Витамины участвующие в синтезе гема

Биосинтез гемоглобина

Учитывая, что белковая часть молекулы гемоглобина (глобин) синтезируется, как и все остальные белки, далее подробно рассмотрен биосинтез его простетической группы, т.е. синтез тетрапиррольного соединения – гема (см. главу 2).

К настоящему времени почти полностью выяснены основные пути образования порфиринов и протопорфиринов, являющихся непосредственными предшественниками гема и хлорофилла. Благодаря исследованиям Д. Шемина и др. выяснены основные пути синтеза гема. С помощью меченых предшественников было показано, что в синтезе гема в бесклеточных экстрактах эритроцитов птиц специфическое участие принимают глицин, уксусная и янтарная кислоты. Источником всех 4 атомов азота и 8 атомов углерода тетрапиррольного кольца оказался глицин, а источником остальных 26 из 34 атомов углерода – янтарная кислота (сук-цинат), точнее ее производное сукцинил-КоА. Последовательность химических реакций синтеза тетрапирролов в организме животных можно условно разделить на несколько стадий.

На I стадии, протекающей в 2 этапа, сукцинил-КоА взаимодействует с глицином и образованием δ-аминолевулиновой кислоты (δ-АЛК).

Эту стадию катализирует специфический пиридоксальфосфатзависимый фермент δ-аминолевулинатсинтаза – ключевой, аллостерический фермент синтеза тетрапирролов.

Впервые эта синтаза была обнаружена в эндоплазматической сети клеток печени. Фермент индуцируется стероидами и другими факторами и ингибируется по типу обратной связи конечным продуктом биосинтеза – гемом.

На II стадии происходит конденсация 2 молекул δ-аминолевулиновой кислоты с образованием первого монопиррольного соединения – порфо-билиногена (ПБГ).

Фермент, катализирующий эту стадию,– порфобилиногенсинтаза также является регуляторным ферментом, подвергаясь ингибированию конечными продуктами синтеза. Предполагают, что механизм этой сложной реакции дегидратации включает образование кетиминной связи (шиффово основание) между кетогруппой одной молекулы δ-аминолевулиновой кислоты и δ-аминогруппой лизина молекулы фермента. В следующей многоступенчатой стадии, катализируемой соответствующими ферментами, из 4 монопиррольных молекул порфобилиногена синтезируется тетра-пиррольный комплекс протопорфирин IX, являющийся непосредственным предшественником гема. Некоторые этапы сложного пути синтеза окончательно не установлены.

В заключительной стадии протопорфирин IX присоединяет молекулу железа при участии феррохелатазы (гемсинтазы), и образуется гем. Последний используется для биосинтеза всех гемсодержащих хромопро-теинов.

Источником железа для этой реакции является ферритин, который считается резервным гемопротеином, откладывающимся в клетках костного мозга, печени и селезенки.

Имеются указания, что, помимо железа, в синтезе гема участвуют некоторые кофакторы, в частности витамин В₁₂, ионы меди, хотя конкретная их роль не раскрыта.

Таким образом, весь путь синтеза гема может быть представлен в виде схемы, в которой даны полные и сокращенные обозначения промежуточных метаболитов и ферментов.

источник

Синтез гема.

I стадия. Участвуют глицин и сукцинил-КоА.

Образуется 5-аминолевулиновая кислота (d-АЛК).
5-аминолевулинатсинтаза — ключевой, аллостерический фермент синтеза тетрапирролов. Коферментом является пиридоксальфосфат. Данная реакция индуцируется стероидами и ингибируется по типу обратной связи конечным продуктом — гемом.

II стадия. Образование порфобилиногена ПБГ.

Фермент порфобилиногенсинтаза ингибируется конечными продуктами синтеза.

III стадия. Многоступенчатая. Из 4 молекул порфобилиногена синтезируется тетрапиррольный комплекс протопорфирин IX.

IV стадия. Протопорфирин IX присоединяет железо при участии феррохелатазы (гемсинтазы), и образуется гем. Источником железа является ферритин. В синтезе гема участвуют витамин В₁₂, ионы меди.

Белковая часть молекулы гемоглобина синтезируется так же, как и все остальные белки. Синтез полипептидных цепей гемоглобина происходит только в присутствии гема.

Изменения в синтезе или распаде порфиринов и их комплексов с белками приводят к нарушению жизненно важных функций и развитию болезней.

Свинец вызывает стойкое угнетение фермента аминолевулинатдегидразы, участвующей в синтезе порфобилиногена и гема, что проявляется развитием анемии у детей городов (источник свинца — выхлопные газы автотранспорта).

Порфири́я — наследственное нарушение пигментного обмена, характеризуется нарушением синтеза гема и накоплением его предшественников в тканях. Различают печеночные либо эритропоэические порфирии. Болезнь проявляется фотодерматозом, повреждением хрящей, нервно-психическими расстройствами, гемолитическими кризами, желудочно-кишечными расстройствами.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Как то на паре, один преподаватель сказал, когда лекция заканчивалась — это был конец пары: «Что-то тут концом пахнет». 8543 — | 8123 — или читать все.

85.95.179.73 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

источник

Гем необходим для многих ферментов

Гем является небелковой частью многих гемопротеинов:

гемоглобин (до 85% общего количества гема организма), локализованный в эритроцитах и клетках костного мозга,
миоглобин скелетных мышц и миокарда (до 17%),
цитохромы дыхательной цепи,
ферменты цитохромоксидаза , цитохром P 450, гомогентизатоксидаза , миелопероксидаза , каталаза и глутатионпероксидаза , тиреопероксидаза и т.д. – менее 1%.

Строение и синтез гема

Гем – структура, включающая в себя порфириновое кольцо (состоящее из 4 пиррольных колец) и иона Fe 2+ . Железо связывается с порфириновым кольцом двумя координационными и двумя ковалентными связями.

Строение гема

Синтез гема в основном идет в предшественниках эритроцитов, в клетках печени, почек, слизистой кишечника и в остальных тканях. Первая реакция синтеза с участием δ-аминолевулинат-синтазы (греч. δ — «дельта») происходит в митохондриях. Следующая реакция при участии аминолевулинатдегидратазы (порфобилиноген-синтазы) протекает в цитозоле, здесь из двух молекул δ‑аминолевулиновой кислоты образуется циклический порфобилиноген (монопиррол).

Синтез порфобилиногена

После синтеза порфобилиногена четыре его молекулы конденсируются в гидроксиметилбилан, который далее превращается в уропорфириноген типа I и уропорфириноген типа III. В синтезе обоих видов порфиринов принимает участие уропорфириноген I-синтаза , в образовании уропорфириногена III дополнительно принимает участие фермент уропорфириноген III-косинтаза .

Судьба обоих типов уропорфириногена двояка: они могут окисляться до уропорфирина (на рисунке не показано) или декарбоксилироваться до копропорфириногена соответствующего типа.

Синтез гема из порфобилиногена

Копропорфириноген III возвращается в митохондрии и окисляется в протопорфириноген IX и далее в протопорфирин IX. Последний после связывания с железом образует гем, реакцию катализирует феррохелатаза (гемсинтаза).

Скорость синтеза глобиновых цепей зависит от наличия гема, он ускоряет биосинтез «своих» белков.

Регуляция синтеза гема

Основным регуляторным ферментом синтеза гема является аминолевулинатсинтаза .

напрямую оказывает отрицательный аллостерический эффект на фермент,
влияет на транскрипцию фермента. После взаимодействия с молекулой белка-репрессора формирует активный репрессорный комплекс, связывается с ДНК и подавляет транскрипцию, мРНК для фермента не образуется и синтез фермента прекращается.

Регуляция синтеза аминолевулинатсинтазы

2. Ионы железа. Их достаточное количество оказывает положительный эффект при синтезе молекулы аминолевулинатсинтазы.

В клетке имеется железосвязывающий белок (англ. IRP, iron-responsive element-binding proteins – белок, связывающий железочувствительный элемент), который в отсутствии ионов железа обладает сродством к железочувствительному участку IRE (англ. iron-responsive element ) на матричной РНК фермента. Это связывание блокирует трансляцию мРНК в рибосоме, т.е. подавляет синтез белковой цепи.

При наличии ионов железа они связываются с железосвязывающим белком, образуя с ним неактивный комплекс, и это инициирует синтез фермента.

3. Положительным модулятором аминолевулинатсинтазы служит внутриклеточная гипоксия, которая в эритропоэтических тканях индуцирует синтез фермента.

4. В печени повышению активности аминолевулинатсинтазы способствуют различные соединения, усиливающие работу микросомальной системы окисления (жирорастворимые вещества, стероиды) – при этом возрастает потребление гема для образования цитохрома Р₄₅₀, и снижается внутриклеточная концентрация свободного гема. В результате происходит усиление синтеза фермента.

источник

Биосинтез и распад гемоглобина

Тема 3 (вопрос 4 и 5).

Гем состоит из иона двухвалентного железа и порфирина. В основе структуры порфиринов находится порфин. Порфин представляет собой четыре пиррольных кольца, связанных между собой метеновыми мостиками. С наибольшей скоростью гем синтезируется в костном мозге (для синтеза гемоглобина ретикулоцитами) и в печени (для образования цитохрома Р-450).

Синтез гема происходит в несколько стадий:

1. На первой стадии в митохондриях сукцинил-КоА взаимодействует с глицином с образованием δ-аминолевулиновой кислоты. Эту реакцию катализирует специфический пиридоксальзависимый фермент δ-аминолевулинатсинтаза. Фермент активируется стероидами и ингибируется по типу обратной связи конечным продуктом — гемом. Продукт реакции из матрикса митохондрий переходит в цитозоль.

2. На второй стадии, в цитозоле, происходит конденсация 2-х молекул
δ-аминолевулиновой кислоты с образованием порфобилиногена. Фермент — порфобилиногенсинтаза — ингибируется конечным продуктом.

