Нижегородский государственный

архитектурно-строительный университет 
 
 

Кафедра экологии и природопользования 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

По дисциплине: «Биохимия, биофизика и физико –  химические основы жизнидеятельности»

На тему « Биохимия печени» 
 
 
 
 
 

Выполнил: студент  гр. ЭП-31                                                                          Харчева А.А

Проверил: доцент, к.т.н Патова М.А 
 

Нижний  Новгород, 2011

Оглавление

Введение 3

1. Функциональная биохимия печени 4

1.1 Регуляторно–гомеостатическая функция печени 4

1.1.1 Углеводный обмен в печени и его регуляция 4

1.1.2 Регуляция липидного обмена 7

1.1.3 Регуляция обмена белков 11

1.1.4Участие печени в обмене витаминов 13

1.1.5 Участие печени в водно-минеральном обмене 16

1.1.6 Участие печени в пигментном обмене 17

1.2 Мочевинообразовательная функция 19

1.3 Желчеобразовательная и экскреторная функция 22

2. Заболевания печени и лабораторная диагностика заболеваний печени 26

2.1 Основы клинической лабораторной диагностики заболеваний печени 26

2.2 Основные клинико-лабораторные синдромы при поражениях печени 28

2.2.1  Синдром гепатодепрессии (малой недостаточности печени) 28

2.2.2 Синдром воспаления 30

2.2.3 Синдром регенерации и опухлевого роста печени 31

Заключение 32

Список литературы 33 

Введение

     Биохимия  печени включает как протекание нормальных обменных процессов, так и нарушения  метаболизма веществ с развитием  патологии. Изучение всех аспектов биохимии печени позволит видеть картину нормально  функционирующего органа и его участие  в работе всего организма и  поддержании гомеостаза. Так же при  нормальной работе печени осуществляется интеграция всех основных обменов в  организме, причем удается наблюдать  начальные этапы метаболизма (например, при первичном всасывании веществ  из кишечника) и конечные этапы с  последующим выведением продуктов  обмена из организма.

     При нарушениях работы печени происходит сдвиг метаболизма в определенную сторону, поэтому необходимо изучение патологических состояний органа для  дальнейшей диагностики заболеваний. В настоящее время это особенно актуально, так как заболевания  печени прогрессируют, а достаточно хороших методов лечения пока не существует. К таким заболеваниям в первую очередь относятся вирусные гепатиты, циррозы печени (часто  при систематическом употреблении алкоголя и при прочих вредных  внешних воздействиях, связанных  с неблагоприятной экологией), сдвиги метаболизма при нерациональном питании, онкологические заболевания  печени. Поэтому очень важна ранняя диагностика этих заболеваний, которая  может основываться на биохимических  показателях.

     Целью курсовой работы является рассмотрение функций печени и сравнение биохимических  показателей работы этого органа в норме и патологии; также  указание основных принципов лабораторной диагностики, краткое описание синдромов  гепатитов различной этиологии  и приведение примеров.

1. Функциональная биохимия печени

     Условно функции печени по биохимическим  показателям можно разделить  на: регуляторно-гомеостатическую функцию, включающую основные виды обмена (углеводный, липидный, белковый, обмен витаминов, водно-минеральный и пигментный обмены), мочевинообразовательную, желчеобразовательную и обезвреживающую функции. Такие  основные функции и их регуляция  подробно рассмотрены .

1.1 Регуляторно–гомеостатическая функция  печени

     Печень  – центральный орган химического  гомеостаза, где чрезвычайно интенсивно протекают все обменные процессы и где они тесно переплетаются  между собой.

1. Углеводный  обмен в печени и его регуляция

     Моносахариды (в частности глюкоза) поступают  в печень по воротной вене и подвергаются различным преобразованиям. Например, при избыточном поступлении глюкозы  из кишечника она депонируется в  виде гликогена, так же глюкоза производится печенью в ходе гликогенолиза  и глюконеогенеза, поступает в  кровь и расходуется большинством тканей. Регуляция углеводного обмена осуществляется благодаря тому, что  печень является практически единственным органом, который поддерживает постоянный уровень глюкозы в крови даже в условиях голодания.

