее участвуют в глюконеогенезе.
Метаболизм фруктозы. а - превращение фруктозы в дигидроксиацетон-3-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат; б - путь включения фруктозы в гликолиз и глюконеогенез; в -
путь включения фруктозы в синтез гликогена.
Известно также, что метаболизм фруктозы по гликолитическому пути в печени происходит гораздо быстрее, чем метаболизм глюкозы. Для метаболизма глюкозы характерна стадия, катализируемая фосфофрукто-
киназой. Как известно, на этой стадии осуществляется метаболический контроль скорости катаболизма глюкозы. Фруктоза минует эту стадию, что позволяет ей интенсифицировать в печени процессы метаболизма, ведущие к синтезу жирных кислот, их эстерификацию и секрецию липопротеинов очень низкой плотности; в результате может увеличиваться концентрация триглицеридов в плазме крови.
Роль печени в обмене галактозы
Рис. 4 Обмен галактозы
Галактоза в печени сначала фосфорилируется при участии АТФ и фермента галактокиназы с образованием галактозо-1-фосфата. Большая часть галактозо-1-фосфата в печени превращается в ходе реакции, катализируемой гексозо-1-фосфат-уридилилтрансферазой:
УДФ-глюкоза + Галактозо-1-фосфат –> УДФ-галактоза + Глюкозо-1-фосфат
Это уникальная трансферазная реакция возвращения галактозы в основное русло углеводного метаболизма.
Наследственная утрата гексозо-1-фосфат-уридилилтрансферазы приводит к галактоземии – заболеванию, для которого характерны умственная отсталость и катаракта хрусталика. В этом случае печень новорожденных теряет способность метаболизировать D-галактозу,
входящую в состав лактозы молока.
Роль печени в обмене углеводов (по Мак-Мюррей У,1980)
Роль печени в обмене липидов
Печень участвует во всех этапах липидного обмена, начиная с переваривания липидов и заканчивая специфическими метаболическими превращениями отдельных липидных фракций. Различают три основных направления участия печени в метаболизме липидов.
Метаболизм ТАГ, фосфолипидов и ВЖК
Синтез кетоновых тел
Обмен липопротеинов
Метаболизм холестерина и желчных кислот
Роль печени в метаболизме ТАГ, фосфолипидов и ВЖК
Синтез жиров в печени происходит в основном из продуктов катаболизма глюкозы (см рис.6). После еды образующийся в результате гликолиза избыток ацетил-КоА активно используется для синтеза жирных кислот(1).Глицерол-3-фосфат образуется двумя путями (2,3).
Синтез ТАГ происходит через образование фосфатидной кислоты (4),
при дефосфорилировании которой образуется ДАГ (5). Следующая реакция ацилирования превращает его в ТАГ (6). ТАГ в составе ЛОНП секретируется в кровь. При достаточном количестве в гепатоцитах холина, этаноламина,
серина, инозитола, последние могут включаться в фосфатидную кислоту, что заканчивается синтезом соответствующих глицерофосфолипидов.
Особенности синтеза ТАГ в печени.
Особенности обмена ВЖК в печени (по Мак-Мюррей У, 1980)
Жирные кислоты синтезируются в печени из ацетил-КоА. Затем они включаются в состав жиров и фосфолипидов, которые поступают в кровь в форме липопротеинов.
Роль печени в синтезе кетоновых тел
Метаболизм кетоновых тел В постабсорбтивный период и при голодании (при низком соотношении
инсулин/глюкагон в крови) в жировой ткани активируется распад жиров. Жирные кислоты поступают в печень в большем количестве, чем в норме, поэтому увеличивается скорость β-окисления. Скорость реакций ЦТК в этих условиях снижена, так как оксалоацетат используется для глюконеогенеза. В результате скорость образования ацетил-КоА превышает способность ЦТК окислять его. Ацетил-КоА накапливается в митохондриях печени и при дефиците оксалоацетата используется для синтеза кетоновых тел. Синтез кетоновых тел происходит только в митохондриях печени, но сама печень не способна использовать кетоновые тела, поскольку лишена фермента - сукцинил-КоА-
ацетоацетат-КоА-трансферазы, катализирующего активацию ацетоацетата. При голодании, длительной физической нагрузке и в случаях, когда клетки не получают достаточного количества глюкозы, кетоновые тела используются другими тканями как источник энергии.