3. Из 4-х молекул порфобилиногена синтезируется протопорфирин IX, являющийся предшественником гема.

4. Протопорфирин IX присоединяет молекулу Fe при участии феррохелатазы (гемсинтаза) и образуется гем. Источником железа в этой реакции является белок ферритин, который депонирует железо.

Механизм регуляции синтеза тема в неэритроидных клетках имеет определенные отличия. Так, в клетках печени, где синтез гема происходит на высоком уровне, гем является отрицательным регулятором синтеза δ-аминолевулинатсинтазы по механизму репрессии-депрессии в процессе транскрипции. Главный регуляторный эффект гема состоит в том, что синтез фермента значительно ускоряется в отсутствии гема и замедляется в его присутствии.

Синтез белковой части гемоглобина происходит на рибосомах. Цепи α и β глобина синтезируются на полисомах, образованных, как правило, пятью рибосомами. Цепь α освобождается первой, присоединяется к β-цепи, еще связанной с рибосомой и отделяет ее, образуя димер αβ. Два димера соединяются в молекулу гемоглобина α₂β₂.

Соединение гема с глобином может происходить или в процессе синтеза полипептидных цепей, или после окончания синтеза глобина. Синтез полипептидных цепей происходит только в присутствии гема. При низкой концентрации гема синтез глобина замедляется. Отсюда следует, что синтез гема и глобина происходит координировано и ни один из этих компонентов не образуется в избыточном или недостаточном количестве.

Катаболизм гемоглобина

Эритроциты имеют короткое время жизни (примерно 120 дней). При физиологических условиях в организме взрослого человека разрушается около 1 — 2×10 11 эритроцитов в сутки. Их катаболизм происходит, главным образом, в ретикулоэндотелиальных клетках селезёнки (РЭС), лимфатических узлов, костного мозга и печени. При распаде гемоглобина образуется билирубин. Билирубин является основным желчным пигментом у человека. При распаде 1 г гемоглобина образуется 35 мг билирубина, а в сутки у взрослого человека – примерно 250-350 мг. Дальнейший метаболизм билирубина происходит в печени.

Билирубин, образованный в клетках РЭС селезёнки и костного мозга, называется свободным (неконьюгированным)или непрямым, поскольку вследствие плохой растворимости в воде он легко адсорбируется на белках плазмы крови (альбуминах) и для его определения в крови необходимо предварительное осаждение белков спиртом. После этого билирубин определяют реакцией с диазореактивом Эрлиха. Свободный (непрямой) билирубин не проходит через почечный барьер и в мочу не попадает.

Каждая молекула альбумина связывает 2 (или 3) молекулы билирубина. При низком содержании альбумина в крови, а также при вытеснении билирубина из центров связывания на поверхности альбумина высокими концентрациями жирных кислот, лекарственных веществ (например, сульфаниламиды) увеличивается количество билирубина, не связанного с альбуминами. Он может проникать в клетки мозга и повреждать их.

Комплекс альбумин-билирубин с током крови попадает в печень, где происходит его превращение в прямой билирубин путем коньюгации с глюкуроновой кислотой. Реакцию катализирует УДФ-глюкуронилтрансфераза. Образующийся билирубиндиглюкуронид получил название прямого(коньюгированного) билирубина или связанного. Он растворим в воде и дает прямую реакцию с диазореактивом Эрлиха.

Прямой билирубин – это нормальный компонент желчи, попадающий в кровь в незначительном количестве. Он может проходить через почечный барьер, но в крови в норме его мало, поэтому в моче обычными лабораторными методами он не определяется.

Вместе с желчью прямой билирубин выводится в тонкий кишечник. В кишечнике билирубинглюкурониды гидролизуются специфическими бактериальными ферментами β-глюкуронидазами. Освободившийся билирубин под действием кишечной микрофлоры восстанавливается с образованием сначала мезобилирубина, а затем мезобилиногена(уробилиногена). Небольшая часть уробилиногенов, всасываясь в тонком кишечнике и верхнем отделе толстого, через систему воротной вены попадает в печень, где практически полностью разрушается до дипиррольных соединений. Уробилиноген при этом в общий кровоток не поступает и в моче не определяется.

Основная часть уробилиногена поступает в толстый кишечник, где под влиянием микрофлоры подвергается дальнейшему восстановлению с образованием стеркобилиногена. Образовавшийся стеркобилиноген почти полностью выделяется с калом. На воздухе он окисляется и превращается в стеркобилин, являющийся одним из пигментов кала. Небольшая часть стеркобилиногена попадает путем всасывания через слизистую толстого кишечника в систему нижней полой вены (через геморроидальные вены), доставляется в почки и выводится с мочой (4 мг/сутки).

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Студент — человек, постоянно откладывающий неизбежность. 10866 — | 7398 — или читать все.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

источник

Какие витамины участвуют в синтезе гема

Гем является небелковой частью многих гемопротеинов:

гемоглобин (до 85% общего количества гема организма), локализованный в эритроцитах и клетках костного мозга,
миоглобин скелетных мышц и миокарда (до 17%),
цитохромы дыхательной цепи,
ферменты цитохромоксидаза , цитохром P 450, гомогентизатоксидаза , миелопероксидаза , каталаза и глутатионпероксидаза , тиреопероксидаза и т.д. – менее 1%.

Скорость синтеза глобиновых цепей зависит от наличия гема, он ускоряет биосинтез «своих» белков.

Основным регуляторным ферментом синтеза гема является аминолевулинатсинтаза .

напрямую оказывает отрицательный аллостерический эффект на фермент,
влияет на транскрипцию фермента. После взаимодействия с молекулой белка-репрессора формирует активный репрессорный комплекс, связывается с ДНК и подавляет транскрипцию, мРНК для фермента не образуется и синтез фермента прекращается.

Гем является простетической группой многих белков: гемоглобина, миоглобина, цитохромов митохондриальной ЦПЭ, цитохрома Р₄₅₀, участвующего в микросомальном окислении. Ферменты каталаза, пероксидаза, цитохромоксидаза содержат гем в качестве кофермента.

Все клетки организма имеют гемсодержащие белки, поэтому синтез гема идёт во всех клетках, за исключением эритроцитов, не имеющих, как известно, белоксинтезирующей системы.

При распаде гема в клетках РЭС образуется жёлчный пигмент билирубин. Дальнейший катаболизм билирубина в печени, кишечнике и почках приводит к образованию конечных продуктов распада гема стеркобилина и уробилина, содержащихся, соответственно, в кале и моче. Железо, освобождающееся при распаде гема, снова используется для синтеза железосодержащих белков.

Гем состоит из иона двухвалентного железа и порфирина (рис. 13-1). В основе структуры порфиринов находится порфин. Порфин представляет собой четыре пиррольных кольца, связанных между собой метеновыми мостиками (рис. 13-1). В зависимости от структуры заместителей в кольцах пирролов различают несколько типов порфиринов: протопорфирины, этиопорфирины, мезопорфирины и копропорфирины. Протопорфирины — предшественники всех других типов порфиринов.

Рис. 13-1. Строение порфина (А), протопорфирина IX (Б) и гема гемоглобина (В). Порфин — циклическая структура, состоящая из четырёх пиррольных колец, связанных между собой метеновыми мостиками. Протопорфирин IX имеет четыре метильных, два винильных радикала и два остатка пропионовой кислоты. В геме гемоглобина Fе 2+ образует две ковалентные и две координационные связи с атомами азота пиррольных колец протопорфирина IX.

Гемы разных белков могут содержать разные типы порфиринов (см. раздел 6). В геме гемоглобина находится протопорфирин IX, который имеет 4 метальных, 2 винильных радикала и 2 остатка пропионовой кислоты. Железо в геме находится в восстановленном состоянии (Fе +2 ) и связано двумя ковалентными и двумя координационными связями с атомами азота пиррольных колец. При окислении железа гем превращается в гематин (Fе 3+ ). Наибольшее количество гема содержат эритроциты, заполненные гемоглобином, мышечные клетки, имеющие миоглобин, и клетки печени из-за высокого содержания в них цитохрома Р₄₅₀.

Гем синтезируется во всех тканях, но с наибольшей скоростью в костном мозге и печени (рис. 13-2). В костном мозге гем необходим для синтеза гемоглобина в ретикулоцитах, в гепатоцитах — для образования цитохрома Р₄₅₀.

Рис. 13-2. Синтез гема. Цифрами на схеме указаны ферменты: 1 — аминолевулинатсинтаза; 2 — аминолевулинатдегидратаза; 3 — порфобилиногендезаминаза; 4 — уропорфириноген III косинтаза; 5 — уропорфириногендекарбоксилаза; 6 — копропорфириноген III оксидаза; 7 — протопорфириногеноксидаза; 8 — феррохелатаза. Буквами обозначены заместители в пиррольных кольцах: М — метил, В — винил, П — остатки пропионовой кислоты, А — ацетил, ПФ — пиридоксальфосфат. Донором железа служит депонирующий железо в клетках белок ферритин.

Первая реакция синтеза гема — образование 5-аминолевулиновой кислоты из глицина и сукцинил-КоА (рис. 13-3) идёт в матриксе митохондрий, где в ЦТК образуется один из субстратов этой реакции — сукцинил-КоА. Эту реакцию катализирует пиридоксальзависимый фермент аминолевулинатсинтаза.

Рис. 13-3. Реакция образования 5-аминолевулиновой кислоты.