     Судьба  моносахаридов различна в зависимости  от природы, их содержания в общем  кровотоке, потребностей организма. Часть  их отправится в печёночную вену, чтобы  поддержать гомеостаз, в первую очередь, глюкозы крови и обеспечить нужды  органов. Концентрация глюкозы в крови определяется балансом скоростей ее поступления, с одной стороны, и потребления тканями с другой. А остальную часть моносахаридов (в основном глюкозы) печень использует для собственных нужд.

     В гепатоцитах интенсивно протекает  метаболизм глюкозы. Поступившая с  пищей глюкоза только в печени с помощью специфических ферментных систем преобразуются в глюкозо-6-фосфат (лишь в такой форме глюкоза  используется клетками).Фосфорилирование свободных моносахаридов – обязательная реакция на пути их использования, она приводит к образованию более реакционно-способных соединений и поэтому может рассматриваться как реакция активации. Галактоза и фруктоза, поступающие из кишечного тракта, при участии соответственно галактокиназы и фруктокиназы фосфорилируются по первому углеродному атому: 

     Глюкоза, поступающая в клетки печени, так  же подвергается фосфорилированию с  использованием АТФ. Эту реакцию  катализирует ферменты гексокиназа  и глюкокиназа.

     печень  патология диагностика заболевание

     Гексокиназа обладает высоким сродством к  глюкозе (К_м <0,1 ммоль/л), поэтому максимум скорости реакции достигается при низкой концентрации глюкозы. Глюкозо-6-фосфат ингибирует гексокиназу. Глюкокиназа отличается от гексокиназы высоким значением К_м для глюкозы – 10 ммоль/л и не ингибируется глюкозо-6-фосфатом. Это обеспечивает взаимное фунционирование обоих ферментов в печени.

     Образование глюкозо-6-фосфата в клетке – своеобразная «ловушка» для глюкозы, так как  мембрана клетки непроницаема для фосфорилированной  глюкозы (нет соответствующих транспортных белков). Кроме того, фосфорилирование уменьшает концентрацию свободной  глюкозы в цитоплазме. В результате создаются благоприятные условия  для облегченной диффузии глюкозы  в клетки печени из крови.

     Возможна  и обратная реакция превращения  глюкозо-6-фосфат в глюкозу при  действии глюкозо-6-фосфатазы, которая  катализирует отщепление фосфатной  группы гидролитическим путем.

     Образовавшаяся  свободная глюкоза способна диффундировать из печени в кровь. В других органах  и тканях (кроме почек и клеток кишечного эпителия) глюкозо-6-фосфатазы  нет, и поэтому там проходит только фосфорилирование, без обратной реакции, и выход глюкозы из этих клеток невозможен .

     Итак, рассмотрим окисление глюкозы и  глюкозо-6-фосфата в печени. Этот процесс идет двумя путями: дихотомическим и апотомическим. Дихотомический путь это гликолиз, который включает «анаэробный  гликолиз», завершающийся образованием молочной кислоты (лактата) или этанола  и СО₂ и «аэробный гликолиз» – распад глюкозы, проходящий через образование глюкозо-6-фосфата, фруктозобисфосфата и пирувата как в отсутствие так и в присутствие кислорода (аэробный метаболизм пирувата выходит за рамки углеводного обмена, однако может рассматриваться как завершающая его стадия: окисление продукта гликолиза – пирувата).

     Апотомический путь окисления глюкозы или пентозный  цикл заключается в образовании  пентоз и возвращению пентоз в  гексозы в результате распадается  одна молекула глюкозы и образуется СО₂ . 
 

2. Регуляция липидного обмена

     Липидный  обмен в печени включает биосинтез  различных липидов (холестерина, триацилглицерина, фосфоглицеридов, сфингомиелина и  др.) которые поступают в кровь  и распределяются по другим тканям и сгорание (окисление) жирных кислот с образованием кетоновых тел, которые  используются как источник энергии  для внепеченочных тканей.

