Биохимия почек и печени Лекции 30 -31

Биохимия почек и печени Лекции № 30 -31 Лектор проф. А. И. Грицук

Биохимия почек для студентов 2 курса Лектор проф. А. И. Грицук

Гомеостатические функции почек l Экскреторная l l l Наиболее важная (удаление «шлаков» ) Продукция мочи Неэкскреторная - Регуляция l l l водно-электролитного баланса и КОС ОЦК и АД (ренин) эритропоэза (эритропоэтин) Са-Р обмена - образование вит D 5 (кальцийтриола) Гормонального баланса (катаболизм гормонов) Метаболическая (ГНГ и др. ) 4

Функции почек Koolman, 2005 5

Экскреция компонентов мочи компонент г/сутки Азот (м. М) H 2 O 1000 - SO 42 - 2 -5 - HPO 42 - 2 -5 - K+ 1 -2 - мочевина 12 -20 400 -650 креатинин 1 -1. 8 25 -50 Моч. к-та 0. 2 -0. 8 4 -16 0. 2 -1 11 -55 (до 10 при ацидозе) (до 550 при ацидозе) NH 4+ 6 Marks, 2000

Образование мочи l secretion Структурнофункцион единица почки - нефрон l l Ультрафильтрация Реабсорбция Секреция Клиренс Koolman, 2005 7

Структура нефрона 8

«Чудесная» сеть капилляров 1 Первичная моча ~150 л 2 ~1, 5 л 1. Гломерулярные каппиляры (мальпигиевое тельце 2. Канальциевые каппиляры 9

Функция нефрона: Электролиты 10

Почки: Рециркуляция электролитов и воды Koolman, 2005 11

Метаболизм почек l В коре l l Aэробный обмен Aэробный гликолиз l l l В мозговом слое Aнаэробный обмен Aнаэробный гликолиз 12

Концентрирование мочи и реабсорбция в почках требует много энергии l l l В проксимальных канальцах продукция АТФ за счет βокисления ЖК, кетоновых тел и некоторых АК Меньше: лактат, глицерол и ЦТК. В дистальных канальцах и петле Генле, главный субстрат глюкоза. Эндотелиальные клетки проксимальных канальцев способны к ГНГ. l Субстраты – АК l –NH 2 NH 3 (забуферевание мочи). В почках имеются высокоактивные ферменты деградации пептидов и метаболизм АК ( оксидазы АК. , оксидазы аминов, глютаминаза). Koolman, 2005 13

Метаболизм углеводов в почках l l l Регуляция уровня глюкозы в крови Почечный порог для глюкозы = 10 м. М/л Пентозный цикл l NADPH: l l l детоксикация, Синтез ЖК, холестерола, АК, пентоз ГНГ l l 50% всего ГНГ в почках и (50% в печени) р. Н зависимый (активируется при ацидозе) Менее чувствителен к гормонам, по сравнению с печенью Предпочтительные субстраты – лактат, ПВК, субстраты ЦТК 14

ГНГ в почках Koolman, 2005 15

Метаболизм белка в почках l l Большинство белков (M > 60 000 D) фильтруются и реабсорбируются путем эндоцитоза в канальцах. Все АК реабсорбируются путем нескольких транспортных систем l l l Отрицательно заряженные АК (глу, асп) Основные АК (арг, лиз, орн) Нейтральные АК (ала, лей и др. ) Малые АК (гли). До 40% инсулина деградирует в почках. 16

Метаболизм глютамина в почках Marks, 2000 17

Метаболизм липидов в почках l l ЛПОНП, ЛПНП, ЛВП метаболизируют в почках Почки активно синтезируют холестерол. Почки используют кетоновые тела Вит D 4 → D 5 и его дальнейший метаболизм 18

Koolman, 2005 19

Экскреция аммония (Аммониогенез) Blood plasma Urine Koolman, 20 2005

Экскреция аммония почками l l l Н+ забуферен фосфатами и бикарбонатами NH 3. Аммиак диффундирует ч/з мембрану в мочу Соединяясь с Н+ превращается в NH 4+, который не способен возвратиться назад в клетку Marks, 2000 21