Из митохондрий 5-аминолевулиновая кислота поступает в цитоплазму. В цитоплазме проходят промежуточные этапы синтеза гема: соединение 2 молекул 5-аминолевулиновой кислоты в молекулу порфобилиногена (рис. 13-4), дезаминирование порфобилиногена с образованием гидроксиметилбилана, ферментативное превращение гидроксиметилбилана в молекулу уропор- фобилиногена III, декарбоксилирование последнего с образованием копропорфириногена III. Гидроксиметилбилан может также неферментативно превращаться в уропорфириноген I, который декарбоксилируется в копропорфириноген I. Из цитоплазмы копропорфириноген III опять поступает в митохондрии, где проходят заключительные реакции синтеза гема. В результате двух последовательных окислительных реакций копропорфириноген III превращается в протопорфириноген IX, а протопорфириноген IX — в протопорфирин IX. Фермент феррохелатаза, присоединяя к протопорфирину IX двухвалентное железо, превращает его в гем (рис. 13-2). Источником железа для синтеза гема служит депонирующий железо белок ферритин. Синтезированный гем, соединяясь с α- и β-полипепептидными цепями глобина, образует гемоглобин. Гем регулирует синтез глобина: при снижении скорости синтеза гема синтез глобина в ретикулоцитах тормозится.

Рис. 13-4. Реакция образования порфобилиногена.

В. Регуляция биосинтеза гема

Регуляторную реакцию синтеза гема катализирует пиридоксальзависимый фермент аминолевулинатсинтаза. Скорость реакции регулируется аллостерически и на уровне трансляции фермента.

Аллостерическим ингибитором и корепрессором синтеза аминолевулинатсинтазы является гем (рис. 13-5).

Рис. 13-5. Регуляция синтеза гема и гемоглобина. Гем по принципу отрицательной обратной связи ингибирует аминолевулинатсинтазу и аминолевулинатдегидратазу и является индуктором трансляции α- и β-цепей гемоглобина.

В ретикулоцитах синтез этого фермента на этапе трансляции регулирует железо. На участке инициации мРНК, кодирующей фермент, имеется последовательность нуклеотидов, образующая шпилечную петлю, которая называется железочувствительным элементом (от англ. iron- responsive element, IRE) (рис. 13-6).

Рис. 13-6. Регуляция синтеза аминолевулинатсинтазы. А — при высокой концентрации железа в ретикулоцитах оно присоединяется к железосвязывающему белку и снижает сродство этого белка к железочувствительному элементу (IRE) матричной РНК, кодирующей аминолевулинатсинтазу. Белковые факторы инициации трансляции связываются с мРНК и инициируют трансляцию аминолевулинатсинтазы. Б — при низком содержании железа в ретикулоцитах железосвязывающий белок обладает высоким сродством к IRE и взаимодействует с ним. Белковые факторы инициации трансляции не могут присоединиться к мРНК, и трансляция прекращается.

При высоких концентрациях железа в клетках оно образует комплекс с остатками цистеина регуляторного железосвязывающего белка. Взаимодействие железа с регуляторным железосвязывающим белком вызывает снижение сродства этого белка к IRE-элементу мРНК, кодирующей аминолевулинатсинтазу, и продолжение трансляции (рис. 13-6, А). При низких концентрациях железа железосвязывающий белок присоединяется к железочувствительному элементу, находящемуся на 5′-нетранслируемом конце мРНК, и трансляция аминолевулинатсинтазы тормозится (рис. 13-6, Б).

Аминолевулинатдегидратаза также аллостерически ингибируется гемом, но так как активность этого фермента почти в 80 раз превышает активность аминолевулинатсинтазы, то это не имеет большого физиологического значения.

Дефицит пиридоксальфосфата и лекарственные препараты, которые являются его структурными аналогами, снижают активность аминолевулинатсинтазы.

Г. Нарушения биосинтеза гема. Порфирии

Наследственные и приобретённые нарушения синтеза гема, сопровождающиеся повышением содержания порфириногенов, а также продуктов их окисления в тканях и крови и появлением их в моче, называют порфириями («порфирин» в переводе с греч. означает пурпурный).

Наследственные порфирии обусловлены генетическими дефектами ферментов, участвующих в синтезе гема, за исключением аминолевулинатсинтазы. При этих заболеваниях отмечают снижение образования гема. Поскольку гем — аллостерический ингибитор аминолевулинатсинтазы, то активность этого фермента повышается, и это приводит к накоплению промежуточных продуктов синтеза гема — аминолевулиновой кислоты и порфириногенов.

В зависимости от основной локализации патологического процесса различают печёночные и эрйтропоэтические наследственные порфирии. Эритропоэтические порфирии сопровождаются накоплением порфиринов в нормобластах и эритроцитах, а печёночные — в гепатоцитах.

При тяжёлых формах порфирий наблюдают нейропсихические расстройства, нарушения функций РЭС, повреждения кожи. Порфириногены не окрашены и не флуоресцируют, но на свету они легко превращаются в порфири- ны. Последние проявляют интенсивную красную флуоресценцию в ультрафиолетовых лучах. В коже на солнце в результате взаимодействия с порфиринами кислород переходит в синглетное состояние. Синглетный кислород вызывает ускорение ПОЛ клеточных мембран и разрушение клеток, поэтому порфирии часто сопровождаются фотосенсибилизацией и изъязвлением открытых участков кожи. Нейропсихические расстройства при порфириях связаны с тем, что аминолевулинат и порфириногены являются нейротоксинами.

Иногда при лёгких формах наследственных порфирий заболевание может протекать бессимптомно, но приём лекарств, являющихся индукторами синтеза аминолевулинатсинтазы, может вызвать обострение болезни. Индукторами синтеза аминолевулинатсинтазы являются такие известные лекарства, как сульфаниламиды, барбитураты, диклофенак, вольтарен, стероиды, гестагены. В некоторых случаях симптомы болезни не проявляются до периода полового созревания, когда повышение образования β-стероидов вызывает индукцию синтеза аминолевулинатсинтазы. Порфирии наблюдают и при отравлениях солями свинца, так как свинец ингибирует аминолевулинатдегидратазу и феррохелатазу. Некоторые галогенсодержащие гербициды и инсектициды являются индукторами синтеза аминолевулинатсинтазы, поэтому попадание их в организм сопровождается симптомами порфирии.

В настоящее время выяснены основные реакции образования тетрапир- ролов, являющихся непосредственными предшественниками гема и хлорофилла. С помощью меченых атомов было показано, что в синтезе гема в бесклеточных экстрактах эритроцитов птиц принимают участие два исходных реагента: аминокислота глицин и сукцинил-КоА (или активная форма янтарной кислоты) — промежуточный метаболит цикла трикарбоновых кислот. Источником четырех атомов азота и восьми атомов углерода тетрапиррольного кольца является глицин, остальные атомы углерода образуются из сукци- нил-КоА.

Последовательность химических реакций синтеза тетрапирролов в организме животных можно условно разделить на следующие стадии.

В первой стадии, протекающей в два этапа, сукцинил-КоА взаимодействует с глицином с образованием б-аминолевулиновой кислоты (б-АЛК):

Эту стадию катализирует пиридоксальфосфатзависимый фермент б-ами- нолевулинатсинтаза — регуляторный фермент синтеза тетрапирролов во всех живых организмах.

Во второй стадии имеет место межмолекулярная конденсация двух молекул 5-аминолевулиновой кислоты с образованием порфобилиногена (ПБГ), замещенного пиррола:

Фермент, катализирующий эту стадию, порфобилиногенсинтаза также является регуляторным ферментом, ингибируемым конечными продуктами синтеза.

Следующая стадия сводится к конденсации четырех монопиррольных молекул порфобилиногена с образованием тетрапиррольного комплекса прото- порфирина IX. являющегося непосредственным предшественником гема.

Превращение порфобилиногена в порфирин представляет сложный многостадийный процесс, многие детали которого еще не ясны (рис. 25.2). Как показано на рис. 25.2, под действием двух ферментов — уропорфириноген I- синтазы (УПГ I-синтаза) и уропорфириноген Ш-косинтазы (УПГ Ш-косин- таза) синтезируется специфический изомер циклического тетрапиррола, называемый уропорфириногеном III. После этого в результате химической модификации боковых радикалов, окислительно-восстановительных превращений образуются разные виды порфиринов. Следует отметить, что порфириногены бесцветны по сравнению с окрашенными порфиринами, так как у них нет сопряженной системы и они содержат шесть дополнительных атомов водорода.

Рис. 25.2. Основные стадии синтеза гема из порфобилиногена

На заключительной стадии протопорфи- рин IX присоединяет молекулу железа при участии гемсинтетазы (или феррохелатазы) и образуется гем. Источником железа в этой реакции является белок ферритин, который депонирует железо; в наибольших количествах он откладывается в клетках костного мозга, печени, селезенки.

Ферритин — это крупный олигомерный белок, состоящий из 24 идентичных протомеров, молекулярная масса -450 kDa. Протомеры ферритина образуют сферическую структуру, внутри которой имеется полость.

Ионы железа через каналы в белковой «оболочке» проникают в полость, образуя «железное» ядро в молекуле ферритина. Избыток железа в ретикулоэндотелиальных клетках печени и селезенки может депонироваться в гемосидерине, который в отличие от ферритина является водонерастворимым железосодержащим комплексом. Часть железа, необходимого для синтеза гема, компенсируется его поступлением с пищей. Перенос железа с током крови к местам депонирования и использования осуществляется водорастворимым белком плазмы крови трансферрином. Он имеет два центра связывания железа, которое в комплексе с белками находится в трехвалентном состоянии, однако при переходе железа от одного белка к другому его валентность каждый раз меняется дважды: Fe 3+ , Fe 2+ и опять Fe 3+ . В окислительно-восстановительных превращениях железа принимают участие, по-видимому, сами белки-переносчи- ки, а также медьсодержащий белок церулоплазмин, присутствующий в сыворотке крови (см. рис. 25.1). Полагают, что изменение валентности железа необходимо для его освобождения из соединения с одним белком и переноса на другой.

Следует обратить внимание, что реакции синтеза гема протекают как в цитозоле клетки, гак и в митохондриях. Так, аминолевулинсинтетаза находится в митохондриях, где и начинается синтез гема, синтез же порфобилиногена и вес последующие превращения до образования копропорфириногена III протекают в цитозоле клеток. Копропорфириноген III далее поступает в митохондрии, где и завершается синтез гема.

