Kde sa syntetizuje hemoglobín? Erytropoéza a tvorba hemoglobínu

Syntéza hemoglobínu sa uskutočňuje synchrónnou produkciou polypeptidových reťazcov hemu a globínu, po ktorej nasleduje tvorba kompletnej molekuly. Substrátom pre tvorbu globínu sú aminokyseliny. Na syntéze hemu sa podieľa glycín, derivát kyseliny jantárovej sukcinyl-CoA, kyselina octová a železo. Syntéza hemoglobínu začína v normocytoch. S dozrievaním erytroidnej bunky sa znižuje počet polyzómov v cytoplazme a znižuje sa aj syntéza hemoglobínu. V retikulocytoch je stále možná syntéza hemoglobínu na ribozomálno-cytoplazmatickej úrovni. Zrelé erytrocyty nesyntetizujú hemoglobín.

Proces syntézy hemoglobínu v erytropoéze je spojený so spotrebou endogénneho železa. Nasledujúce proteínové zlúčeniny hrajú dôležitú úlohu v metabolizme endogénneho železa: transferín (siderofilín), feritín a hemosiderín.

transferín- špecifickým proteínom obsiahnutým v krvnej plazme je β-globulín s molekulovou hmotnosťou asi 80 000 D. Plní transportnú funkciu, zabezpečuje presun železa z črevnej sliznice a sínusov slezinového parenchýmu do kostnej drene, kde je využívané v procese erytropoézy.

feritín- vo vode rozpustný komplex hydroxidu železitého s bielkovinou apoferitín. Molekulová hmotnosť feritínu je asi 460 000 D, obsah železa je asi 20 % jeho hmotnosti.

hemosiderín zložením blízky feritínu, obsah železa v ňom je asi 30 % celkovej hmotnosti molekuly hemosiderínu. Hlavnými miestami ukladania hemosiderínu sú kostná dreň, pečeň a slezina.

Telo zdravého dospelého človeka obsahuje vo všeobecnosti asi 3-5 g endogénneho železa a erytrónový fond obsahuje asi 60-70% a zásoby železa (feritín a hemosiderín vnútorných orgánov) sú 30-40%. Zloženie transferínu obsahuje asi 3-4 mg železa, enzýmy rôznych orgánov a tkanív obsahujú asi 150 mg železa.

Obsah endogénneho železa v organizme je do značnej miery určený stálosťou príjmu exogénneho železa. Tento proces je však prísne obmedzený; množstvo železa absorbovaného z potravy počas dňa aj pri jeho prudko zvýšenej potrebe nepresahuje 2,0-2,5 mg. Dôležité je nielen množstvo železa v danom produkte, ale aj forma jeho obsahu a podľa toho aj možnosť jeho vstrebávania z daného produktu. Železo sa nachádza v mnohých potravinách, rastlinných aj živočíšnych. Veľa železa obsahuje mäso, pečeň, obličky, strukoviny, sušené marhule, sušené slivky, hrozienka, ryža, chlieb, jablká. Z ryže sa však neabsorbuje viac ako 1 % železa a z ovocia nie viac ako 3 %. Veľa železa sa absorbuje z hovädzieho a najmä teľacieho mäsa - až 22%, z rýb - až 11%.

Potravinárske výrobky môžu obsahovať rôzne formy železa, ktoré je súčasťou hemu, feritín, hemosiderín, komplexné zlúčeniny s oxalátmi, fosfáty.

Železo, ktoré je súčasťou zlúčenín obsahujúcich hem, sa vstrebáva
oveľa lepšie ako feritín a hemosiderín.

Žalúdočný faktor, najmä normálna sekrécia HCl, má pri regulácii absorpcie železa obsiahnutého v potravinových produktoch vo forme trojmocnej zlúčeniny len pomocnú úlohu. Absorpcia železa v dvojmocnej forme, vrátane toho, ktoré je súčasťou hemu, prakticky nezávisí od stavu sekrečnej kapacity žalúdka. Ukázalo sa, že absorpcia železa je celkom uspokojivá aj v achilii. Tento názor však nemožno považovať za všeobecne akceptovaný, pretože podľa iných údajov kyselina chlorovodíková zabezpečuje stabilizáciu železnatého železa v gastrointestinálnom trakte, podporuje tvorbu ľahko stráviteľných komplexných zlúčenín železa.

K aktivácii absorpcie železa z čreva dochádza pri hypoxii, zvýšenej erytropoéze a znížení koncentrácie železa v krvnej plazme. Absorpcia železa sa zvyšuje pod vplyvom kyseliny askorbovej, jantárovej, pyrohroznovej, fruktózy, sorbitolu a alkoholu.

Črevná sliznica obsahuje enzým hemoxygenáza nevyhnutné pre rozklad molekuly hemu na bilirubín, oxid uhoľnatý a ionizované železo. Na povrchu enterocytov je špecifický receptorový proteín anoferitín, ktorý zabezpečuje väzbu železa, jeho vstup do enterocytov a vznik labilnej formy ukladania železa v epiteli sliznice čreva. Treba si uvedomiť, že v čreve sa vstrebáva iba železité železo a ak sa koncentrácia železnatého železa v čreve prudko zvýši, zodpovedajúcim spôsobom sa zvýši aj proces jeho vstrebávania. Trojmocné železo v čreve sa prakticky neabsorbuje.

Hlavným miestom ukladania železa je pečeň a formami ukladania sú feritín a hemosiderín.

Obsah železa v krvnom sére má za normálnych podmienok široký rozsah kolísania - od 70 do 170 μg% (12,5-30,4 μmol / l). Schopnosť viazať železo v krvnom sére sa normálne pohybuje od 30,6 do 84,6 µmol/l (70-470 µg/%). Schopnosť viazať železo v krvnom sére sa chápe ako množstvo železa, ktoré sa môže viazať na transferín.

Straty železa z tela sa vyskytujú rôznymi spôsobmi: stolicou, močom, potom, kožným epitelom a asi 0,1 mg železa sa stratí močom, asi 0,2-0,3 mg kožným epitelom a potom stolicou - asi 0,4 mg/deň. Je známe, že železo stratené výkalmi zahŕňa železo z deskvamujúceho črevného epitelu, žlčové železo a exogénne železo neabsorbované z potravinových produktov. Priemerná denná strata železa u mužov a žien bez menštruácie sa odhaduje na približne 1 mg. Podľa rôznych autorov sa strata železa u žien počas jednej menštruácie môže značne líšiť - od 2 do 73 mg.

Hemoglobín sa syntetizuje v bunkách kostnej drene. Všetky zložky potrebné na syntézu hemoglobínu prichádzajú s krvným obehom.

Proteínová časť molekuly je syntetizovaná, ako všetky jednoduché proteíny, z aminokyselín matricovým spôsobom.

Syntéza hemu prebieha v niekoľkých fázach pod vplyvom rôznych enzýmov:

1. Najprv dochádza k tvorbe kyseliny delta-aminolevulínovej. Táto reakcia nastáva ako výsledok kondenzácie sukcinyl-CoA a glycínu v mitochondriách pôsobením enzýmu aminolevulinátsyntetázy.

2. V cytoplazme prebieha nasledujúca reakcia. Porfobilinogén vzniká ako výsledok kondenzačnej reakcie dvoch molekúl delta-aminolevulínových kyselín.

3. Potom, ako výsledok viacstupňových reakcií, štyri monopyrolové molekuly porfobilinogénu vytvoria protoporfyrín IX, ktorý je priamym prekurzorom hemu.

4. Protoporfyrín IX viaže molekulu železa (reakcia prebieha pod vplyvom enzýmu hemsyntetázy alebo ferochelatázy) a vzniká hém, ktorý sa potom využíva na biosyntézu všetkých hemoproteínov. Oba enzýmy zapojené do syntézy PBG sú regulované, sú inhibované hemom a Hb. Preto sa hem netvorí v nadbytku alebo nedostatku. Proteínová časť Hb sa tiež tvorí striktne v určitom množstve, pretože k jeho syntéze môže dôjsť iba v prítomnosti témy a výsledné polypeptidové reťazce sú okamžite spojené s hemom. Pri nízkej koncentrácii hemu, keď je narušená jeho syntéza, sa spomaľuje aj tvorba hemoglobínu.

Každý z výsledných globínových polypeptidových reťazcov je pripojený k hému tresky, čím sa vytvorí hemoglobálny monomér. 4 takéto multiméry sa spoja za vzniku hemoglobínu.