Действие диуретиков Место действия и ингибируемый транспортер Лекарство % экскреции Действие на др. профильтро ионы ванного Na+ Проксим канальцы Na+-H+-обменник Ацетазоламид Лимитирующее действие Петля Генле. Na+K+-2 Clтранспортер Фуросемид, ≤ 25 Буметанид, Этакринов. к-та Увеличивает экскрецию K+ и H+ Дист. канальцы Na+-Clкотранспортер Тиазиды, Хлорталидон, Металазон Увеличивает экскрецию K+ и H+ Собирательные трубки, Na+ канал Амилорид, 1 -2 Спиронолактон, Триамтерен ≤ 3 -5 Увеличивает экскрецию HCO 3 и K+ Снижает экскрецию K+ и H+ 22

Камни почек l l l Камни почек – твердые конкременты (кристаллические агрегаты) нерастворимые в моче. Часто повторяют форму лоханки или мочеточников Наличие камней в почках нефролитиаз Наличие камней в мочевых путях почках – уролитиаз Камни м. б. разных размеров Камни почек покидают организм с потоком мочи. Камни диаметром 2 -3 мм могут закупорить проток, вызывая очень сильные боли – почечную колику, которая часто Протекает с тошнотой и рвотой From Wikipedia. org 23

Этиология нефролитиаза l l l Чаще всего главный компонент – Са в виде оксалата, который кристаллизуется. Другие компоненты камней почек: l struvite трипельфосфаты (магний-аммоний-фосфат) – связаны с присутствием микробов, обладающих уреазной активностью Proteus mirabilis. l Ураты – ассоциированы с высоким уровнем в крови мочевой кислоты – подагра, лейкемия/лимфомы леченные химиотерапией (вторичная подагра вызванная гибелью лейкозных клеток) и нарушением КОС. l Кальций-фосфат связаны гиперпаратиреидизмом, передозировкой витамина D и почечным канальцевым ацидозом. l Цистиновые - образуются только при наличии высокой концентрации цистина у людей, страдающих цистинурией). Камни почек при почечном канальцевом ацидозе, болезни Дента и медуллярном спонгиозе почек From Wikipedia. org 24

Условия формирования камней Перенасыщение ↓ Нуклеация Ядро ↓ Рост кристалла ↓ Агрегация кристалла ↓ Эпитаксиальный рост Камень 25

Почечная недостаточность l l l Резкое снижение функций почек Физиологически, прежде всего, снижение скорости клубочковой (гломерулярной) фильтрации - СКФ Клинически проявляется нарастанием азотемии Почечная недостаточность ОПН ХПН From Wikipedia. org 26

ОПН l l Быстропрогрессирующее снижение функции почек, которое проявляется в виде: Олигурии (снижение образования мочи менее 400 мл/сутки у взрослых, менее 0. 5 мл/кг/час у детей или менее 1 мл/кг/час у подростков l l l Нарушение водно-электролитного баланса Этапы: олигурия при благоприятном исходе сменяется полиурией Лечение: ликвидация причин, гемодиализ From Wikipedia. org 27

ХПН l l Обычно медленно развивающееся состояние при наличии слабой манифестации Многие заболевания почек нефриты, пиэлонефриты, гломерулонефриты, обструкция мочевых путей, системные заболевания, сахарный диабет и др. l l l Начальные стадии – полиурия (при снижении экскреторной функции возрастает кол-во мочи) Терминальная стадия – олигурия Лечение – гемодиализ, пересадка почек. From Wikipedia. org 28

Antimilitary Function of Urine 29

30

Метаболизм печени Метаболизм ксенобиотиков Лекция 31 Лектор проф. А. И. Грицук

Общая характеристика метаболизма печени l l Вес печени 1. 5 кг – 2 -3 % от веса тела Потребление O 2 – 20 – 30 % от общего потребления O 2 организмом 32