В₆ в форме пиридоксальфосфата является простетической группой трансаминаз и декарбоксилаз аминокислот. Он необходим и для некоторых реакций обмена аминокислот. Поэтому при авитаминозе В₆ наблюдаются нарушения обмена аминокислот.

В₆ также участвует в реакциях синтеза гема гемоглобина (синтез d-аминолевулиновой кислоты). Поэтому при недостатке В₆ у человека развивается анемия.

Кроме анемии, наблюдаются дерматиты. Недостаток В₆ может развиться у больных туберкулезом, потому что этих больных лечат препаратами, синтезированными на основе изониазида — это антагонисты витамина В₆.

Пищевые источники: ржаной хлеб, горох, картофель, мясо, печень, почки.

Суточная потребность взрослого человека 2,0-3,0 мг.

Пантотеновая кислота (витамин В₃)

Молекула пантотеновой кислоты состоит из бета-аланина и 2,4-дигидрокси-диметил-масляной кислоты. Формулу знать необязательно.

Важность этого витамина в том, что он входит в состав HS-KoA (кофермента ацилирования).

Строение КоА: а) тиоэтиламин б) пантотеновая кислота в) 3-фосфоаденозин-5-дифосфат.

HSКоА — кофермент ацилирования, то есть входит в состав ферментов, которые катализируют перенос ацильных остатков. Поэтому В₃ участвует в бета-окислении жирных кислот, окислительном декарбоксилировании альфа-кетокислот, биосинтезе нейтрального жира, липоидов, стероидов, гема, ацетилхолина.

При недостатке пантотеновой кислоты при дисбактериозе у человека развиваются дерматиты, в тяжелых случаях — изменения со стороны желез внутренней секреции, в том числе надпочечников. Также наблюдается депигментация волос, истощение.

Пищевые источники: яичный желток, печень, дрожжи, мясо, молоко.

Суточная потребность: 10мг/сут.

Витамин В₁₂ (кобаламин, антианемический)

Имеет сложное строение, структура молекулы похожа на гем, но вместо железа — кобальт. В состав В₁₂ входит также нуклеотидная структура, похожая на АМФ.

Производное витамина В₁₂ является коферментом. Этот витамин необходим для синтеза нуклеиновых кислот. Он обеспечивает переход оксирибонуклеотидов в дезоксирибонуклеотиды (РНК в ДНК).

Недостаток этого витамина может привести к развитию злокачественной тромбоцитарной анемии, нарушениям функции центральной нервной системы.

Как правило, встречается сочетанный недостаток витамина В₁₂ и фолиевой кислоты. Анемия развивается не потому, что В₁₂ мало поступает с пищей, а при отсутствии особого гликопротеина, который называется «внутренний фактор Кастла» и вырабатывается в желудке. Фактор Кастла необходим для всасывания витамина В₁₂. При удалении части желудка, гастритах уменьшается выработка фактора Кастла.

Это единственный витамин, который синтезируется только микрофлорой кишечника.

Это единственный водорастворимый витамин, который депонируется в организме (в печени).

Суточная потребность: 2,5-5 мкг.

Витамин РР (антипеллагрический) – по химической природе никотинамид, суточная потребность составляет 18 мг.

Химическое название: никотинамид. Входит в состав НАД и НАДФ, то есть входит в состав коферментов никотинамидных дегидрогеназ. Его роль — участие в окислительно-восстановительных реакциях. При недостатке РР развивается пеллагра. При пеллагре наблюдаются три “Д”:

— деменция (поражение центральной нервной системы)

Источники РР: рис, морковь, картофель, мясо, бобовые, орехи, рыба и вообще продукты, богатые белком.

Витамин РР может частично синтезироваться из триптофана.

Если человек съедает много белковой пищи, то потребность в этом витамине снижается. Из 60 гр. белка может синтезироваться 1 мг витамина РР.

Суточная потребность: 15-25 мг/сутки.

Витамин “Н” (биотин, антисеборейный) – по химической природе производное мочевины и тиофена с валериановой кислотой в боковой цепи, суточная потребность которого в организме составляет 0,25 мг.

В составе молекулы биотина имеются имидазоловое и тиоэфирное кольца, к ним присоединен радикал — валериановая кислота.

Витамин Н входит в состав ферментов карбоксилаз: Ацетил-КоА-карбоксилазы, пируваткарбоксилазы и других.

Всасыванию биотина в кишечнике препятствует овидин — белок, содержащийся в сырых яйцах. При термической обработке яиц происходит днатурация овидина.

При авитаминозе наблюдаются дерматиты, поражения ногтей, анемия. Синтезируется микрофлорой кишечника.

Авитаминозы, связанные с недостатком фолиевой кислоты (В_c), пантотеновой кислоты (В₃), биотина (Н), пиридоксина (В₆), кобаламина (В₁₂) встречаются очень редко, поскольку эти витамины, так же, как и витамин К, синтезируются микрофлорой кишечника. Авитаминозы наблюдаются при дисбактериозе кишечника, при необычной диете или при нарушении всасывания из кишечника.

Витамин С (аскорбиновая кислота, антицинготный, антискорбутный) – по химической природе – аскорбиновая кислота, суточная потребность которого составляет 100 мг.

В 1932 г. впервые выделен из сока лимона, через два года искусственно синтезирован. Важное свойство — способность аскорбиновой кислоты легко окисляться.

Биологическая роль витамина С (связана с его участием в окислительно-восстановительных реакциях).

1. Витамин С, являясь сильным восстановителем, играет роль кофактора в реакциях окислительного гидроксилирования, что необходимо для окисления аминокислот пролина и лизина в оксипролин и в оксилизин в процессе биосинтеза коллагена. Коллаген может синтезироваться и без участия витамина С, но такой коллаген не является полноценным (не формирутся его нормальная структура). Поэтому при недостатке витамина С ткани, содержащие много коллагена, становятся непрочными, ломкими. В первую очередь нарушается структура стенок сосудов, повышается их проницаемость, наблюдаются кровоизлияния под кожу и под слизистые оболочки.

2. Участвует в синтезе стероидных гормонов надпочечников.

3. Необходим для всасывания железа.

4. Участвует в неспецифической иммунной защите организма.

Авитаминоз С — цинга. Проявления цинги: болезненность, рыхлость и кровоточивость десен, расшатывание зубов, нарушение целостности капилляров — подкожные кровоизлияния, отечность и болезненность суставов, нарушение заживления ран, анемия. Иногда цинга развивается у новорожденных на искусственном вскармливании пастеризованным молоком, в которое не добавлен витамин С. В основе всех изменений при цинге, за исключением анемии, лежит нарушение синтеза коллагена. Анемия связана с нарушением всасывания железа.

В настоящее время цинга не распространена, но весной у многих людей наблюдается недостаток (гиповитаминоз) витамина С, что проявляется, например, повышенной утомляемостью, понижением иммунитета.

Основные источники витамина С: свежие зеленые овощи и фрукты.

Следует помнить, что витамин С легко разрушается при нагревании, особенно в щелочной среде в присутствии кислорода, ионов железа и меди. Хорошо сохраняется в кислой среде (в квашеной капусте, в клюкве, в ягодах черной смородины и плодах шиповника). При длительном хранении овощей и фруктов содержание в них витамина С уменьшается.

Источником витамина С является также хвоя ели и сосны.

Фолиевая кислота (фолацин) по химической природе – птероилглутаминовая кислота, суточная потребность которой в организме человека составляет 200 мкг.

В составе 3 структурных единицы: птеридин, ПАБК (парааминобензойная кислота) и глутаминовая кислота.

Часто ПАБК (парааминобензойную кислоту) тоже называют витамином. Но это неверно. ПАБК — это фактор роста для микроорганизмов, которые синтезируют фолиевую кислоту.

Активный С₁ извлекается из глицина или серина с помощью фермента, в небелковой части которого содержится витамин В_c — фолиевая кислота. Фолиевая кислота два раза восстанавливается в организме (к ней присоединяется водород).

ТГФК является коферментом ферментов, переносящих одноуглеродные радикалы.

Из метилен-ТГФК могут образовываться все другие формы активного С₁: формил-ТГФК, метил-ТГФК, метен-ТГФК, оксиметил-ТГФК в результате реакций окисления или восстановления метилен-ТГФК.

Фолиевая кислота в виде тетрагидрофолиевой кислоты является коферментом, участвующим в ферментативных реакциях, связанных с переносом активных одноуглеродных радикалов. Например: биосинтез пуриновых и пиримидиновых мононуклеотидов.

При авитаминозе у человека наблюдается макроцитарная анемия, при которой нарушен синтез ДНК в клетках красного костного мозга, для больных характерна потеря веса.

Пищевые источники: зеленые листья овощей, дрожжи, мясо, шпинат.

Авитаминозы встречаются редко, так как потребность в этом витамине компенсируется за счет микрофлоры кишечника. При некоторых заболеваниях кишечника, когда возникают дисбактериозы, нарушается всасывание фолиевой кислоты.

Дата добавления: 2017-04-14 ; просмотров: 362 | Нарушение авторских прав

Ферменты – вещества белковой природы, ускоряющие биохимические реакции в организме.

По строению различают простые и сложные ферменты. Простые ферменты состоят из аминокислот – белковой части. Сложные ферменты состоят из белковой и небелковой частей. Небелковая часть называется кофактором. Кофактор может быть представлен производными витаминов, нуклеотидами, металлами.

В процессе биохимической реакции фермент превращает вещество – субстрат. Субстрат связывается с активным центром фермента при помощи водородных, ионных, гидрофобных связей. Активный центр простого фермента представлен радикалами аминокислот. Активный центр сложного фермента представлен кофактором.