     Доставка  жирных кислот к месту окисления  – к митохондриям клеток печени – происходит сложным путем: при  участии альбумина осуществляется транспорт жирных кислот в клетку; при участии специальных белков – транспорт в пределах цитозоля; при участии карнитина – транспорт  жирной кислоты из цитозоля в митохондрии.

     Процесс окисления жирных кислот складывается из следующих основных этапов.

1. Активация жирных кислот. Активация протекает на наружной поверхности мембраны митохондрии при участии АТФ, коэнзима А (HS-KoA) и ионов Mg²⁺. Реакция катализируется ферментом ацил-КоА-синтетазой:

     Активация протекает в 2 этапа. Сначала жирная кислота реагирует с АТФ с  образованием ациладенилата, далее  сульфгидрильная группа КоА действует  на прочно связанный с ферментом  ациладенилат с образованием ацил-КоА  и АМФ.

     Затем следует транспорт жирных кислот внутрь митохондрий. Переносчиком активированных жирных кислот с длинной цепью через внутреннюю митохондриальную мембрану служит карнитин. Ацильная группа переносится с атома серы КоА на гидроксильную группу карнитина.

     2. Образуется ацилкарнитин, который  диффундирует через внутреннюю  митохондриальную мембрану: 

     Реакция протекает при участии спецефического цитоплазматического фермента карнитин-ацилтрансферазы. После прохождения ацилкарнитина  через мембрану митохондрий происходит обратная реакция – расщепление  ацилкарнитина при участии HS-KoA и митохондриальной карнитин-ацилтрансферазы: 

     3. Внутримитохондриальное окисление  жирных кислот. Процесс окисления жирной кислоты в митохондриях клетки включает несколько последовательных реакций.

     Первая  стадия дегидрирования. Ацил-КоА в  митохондриях подвергается ферментативному  дегидрированию, при этом ацил-КоА  теряет 2 атома водорода в б- и  в-положениях, превращаясь в КоА-эфир ненасыщенной кислоты. Реакцию катализирует ацил-КоА-дегидрогеназа, продуктом  является еноил-КоА : 

     Стадия  гидратации. Ненасыщенный ацил-КоА (еноил-КоА) при участии фермента еноил-КоА-гидратазы  присоединяет молекулу воды. В результате образуется в-оксиацил-КоА (или 3-гидроксиацил-КоА): 

     Вторая  стадия дегидрирования. Образовавшийся в-оксиацил-КоА (3-гидроксиацил-КоА) затем  дегидрируется. Эту реакцию катализируют НАД-зависимые дегидрогеназы: 

     Тиолазная реакция. Расщепление 3-оксоацил-КоА  с помощью тиоловой группы второй молекулы КоА. В результате образуется укороченный на два углеродных атома  ацил-КоА и двууглеродный фрагмент в виде ацетил-КоА. Данная реакция  катализируется ацетил-КоА-ацилтрансферазой (в-ке-тотиолазой): 

     Образовавшийся  ацетил-КоА подвергается окислению  в цикле трикарбоновых кислот, а ацил-КоА, укоротившийся на два  углеродных атома, снова многократно  проходит весь путь в-окисления вплоть до образования бутирил-КоА (4-углеродное соединение), который в свою очередь  окисляется до 2 молекул ацетил-КоА .

     Метаболизм  фосфолипидов. Фосфолипиды играют важную роль в структуре и функции клеточных мембран, активации мембранных и лизосомальных ферментов, в проведении нервных импульсов, свертывании крови, иммунологических реакциях, процессах клеточной пролиферации и регенерации тканей, в переносе электронов в цепи дыхательных ферментов. Особая роль фосфолипидам отводится в формировании липопротеидных комплексов. Наиболее важные фосфолипиды синтезируются главным образом в эндоплазматической сети клетки.