Структура гепатоцита Эритроцит гликоген Гранулы ЛП Аппарат Гольджи Ядро Шероховатая ЭПС Гладкая ЭПС Митохондрия Десмосома Лизосома Желчный капилляр 33

Функции печени l Гомеостатические функции : l l l Поступление и распределение нутриентов Метаболическая (б/с) B, C Депонирование – 2 D Детоксикация (барьерная) – 4 Экскреторная – 5 34

Метаболизм печени Углевод ы Глюкоза гликоген (БДП) галактоза фруктоза манноза лактат (П), пентозы глицерин (БП) Липиды ЖК, Жир (БП), Кетонов. тела (Б), Холест-р (БСП) Желчн. кты (БЭ), Витам (ДП) АК АК (БП), Мочевина (Б) Белки плазмы Биотранс формац Альбумин, Л П, Факторы гемостаза Гормоны, Ферм-ты (БП), Стероиды, Желчные пигменты, лекарства (ПЭ), Этанол (П), Расшифровка функций: 35 Б - биосинтез, Д - депонирование, П превращение, Э – экскреция

Экспрессия 5 различных GLUT – в разных тканях GLUT Ткань Km GLUT-1 Э, мозг 5 -7 m. M GLUT-2 Печень, Почки, Панкр. β-клетки 7 -20 m. M GLUT-3 мозг 1. 6 m. M GLUT-4 (insulin-чувствит) М-цы, Жировая ткань 5 m. M 12 -п кишка 5 m. M (фруктоза) GLUT-5 36

Кровообращение в печени Два источника кровоснабжения: А. hepatica – 20% кровоснабжения тела V. porte – 80% кровоснабжения тела приносит кровь прямо из кишечника и эндокринной части pancreas 1. 2. n Уникальная система снабжения нутриентами 37

Метаболическая гетерогенность гепатоцитов 1. l l l 2. l l l Перипортальные гепатоциты находятся в зоне V. porte доминирует анаэробный обмен: Анаэробный гликолиз Б/с гликогена - депонирование пищевой глюкозы Детоксикация NH 3 – образование Глн Б/с альбумина Микросомальное окисление Периартериальные гепатоциты находятся в зоне А. hepatica доминирует аэробный обмен: Мх окисление (β-окисление ЖК, кетогенез, аэробный гликолиз) Б/с гликогена - ГНГ Детоксикация NH 3 – ЦСМ 38

Особенности обмена углеводов в печени GLUT-2 (транспортер с высокой Km 7 -20 m. M) Обеспечивает депонирование глюкозы в гепатоцитах, при ее высокой концентрации в V. porte (до 20 м. М) Глюкокиназа фосфорилирует Гл → Г 6 Ф • более высокая Km чем у Гексокиназы • не ингибируется высокой [Гл] • не ингибируется высокой [Г 6 Ф] (нет ретроингибирования) Гл + АТФ ---> Г 6 Ф + АДФ 39

Превращение Г 6 Ф в печени: В гликоген (гликоген-синтетаза) Дефосфорилирование Г 6 Ф-азой в Гл В гликолизе образует ПВК Небольшое кол-во поступает в ЦТК для образования энергии Часть освобождается в форме лактата l l l l Большая часть образованного Ацетил Ко. А идет на синтез ЖК Используется в ПФП с образованием NADPH и рибозо 5 Ф 40

Роль печени в обмене углеводов l l l Печень действует как эффективный «глюкостат» : потребляет глюкозу из кровидепонирует трансформирует в ТГ (ЛПОНП) освобождает при необходимости l NB: большую часть энергии печень получает путем β-окисления ЖК и распада АК 41

Роль печени в обмене углеводов (2) Г 6 -Ф-аза Глюкоза Лактат ГК ЛДГ Фосфорилаза Г 6 -Ф ГС Гликоген ПВК ПДГ ЖК Ацетил-Кo. A CO 2 42