Ферменты с четвертичной структурой имеют аллостерический центр, к которому присоединяются низкомолекулярные вещества, регулирующие активность ферментов.

Витамины – сложные вещества, которые участвуют в биохимических реакциях.

Витамины поступают в организм с пищей, ряд витаминов образуется микрофлорой кишечника в организме. При отсутствии какого-либо витамина в организме развивается авитаминоз по этому витамину. При недостатке какого-либо витамина развивается гиповитаминоз. При избытке какого-либо витамина развивается гипервитаминоз.

Витамины делятся на водорастворимые и жирорастворимые.

Витамин В1 – химическое название: тиамин; биологическое название: антиневритный. Образует кофактор тиаминпирофосфат, который входит в состав ферментов, участвующих в реакциях окисления углеводов с целью получения энергии.

При гиповитаминозе наблюдаются слабость, поражение нервной системы: невриты, которые сопровождаются болями, нарушением чувствительности, раздражительность, в тяжелых случаях наблюдаются парезы, параличи, нарушения психики. Эти симптомы связаны с накоплением в нервной ткани пирувата. В окислении пирувата участвует тиаминпирофосфат. Поэтому при гиповитаминозе по тиамину снижается окисление пирувата, и он накапливается в тканях. При этом наиболее чувствительной к накоплению пирувата является нервная ткань, поэтому при гиповитаминозе по тиамину прежде всего развиваются симптомы со стороны нервной системы. Кроме того, нарушение окисления пирувата ведет к недостатку энергии. Снижение энергии в организме также прежде всего сказывается на состоянии нервной системы.

Источниками тиамина являются прежде всего – неочищенные зерна злаков, молодые проростки злаков, мясо, хлеб.

Химическое название – рибофлавин; биологическое название — витамин роста.

Образует кофакторы – флавинмононуклеотид (ФМН), флавинадениндинуклеотид (ФАД). ФМН и ФАД входят в состав ферментов, которые участвуют в реакциях окисления углеводов, жирных кислот для получения энергии.

При гиповитаминозе наблюдается недостаток энергии в организме, что сопровождается снижением роста, слабостью, поражением нервной системы, сердечно-сосудистой системы, нарушением питания, ломкостью волос, ногтей.

Источники – мясо, молоко, яйца, печень, бобовые

Химическое название – пантотеновая кислота.

Образует кофермент – коэнзим А, который входит в состав ферментов, участвующих в окислении углеводов, липидов с целью получения энергии. Также кофермент участвует в синтезе липидов. Поэтому при недостатке пантотеновой кислоты развиваются симптомы – слабость, нарушении функции нервной, эндокринной систем, желудочно-кишечного тракта, поражение кожи.

Источники – мясо, яйца, молоко, печень, микрофлора кишечника.

Химическое название – никотиновая кислота, никотинамид, ниацин; биологическое название – антипеллагрический.

Образует коферменты – никотинамиддинуклеотид (НАД), никотинамиддинуклеотидфосфат (НАДФ). Эти коферменты входят в состав ферментов, которые участвуют в реакциях окисления углеводов, липидов с целью получения энергии. Поэтому при гиповитаминозе по никотинамиду развивается недостаток энергии, поражение органов и систем, поражение кожи – пеллагра (шелушение, зуд, покраснение).

Источники – мясо, молоко, яйца, печень. В организме никотинамид образуется из незаменимой аминокислоты трипотофана, которая поступает с продуктами животного происхождения.

Химическое название – пиридоксин, пиридоксаль, пиридоксамин; биологическое название – антидерматитный витамин.

Образует коферменты – пиридоксальфосфат и пиридоксаминфосфат. Эти коферменты входят в состав ферментов, которые участвуют в реакциях обмена аминокислот, синтезе гема, биогенных аминов, которые регулируют процессы обмена в нервной ткани. При гиповитаминозе по витамину наблюдаются анемия из-за снижения синтеза гема, снижается количество биогенных аминов, что вызывает нарушения со стороны нервной системы, нарушается синтез аминокислот, белков, углеводов. Кроме того, гиповитаминоз проявляется поражениями кожи в виде дерматитов.

Источники – мясо, молоко, яйца, печень, микрофлора кишечника.

Химическое название – фолиевая кислота.

Образует кофермент тетрагидрофолиевая кислота, который входит в состав ферментов, участвующих в синтезе азотистых оснований, аминокислот, а значит в синтезе нуклеиновых кислот, белков, что важно для размножения, развития, созревания клеток.

При гиповитаминозе наблюдается макроцитарная анемия, т.к. нарушается созревание эритроцитов, в результате в крови обнаруживаются незрелые эритроциты – макроциты, у которых снижена функция переноса кислорода.

Источники – растительная пища, микрофлора кишечника.

Химическое название – цианокобаламин, биологическое название – антианемический.

Образует коферменты – метилкобаламин, кобаламин. Эти коферменты входят в состав ферментов, которые участвуют в обмене азотистых оснований, регенерации метионина, синтезе сложных липидов, холина, креатина. При гиповитаминозе развивается макроцитарная анемия из-за нарушения созревания эритроцитов; нарушается синтез липопротеинов и функций мембран из-за недостатка холина, наблюдается снижение образования энергии с участием креатинфосфата.

Источники – мясо, молоко, яйца, печень, микрофлора кишечника

Химическое название – аскорбиновая кислота, биологическое название – антицинготный

Участвует в реакциях синтеза коллагена, обмена аминокислот, окислительно-восстановительных реакциях с целью получения энергии, обеспечивает всасывание железа в тонком кишечнике. При гиповитаминозе нарушается синтез коллагена, что сказывается на состоянии соединительной ткани, она становится слабой, хрупкой, ломкой. Например, становятся ломкими сосуды, в результате могут быть подкожные гематомы, частые носовые кровотечения. Кроме того, при гиповитаминозе развивается железодефицитная анемия, т.к. снижается всасывание железа в тонком кишечнике.

Источники – преимущественно цитрусовые, смородина, шиповник

Химическое название – биотин, биологическое название – антисеборейный.

Биотин участвует в реакциях синтеза углеводов, липидов. При гиповитаминозе наблюдается недостаток углеводов, липидов. Также развивается себорея – нарушения деятельности сальных желез.

Источники – мясо, молоко, печень, рыбий жир.

Витамин Аоению различают простые и сложные. ские реакции в организме. ств

Химическое название – ретинол, биологическое название — антиксерофтальмический

Роль витамина: — участвует в восприятии зрительных образов

— является антиоксидантом – защищает мембраны клеток от повреждений активными радикалами.

Образуется из предшественника β-каротина в печени.

При гиповитаминозе наблюдается куриная слепота, нарушается целостность мембран клеток.

Источники – морковь, перец, томаты, рыбий жир

Химическое название – эргокальцеферол, биологическое название – антирахитический. Образуется из холестерола при участии ультрафиолета.

Витамин Д участвует в процессах всасывания кальция в кишечнике и почках, что способствует его усвоению костями. При гиповитаминозе нарушается всасывание кальция в кишечнике, в результате наблюдается недостаток кальция и фосфора в организме, наблюдается ломкость костей, деформации скелета. У детей развивается рахит.

Химическое название – токоферол, биологическое название – антистерильный.

Участвует в процессах репродукции, является антиоксидантом.

При гиповитаминозе наблюдается бесплодие, невынашивание беременности, нарушение целостности мембран

Источники – растительные масла, подкожножировая клетчатка

Химическое название — менахинон, филлохинон, биологическое название – антигеморрагический

Является коферментом ферментов, которые участвуют в активации факторов свертывания крови. Поэтому при гиповитаминозе наблюдается снижение свертывания крови, частые кровотечения

Источники – растительная пища, микрофлора кишечника

Таким образом, поступление витаминов в организм зависит от состояния желудочно-кишечного тракта, т.е. причинами гиповитаминозов прежде всего являются заболевания пищеварительного тракта и нарушение деятельности микрофлоры кишечника.

Механизм действия ферментов

На первом этапе биохимической реакции происходит взаимодействие фермента с субстратом, образуется фермент-субстратный комплекс. На втором этапе происходит превращение субстрата при помощи активного центра фермента. На третьем этапе происходит отделение продуктов реакции.

Факторы, влияющие на активность ферментов

— ферменты проявляют наибольшую активность при температуре тела – 37 градусов; при снижении температуры активность фермента падает, но при нагревании препарата фермента до температуры тела его активность возобновляется. При температуре выше 40 градусов активность ферментов снижается из-за денатурации фермента, т.к. он является белком

— каждый фермент проявляет максимальную активность при определенной рН, например, фермент желудка пепсин активен при рН 1,5-2,0; ферменты тонкого кишечника работают при рН 7,5-8,0; фермент слюны амилаза требует рН 7,4

— при повышении количества фермента активность увеличивается

— при повышении количества субстрата активность фермента сначала увеличивается, затем не изменяется, т.к. весь фермент насыщен субстратом, и для того чтобы увеличить активность фермента нужно увеличить количество фермента.

Изоферменты – множественные формы фермента, которые катализируют одну и ту же реакцию, но различаются по физико-химическим свойствам: сродству к субстрату, подвижности при электрофорезе, регуляторным свойствам.

Например, фермент лактатдегидрогеназа (ЛДГ) – фермент с четвертичной структурой, содержит 2 типа субъединиц – М и Н. Молекула изоферментов ЛДГ образована 4 субъединицами. Поэтому ЛДГ имеет 5 изоферментов:

— ЛДГ2 состоит из НННМ – Н3М

— ЛДГ3 состоит из ННММ – Н2М2

— ЛДГ4 состоит из НМММ – НМ3

ЛДГ катализирует превращение пировиноградной кислоты в молочную кислоту (лактат).

При электрофорезе наибольшей подвижностью обладает изофермент ЛДГ1, наименьшей – ЛДГ5.