Hlavnou funkciou hemoglobínu je transport kyslíka z pľúc do tkanív a transport oxidu uhličitého z tkanív do pľúc, pričom sa podieľa na udržiavaní pH krvi. Hemoglobín plní svoje funkcie iba ako súčasť erytrocytu. Životnosť erytrocytu je 110-120 dní. Erytrocyt potom podlieha hemolýze

3. Rozklad hemoglobínu. Konverzia bilirubínu v gastrointestinálnom trakte. Voľný a viazaný bilirubín. Vlastnosti .

Počas hemolýzy erytrocytov sa hemoglobín dostáva do krvného obehu a spája sa s proteínom haptoglobínom, vo forme hemoglobín-haptoglobínového komplexu (Hp-Hb) je transportovaný do buniek makrofágovo-monocytového systému (MMS): sú to Kupfferove bunky pečeň, bunky lymfatických uzlín, slezina, Peyerove pláty v čreve.

Proces začína oxidačným štiepením metínového mostíka medzi prvým a druhým pyrolovým kruhom a vzniká verdoglobín. Potom sa z verdoglobínu odštiepi globín a železo a vznikne biliverdin (zelený), látka lineárnej štruktúry. Železo sa spája s b-globulínmi a vo forme transferínu sa dostáva do pečene a sleziny, kde sa ukladá vo forme feritínu. Globín sa rozkladá rovnakým spôsobom ako všetky jednoduché bielkoviny na aminokyseliny.

Biliverdin je obnovený pomocou NADPH 2 na nekonjugovaný,

voľný bilirubín, ktorý je nerozpustný vo vode a je toxickou zlúčeninou. Voľný bilirubín opúšťa MMC bunky, viaže sa na

albumínu a vstupuje do hepatocytov. V krvi sa nazýva nepriamy, pretože nereaguje s Ehrlichovým činidlom okamžite, ale po pridaní kofeínového činidla alebo alkoholu do krvného séra na vyzrážanie proteínu.

V Kupfferových bunkách pečene tiež začína rozklad hemoglobínu

tvorba verdoglobínu, potom biliverdin. V pečeni sa nepriamy bilirubín neutralizuje v hepatocytoch konjugačnou reakciou, pričom sa kombinuje s jednou alebo dvoma molekulami kyseliny glukurónovej, čím sa vytvorí mono- alebo diglukuronid bilirubínu. Takýto bilirubín sa nazýva konjugovaný a

prepojené a priame. Tento bilirubín sa dobre rozpúšťa vo vode a nemá toxické vlastnosti. Biliverdin a priamy bilirubín sa zhromažďujú v žlčníku, čím dodávajú žlči olivovú farbu, a preto sa označujú ako žlčové pigmenty. Žlč vstupuje do tenkého čreva, ale v žlčovode sa priamy bilirubín, ktorý stráca glukurónové kyseliny, opäť mení na nepriamy bilirubín. Biliverdin prechádza celým črevom bez zmeny jeho chemickej štruktúry a odstraňuje sa výkalmi, pričom sa farbí do zelenkastej farby, t.j. je to pigment stolice. A nepriamy bilirubín sa v čreve redukuje na mezobilinogén (urobilinogén), ktorého časť sa vstrebáva do portálnej žily a vracia sa do pečene, kde sa rozkladá na bezfarebné mono- a dipyroly. Posledne menované sa vylučujú obličkami spolu s močom.

Väčšina mezobilinogénu sa dostáva do hrubého čreva, kde pod

na sterkobilinogén sa obnoví vplyv enzýmov mikroorganizmov. Časť sterkobilinogénu, ktorá sa absorbuje do krvi cez hemoroidné žily, vstupuje do obličiek. V moči sa pôsobením svetla a vzduchu sterkobilinogén oxiduje na sterkobilín, ktorý dáva moču žltú farbu, t.j. je pigment v moči. Zvyšok sterkobilinogénu sa oxiduje v hrubom čreve na svetle na sterkobilín a spolu s biliverdínom je pigmentom stolice, vďaka čomu má hnedozelenú farbu.

Dojčatá nemajú v črevách hnilobné baktérie, takže

bilirubín sa nepremieňa na sterkobilinogén a ako taký sa vylučuje. V súlade s tým je farba výkalov u detí spôsobená biliverdínom a bilirubínom (žlto-zelená).

U detí v prvých troch mesiacoch embryonálneho obdobia sa tvorí embryonálny hemoglobín. Potom sa premení na fetálny (hemoglobín F), ktorý dominuje až do narodenia dieťaťa. Po narodení, počas prvého mesiaca života, sa fetálny hemoglobín postupne nahrádza hemoglobínom dospelých (hemoglobín A), ktorý sa líši zložením polypeptidových reťazcov. Fetálny a fetálny hemoglobín majú vyššiu afinitu ku kyslíku ako hemoglobín dospelých.

Hem je protetická skupina mnohých proteínov: hemoglobín, myoglobín, cytochrómy mitochondriálneho CPE, cytochróm P 450 podieľajúci sa na mikrozomálnej oxidácii. Enzýmy kataláza, peroxidáza, cytochrómoxidáza obsahujú ako koenzým hém.

Všetky bunky tela majú proteíny obsahujúce hem, a preto k syntéze hemu dochádza vo všetkých bunkách, s výnimkou erytrocytov, ktoré, ako je známe, nemajú systém syntetizujúci proteíny.

Rozkladom hemu v RES bunkách vzniká žlčový pigment bilirubín. Ďalší katabolizmus bilirubínu v pečeni, črevách a obličkách vedie k tvorbe konečných produktov rozkladu hemu stercobilínu a urobilínu, ktoré sú obsiahnuté vo výkaloch a moči. Železo uvoľnené pri rozklade hemu sa zase využíva na syntézu bielkovín s obsahom železa.

I. ŠTRUKTÚRA A BIOSYNTÉZA HEMA a. štruktúra hemu

Hém pozostáva zo železnatého iónu a porfyrínu (obr. 13-1). Štruktúra porfyrínov je založená na porfíne. Porphin pozostáva zo štyroch pyrolových kruhov spojených meténovými mostíkmi (obr. 13-1). V závislosti od štruktúry substituentov v pyrolových kruhoch sa rozlišuje niekoľko typov porfyrínov: protoporfyríny, etioporfyríny, mezoporfyríny a koproporfyríny. Protoporfyríny sú prekurzormi všetkých ostatných typov porfyrínov.

Hémy rôznych proteínov môžu obsahovať rôzne typy porfyrínov (pozri časť 6). Hem hemoglobínu obsahuje protoporfyrín IX, ktorý má 4 metylové, 2 vinylové radikály a 2 zvyšky kyseliny propiónovej. Železo v heme je v redukovanom stave (Fe +2) a je viazané dvoma kovalentnými a dvoma koordinačnými väzbami na atómy dusíka pyrolových kruhov. Keď sa železo oxiduje, premieňa sa hém

na hematín (Fe 3 +). Najväčšie množstvo hemu obsahujú erytrocyty naplnené hemoglobínom, svalové bunky myoglobínom a pečeňové bunky kvôli vysokému obsahu cytochrómu P 450 v nich.

b. biosyntéza hemu

Hém sa syntetizuje vo všetkých tkanivách, ale v najvyššej miere v kostnej dreni a pečeni (obr. 13-2). V kostnej dreni je hem potrebný na syntézu hemoglobínu v retikulocytoch, v hepatocytoch - na tvorbu cytochrómu P 450.

Prvá reakcia syntézy hemu - tvorba kyseliny 5-aminolevulínovej z glycínu a sukcinyl-CoA (obr. 13-3) prebieha v mitochondriálnej matrici, kde sa tvorí jeden zo substrátov tejto reakcie, sukcinyl-CoA. CTC. Táto reakcia je katalyzovaná pyridoxal-dependentným enzýmom 5-aminolevulinátsyntázou.