     Центральную роль в биосинтезе фосфолипидов играют 1,2-диглицериды (в синтезе фосфатидилхолинов  и фосфатидилэтаноламинов), фосфатидная  кислота (в синтезе фосфатидилинозитов) и сфингозин (в синтезе сфингомиелинов). Цитидинтрифосфат (ЦТФ) участвует в  синтезе практически всех фосфолипидов.

     Регуляция синтеза и распада  жиров в печени. В клетках печени есть активные ферментные системы и синтеза, и распада жиров. Регуляция обмена жиров в значительной мере определяется регуляцией обмена жирных кислот, но не исчерпывается этими механизмами. Синтез жирных кислот и жиров активируется при пищеварении, а их распад — в постабсорбтивном состоянии и при голодании. Кроме того, скорость использования жиров пропорциональна интенсивности мышечной работы. Регуляция обмена жиров тесно сопряжена с регуляцией обмена глюкозы. Как и в случае обмена глюкозы, в регуляции обмена жиров важную роль играют гормоны инсулин, глюкагон, адреналин и процессы переключения фосфорилирования-дефосфорилирования белков.

1.1.3 Регуляция обмена белков

     Регуляция обмена белков в печени осуществляется благодаря интенсивному биосинтезу в ней белков и окислению аминокислот. За сутки в организме человека образуется около 80—100 г белка, из них  половина в печени. При голодании  печень быстрее всех расходует свои резервные белки для снабжения  аминокислотами других тканей. Потери белка в печени составляют примерно 20%; в то время как в других органах  не более 4%. Белки самой печени в  норме обновляются полностью  каждые 20 суток. Большинство синтезированных  белков печень отправляет в плазму крови. При потребности (например, при  полном или белковом голодании) эти  протеины так же служат источниками  необходимых аминокислот.

     Поступив  через воротную вену в печень, аминокислоты подвергаются ряду превращений, так  же значительная часть аминокислот  разносится кровью по всему организму  и используется для физиологических  целей. Печень обеспечивает баланс свободных аминокислот организма путем синтеза заменимых аминокислот и перераспределения азота. Всосавшиеся аминокислоты в первую очередь используются в качестве строительного материала для синтеза специфических тканевых белков, ферментов, гормонов и других биологически активных соединений. Некоторое количество аминокислот подвергается распаду с образованием конечных продуктов белкового обмена (СО2, Н2О и NH3) и освобождением энергии.

     Все альбумины, 75-90% б-глобулинов (б₁-антитрипсин, б₂-макроглобулин – ингибиторы протеаз, белки острой фазы воспаления), 50% в-глобулинов плазмы синтезируются гепатоцитами. В печени происходит синтез белковых факторов свертывания крови (протромбина, фибриногена, проконвертина, акцелератора глобулина, фактора Кристмаса, фактора Стюарта-Прауэра) и часть естественных основных антикоагулянтов (антитромбин, протеин С и др.). Гепатоциты участвуют в образовании некоторых ингибиторов фибринолиза, регуляторы эритропоэза – эритропоэтины – образуются в печени. Гликопротеин гаптоглобин, вступающий в комплекс с гемоглобином для предупреждения его выделения почками, тоже имеет печёночное происхождение. Данное соединение принадлежит к белкам острой фазы воспаления, обладает пероксидазной активностью. Церулоплазмин, также являющийся гликопротеином, синтезируемым печенью, можно считать внеклеточной супероксиддисмутазой, что позволяет защищать мембраны клеток; мало того, он стимулирует продукцию антител. Подобным действием, только на клеточный иммунитет, обладает трансферрин, полимеризация которого так же осуществляется гепатоцитами.

     Ещё один углеводсодержащий белок, но с  иммуносупрессивными свойствами, способен синтезироваться печенью – б-фетопротеин, рост концентрации которого в плазме крови служит ценным маркёром некоторых опухолей печени, яичек и яичников. Печень - источник большей части протеинов системы комплемента.