В скелетной мышце и миокарде преобладает активность ЛДГ1, а в печени – ЛДГ5. Это обстоятельство используют в клинической практике для диагностики заболеваний миокарда, скелетных мышц, печени. В норме активность изоферментов ЛДГ в сыворотке крови очень низкая. При повреждении соответствующих органов активность этих изоферментов возрастает в сыворотке крови. При увеличении активности ЛДГ1 в сыворотке крови подозревают поражение скелетных мышц или миокарда. Повышение активности ЛДГ5 в сыворотке крови может свидетельствовать о поражении печени.

Регуляция активности ферментов

Регуляция активности фермента осуществляется на уровне транскрипции и на уровне изменения активности синтезированного фермента.

Регуляция активности фермента на уровне транскрипции рассмотрена на примере лактозного оперона (в теме — Белки).

Регуляция активности синтезированного фермента происходит несколькими путями с участием гормонов.

А. Аллостерическая регуляция

В молекуле фермента различают аллостерический центр, который необходим для связывания различных веществ – активаторов и ингибиторов, которые регулируют активность фермента. Активаторы – вещества, ускоряющие активность ферментов. Например, ионы хлора увеличивают активность амилазы, соляная кислота активирует пепсин, желчь активирует липазу.

Ингибиторы – вещества, снижающие активность ферментов. Различают конкурентное и неконкурентное ингибирование. Конкурентный ингибитор имеет структурное сходство с субстратом, поэтому конкурентный ингибитор может взаимодействовать с активным центром фермента. При этом взаимодействие субстрата с активным центром фермента снижается и активность фермента падает. Неконкурентный ингибитор присоединяется к ферменту в аллостерическом центре, в результате меняется пространственная конфигурация активного центра фермента, и субстрат не может присоединяться к активному центру, поэтому активность фермента падает.

Активность фермента регулируется по принципу прямой положительной связи – присутствие субстрата активирует фермент. Отрицательная обратная связь – продукт реакции ингибирует ферменты, которые принимали участие в синтезе этого продукта на начальных стадиях.

Б. Ковалентная модификация

Этот путь регуляции активности ферментов заключается в следующем. В молекуле фермента присутствуют радикалы серина, тирозина, треонина. К спиртовым группам этих аминокислот присоединяется фосфат, источником которого служит АТФ. Присоединение фосфата к молекуле фермента называется фосфорилированием. Для этого процесса необходим фермент протенкиназа. При фосфорилировании фермент либо активируется, либо инактивируется.

Кроме того, может наблюдаться противоположная реакция – отщепление фосфата от молекулы фермента – дефосфорилирование. Для этого необходим фермент фосфопротеифосфатаза. При этом дефосфорилированный фермент может активироваться или инактивироваться.

Например, в синтезе гликогена участвует гликогенсинтетаза, а в распаде гликогена — гликогенфосфорилаза. Дефосфорилирование этих ферментов приводит к активации гликогенсинтетазы и ингибированию гликогенфосфорилазы, при этом преобладает синтез гликогена, а его распад замедляется. Фосфорилирование гликогенсинтетазы и гликогенфосфорилазы при водит к активации гликогенфосфорилазы и ингибированию гликогенсинтетазы, т.е. преобладает распад гликогена, а его синтез замедляется.

В. Регуляция активности фермента путем ассоциации-диссоциации субъединиц в олигомерном ферменте

Например, неактивная форма протеинкиназы представлена комплексом связанных субъединиц RRCC. При распаде этого комплекса на RR и С, С образуются активные формы фермента – С.

Применение ферментов в медицине

Энзимотерапия – применение ферментов в качестве лекарств. Например, при заболеваниях желудочно-кишечного тракта наблюдается ферментативная недостаточность желудка, поджелудочной железы. При этом нарушается переваривание белков, жиров, углеводов. Для улучшения процессов переваривания используются препараты, которые содержат ферменты, расщепляющие белки, жиры, углеводы в пищеварительном тракте. В хирургии для лечения гнойных ран используются протеолитические ферменты, которые расщепляют белки гнойного содержимого раны, поврежденных тканей, при этом рана лучше очищается от налета.

Высокая активность ферментов может приводить к развитию различных заболеваний. Поэтому в медицине применяются ингибиторы активности этих ферментов, что облегчает состояние больных.

В медицине ферменты стрептокиназа и урокиназа применяются для расщепления тромбов, в результате улучшается кровоток в поврежденных тканях.

Энзимодиагностика – определение активности органоспецифических ферментов в биологических жидкости и использование полученных результатов для диагностики заболеваний. В норме в крови активность ферментов низкая, т.к. ферменты преимущественно находятся в тканях органов – органоспецифичность. Если органы поражаются патологическим процессом, то ферменты из органов высвобождаются в кровь, и обнаруживается высокая активность ферментов в крови.

Ферменты, имеющие диагностическое значение

— аспартатаминотрансфераза – АСТ. Отмечена высокая активность АСТ в мышечной ткани, менее активен фермент в печени. Если в крови обнаруживается высокая активность АСТ, то можно предполагать поражение мышечной ткани или печени

— аланинаминотрансфераза – АЛТ. Отмечена высокая активность фермента в печени, менее активен фермент в мышечной ткани. При повышении активности АЛТ в крови можно предположить поражение печени или мышечной ткани.

— креатинфосфокиназа – КФК. Отмечена высокая активность КФК в мышечной ткани, мозге. При повышении активность КФК в крови можно предполагать поражение мышечной ткани, мозга

— лактатдегидрогеназа – ЛДГ. Отмечена высокая активность ЛДГ в мышечной ткани, печени. При повышении активность ЛДГ в крови модно предполагать поражение мышечной ткани или печени

— гаммаглутамилтранспептидаза. Отмечена высокая активность фермента в печени, почках. При повышении активность фермента в крови можно предполагать патологию печени, желчевыводящих ходов или почек

— щелочная фосфатаза. Отмечена высокая активность фермента в печени, костной ткани. При повышении активности щелочной фосфатазы в крови можно предполагать поражение печени и желчевыводящих ходов, костной ткани.

— панкреатическая амилаза. Отмечена высокая активность фермента в поджелудочной железе. При повышении активности амилазы в крови и моче можно предполагать патологию поджелудочной железы.

Описаны наследственные заболевания, которые связаны с дефектом или отсутствием каких-либо ферментов.

Ферменты используются в лабораторной практике для определения различных метаболитов в биологических жидкостях.

Дата добавления: 2014-01-07 ; Просмотров: 4272 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Гем, железосодержащее тетрагидропиррольное красящее вещество, является составной частью О 2 -связывающих белков (см. с. 274) и различных коферментов оксидоредуктаз (см. сс. 108, 310). Почти на 85% биосинтез гема происходит в костном мозге и лишь небольшая часть — в печени. В синтезе гема участвуют митохондрии и цитоплазма.

Синтез тетрагидропиррольных колец начинается в митохондриях. Из сукцинил-КоА (на схеме наверху), промежуточного продукта цитратного цикла, конденсацией с глицином получается продукт, декарбоксилирование которого приводит к 5-аминолевулинату (ALA). Отвечающая за эту стадию 5- аминолевулинат-синтаза (ALA-синтаза) [ 1 ] является ключевым ферментом всего пути. Экспрессия синтеза ALA-синтазы тормозится гемом, т. е. конечным продуктом, и имеющимся ферментом. Это типичный случай торможения конечным продуктом, или ингибирования по типу обратной связи.

После синтеза 5-аминолевулинат переходит из митохондрий в цитоплазму, где две молекулы конденсируются в порфобилиноген , который уже содержит пиррольное кольцо [ 2 ]. Порфобилиноген-синтаза [ 2 ] ингибируется ионами свинца. Поэтому при острых отравлениях свинцом в крови и моче обнаруживают повышенные концентрации 5-аминолевулината.

На последующих стадиях образуется характерная для порфирина тетрапиррольная структура . Связывание четырех молекул порфобилиногена с отщеплением NH 2 -групп и образованием уропорфириногена III катализируется гидроксиметилбилан-синтазой [ 3 ]. Для образования этого промежуточного продукта необходим второй фермент, уропорфириноген III-синтаза [ 4 ]. Отсутствие этого фермента приводит к образованию «неправильного» изомера — уропорфириногена I.

Тетрапиррольная структура уропорфиринoгена III все еще существенно отличается от гема. Так, отсутствует центральный атом железа, а кольцо содержит только 8 вместо 11 двойных связей. Кроме того, кольца несут только заряженные боковые цепи R (4 ацетатных и 4 пропионатных остатков). Так как группы гема в белках функционируют в неполярном окружении, необходимо, чтобы полярные боковые цепи превратились в менее полярные. Вначале четыре ацетатных остатка (R 1 ) декарбоксилируются с образованием метильных групп ( 5 ). Образующийся копропорфириноген III снова возвращается в митохондрии. Дальнейшие стадии катализируются ферментами, которые локализованы на/или внутри митохондриальной мембраны . Прежде всего под действием оксидазы две пропионатные группы (R 2 ) превращаются в винильные ( 6 ). Модификация боковых цепей заканчивается образованием протопорфириногена IX .

На следующей стадии за счет окисления в молекуле создается сопряженная π-электронная система, которая придает гему характерную красную окраску. При этом расходуется 6 восстановительных эквивалентов ( 7 ). В заключение с помощью специального фермента, феррохелатазы , в молекулу включается атом двухвалентного железа ( 8 ). Образованный таким образом гем или Fe-протопорфирин IX включается, например, в гемоглобин и миоглобин (см. с. 274), где он связан нековалентно, или в цитохром С, с которым связывается ковалентно (см. с. 108).