Z mitochondrií sa kyselina 5-aminolevulová dostáva do cytoplazmy. V cytoplazme prebiehajú medzistupne syntézy hemu: spojenie 2 molekúl kyseliny 5-aminolevulínovej na molekulu porfobilinogénu (obr. 13-4), deaminácia porfobilinogénu za vzniku hydroxymetylbilánu, enzymatická premena hydroxymetylbilánu na molekulu uroporfobilinogénu III, dekarboxylácia uroporfobilinogénu III za vzniku koproporfyrinogénu III. Hydroxymetylbilán môže byť tiež neenzymaticky premenený na uroporfyrinogén I, ktorý sa dekarboxyluje na koproporfyrinogén I. Z cytoplazmy sa koproporfyrinogén III opäť dostáva do mitochondrií, kde prebiehajú finálne reakcie syntézy hemu. V dôsledku dvoch po sebe nasledujúcich oxidačných reakcií sa koproporfyrinogén III premieňa na protoporfyrinogén IX a protoporfyrinogén IX na protoporfyrín IX. Enzým ferrochelatáza, viažuci dvojmocné železo na protoporfyrín IX, ho mení na hém (obr. 13-2). Zdrojom železa pre syntézu hemu je proteín ukladajúci železo feritín. Syn-

Ryža. 13-1. Štruktúra porfínu (A), protoporfyrínu IX (B) a hemu hemoglobínu (C). Porphin je cyklická štruktúra pozostávajúca zo štyroch pyrolových kruhov spojených meténovými mostíkmi. Protoporfyrín IX má štyri metylové, dva vinylové radikály a dva zvyšky kyseliny propiónovej. V heme hemoglobínu tvorí Fe 2+ dve kovalentné a dve koordinačné väzby s atómami dusíka pyrolových kruhov protoporfyrínu IX.

syntetizovaný hem sa spája s α- a β-po-lipepeptidovými reťazcami globínu za vzniku hemoglobínu. Hem reguluje syntézu globínu: so znížením rýchlosti syntézy hemu je syntéza globínu v retikulocytoch inhibovaná.

B. REGULÁCIA HEMU BIOSYNTÉZY

Regulačná reakcia syntézy hemu je katalyzovaná pyridoxal-dependentným enzýmom 5-aminolevulinátsyntázou. Reakčná rýchlosť je regulovaná alostericky a na úrovni translácie enzýmu.

Hem je alosterický inhibítor a korepresor syntézy 5-aminolevulinát syntázy (obr. 13-5).

V retikulocytoch je syntéza tohto enzýmu v štádiu translácie regulovaná železom. V mieste iniciácie mRNA kódujúcej enzým sa nachádza sekvencia nukleotidov, ktorá tvorí vlásenkovú slučku, ktorá sa nazýva prvok citlivý na železo (z angl. prvok reagujúci na železo, IRE) (obr. 13-6).

Pri vysokých koncentráciách železa v bunkách tvorí komplex s cysteínovými zvyškami regulačného proteínu viažuceho železo. Interakcia železa s regulačným proteínom viažucim železo spôsobuje zníženie afinity tohto proteínu k IRE elementu mRNA kódujúcej 5-aminolevulinát syntázu a pokračovanie translácie (obr. 13-6, A). Pri nízkych koncentráciách železa, viazanie železa

Ryža. 13-2. Syntéza hemu.Čísla v diagrame označujú enzýmy: 1 - 5-aminolevulinát syntáza; 2 - 5-aminol-vulinát dehydratáza; 3 - porfobilinogén deamináza; 4 - kosyntáza uroporfyrinogénu III; 5 - dekarboxyláza génu uroporfyrínu; 6 - koproporfyrinogén III oxidáza; 7 - protoporfyrinogén oxidáza; 8 - ferochelatáza. Písmená označujú substituenty v pyrolových kruhoch: M - metyl, B - vinyl, P - zvyšky kyseliny propiónovej, A - acetyl, PF - pyridoxalfosfát. Feritín, proteín, ktorý ukladá železo v bunkách, slúži ako donor železa.

Ryža. 13-3. Reakcia tvorby kyseliny 5-aminolevulínovej.

proteín sa pripojí k prvku citlivému na železo umiestnenému na 5'-netranslatovanom konci mRNA a translácia 5-aminolevulinátsyntázy je inhibovaná (obr. 13-6, B).

5-Aminolevulinátdehydratáza je tiež alostericky inhibovaná hemom, ale keďže aktivita tohto enzýmu je takmer 80-krát vyššia ako aktivita 5-aminolevulinátsyntázy, má to malý fyziologický význam.

Ryža. 13-4. Reakcia tvorby porfobilinogénu.

Ryža. 13-5. Regulácia syntézy hemu a hemoglobínu. Hem na princípe negatívnej spätnej väzby inhibuje 5-aminolevulinátsyntázu a 5-aminolevulinátdehydratázu a je induktorom translácie α- a β hemoglobínové reťazce.

Ryža. 13-6. Regulácia syntézy aminolevulinátsyntázy. A - pri vysokej koncentrácii železa v retikulocytoch sa viaže na proteín viažuci železo a znižuje afinitu tohto proteínu k prvku citlivému na železo (IRE) messenger RNA kódujúcej 5-aminolevulinát syntázu. Proteínové iniciačné faktory translácie sa viažu na mRNA a iniciujú transláciu 5-aminolevulinát syntázy. B - s nízkym obsahom železa v retikulocytoch, proteín viažuci železo má vysokú afinitu k IRE a interaguje s ním. Proteínové iniciačné faktory translácie sa nemôžu pripojiť k mRNA a translácia sa zastaví.

Nedostatok pyridoxalfosfátu a liečiv, ktoré sú jeho štruktúrnymi analógmi, znižujú aktivitu 5-amino-levulinátsyntázy.

D. PORUCHY V BIOSYNTÉZE HEMA. PORFYRIA

Dedičné a získané poruchy syntézy hemu, sprevádzané zvýšením obsahu porfyrinogénov, ako aj ich oxidačných produktov v tkanivách a krvi a ich výskytom v moči, sa nazývajú porfýrie („porfyrín“ v gréčtine znamená fialová). Moč pacientov je červená.

Dedičné porfýrie sú spôsobené genetickými defektmi príslušných enzýmov

pri syntéze hemu, s výnimkou 5-aminolevulinátsyntázy. Pri týchto ochoreniach je zaznamenaný pokles tvorby hemu. Keďže hem je alosterický inhibítor 5-aminolevulinátsyntázy, aktivita tohto enzýmu sa zvyšuje, čo vedie k akumulácii medziproduktov syntézy hemu - kyseliny 5-aminolevulínovej a porfyrinogénov.

V závislosti od hlavnej lokalizácie patologického procesu sa rozlišujú hepatálne a erytropoetické dedičné porfýrie. Erytropoetické porfýrie sú sprevádzané akumuláciou porfyrínov v normoblastoch a erytrocytoch a pečeňové porfýrie - v hepatocytoch.

Pri ťažkých formách porfýrie sa pozorujú neuropsychické poruchy, dysfunkcie RES a poškodenie kože. Porfyrinogény nie sú farbené a nefluoreskujú, ale na svetle sa ľahko menia na porfyríny. Posledne menované vykazujú intenzívnu červenú fluorescenciu pod ultrafialovým svetlom. V koži na slnku v dôsledku interakcie s porfyrínmi prechádza kyslík do singletového stavu. Singletový kyslík spôsobuje zrýchlenie peroxidácie lipidov bunkových membrán a deštrukciu buniek, preto sú porfýrie často sprevádzané fotosenzitivitou a ulceráciou exponovaných oblastí kože. Neuropsychiatrické poruchy pri porfýriách sú spojené so skutočnosťou, že 5-aminolevulinát a porfyrinogény sú neurotoxíny.

Niekedy pri miernych formách dedičných porfýrií môže byť ochorenie asymptomatické, ale užívanie liekov, ktoré sú induktormi syntézy 5-aminolevulinátsyntázy, môže spôsobiť exacerbáciu ochorenia. Induktory syntézy 5-aminolevulinátsyntázy sú dobre známe liečivá, ako sú sulfónamidy, barbituráty, diklofenak, voltaren, steroidy, gestagény. V niektorých prípadoch sa príznaky ochorenia prejavia až v puberte, kedy zvýšená tvorba β-steroidov spôsobí indukciu syntézy 5-aminolevulinátsyntázy. Porfýria sa pozoruje aj v prípade otravy soľami olova, pretože olovo inhibuje 5-aminolevulinát dehydratázu a ferrochelatázu. Niektoré herbicídy a insekticídy obsahujúce halogén sú induktormi syntézy 5-aminolevulinátsyntázy, takže ich požitie je sprevádzané príznakmi porfýrie.

II. VÝMENA ŽELEZA

Telo dospelého človeka obsahuje 3-4 g železa, z toho len asi 3,5 mg

je v krvnej plazme. Hemoglobín má približne 68% železa v celom tele, feritín - 27%, myoglobín - 4%, transferín - 0,1%, Všetky enzýmy obsahujúce železo tvoria iba 0,6% železa prítomného v tele. Zdrojom železa v biosyntéze bielkovín obsahujúcich železo sú potravinové železo a železo uvoľňované pri neustálom rozklade erytrocytov v bunkách pečene a sleziny.

