Биологическая химия - часть 125

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 конеч-

ными 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 фермента-

ми, из 4 монопиррольных молекул порфобилиногена синтезируется тетра-

пиррольный комплекс протопорфирин IX, являющийся непосредственным

предшественником гема. Некоторые этапы сложного пути синтеза окон-

чательно не установлены.

В заключительной стадии протопорфирин IX присоединяет молеку-

лу 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 кост-

ного мозга, печени и селезенки.

Имеются указания, что, помимо железа, в синтезе гема участвуют

некоторые кофакторы, в частности витамин В

1 2

, ионы меди, хотя конкрет-

ная 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.

505

Порфобилиногенсинтаза

δ-АЛК

δ-АЛК

Порфобилиноген

2Н

2

O

Распад гемоглобина в тканях (образование желчных

пигментов)

Продолжительность жизни эритроцитов составляет 120 дней, затем они

разрушаются и освобождается гемоглобин. Главными органами, в которых

происходят разрушение эритроцитов и распад гемоглобина, являются

печень, селезенка и костный мозг, хотя в принципе оба процесса могут

происходить и в клетках других органов. Распад гемоглобина в печени

начинается с разрыва α-метиновой связи между I и II кольцами пор-

фиринового кольца. Этот процесс катализируется НАДФ-содержащей ок-

сидазой и приводит к образованию зеленого пигмента вердоглобина (хо-

леглобина):

506

Глицин

+

Сукцинил~S-KoA

δ-Аминолевулинат-

синтаза

СO

2

, KoA-SH

2 δ-Аминолевулиновая кислота (δ-АЛК)

Порфобилиноген-

синтаза

2Н

2

O

4 Порфобилиноген (ПБГ)

УПГ-синтаза

4NH

3

УПГ-косинтаза

Уропорфириноген I

Уропорфириноген III (УПГ)

УПГ-декарбоксилаза

4СO

2

Копропорфириноген III (КПГ)

КПГ-декарбоксилаза

2СO

2

КПГ-оксидаза

4Н

Протопорфириноген IХ (ППГ)

6Н

Протопорфирин IX

Феррохелатаза

Fe

2+

ГЕМ

В приведенных структурных формулах здесь и далее в желчных пиг-

ментах М – метильная СН

3

-группа, В – (—СН=СН

2

) – винильная группа

и П – (—СН

2

—СН

2

—СООН) – остаток пропионовой кислоты.

Как видно из приведенных формул, в молекуле вердоглобина еще

сохраняются атом железа и белковый компонент. Имеются эксперимен-

тальные доказательства, что в этом окислительном превращении гемо-

глобина принимают участие витамин С, ионы Fe

2+

 и другие кофакторы.

Дальнейший распад вердоглобина, вероятнее всего, происходит спонтанно

с освобождением железа, белка-глобина и образованием одного из желчных

пигментов – биливердина. Спонтанный распад сопровождается перераспре-

делением двойных связей и атомов водорода в пиррольных кольцах

и метиновых мостиках. Образовавшийся биливердин ферментативным

путем восстанавливается в печени в билирубин, являющийся основным

желчным пигментом у человека и плотоядных животных:

Основное место образования билирубина – печень, селезенка и, по-

видимому, эритроциты (при распаде их иногда разрывается одна из

метиновых связей в протопорфирине). Образовавшийся во всех этих клет-

ках билирубин поступает в печень, откуда вместе с желчью попадает

в желчный пузырь (см. главу 16). Билирубин, образовавшийся в клетках

системы макрофагов, называется свободным, или непрямым, билирубином,

поскольку вследствие плохой растворимости в воде он легко адсорбируется

на белках плазмы крови и для его определения в крови необходимо

предварительное осаждение белков спиртом. После этого билирубин всту-

пает во взаимодействие с диазореактивом Эрлиха.