     В печени наиболее активно протекает  обмен мономеров белков - аминокислот: синтез заменимых аминокислот, синтез небелковых азотистых соединений из аминокислот (креатина, глутатиона, никотиновой  кислоты, пуринов и пиримидинов, порфиринов, дипептидов, коферментов  пантотената и др.), окисление  аминокислот с образованием аммиака, который обезвреживается в печени при синтезе мочевины .

     Итак, рассмотрим общие пути обмена аминокислот. Общие пути превращения аминокислот в печени включают реакции дезаминирования, трансаминирования, декарбоксилирования и биосинтез аминокислот.

     Дезаминирование аминокислот. Доказано существование 4 типов дезаминирования аминокислот (отщепление аминогруппы). Выделены соответствующие ферментные системы, катализирующие эти реакции, и идентифицированы продукты реакции. Во всех случаях NH₂-группа аминокислоты освобождается в виде аммиака. Помимо аммиака, продуктами дезаминирования являются жирные кислоты, оксикислоты и кетокислоты.

     Трансаминирование аминокислот. Под трансаминированием подразумевают реакции межмолекулярного переноса аминогруппы (NH2—) от аминокислоты на б-кетокислоту без промежуточного образования аммиака. Реакции трансаминирования являются обратимыми и протекают при участии специфических ферментов аминотрансфераз, или трансаминаз.

     Пример  реакции трансаминирования: 

     Декарбоксилирование аминокислот. Процесс отщепления карбоксильной группы аминокислот в виде СО₂ . Образующиеся продукты реакции – биогенные амины. Реакции декарбоксилирования в отличие от других процессов промежуточного обмена аминокислот являются необратимыми. Они катализируются специфическими ферментами – декарбоксилазами аминокислот.

1.1.4Участие печени в обмене витаминов

     Участие печени в обмене витаминов складывается из процессов депонирования всех жирорастворимых витаминов: А, Д, Е, К, F (секреция желчи так же обеспечивает всасывание этих витаминов) и многих из гидровитаминов (В₁₂, фолиевая кислота, В₁, В₆, РР и др.), синтеза некоторых витаминов (никотиновая кислота) и коферментов.

     Особая  печени заключается в том, что  в ней происходит активация витаминов:

     Фолиевая  кислота с помощью витамина С  восстанавливается в тетрагидрофолиевую кислоту (ТГФК) ; Восстановление сводится к разрыву двух двойных связей и присоединению четырех водородных атомов в положениях 5, 6, 7 и 8 с образованием тетрагидрофолиевой кислоты (ТГФК). Оно протекает в 2 стадии тканях при участии специфических ферментов, содержащих восстановленный НАДФ. Сначала при действии фолатредуктазы образуется дигидрофолиевая кислота (ДГФК), которая при участии второго фермента – дигидрофолатредуктазы – восстанавливается в ТГФК: 

1. Витамины  В₁ и В₆ фосфорилируются в тиаминдифосфат и пиридоксальфосфат соответственно . Витамин В₆ (пиридоксин) производный 3-оксипиридина. Термином витамин В₆ обозначают все три производных 3-оксипиридина, обладающих одинаковой витаминной активностью: пиридоксин (пиридоксол), пиридоксаль и пиридоксамин:

     Хотя  все три производных 3-оксипиридина наделены витаминными свойствами, коферментные функции выполняют только фосфорилированные  производные пиридоксаля и пиридоксамина. Фосфорилирование пиридоксаля и пиридоксамина является ферментативной реакцией, протекающей при участии специфических киназ. Синтез пиридоксальфосфата, например, катализирует пиридоксалькиназа: 

     Витамин В₁(тиамин). В химической структуре его содержатся два кольца – пиримидиновое и тиазоловое, соединенных метиленовой связью. Обе кольцевые системы синтезируются отдельно в виде фосфорилированных форм, затем объединяются через четвертичный атом азота.

     В превращении витамина B1 в его  активную форму – тиаминпирофосфат (ТПФ), называемый также тиаминдифосфатом (ТДФ), участвует специфический АТФ-зависимый  фермент тиаминпирофосфокиназа.