V neutrálnom alebo alkalickom prostredí je železo v oxidovanom stave - Fe 3+, vytvára veľké, ľahko agregujúce komplexy s OH -, inými aniónmi a vodou. Pri nízkych hodnotách pH sa železo redukuje a ľahko disociuje. Proces redukcie a oxidácie železa zabezpečuje jeho prerozdelenie medzi makromolekuly v organizme. Ióny železa majú vysokú afinitu k mnohým zlúčeninám a tvoria s nimi chelátové komplexy, čím sa menia vlastnosti a funkcie týchto zlúčenín, takže transport a ukladanie železa v tele zabezpečujú špeciálne proteíny. V bunkách sa železo ukladá proteínom feritín, v krvi je transportované proteínom transferínom.

a. vstrebávanie železa v čreve

V potravinách je železo najmä v oxidovanom stave (Fe 3+) a je súčasťou bielkovín alebo solí organických kyselín. Uvoľňovanie železa zo solí organických kyselín uľahčuje kyslé prostredie žalúdočnej šťavy. Najväčšie množstvo železa sa vstrebáva v dvanástniku. Kyselina askorbová obsiahnutá v potrave obnovuje železo a zlepšuje jeho vstrebávanie, keďže do buniek črevnej sliznice vstupuje iba Fe 2+. Denné množstvo potravy zvyčajne obsahuje 15 – 20 mg železa a z tohto množstva sa vstrebe len asi 10 %. Telo dospelého človeka stráca asi 1 mg železa denne.

Množstvo železa, ktoré sa absorbuje do buniek črevnej sliznice, spravidla prevyšuje potreby tela. Tok železa z enterocytov do krvi závisí od rýchlosti syntézy apoferitínového proteínu v nich. Apoferitín „zachytáva“ železo v enterocytoch a mení sa na feritín, ktorý zostáva v enterocytoch. Týmto spôsobom sa zníži prietok

uvoľňovanie železa do krvných kapilár z črevných buniek. Keď je potreba železa nízka, rýchlosť syntézy apoferitínu sa zvyšuje (pozri nižšie „Regulácia vstupu železa do buniek“). Neustále vylučovanie buniek sliznice do lúmenu čreva oslobodzuje telo od prebytočného železa. Pri nedostatku železa v tele sa apoferitín takmer nesyntetizuje v enterocytoch. Železo prichádzajúce z enterocytov do krvi transportuje proteín krvnej plazmy transferín (obr. 13-7).

B. TRANSPORT ŽELEZA V KRVNEJ PLAZE A JEJ VSTUP DO BUNIEK

V plazme železo transportuje proteín transferín. Transferín je glykoproteín, ktorý sa syntetizuje v pečeni a viaže iba oxidované železo (Fe 3+). Železo vstupujúce do krvného obehu je oxidované enzýmom ferroxidázou, známym ako plazmatický proteín ceruloplazmín obsahujúci meď. Jedna molekula transferínu môže viazať jeden alebo dva ióny Fe 3+, ale súčasne s aniónom CO 3 2- za vzniku komplexu transferínu-2 (Fe 3+ -CO 3 2-). Normálne je krvný transferín nasýtený železom približne na 33 %.

Transferín interaguje so špecifickými receptormi bunkovej membrány.

V dôsledku tejto interakcie vzniká v cytosóle bunky komplex Ca 2+ -kalmodulín-PKC, ktorý fosforyluje transferínový receptor a spôsobuje tvorbu endozómu. ATP-dependentná protónová pumpa umiestnená v endozómovej membráne vytvára v endozóme kyslé prostredie. V kyslom prostredí endozómu sa z transferínu uvoľňuje železo. Potom sa komplex receptor-apotransferín vracia na povrch plazmatickej membrány bunky. Pri neutrálnej hodnote pH extracelulárnej tekutiny apotransferín mení svoju konformáciu, oddeľuje sa od receptora, dostáva sa do krvnej plazmy a stáva sa opäť schopným viazať ióny železa a zapájať sa do nového cyklu svojho transportu do bunky. Železo v bunke sa používa na syntézu proteínov obsahujúcich železo alebo sa ukladá do proteínu feritínu.

Feritín je oligomérny proteín s molekulovou hmotnosťou 500 kD. Pozostáva z ťažkých (21 kD) a ľahkých (19 kD) polypeptidových reťazcov, ktoré tvoria 24 protomérov. Odlišná sada protomérov vo feritínovom oligoméri určuje tvorbu niekoľkých izoforiem tohto proteínu v rôznych tkanivách. Feritín je dutá guľa, ktorá môže obsahovať až 4500 železitých iónov, ale zvyčajne obsahuje menej ako 3000. Ťažké reťazce

Ryža. 13-7. Vstup exogénneho železa do tkanív. V črevnej dutine sa železo uvoľňuje z bielkovín a solí organických kyselín v potravinách. Vstrebávanie železa podporuje kyselina askorbová, ktorá železo obnovuje. V bunkách črevnej sliznice sa nadbytok vstupujúceho železa spája s proteínom apoferitín za vzniku feritínu, zatiaľ čo feritín oxiduje Fe2+ na Fe3+. Vstup železa z buniek črevnej sliznice do krvi je sprevádzaný oxidáciou železa enzýmom ferrooxidázou v krvnom sére. V krvi Fe3+ transportuje sérový proteín transferín. V tkanivách sa Fe2+ používa na syntézu proteínov obsahujúcich železo alebo sa ukladá do feritínu.

feritín oxiduje Fe 2+ na Fe 3+. Železo vo forme hydroxidfosfátu sa nachádza v strede gule, ktorej obal tvorí bielkovinová časť molekuly. Vstupuje a uvoľňuje sa cez kanály prenikajúce cez proteínový obal apoferitínu, ale železo sa môže ukladať aj v proteínovej časti molekuly feritínu. Feritín sa nachádza takmer vo všetkých tkanivách, ale v najväčšom množstve v pečeni, slezine a kostnej dreni. Nepodstatná časť feritínu sa vylučuje z tkanív do krvnej plazmy. Keďže tok feritínu do krvi je úmerný jeho obsahu v tkanivách, koncentrácia feritínu v krvi je dôležitým diagnostickým indikátorom zásob železa v tele pri anémii z nedostatku železa. Metabolizmus železa v organizme je znázornený na obr. 13-8.

C. REGULÁCIA PRÍJMU ŽELEZA DO BUNIEK

Obsah železa v bunkách je určený pomerom rýchlosti jeho vstupu, využitia a ukladania a je riadený dvoma molekulárnymi mechanizmami. Rýchlosť vstupu železa do neerytroidných buniek závisí od množstva proteínov transferínového receptora v ich membráne. Prebytok železa v bunkách ukladá feritín. Syntéza apoferitínových a transferínových receptorov je regulovaná na úrovni translácie týchto proteínov a závisí od obsahu železa v bunke.

Na neprekladanom 3'-konci mRNA transferínového receptora a na nepreloženom 5'-konci mRNA apoferitínu sa nachádzajú vlásenkové slučky - prvky IRE citlivé na železo (obr. 13-9 a 13-10). Navyše mRNA transferového receptora

Ryža. 13-8. Metabolizmus železa v tele.

Ryža. 13-9. Regulácia syntézy apoferitínu. A - s poklesom obsahu železa v bunke má proteín viažuci železo vysokú afinitu k IRE a interaguje s ním. To zabraňuje pripojeniu proteínových faktorov iniciácie translácie k mRNA kódujúcej apoferitín a syntéza apoferitínu sa zastaví; B - so zvýšením obsahu železa v bunke interaguje s proteínom viažucim železo, v dôsledku čoho klesá afinita tohto proteínu k IRE. Proteínové iniciačné faktory translácie sa pripájajú k mRNA kódujúcej apoferitín a iniciujú transláciu apoferitínu.

rina má 5 slučiek, zatiaľ čo apoferitínová mRNA má iba 1.