Регуляция обмена углеводов печени 1. В сытом состоянии высокая [Гл] в крови стимулирует v секрецию инсулина, который: стимулирует гликогенсинтетазу и синтез гликогена v ингибирует распад гликогена 2. При голодании и снижении [Гл] выделяются глюкагон и адреналин, которые стимулируют : v распад гликогена до Г 1 -Ф → Г 6 -Ф и далее v активность Г 6 Ф-азы превращающей Г 6 -Ф → Гл , поступающей в кровоток 43

+ глюкагон + адреналин - инсулин Глюкоза Г 6 -Ф Гликоген + инсулин Лактат Ж К + глюкагон - инсулин ПВК + инсулин Ацетил-Ко. А CO 2 44

45

46

Роль печени в АК (белковом) обмене 1. Потребление АК из V. Porte, из тканей и органов 2. Взаимное превращение АК (пул АК для крови и др. тканей) 3. Б/с альбумина и др. белков 4. Б/с азотсодержащих в-в (гем, ФЛ, Азот осн и др. ) 5. АК - субстраты для ГНГ (глюкозо-аланиновый цикл Фелига), синтеза ЖК и кетоновых тел. 6. АК - субстраты энергообмена покрывают ~ 50% потребности печени в энергии 7. Детоксикация NH 3

АК АК Трансаминирование Кето к-ты CO 2 Ацетил Ко. A Кетон. тела ЖК + Мочевина ПВК ГНГ 48

Роль печени в обмене ЖК Печень поглощает из плазмы СЖК на основные цели: 1. β-окисление (основной источник энергии для печени) 2. Образование ТГ депонирование в печени ТГ для энергетических нужд или образование ЛПОНП 3. Б/c КТ 4. Б/c ФЛ 5. Б/c эйкозаноидов (Pg, LT, TXA) 49

Гепатоцит Кровь Ко. ASH ЖК ЖК Ацил Ко. А ТГ CPT-1 -окисление КТ Кетоновые тела СО 2 Метаболизм ЖК в печени 50

Регуляция инсулином и глюкагоном Сытое состояние § [инсулин] возрастает § [малонил Ко. А] возрастает, § CPT-1 ингибирован § ЖК эстерифицируются в ТГ Голодное состояние q [глюкагон] возрастает q активирует CPT-1 q предпочтительный субстрат окисления ЖК. 51

Ко. А ЖК ЖК Ацил-Ко. А (-) CPT-1 ТГ + Глюкагон - окисление КТ Глюкоза Кетоновые тела СО 2 Малонил-Ко. А + Инсулин Ацетил-Ко. А 52

Ксенобиотики l l Ксенобиотики (xenos - gk. ) – чужеродные вещества Биомедицинское значение: l l l Фармакология, Терапия, Фармация, Токсикология, Канцерогенез, Наркомания. 53

Детоксикация l 2 фазы: l l l Фаза 1: окисление, восстановление, гидролиз. Фаза 2: реакции коньюгации (глюкуронат, гли, АК, сульфат, ацетат, метилирование) Около 30 различных реакций участвуют в метаболизме ксенобиотиков 54

Детоксикация: Фаза 1 l Окислению подвергаются: l l l спирты, альдегиды, амины, ароматические углеводороды и серосодержащие соединения. В целом алифатические соединения окисляются легче, чем ароматические. Цитохром P 450 l l Другое название – монооксигеназа. Оксидаза со смешанной функцией. Связан с микросомами. Максимум поглощения при 450 нм (CO-производное) l RH + O 2 + NADPH + H+ → R-OH + H 2 O + NADP+ Другие реакции: дезаминирование, дегалогенизация, десульфирование, эпоксидирование, пероксидация и восстановление. 55

Субстраты для цитохрома P 450 l Экзогенные: l l l Лекарства Канцерогены Пестициды Нефтепродукты Поллютанты Эндогенные: l l Некоторые стероиды Эйкозаноиды ЖК Ретиноиды l l При этом гидрофобные субстраты превращаются в гирофильные путем гидроксилирования. ~50% лекарств у человека метаболизируются различными изоформами цитохрома P 450. 56