Известен ряд заболеваний, вызванных наследственными или приобретенными нарушениями порфиринового синтеза, так называемые порфирии ; некоторые из них протекают очень тяжело. Многие из этих заболеваний приводят к выделению предшественников гема с калом или мочой, которая вследствие этого может быть окрашена в темно-красный цвет. Также наблюдается отложение порфиринов в коже. При воздействии света это приводит к образованию трудноизлечимых волдырей. При порфириях часты также неврологические нарушения. Возможно, что в основе средневековых легенд о людях-вампирах (дракулах) лежит странное поведение больных порфириями (светобоязнь, необычные внешность и поведение, употребление крови в пищу, компенсирующее дефицит гема и зачастую улучшающее состояние при некоторых формах порфирий).

Витамин В12 и фолиевая кислота (витамин В9) необходимы для синтеза нуклеопротеинов в разных тканях организма, созревания и деления ядер эритроидных клеток в кроветворной ткани. При дефиците витаминов В12 и В9 в наиболее интенсивно делящейся ткани организма — эритроидной — раньше, чем в других, возникают нарушения, вызывающие анемию. При дефиците витамина В12 в костном мозге появляются большие ядросодержащие эритроидные клетки — мегалобласты, которые образуют с замедленной скоростью большие эритроциты — мегалоциты с резко укороченным периодом жизни. Замедление поступления эритроцитов в кровь и быстрое их разрушение ведет к анемии. Дефицит витамина В12 возникает в организме при утрате париетальными клетками желудка способности продуцировать «внутренний фактор» — гликопротеин (молекулярная масса 60 000). Фактор связывает витамин В12, поступающий с пищей, и предохраняет его от расщепления пищеварительными ферментами. Эти нарушения возникают при атрофии слизистой оболочки желудка, эпителия двенадцатиперстной кишки, часто наблюдающейся, например, у стариков. И хотя запаса витамина В12 в печени достаточно взрослому человеку на 1—5 лет, постепенное его истощение приводит к заболеванию. Суточная потребность в витамине В,2 — 5 мкг, содержание в плазме крови — 150—450 мкг/л. В кишечнике комплекс гликопротеин—витамин В12 фиксируется специальными рецепторами слизистой оболочки тонкого кишечника, далее витамин поступает в интестинальные клетки, затем в кровь и переносится с помощью особых молекул — транскобаламинов (I, II, III типов). Транскобала-мины I и III типа продуцируются лейкоцитами, II — макрофагами. Поэтому при выраженном лейкоцитозе отмечается гипервитаминоз В12. Витамин В12 содержится в больших количествах в печени, почках, куриных яйцах.

Фолиевая кислота (витамин В9) поддерживает синтез ДНК в клетках костного мозга, благодаря обеспечению этого процесса одним из нуклеоти-дов — диокситимидилатом, образующимся в результате митилирования ди-оксиуридиловой кислоты в присутствии тетрагидрофолата (одной из редуцированных форм фолиевой кислоты). При дефиците витамина В9 в пище у человека уже через 1—6 мес нарушается синтез ДНК и деление эритроидных клеток, ускоряется разрушение эритроцитов, что ведет к анемии. Суточная потребность организма человека в фолиевой кислоте 500—700 мкг. Ее резерв в организме равен 5—10 мг, 1/3 которого находится в печени. Фолиевой кислотой богаты овощи (шпинат), дрожжи, молоко.

1,2,5-дигидроксивитамин D3 и ретиноловая кислота (производное витамина А) участвуют в организме человека в дифференциации кроветворных клеток до их зрелых форм. Витаминами А и D богаты печень трески, тунца, сельдь, коровье молоко и сливочное масло.

Витамин В6 (пиридоксин) является кофактором (т. е. дополнительным фактором активности) фермента — синтетазы 5-аминолевулиновой кислоты (АЛК-синтетазы), участвующей в образовании гема в эритроидных клетках в ткани костного мозга (см. рис. 7.2). Дефицит витамина В6 в организме человека нарушает синтез гемоглобина и вызывает анемию. Витамином В6 богаты зерна злаков, капуста, картофель, молоко.

Витамин С поддерживает основные этапы эритропоэза, способствуя метаболизму фолиевой кислоты в эритробластах. Он участвует в метаболизме железа, повышая как его абсорбцию в желудочно-кишечном тракте, так и мобилизацию депонированного в клетках железа.

Витамин Е (токоферол) и витамин РР защищают фосфатидилэтанол амин мембраны эритроцитов от усиливающего их гемолиз перекисного окисления.

Защиту гемоглобина и мембраны эритроцитов от окисления осуществляет и витамин РР, являющийся одной из составляющих пиридиннуклео-тидов НАД и НАДФ.

Дефицит витамина В2, участвующего в окислительно-восстановительных реакциях, вызывает у человека анемию вследствие замедленного образования эритроцитов в костном мозге.

В ретикулоцитах происходит координированный синтез a и b-пептидных цепей гемоглобина, а также синтез его простетической группы, так, что ни один из этих компонентов не образуется в избыточном или недостаточном количествах. Учитывая, что белковая часть молекулы гемоглобина (глобин) синтезируется, как и все остальные белки, далее подробно рассмотрен биосинтез его простетической группы, т.е. синтез тетрапиррольного соединения − гема. Гем, железосодержащее тетрагидропиррольное красящее вещество, является составной частью О2-связывающих белков и различных коферментов оксидоредуктаз. Почти на 85% биосинтез гема происходит в костном мозге, и лишь небольшая часть — в печени. В синтезе гема участвуют митохондрии и цитоплазма.

К настоящему времени почти полностью выяснены основные пути образования порфиринов и протопорфиринов, являющихся непосредственными предшественниками гема и хлорофилла. Источником всех 4 атомов азота и 8 атомов углерода тетрапиррольного кольца оказался глицин, а источником остальных 26 из 34 атомов углерода − янтарная кислота (сукцинат), точнее ее производное сукцинил-КоА. Последовательность химических реакций синтеза тетрапирролов в организме животных можно условно разделить на несколько стадий.

На I стадии, протекающей в 2 этапа в митохондриях, сукцинил-КоА взаимодействует с глицином и образованием δ-аминолевулиновой кислоты (δ -АЛК).

Эту стадию катализирует специфический пиридоксальфосфатзависимый фермент δ –аминолевулинатсинтаза − ключевой, аллостерический фермент синтеза тетрапирролов.

После синтеза δ-аминолевулинат переходит из митохондрий в цитоплазму и на II стадии происходит конденсация 2 молекул δ-аминолевулиновой кислоты с образованием первого монопиррольного соединения − порфобилиногена (ПБГ).

Фермент, катализирующий эту стадию − порфобилиногенсинтаза также является регуляторным ферментом, подвергаясь ингибированию конечными продуктами синтеза. Кроме того, порфобилиногенсинтаза ингибируется ионами свинца. Поэтому при острых отравлениях свинцом в крови и моче обнаруживают повышенные концентрации 5-аминолевулината.

В следующей многоступенчатой стадии, катализируемой соответствующими ферментами, из 4 монопиррольных молекул порфобилиногена синтезируется тетра-пиррольный комплекс уропорфириноген, который затем модифицируется в протопорфирин IX, являющийся непосредственным предшественником гема. Тетрапиррольная структура уропорфиринoгена III все еще существенно отличается от гема. Так, отсутствует центральный атом железа, а кольцо содержит только 8 вместо 11 двойных связей. Кроме того, кольца несут только заряженные боковые цепи R (4 ацетатных и 4 пропионатных остатков). Так как группы гема в белках функционируют в неполярном окружении, необходимо, чтобы полярные боковые цепи превратились в менее полярные. Образующийся копропорфириноген III снова возвращается в митохондрии. Дальнейшие стадии катализируются ферментами, которые локализованы на/или внутри митохондриальной мембраны. Модификация боковых цепей заканчивается образованием протопорфириногена IX. На следующей стадии за счет окисления в молекуле создается сопряженная π-электронная система, которая придает гему характерную красную окраску. При этом расходуется 6 восстановительных эквивалентов.

В заключительной стадии протопорфирин IX присоединяет молекулу железа при участии феррохелатазы (гемсинтазы), и образуется гем (или Fe-протопорфирин IX). Последний используется для биосинтеза всех гемсодержащих хромопротеинов, например включается, в гемоглобин и миоглобин, где он связан нековалентно, или в цитохром С, с которым связывается ковалентно.

Имеются указания, что, помимо железа, в синтезе гема участвуют некоторые кофакторы, в частности витамин В12, ионы меди, хотя конкретная их роль не раскрыта.

Оба фермента, участвующие в синтезе порфобилиногена из глицина и сукцинил-КоА, являются регулируемыми ферментами; они ингибируются гемом и гемоглобином. С другой стороны, синтез пептидных цепей гемоглобина происходит только в присутствии гема, и образующиеся пептидные цепи тут же соединяются с гемом. При низкой концентрации гема активируется ингибитор инициации белкового синтеза в ретикулоцитах и синтез глобина замедляется. Известны наследственные анемии, связанные с дефектами ферментов, участвующих в синтезе гемма. При этом в организме нередко образуются избыточные количества окрашенных порфиринов − предшественников гема. Такие формы нарушения обмена гемма называют порфириями; некоторые из них протекают очень тяжело. Многие из этих заболеваний приводят к выделению предшественников гема с калом или мочой, которая вследствие этого может быть окрашена в темно-красный цвет. Также наблюдается отложение порфиринов, обладающих фотосенсибилизацией в коже. При воздействии света это приводит к образованию трудноизлечимых волдырей. При порфириях часты также неврологические нарушения. Возможно, что в основе средневековых легенд о людях-вампирах (дракулах) лежит странное поведение больных порфириями (светобоязнь, необычные внешность и поведение, употребление крови в пищу, компенсирующее дефицит гема и зачастую улучшающее состояние при некоторых формах порфирий).

Гем — это порфирин, в центре молекулы которого содержатся ионы железа Fe2+, входящие в структуру путем двух ковалентных и двух координационных связей. Порфирины являются системой из четырех конденсированных пирролов, имеющих метиленовые соединения (-СН=).