Tieto oblasti mRNA môžu interagovať s regulačným proteínom viažucim IRE. Pri nízkych koncentráciách železa v bunke sa proteín viažuci IRE viaže na apoferitínovú mRNA IRE a zabraňuje pripojeniu proteínových faktorov iniciujúcich transláciu (obr. 13-9, A). Výsledkom je zníženie rýchlosti translácie apoferitínu a jeho obsahu v bunke. Súčasne pri nízkych koncentráciách železa v bunke sa proteín viažuci IRE viaže na prvok mRNA transferínového receptora citlivého na železo a zabraňuje jeho deštrukcii enzýmom RNáza (obr. 13-10, A). To spôsobuje zvýšenie počtu receptorov

transferínu a urýchlenie vstupu železa do buniek.

So zvýšením obsahu železa v bunke v dôsledku jeho interakcie s proteínom viažucim IRE dochádza k oxidácii SH skupín aktívneho centra tohto proteínu a znižuje sa afinita k prvkom mRNA citlivým na železo. To vedie k dvom dôsledkom:

Najprv sa urýchli translácia apoferitínu (obr. 13-9, B);

Po druhé, proteín viažuci IRE uvoľňuje vlásenkové slučky mRNA transferínového receptora a je zničený enzýmom RNáza, v dôsledku čoho sa rýchlosť syntézy transferínového receptora znižuje (obr. 1310, B). Urýchlenie syntézy apoferitínu a inhibícia syntézy trans-

Ryža. 13-10. Regulácia syntézy transferínových receptorov. A - pri nízkom obsahu železa v bunke má proteín citlivý na železo vysokú afinitu k IRE mRNA kódujúcej proteín receptora transferínu. Pripojenie proteínu viažuceho železo na mRNA IRE zabraňuje jeho deštrukcii RNázou a pokračuje syntéza proteínu receptora transferínu; B - Pri vysokom obsahu železa v bunke klesá afinita proteínu viažuceho železo k IRE a mRNA sa stáva dostupnou pre pôsobenie RNázy, ktorá ju hydrolyzuje. Deštrukcia mRNA vedie k zníženiu syntézy proteínu transferínového receptora.

ferrín spôsobiť zníženie obsahu

železo v bunke. Vo všeobecnosti tieto mechanizmy regulujú obsah železa v bunkách a jeho využitie na syntézu bielkovín obsahujúcich železo.

D. PORUCHY METABOLIZMU ŽELEZA

Anémia z nedostatku železa sa môže vyskytnúť pri opakovanom krvácaní, tehotenstve, častom pôrode, vredoch a nádoroch.

Gastrointestinálny trakt, po operáciách na gastrointestinálnom trakte. Pri anémii z nedostatku železa klesá veľkosť erytrocytov a ich pigmentácia (hypochromické erytrocyty malých rozmerov). V erytrocytoch klesá obsah hemoglobínu, klesá saturácia transferínu železom a znižuje sa koncentrácia feritínu v tkanivách. Dôvodom týchto zmien je nedostatok železa v organizme, v dôsledku čoho sa znižuje syntéza hemu a feritínu v neerytroidných tkanivách a hemoglobínu v erytroidných bunkách.

Hemochromatóza. Keď množstvo železa v bunkách presiahne objem feritínového depotu, železo sa ukladá v proteínovej časti molekuly feritínu. V dôsledku tvorby takýchto amorfných usadenín prebytočného železa sa feritín premieňa na hemosiderín. Hemosiderín je slabo rozpustný vo vode a obsahuje až 37 % železa. Hromadenie granúl hemosiderínu v pečeni, pankrease, slezine vedie k poškodeniu týchto orgánov - hemochromatóze. Hemochromatóza môže byť spôsobená dedičným zvýšením absorpcie železa v čreve, zatiaľ čo obsah železa v tele pacienta môže dosiahnuť 100 g Toto ochorenie sa dedí autozomálne recesívnym spôsobom a asi 0,5 % belochov je homozygotných pre hemochromatózu gén. Akumulácia hemosiderínu v pankrease vedie k deštrukcii β-buniek Langerhansových ostrovčekov a v dôsledku toho k diabetes mellitus. Ukladanie hemosiderínu v hepatocytoch spôsobuje cirhózu pečene av myokardiocytoch - zlyhanie srdca. Pacienti s dedičnou hemochromatózou sú liečení pravidelným odberom krvi, týždenne alebo raz za mesiac, v závislosti od závažnosti stavu pacienta. Časté krvné transfúzie môžu viesť k hemochromatóze, v týchto prípadoch sú pacienti liečení liekmi viažucimi železo.

III. HEMOGLOBÍNOVÝ KATABOLIZMUS

Erytrocyty majú krátku životnosť (približne 120 dní). Za fyziologických podmienok sa v tele dospelého človeka zničí asi 1-2x10 erytrocytov denne. K ich katabolizmu dochádza najmä v retikuloendoteliálnych bunkách sleziny, lymfatických uzlín, kostnej drene a pečene. So starnutím erytrocytov sa obsah sialových kyselín v zložení glykoproteínov plazmatickej membrány znižuje. Zmenené sacharidové zložky glykoproteínov membrán erytrocytov sú viazané receptormi RES buniek a erytrocyty sú do nich „ponorené“ endocytózou. Rozklad erytrocytov v týchto bunkách začína rozkladom hemoglobínu na hém a globín a následnou hydrolýzou bielkovinovej časti hemoglobínu lyzozómovými enzýmami.

A. KATABOLIZMUS HEMA

Prvá reakcia katabolizmu hemu nastáva za účasti NADPH-dependentného enzymatického komplexu hemoxygenáza. Enzýmový systém je lokalizovaný v ER membráne, v oblasti elektrónových transportných reťazcov mikrozomálnej oxidácie. Enzým katalyzuje štiepenie väzby medzi dvoma pyrolovými kruhmi obsahujúcimi vinylové zvyšky, čím odhaľuje štruktúru kruhu (obr. 13-11). Počas reakcie vzniká lineárny tetrapyrol - biliverdin(žltý pigment) a oxid uhoľnatý (CO), ktorý sa získava z uhlíka metenylovej skupiny. Hem indukuje transkripciu génu hem oxygenázy, ktorý je pre hem absolútne špecifický.

Ióny železa uvoľnené pri rozklade hemu môžu byť použité na syntézu nových molekúl hemoglobínu alebo na syntézu iných proteínov obsahujúcich železo. Biliverdin je redukovaný na bilirubín enzýmom závislým od NADPH biliverdin reduktázy. Bilirubín vzniká nielen rozkladom hemoglobínu, ale aj katabolizmom iných proteínov obsahujúcich hem, ako sú cytochrómy a myoglobín. Pri rozklade 1 g hemoglobínu sa vytvorí 35 mg bilirubínu a asi 250-350 mg bilirubínu denne u dospelého človeka. Ďalší metabolizmus bilirubínu prebieha v pečeni.

B. METABOLIZMUS BILIRUBÍNU

Bilirubín, tvorený v bunkách RES (slezina a kostná dreň), je zle rozpustný vo vode, transportuje sa krvou v kombinácii s bielkovinou krvnej plazmy albumínom. Táto forma bilirubínu sa nazýva nekonjugovaný bilirubín. Každá molekula albumínu viaže 2 (alebo dokonca 3) molekuly bilirubínu, z ktorých jedna je pevnejšie viazaná na proteín (vyššia afinita) ako ostatné. S posunom pH krvi na kyslú stranu (zvýšenie koncentrácie ketolátok, laktátu) sa mení náboj a konformácia albumínu a klesá afinita k bilirubínu. Preto môže byť bilirubín, voľne viazaný na albumín, vytesnený z väzbových centier a vytvárať komplexy s kolagénom extracelulárnej matrice a membránovými lipidmi. Množstvo liečivých zlúčenín súťaží s bilirubínom

Ryža. 13-11. Rozpad hemu. M-(-CH3)-metylová skupina; B - (-CH \u003d CH2) - vinylová skupina; zvyšok kyseliny P-(-CH2-CH2-COOH)-propiónovej. Počas reakcie sa jedna metylová skupina premení na oxid uhoľnatý a tým sa odhalí štruktúra kruhu. Vzniknutý biliverdín pôsobením biliverdínreduktázy sa premieňa na bilirubín.

vysokoafinitné, vysokoafinitné albumínové centrum.

Absorpcia bilirubínu parenchýmovými bunkami pečene

Komplex albumín-bilirubín, dodávaný krvným obehom do pečene, na povrchu

plazmatická membrána hepatocytu disociuje. Uvoľnený bilirubín tvorí dočasný komplex s lipidmi plazmatickej membrány. Uľahčenú difúziu bilirubínu do hepatocytov zabezpečujú dva typy nosných proteínov: ligandín (prenáša hlavné množstvo žlče

rubín) a proteín Z. Aktivita vychytávania bilirubínu hepatocytom závisí od rýchlosti jeho metabolizmu v bunke.