       Часть каротинов преобразуется в витамин А под влиянием каротиндиоксигеназы. Каротины являются провитаминами для витамина А. Известны 3 типа каротинов: б-, в- и г-каротины, отличающиеся друг от друга химическим строением и биологической активностью. Наибольшей биологической активностью обладает в-каротин, поскольку он содержит два в-иононовых кольца и при распаде в организме из него образуются две молекулы витамина А: 

     При окислительном распаде б- и г-каротинов  образуется только по одной молекуле витамина А, поскольку эти провитамины  содержат по одному в-иононовому кольцу.

       Витамин Д подвергается первому  гидроксилированию на пути получения  гормона кальцитриола; в печени  осуществляется гидроксилирование  в 25-м положении. Ферменты, катализирующие  эти реакции, называются гидроксилазами, или монооксигеназами. В реакциях  гидроксилирования используется  молекулярный кислород.

       Окислившийся витамин С восстанавливается  в аскорбиновую кислоту;

       Витамины РР, В₂, пантотеновая кислота включаются в соответствующие нуклеотиды (НАД⁺, НАД⁺Ф, ФМН, ФАД, КоА-SH);

       Витамин К окисляется, чтобы в  виде своего пероксида служить  коферментом в созревании (посттрансляционной  модификации) белковых факторов  свёртывания крови.

     В печени синтезируются белки, выполняющие  транспортные функции по отношению  к витаминам. Например, ретинолсвязывающий белок (его содержание уменьшается  при опухолях), витамин Е-связывающий  белок и т.д. Часть витаминов, в  первую очередь жирорастворимых, а  также продуктов их преобразований выделяется из организма в составе  жёлчи.

1.1.5 Участие печени в водно-минеральном  обмене

     Участие печени в водно-минеральном обмене состоит в том, что она дополняет  деятельность почек в поддержании  водно-солевого равновесия и является как бы внутренним фильтром, организма. Печень задерживает ионы Na⁺, К⁺, Сl^-, Ca²⁺ и воду и выделяет их в кровь. Кроме того, печень депонирует макро- (К, Na, Ca, Mg, Fe) и микро- (Cu, Mn, Zn, Cо, As, Cd, Pb, Se) элементы и участвует в их распределении по другим тканям с помощью транспортных белков.

     Для накопления железа гепатоциты синтезируют  специальный белок – ферритин. В ретикулоэндотелиоцитах печени и селезенки регистрируется водонерастворимый железосодержащий протеиновый комплекс – гемосидерин. В гепатоцитах синтезируется церулоплазмин, который, кроме вышеназванных функций, выполняет роль транспортного белка для ионов меди. Трансферрин, обладающий как и церулоплазмин, полифункциональностью, также образуется в печени и используется для переноса в плазме крови только ионов железа. Данный белок необходим для эмбрионального клеточного роста в период формирования печени. В печени ион Zn включается в алкогольдегидрогеназу, необходимую для биотрансформации этанола. Поступившие в гепатоциты соединения селена преобразуются в Se-содержащие аминокислоты и с помощью специфической т-РНК включаются в различные Se-протеины: глутатионпероксидазу (ГПО), 1-йодтиронин-5’-дейодиназу, Se-протеин Р. Последний считают основным транспортёром этого микроэлемента. Дейодиназа, обнаруженная не только в печени, обеспечивает конверсию прогормона тироксина в активную форму – трийодтиронин. Как известно, глутатионпероксидаза – ключевой фермент антирадикальной защиты. В печени сера, включённая в аминокислоты, окисляется до сульфатов, которые в виде ФАФС (фосфоаденозилфосфосульфатов) используются в реакциях сульфирования ГАГов, липидов, а также в процессах биотрансформации ксенобиотиков и некоторых эндогенных веществ (примеры продуктов инактивации – скатоксилсульфат, индоксилсульфат). Печень способна служить временным депо воды, особенно при отёках (количество Н₂О может составлять до 80 % от массы органа).