Важные характеристики цитохромов P 450 1. n 2. 3. n Множественные формы: 35 – 60 (до 200), 14 семейств Систематика: l CYP 1 A 1 – цитохром P 450, член семейства 1, подсемейства A, первый по счету в этом подсемействе. l Курсивом (CYP 1 A 1) – ген, кодирующий CYP 1 A 1. Гемопротеины. В изобилии в печени (микросомы ГЭР), тонком кишечнике и надпочечниках (митохондии и ЭР). Митохондриальный цитохром P 450 использует адренодоксин редуктазу и адренодоксин. Ограниченная субстратная специфичность. 57

Важные характеристики цитохромов P 450 (прод. ) NADPH-зависимый фермент. 4. n n n NADPH-цитохромредуктаза. Восстановительное активирование молекулярного кислорода. Цитохром b 5 – донор электронов. Фосфатидилхолин входит в состав цитохрома P 450. Индуцибельный фермент. 5. 6. n Фенобарбитал и другие лекарства – 3 -4 -кратное увеличение количества цитохрома P 450 в течение 4 -5 дней. 58

Детоксикация: Фаза 2 l Реакции конъюгации, 5 типов: l l l Глюкуронидирование Сульфатирование Конъюгация с глутатионом Ацетилирование Метилирование 59

Глюкуронидирование УДФ-глюкуронат l УДФ-глюкуроновая кислота – донор глюкуронила в ряде реакций. 60

Глюкуронидирование (прод. ) Глюкуронилтрансфераза Бензойная кислота Бензоил-глюкуронид l Глюкуронидирование бензойной кислоты. l l Здесь глюкуроновая кислота присоединяется к кислороду, возможно также присоединение к атомам азота или серы в субстрате. 61

Глюкуронидирование (прод. ) l Такие молекулы как l l анилин l l 2 -ацетаминофлуорен, анилин, мепробамат, фенол многие стероиды экскретируются в виде глюкуронидов. 2 -ацетаминофлуорен 62

Сульфатирование 3’-фосфоаденозин-5’-фосфосульфат (ФАФС) 63

Сульфатирование (прод. ) ФАФС ФАФ сульфотрансфераза фенол l фенилсульфат Некоторые алифатические и ароматические соединения подвергаются сульфатированию. 64

Конъюгация с глутатионом l Глутатион (GSH): g-глу-цис-гли. l l l R + GSH → R-S-G Ферменты – различные глутатион S-трансферазы. GSH – важен в механизмах защиты. l Участвует в разложении потенциально токсических веществ (H 2 O 2). l Поддерживает эссенциальные –SH группы в восстановленном состоянии. l Участвует в транспорте некоторых аминокислот через мембрану в почках. l АК + GSH → g-глу-АК + цис-гли l Фермент: g-глутамилтрансфераза (ГГТ) 65

Ацетилирование Ацетил-Ко. А сульфаниламид l Ацетил-сульфаниламид Общая реакция l X + Ацетил-Ко. А → Ацетил-X + HS-Ко. А l X – ксенобиотик. 66

Метилирование l Некоторые ксенобиотики подвергаются метилированию ферментами метилтрансферазами с участием Sаденозилметионина в качестве донора метильной группы. 67

Летальный синтез, или супертоксичность l В ряде случаев система цитохрома P 450 образует более токсичные продукты, чем сам ксенобиотик. l Примеры: l l Бензопирен табачного дыма и афлатоксин B из Aspergillus flavus: Метаболизируют до бензопирен-эпоксида и афлатоксин-эпоксида – исключительно канцерогенные вещества. 68

Заключение l l Печень – гетерогенный, метаболически активный орган. Осуществляет ряд функций: l l Синтез, детоксикация, барьерная, запасающая. В гепатоците проходят ряд реакций: l Синтез, гидроксилирование, конъюгация. 69

70