Ligandín a proteín Z sa nachádzajú aj v bunkách obličiek a čriev, preto pri nedostatočnej funkcii pečene dokážu kompenzovať oslabenie detoxikačných procesov v tomto orgáne.

Konjugácia bilirubínu v hladkej ER

V hladkej ER hepatocytov sú zvyšky kyseliny glukurónovej pripojené k bilirubínu - konjugačná reakcia. Bilirubín má 2 karboxylové skupiny, preto sa môže spájať s 2 molekulami kyseliny glukurónovej, čím vzniká konjugát, ktorý je vysoko rozpustný vo vode – bilirubín diglukuronid (konjugovaný alebo priamy bilirubín) (obr. 13-12).

Donorom kyseliny glukurónovej je UDP-glukuronát. Špecifické enzýmy, UDP-glukuronyltransferázy (uridíndifosfoglukuronyltransferázy) katalyzujú tvorbu mono- a diglukuronidov bilirubínu (obr. 13-13). Niektoré lieky, ako napríklad fenobarbital, slúžia ako induktory syntézy UDP-glukuronyltransferáz (pozri časť 12).

Sekrécia bilirubínu do žlče

Sekrécia konjugovaného bilirubínu do žlče sleduje mechanizmus aktívneho transportu, t.j. proti koncentračnému gradientu. Aktívny transport je pravdepodobne krokom obmedzujúcim rýchlosť v celom procese metabolizmu bilirubínu v pečeni. Normálny diglukuronid

Ryža. 13-12. Štruktúra bilirubindiglukuronidu (konjugovaný, "priamy" bilirubín). Kyselina glukurónová je éterovo viazaná na dva zvyšky kyseliny propiónovej za vzniku acylglukuronidu.

bilirubín je hlavnou formou vylučovania bilirubínu do žlče, ale nie je vylúčená prítomnosť malého množstva monoglukuronidu. Transport konjugovaného bilirubínu z pečene do žlče je aktivovaný rovnakými liekmi, ktoré môžu vyvolať konjugáciu bilirubínu. Dá sa teda povedať, že rýchlosť konjugácie bilirubínu a aktívny transport glukuronidu bilirubínu z hepatocytov do žlče sú navzájom prísne prepojené (obr. 13-14).

B. KATABOLIZMUS BILIRUBINDIGLUKURONIDU

V čreve sú prichádzajúce bilirubín-glukuronidy hydrolyzované špecifickými bakteriálnymi enzýmami β-glukuronidázami, ktoré hydrolyzujú väzbu medzi bilirubínom a zvyškom kyseliny glukurónovej. Zadarmo-

Ryža. 13-13. Tvorba bilirubín diglukuronidu.

Ryža. 13-14. Cyklus bilirubín-urobilinogén v pečeni. 1 - Katabolizmus Hb v retikuloendoteliálnych bunkách kostnej drene, sleziny, lymfatických uzlín; 2 - tvorba transportnej formy komplexu bilirubín-albumín; 3 - vstup bilirubínu do pečene; 4 - tvorba bilirubinglukuronidov;

5 - vylučovanie bilirubínu ako súčasti žlče do čreva;

6 - katabolizmus bilirubínu pôsobením črevných baktérií; 7 - odstránenie urobilinogénov s výkalmi; 8 - absorpcia urobilinogénov do krvi; 9 - asimilácia urobilinogénov pečeňou; 10 - vstup časti urobilinogénov do krvi a vylučovanie obličkami močom; 11 - malá časť urobilinogénov sa vylučuje do žlče.

bilirubín, ktorý pri tejto reakcii vznikol, sa pôsobením črevnej mikroflóry obnovuje za vzniku skupiny bezfarebných tetrapyrolových zlúčenín - urobilinogény(Obr. 13-15).

V ileu a hrubom čreve sa malá časť urobilinogénov opäť absorbuje, dostáva sa do pečene s krvou portálnej žily. Hlavná časť urobilinogénu z pečene v zložení žlče sa vylučuje do čreva a vylučuje sa

výkalmi z tela, časť urobilinogénu z pečene vstupuje do krvného obehu a je odstránená močom vo forme urobilínu (obr. 13-14). Za normálnych okolností sa väčšina bezfarebných urobilinogénov produkovaných v hrubom čreve pôsobením črevnej mikroflóry oxiduje v konečníku na hnedý pigment. urobilín a vylučuje sa výkalmi. Farba výkalov je spôsobená prítomnosťou urobilínu.

Ryža. 13-15.Štruktúra niektorých žlčových pigmentov. Mezobilinogén je medziproduktom katabolizmu bilirubínu v čreve.

iv. diagnostická hodnota

stanovenie koncentrácie bilirubínu v ľudských biologických tekutinách

V súčasnosti sa na stanovenie obsahu bilirubínu v sére (plazme) krvi používa metóda navrhnutá v roku 1916 Van der Bergom na stanovenie bilirubínu v krvnom sére, založená na diazoreakcii.

V normálnom stave je koncentrácia celkového bilirubínu v plazme 0,3-1 mg / dl (1,7-17 μmol / l), 75% celkového bilirubínu je v nekonjugovanej forme (nepriamy bilirubín). Na klinike sa konjugovaný bilirubín nazýva priamy, pretože je rozpustný vo vode a môže rýchlo interagovať s diazo činidlom za vzniku ružovej zlúčeniny - to je priama Van der Bergova reakcia. Nekonjugovaný bilirubín je hydrofóbny, preto je obsiahnutý v krvnej plazme v komplexe s albumínom a nereaguje s diazoreagentom, kým sa nepridá organické rozpúšťadlo, ako je etanol, ktoré vyzráža albumín. Nekonjugovaný bilirubín, ktorý reaguje s azofarbivom až po vyzrážaní proteínu, sa nazýva nepriamy bilirubín.

U pacientov s hepatocelulárnou patológiou sprevádzané predĺženým nárastom

koncentrácie konjugovaného bilirubínu v krvi sa nachádza tretia forma plazmatického bilirubínu, v ktorej je bilirubín kovalentne viazaný na albumín, a preto ho nemožno bežným spôsobom oddeliť. V niektorých prípadoch môže byť v tejto forme až 90 % celkového bilirubínu v krvi.

A. ŽLTAČKA

Príčinou hyperbilirubinémie môže byť zvýšená produkcia bilirubínu nad schopnosť pečene ho vylučovať, alebo poškodenie pečene vedúce k poruche sekrécie bilirubínu do žlče v normálnych množstvách. Hyperbilirubinémia je tiež zaznamenaná s blokádou žlčových ciest pečene.

Vo všetkých prípadoch sa zvyšuje obsah celkového bilirubínu v krvi. Keď sa dosiahne určitá koncentrácia, difunduje do tkanív a sfarbuje ich do žlta. Zožltnutie tkanív v dôsledku ukladania bilirubínu v nich sa nazýva žltačka. Klinicky sa žltačka nemusí objaviť, kým koncentrácia bilirubínu v krvnej plazme neprekročí hornú hranicu normy viac ako 2,5-násobne, t.j. nepresiahne 50 µmol/l.

1. Hemolytická (prehepatálna) žltačka

Je známe, že schopnosť pečene tvoriť glukuronidy a uvoľňovať ich do žlče je 3-4 krát vyššia ako ich tvorba za fyziologických podmienok. Hemolytická (prehepatálna) žltačka je výsledkom intenzívnej hemolýzy červených krviniek. Je to spôsobené nadmernou tvorbou bilirubínu, prekročením

schopnosť pečene ho vylučovať. Hemolytická žltačka sa vyvíja, keď je vyčerpaná rezervná kapacita pečene. Hlavnou príčinou suprahepatálnej žltačky je dedičná alebo získaná hemolytická anémia. Pri hemolytickej anémii spôsobenej sepsou, chorobou z ožiarenia, deficitom glukózo-6-fosfátdehydrogenázy erytrocytov, talasémiou, transfúziou nekompatibilných krvných skupín, otravou sulfónamidmi môže množstvo hemoglobínu uvoľneného z erytrocytov za deň dosiahnuť až 45 g

(v dávke 6,25 g), čo výrazne zvyšuje tvorbu bilirubínu. Hyperbilirubinémia u pacientov s hemolytickou žltačkou je spôsobená významným zvýšením (103-171 µmol/l) koncentrácie nekonjugovaného bilirubínu viazaného na albumín (nepriamy bilirubín) v krvi. Tvorba veľkého množstva bilirubinglukuronidov (priamy bilirubín) v pečeni a vstup do čreva vedie k zvýšenej tvorbe a vylučovaniu urobilinogénov výkalmi a močom a ich intenzívnejšiemu zafarbeniu (obr. 13-16).