В крови взрослого здорового человека содержится относительно по-

стоянное количество общего билирубина – от 4 до 26 мкмоль/л, в среднем

507

Гемоксигеназа

(дециклизующая)

Гем (в составе гемоглобина)

Гем (в составе вердоглобина)

Биливердин

Биливердинредуктаза

НАДФН

 + Н

+

НАДФ

+

Билирубин

15 мкмоль/л. Около 75% этого количества приходится на долю непрямого

билирубина. Повышение его концентрации в крови до 35 мкмоль/л при-

водит к желтухе. Более высокий уровень билирубина в крови вызывает

явления тяжелого отравления. Непрямой билирубин, поступая с током

крови в печень, подвергается обезвреживанию путем связывания с глюку-

роновой кислотой. В этом процессе принимают участие особый фермент

УДФ-глюкуронилтрансфераза и УДФ-глюкуроновая кислота, являющаяся

донором глюкуроновой кислоты. При этом к билирубину присоединяются

2 остатка глюкуроновой кислоты с образованием сравнительно индиф-

ферентного комплекса – билирубин-диглюкуронида, хорошо растворимого

в воде и дающего прямую реакцию с диазореактивом. В желчи всегда

присутствует прямой билирубин. В крови количество прямого и непрямого

билирубина, а также соотношение между ними резко меняются при по-

ражениях печени, селезенки, костного мозга, болезнях крови и т.д., поэтому

определение содержания обеих форм билирубина в крови имеет существен-

ное значение при дифференциальной диагностике различных форм желтухи.

При желчнокаменной болезни в составе желчных камней наряду с основным

их компонентом – холестерином всегда обнаруживается непрямой били-

рубин. Вследствие плохой растворимости в воде он выпадает в осадок

в желчном пузыре в виде билирубината кальция, участвующего в фор-

мировании камней.

Дальнейшая судьба желчных пигментов, точнее билирубина, связана

с их превращениями в кишечнике под действием бактерий. Сначала глю-

куроновая кислота отщепляется от комплекса с билирубином и осво-

бодившийся билирубин подвергается восстановлению в стеркобилиноген,

который выводится из кишечника. В сутки человек выделяет около 300 мг

стеркобилиногена. Последний легко окисляется под действием света и

воздуха в стеркобилин. Механизм бактериальных превращений билирубина

до стеркобилина до конца еще не расшифрован. Имеются данные, что

промежуточными продуктами восстановления являются последовательно

мезобилирубин и мезобилиноген (уробилиноген). После всасывания не-

большая часть мезобилиногена поступает через воротную вену в печень, где

подвергается разрушению с образованием моно- и дипиррольных соеди-

нений. Кроме того, очень небольшая часть стеркобилиногена после вса-

сывания через систему геморроидальных вен попадает в большой круг

кровообращения, минуя печень, и в таком виде выводится с мочой.

Однако называть его уробилиногеном не совсем точно (см. главу 18).

Суточное содержание стеркобилиногена в моче составляет около 4 мг, и,

пожалуй, именно стеркобилиноген является нормальной органической

составной частью мочи. Если с мочой выделяется повышенное содержание

уробилиногена (точнее, мезобилиногена), то это является свидетельством

недостаточности функции печени, например, при печеночной или гемо-

литической желтухе, когда печень частично теряет способность извлекать

этот пигмент из крови воротной вены. Химически уробилиноген (мезо-

билиноген) неидентичен стеркобилиногену (уробилиногену) мочи. Исчезно-

вение стеркобилиногена (уробилиногена) из мочи при наличии билирубина

и биливердина является свидетельством полного прекращения поступления

желчи в кишечник. Такое состояние часто наблюдается при закупорке

протока желчного пузыря (желчнокаменная болезнь) или общего желчного

протока (желчнокаменная болезнь, раковые поражения поджелудочной

железы и др.).

Таким образом, количественный и качественный анализ желчных пиг-

ментов в моче может представлять большой клинический интерес.

508