Молекула гема отличается плоским строением. Процесс окисления превращает гем в гематин, обозначаемый Fe3+.

Гем — это простатическая группа не только гемоглобина и его производных, но также и миоглобина, каталазы, пероксидазы, цитохромов, фермента триптофанпироллазы, катализируещего окисление троптофана в формилкинуренин. Выделяют трех лидеров по содержанию гемма:

эритроциты, состоящие из гемоглобина;
мышечные клетки, имеющие миоглобин;
клетки печени с цитохромом Р450.

В зависимости от функции клеток меняется тип белка, а также порфирина в составе гема. Гемоглобиновый гем включает протопорфирин IX, а в составе цитохромоксидазы находится формилпорфирин.

Выработка белка происходит во всех тканях организма, но самый продуктивный синтез гема наблюдается в двух органах:

костный мозг продуцирует небелковый компонент для выработки гемоглобина;
гепатоциты вырабатывают сырье для цитохрома Р450.

В митохондриальном матриксе пиридоксальзависимый фермент аминолевулинатсинтаза является катализатором для формирования 5-аминолевулиновой кислоты (5-АЛК). На этом этапе в синтезе гема участвует глицин и суцинил-КоА, продукта цикла Кребса. Гем подавляет данную реакцию. Железо, наоборот, запускает реакцию в ретикулоцитах с помощью связывающего белка. При нехватке пиридоксальфосфата понижается активность аминолевулинатсинтазы. Кортикостероиды, нестероидные противовоспалительные препараты, барбитураты и сульфаниламиды являются стимуляторами аминолевулинатсинтазы. Реакции вызваны ростом потребления гема цитохромом Р450 для выработки данного вещества печенью.

В цитоплазму из митохондрий попадает 5-аминолевулиновая кислота, или порфобилиноген-синтаза. Данный цитоплазматический фермент содержит, помимо молекулы порфобилиногена, еще две молекулы 5-аминолевулиновой кислоты. При синтезе гема реакция подавляется гемом и ионами свинца. Именно потому повышенный уровень в моче и крови 5-аминолевулиновой кислоты означает отравление свинцом.

В цитоплазме происходит дезаминация четырех молекул порфибилиногена из порфобилиногендезаминазы в гидроксиметилбилан. Дальше молекула может превращаться в упопорфириноген I и декарбоксилироваться в копропорфириноген I. Уропорфириноген III получается в процессе дегидрации гидроксиметилбилана с помощью фермента косинтазы данной молекулы.

В цитоплазме продолжается декарбоксилизация уропорфириногена до копропорфириногена III для дальнейшего возвращения в митохондрии клеток. При этом оксидаза копропорфириноген III декарбоксилирует молекулы протопорфириноген IV (+ О2, -2СО2) дальнейшим окислением (-6Н+) до протопорфирина V с помощью оксидазы протопорфирина. Встраиванием Fe2+ на последнем этапе фермент феррохелатаза в молекулу протопорфирина V завершается синтез гема. Железо поступает из ферритина.

Выработка гемоглобина заключается в производстве гема и глобина:

гем относится к простетической группе, которая является посредником в обратимом связывании кислорода гемоглобином;
глобин — это белок, который окружает и защищает молекула гема.

При синтезе гема фермент феррохелатаза добавляет железо в кольцо структуры протопорфирина ІХ для производства гема, низкий уровень которого связан с анемиями. Дефицит железа, как самая частая причина анемии, снижает выработку гема и снова уменьшает уровень гемоглобина в крови.

Ряд лекарственных препаратов и токсинов напрямую блокируют синтез гема, препятствуя ферментам участвовать в его биосинтезе. Лекарственное ингибирование синтеза характерно для детей.

Две различные цепи глобина (каждая с собственной молекулой гемма) объединяются для формирования гемоглобина. На самой первой неделе эмбриогенеза цепь альфа объединяется с цепью гамма. После рождения ребенка слияние происходит с цепью бета. Именно комбинация из двух альфа-цепей и двух других составляет полную молекулу гемоглобина.

Комбинация альфа и гамма-цепи образует фетальный гемоглобин. Сочетание двух альфа и двух бета цепочек дает «взрослый» гемоглобин, преобладающий в крови на протяжении 18-24 недели от рождения.

Соединение двух цепей формирует димер — структуру, которая не эффективно транспортирует кислород. Две димеры образуют тетрамер, который является функциональной формой гемоглобина. Комплекс биофизических характеристик контролирует усвоения кислорода легкими и высвобождение его в тканях.

Гены, кодирующие альфа-цепи глобина, находятся на хромосоме 16, а не альфа-цепи — на хромосоме 11. Соответственно, они получили названия «локус альфа-глобина» и «локус бета-глобина». Выражения двух групп генов тесно сбалансированы для нормальной функции эритроцитов. Нарушение баланса приводит к развитию талассемии.

Каждая хромосома 16 имеет два гена альфа-глобина, которые идентичны. Поскольку каждая клетка имеет по две хромосомы, то в норме присутствует четыре указанных гена. Каждый из них производит по одной четверти альфа-цепей глобина, необходимого для синтеза гемоглобина.

Гены локуса бета-глобина локуса располагаются последовательно, начиная с активного во время эмбрионального развития участка. Последовательность выглядит следующим образом: эпсилон гамма, дельта и бета. Существуют две копи гена гамма на каждый хромосоме 11, а остальные присутствуют в единичных экземплярах. Каждая клетка имеет два гена бета-глобина, выражающих количество белка, которое точно соответствует каждому из четырех генов альфа-глобина.

Механизм балансировки на генетическом уровне до сих пор не известен медицине. Значительное количество фетального гемоглобина сохраняется в теле ребенка на протяжении 7 — 8 месяцев после рождения. Большинство людей имеют только след сумм, если таковые имеются, фетального гемоглобина после младенчества.

Сочетание двух альфа и бета-генов образует нормальный взрослый гемоглобин А. Дельта-ген, расположенный между гамма и бета на хромосоме 11, производит небольшое количество дельта-глобина у детей и взрослых — гемоглобин А2, который составляет менее 3% белка.

На скорость образования гема влияет формирование аминолевулиновой кислоты, или АЛК. Синтаза, запускающая данный процесс, регулируется двумя путями:

аллостерически с помощью ферментов-эффекторов, которые вырабатываются в процессе самой реакции;
на генетическом уровне выработки фермента.

Синтез гема и гемоглобина подавляет выработку аминоливулинатсинтазы, образуя отрицательную обратную связь. Стероидные гормоны, нестероидные противовоспалительные средства, антибиотики сульфаниламиды стимулируют выработку синтазы. На фоне приема лекарств повышается усвоение гема в системе цитохрома Р450, который важен для продукции данных соединений печенью.

На регуляции синтеза гема посредством уровня АЛК-синтазы отражаются другие факторы. Глюкоза замедляет процесс активности АЛК-синтазы. Количество железа в клетке влияет на синтез на уровне трансляции.

МРНК имеет шпиличную петлю на участке запуска трансляции — железо-чувствительный элемент. Снижение уровня железа синтез прекращается, при высоком — белок взаимодействует с комплексом из железа, цистеина и неорганической серы, чем достигается баланс между выработкой гемма и АЛК.

Нарушение в процессе синтеза гема биохимии выражается в дефиците одного из ферментов. Результатом становится развитие порфирии. Наследственная форма болезни связана с генетическими нарушениями, а приобретенная развивается под действием токсических препаратов и солей тяжелых металлов.

Недостаточность ферментов проявляется в печени или эритроцитах, что влияет на определение группы порфирии — печеночные или эритропоэтические. Болезнь может протекать в острой или хронической формах.

Нарушения синтеза гема связаны с накоплением промежуточных продуктов — порфириногенов, которые окисляются. Место скопления зависят от локализации — в эритроцитах или гепатоцитах. Уровень накопления продуктов служит для диагностики порфирии.

Токсические порфириногены способны вызывать:

нейропсихические нарушения;
поражения кожи из-за фотосенсибилизации;
нарушение работы ретикулоэндотелиальной системы печени.

При избытке порфиринов моча приобретает пурпурный оттенок. Вызвать обострение болезни может избыток аминолевулинатсинтазы под действием лекарств или выработки стероидных гормонов в подростковом возрасте.

Острая перемежающая порфирия связана с дефектом гена, который кодирует дезаминазу и приводит к накоплению 5-АЛК и порфобилиногена. Симптомами являются темная моча, парез дыхательной мускулатуры, сердечная недостаточность. Пациент жалуется на боли в животе, запоры, рвоту. Болезнь может быть вызвана приемом анальгетиков и антибиотиков.

Врожденная эритропоэтическая порфирия связана с низкой активностью уропорфириноген-III-косинтазы и высоким уровнем уропорфириноген-I-синтазы. Симптомами является светочувствительность, которая проявляется трещинами на коже, кровоподтеками.

Наследственная копропорфирия связана с нехваткой копропорфириногеноксидазы, которая участвует в преобразовании копропорфириногена III. В результате фермент окисляется на свету до копропорфирина. Пациенты страдают от сердечной недостаточности и светочувствительности.

Мозаичная порфирия — нарушение, при котором происходит частичное блокирование ферментативного превращения протопорфириногена в гем. Признаки — флуоресценция мочи и чувствительность к свету.

Поздняя кожная порфирия появляется при поражениях печени на фоне алкоголизма и избытка железа. С мочой выделяются большие концентрации уропорфиринов типа I и III, что придает ей розоватый цвет и вызывает флуоресценцию.

Эритропоэтическая протопорфирия провоцируется низкой активностью фермента феррохелатазы в митохондриях — источнике железа для синтеза гема. Симптомами является острая крапивница под влиянием ультрафиолета. В эритроцитах, крови и кале появляются высокие уровни протопорфирина IX. Незрелые эритроциты и кожа часто флуоресцируют красным светом.

источник