Ryža. 13-16. Cyklus bilirubín-urobilinogén pri hemolytickej žltačke. 1 - katabolizmus Hb prebieha zvýšenou rýchlosťou; 2 - v krvi je koncentrácia nepriameho bilirubínu približne 10-krát zvýšená; 3 - albumín sa uvoľňuje z komplexu bilirubín-albumín; 4 - aktivita glukuronidačnej reakcie sa zvyšuje, ale je nižšia ako rýchlosť tvorby bilirubínu; 5 - sekrécia bilirubínu do žlče je zvýšená; 6, 7,10 - zvýšený obsah urobilinogénov vo výkaloch a moči im dáva intenzívnejšiu farbu; urobilinogén sa vstrebáva z čreva do krvi (8) a cez portálnu žilu sa dostáva do pečene (9).

Jedným z hlavných príznakov hemolytickej žltačky je zvýšenie obsahu nekonjugovaného (nepriameho) bilirubínu v krvi. Vďaka tomu sa dá ľahko odlíšiť od mechanickej (subhepatálnej) a hepatocelulárnej (hepatálnej) žltačky.

Nekonjugovaný bilirubín je toxický. Hydrofóbny, lipofilný nekonjugovaný bilirubín, ktorý sa ľahko rozpúšťa v membránových lipidoch a v dôsledku toho preniká do mitochondrií, odpája dýchanie a oxidačnú fosforyláciu v nich, narúša syntézu proteínov, tok draselných iónov cez bunkovú membránu a organely. To negatívne ovplyvňuje stav centrálneho nervového systému a spôsobuje u pacientov množstvo charakteristických neurologických symptómov.

Žltačka novorodencov

Súkromným typom hemolytickej žltačky novorodencov je "fyziologická žltačka", pozorovaná v prvých dňoch života dieťaťa. Dôvodom zvýšenia koncentrácie nepriameho bilirubínu v krvi je zrýchlená hemolýza a nedostatočná funkcia proteínov a pečeňových enzýmov zodpovedných za absorpciu, konjugáciu a sekréciu priameho bilirubínu. U novorodencov je znížená nielen aktivita UDP-glukuronyltransferázy, ale zjavne nie je dostatočne aktívna syntéza druhého substrátu konjugačnej reakcie UDP-glukuronát.

Je známe, že UDP-glukuronyltransferáza je indukovateľný enzým (pozri časť 12). Novorodencom s fyziologickou žltačkou sa podáva liek fenobarbital, ktorého indukčný účinok je popísaný v časti 12.

Jednou z nepríjemných komplikácií „fyziologickej žltačky“ je bilirubínová encefalopatia. Keď koncentrácia nekonjugovaného bilirubínu presiahne 340 µmol/l, prechádza cez hematoencefalickú bariéru mozgu a spôsobuje poškodenie mozgu.

2. Hepatocelulárna (hepatálna) žltačka

Hepatocelulárna (hepatálna) žltačka je spôsobená poškodením hepatocytov a žlčových kapilár, napríklad pri akútnych vírusových infekciách, chronickej a toxickej hepatitíde.

Dôvodom zvýšenia koncentrácie bilirubínu v krvi je porážka a nekróza časti pečeňových buniek. Dochádza k oneskoreniu bilirubínu v pečeni, čo je uľahčené prudkým oslabením metabolických procesov v postihnutých hepatocytoch, ktoré strácajú schopnosť normálne vykonávať rôzne biochemické a fyziologické funkcie, najmä prenášať konjugovaný (priamy) bilirubín z buniek do žlče proti koncentračnému gradientu. Pre hepatocelulárnu žltačku je charakteristické, že namiesto bežne prevládajúcich diglukuronidov bilirubínu sa v postihnutej pečeňovej bunke tvoria najmä monoglukuronidy.

(Obr. 13-17).

V dôsledku deštrukcie pečeňového parenchýmu sa vytvorený priamy bilirubín čiastočne dostáva do systémového obehu, čo vedie k žltačke. Zhoršené je aj vylučovanie žlče. Bilirubín vstupuje do čriev menej ako normálne.

Pri hepatocelulárnej žltačke sa v krvi zvyšuje koncentrácia celkového bilirubínu a oboch jeho frakcií - nekonjugovaného (nepriameho) a konjugovaného (priameho).

Keďže do čreva vstupuje menej bilirubinglukuronidu, znižuje sa aj množstvo vytvoreného urobilinogénu. Preto sú výkaly hypocholické, t.j. menej farebné. Naopak, moč má intenzívnejšiu farbu vďaka prítomnosti nielen urobilínov, ale aj konjugovaného bilirubínu, ktorý je vysoko rozpustný vo vode a vylučuje sa močom.

3. Mechanická alebo obštrukčná (subnočná) žltačka

Mechanická alebo obštrukčná (subhepatálna-nočná) žltačka sa vyvíja, keď dôjde k porušeniu sekrécie žlče do dvanástnika. Príčinou môže byť upchatie žlčových ciest, ako napríklad pri cholelitiáze, nádore pankreasu, žlčníka, pečene, dvanástnika, chronický zápal pankreasu alebo pooperačné zúženie spoločného žlčovodu (obr. 13-18).

S úplným zablokovaním spoločného žlčovodu, konjugovaného bilirubínu v kompozícii

Ryža. 13-17. Porušenie cyklu bilirubín-urobilinogén pri hepatocelulárnej žltačke. V pečeni je rýchlosť reakcie glukuronidácie bilirubínu znížená (4), preto sa zvyšuje koncentrácia nepriameho bilirubínu v krvi; v dôsledku porušenia pečeňového parenchýmu sa časť bilirubinglukuronidu vytvoreného v pečeni dostane do krvi (12) a potom sa z tela odstráni močom (10). Urobilíny a bilirubinglukuronidy sú prítomné v moči pacientov. Zvyšné čísla zodpovedajú štádiám metabolizmu bilirubínu na obr. 13-16.

žlč nevstupuje do čreva, hoci ju hepatocyty naďalej produkujú. Keďže bilirubín nevstupuje do čreva, v moči a stolici nie sú žiadne produkty jeho katabolizmu urobilinogénov. Stolica je odfarbená. Keďže normálne cesty vylučovania bilirubínu sú blokované, dochádza k jeho úniku do krvi, takže koncentrácia konjugovaného bilirubínu v krvi pacientov je zvýšená. Rozpustný bilirubín sa vylučuje močom, čo mu dodáva bohatú oranžovo-hnedú farbu.

B. DIFERENCIÁLNA DIAGNOSTIKA ŽLTAČKY

Pri diagnostikovaní žltačky je potrebné mať na pamäti, že v praxi sa žltačka akéhokoľvek typu zriedkavo zaznamenáva v „čistej“ forme. Bežnejšia je kombinácia jedného alebo druhého typu. Takže pri ťažkej hemolytickej žltačke sprevádzanej zvýšením koncentrácie nepriameho bilirubínu nevyhnutne trpia rôzne orgány vrátane pečene, ktorá môže zaviesť prvky

Ryža. 13-18. Porušenie cyklu bilirubín-urobilinogén pri obštrukčnej žltačke. V dôsledku obštrukcie žlčníka sa bilirubinglukuronid nevylučuje do žlče (5); nedostatok bilirubínu v čreve vedie k zmene farby výkalov (6); rozpustný bilirubinglukuronid sa vylučuje obličkami močom (10). V moči nie sú žiadne urobilíny; bilirubínglukuronid vznikajúci v pečeni sa dostáva do krvného obehu (12), v dôsledku čoho sa zvyšuje obsah priameho bilirubínu. Zvyšné čísla zodpovedajú štádiám metabolizmu bilirubínu na obr. 13-16.

parenchymálna žltačka, t.j. zvýšenie priameho bilirubínu v krvi a moči. Na druhej strane parenchymálna žltačka spravidla obsahuje prvky mechanického. Pri subhepatálnej (mechanickej) žltačke, napríklad pri rakovine hlavy pankreasu, je nevyhnutná zvýšená hemolýza v dôsledku intoxikácie rakovinou a v dôsledku toho zvýšenie priameho a nepriameho bilirubínu v krvi.

Takže hyperbilirubinémia môže byť výsledkom nadbytku viazaného aj voľného

bilirubínu. Oddelené meranie ich koncentrácií je potrebné pri stanovení diagnózy žltačky. Ak je koncentrácia bilirubínu v plazme<100 мкмоль/л и другие тесты функции печени дают нормальные результаты, возможно предположить, что повышение обусловлено за счёт непрямого билирубина. Чтобы подтвердить это, можно сделать анализ мочи, поскольку при повышении концентрации непрямого билирубина в плазме прямой билирубин в моче отсутствует.

Pri diferenciálnej diagnostike žltačky je potrebné brať do úvahy obsah urobilinogénov v moči. Normálne sa z tela vylúči asi 4 mg urobilinogénov v zložení moču za deň. Ak sa zvýšené množstvo urobilinogénov vylučuje močom, potom je to dôkaz zlyhania pečene, napríklad s hepatálnou alebo hemolytickou žltačkou. Prítomnosť nielen urobilinogénov, ale aj priameho bilirubínu v moči naznačuje poškodenie pečene a narušenie toku žlče do čreva.

B. DEDIČNÉ PORUCHY METABOLIZMU BILIRUBÍNU

Je známych viacero ochorení, pri ktorých je žltačka spôsobená dedičnými poruchami metabolizmu bilirubínu.

Približne u 5 % populácie je diagnostikovaná dedičná žltačka spôsobená genetickými poruchami v štruktúre bielkovín a enzýmov zodpovedných za transport (zachytenie) nepriameho bilirubínu do pečene a jeho konjugáciu s kyselinou glukurónovou. Táto patológia sa dedí autozomálne dominantným spôsobom. V krvi pacientov je zvýšená koncentrácia nepriameho bilirubínu.

Existujú 2 typy dedičnej žltačky spôsobené porušením glukuronidačnej reakcie v pečeni - tvorbou priameho bilirubínu.

Prvý typ je charakterizovaný úplnou absenciou UDP-glukuronyltransferázy. chorý-

nie sa dedí autozomálne recesívnym spôsobom. Zavedenie fenobarbitalu, induktora UDP-glukuronyltransferázy, nevedie k zníženiu hladiny bilirubínu. Deti zomierajú v ranom veku v dôsledku rozvoja bilirubínovej encefalopatie.

Druhý typ je charakterizovaný znížením aktivity (nedostatkom) UDP-glukuronyl transferázy, hyperbilirubinémia vzniká v dôsledku nepriameho bilirubínu. Žltačka dobre reaguje na liečbu fenobarbitalom.

Porušenie aktívneho transportu glukuronidov bilirubínu vytvorených v pečeňových bunkách do žlče je charakteristické pre žltačku, zdedenú autozomálne dominantným spôsobom. Prejavuje sa hyperbilirubinémiou v dôsledku priameho bilirubínu a bilirubinúriou (priamy bilirubín sa stanovuje v moči).

Familiárna hyperbilirubinémia u novorodencov je spojená s prítomnosťou kompetitívnych inhibítorov konjugácie bilirubínu (estrogén, voľné mastné kyseliny) v materskom mlieku. Pri dojčení sa v krvnom sére dieťaťa nachádzajú inhibítory konjugácie bilirubínu. Takáto hyperbilirubinémia sa nazývala prechodná. Hyperbilirubinémia zmizne, keď sa dieťa prenesie na umelé kŕmenie. Neliečená hyperbilirubinémia vedie k rozvoju bilirubínovej encefalopatie a predčasnej smrti.

Takmer 85 % biosyntézy hemu prebieha v kostnej dreni a len malá časť v pečeni. Mitochondrie a cytoplazma sa podieľajú na syntéze hemu. Hém a globín sa syntetizujú oddelene. Potom sa spoja a vytvorí sa terciárna a kvartérna štruktúra hemoglobínu.

Syntéza hemu

Syntéza tetrahydropyrolových kruhov začína v mitochondriách (obr. 11,12). Zo sukcinyl-CoA sa kondenzáciou s glycínom získa produkt, ktorého dekarboxylácia vedie k 5-aminolevulinátu (ALA). 5_aminolevulinát syntáza (ALA_syntáza) zodpovedná za tento krok je kľúčovým enzýmom celej dráhy. Koenzýmom delta-aminolevulinátsyntázy je pyridoxalfosfát (derivát vitamínu B6). Enzým je inhibovaný spôsobom negatívnej spätnej väzby nadbytkom hému.

Po syntéze prechádza 5_aminolevulinát z mitochondrií do cytoplazmy, kde dve molekuly kondenzujú na porfobilinogén (obr. 12,13), ktorý už obsahuje pyrolový kruh. Porfobilinogén syntáza inhibované iónmi olova. Preto sa pri akútnej otrave olovom nachádzajú zvýšené koncentrácie 5-aminolevulinátu v krvi a moči.

Porfobilinogénsyntáza je tiež inhibovaná nadbytkom hemu.

V nasledujúcich štádiách sa vytvorí tetrapyrolová štruktúra charakteristická pre porfyrín. Väzba štyroch molekúl porfobilinogénu s elimináciou skupín NH 2 a tvorbou uroporfyrinogénu III je katalyzovaná tzv. hydroxymetylbilánsyntáza. Na vytvorenie tohto medziproduktu je potrebný druhý enzým, uroporfyrinogén III_syntáza. Neprítomnosť tohto enzýmu vedie k tvorbe „nesprávneho“ izoméru – uroporfyrinogénu I.

Tetrapyrolová štruktúra uroporfyrinogénu III sa stále výrazne líši od štruktúry hemu. Takže neexistuje žiadny centrálny atóm železa a kruh obsahuje iba 8 namiesto 11 dvojitých väzieb. Okrem toho kruhy nesú iba nabité bočné reťazce R (4 acetátové a 4 propionátové zvyšky). Keďže hemové skupiny v proteínoch fungujú v nepolárnom prostredí, je potrebné, aby sa polárne postranné reťazce stali menej polárnymi. Najprv sa dekarboxylujú štyri acetátové zvyšky (R1) za vzniku metylových skupín (5). Výsledný koproporfyrinogén III sa opäť vracia do mitochondrií. Ďalšie kroky sú katalyzované enzýmami, ktoré sú lokalizované na/alebo v mitochondriálnej membráne. V prvom rade sa pôsobením oxidázy dve propionátové skupiny (R 2) premenia na vinyl (6). Modifikácia bočných reťazcov končí tvorbou protoporfyrinogénu IX.

V ďalšom štádiu sa v dôsledku oxidácie v molekule vytvorí konjugovaný systém p-elektrónov, ktorý dodáva hemu charakteristickú červenú farbu. To spotrebuje 6 ekvivalentov regenerácie (7). Nakoniec pomocou špeciálneho enzýmu ferrochelatáza atóm železnatého železa (8) je zahrnutý v molekule. Takto vytvorený hem alebo Fe_protoporfyrin IX je zahrnutý napríklad v hemoglobíne a myoglobíne, kde je viazaný nekovalentne, alebo v cytochróme C, na ktorý sa viaže kovalentne.

Tento proces je zhrnutý na obrázku.

Zdrojom železa je proteín feritín. V komplexe s feritínom sa v tele ukladá (ukladá) zásoba železa.

Erytropoéza je jedným z najsilnejších procesov tvorby buniek v tele. Za 70 rokov človek vyprodukuje asi 3,5 tony červených krviniek. U dospelého človeka sa erytropoéza vyskytuje v kostnej dreni. Predchodcami krvotvorby sú kmeňové bunky, schopné produkovať všetky klíčky krviniek.

Erytroidné bunky.

Samotná erytroidná séria (pozri tabuľku 2.1.1) začína proerytroblastmi, potomkami kmeňových buniek, u ktorých sa vyvinie citlivosť na erytropoetín. V proerytroblastoch začína syntéza hemoglobínu, ktorá pokračuje v množstve dozrievajúcich buniek. Keď sa hemoglobín hromadí v nasledujúcich bunkách, delenie sa zastaví, veľkosť jadra sa zmenšuje. V poslednom štádiu sa z bunky odstráni jadro, potom zmiznú zvyšky RNA, ktoré sa ešte zisťujú špeciálnym farbením v mladých erytrocytoch – retikulocytoch. Najznámejším faktorom regulujúcim erytropoézu je hormón erytropoetín (EPO), syntetizovaný v obličkách. Hladina EPO sa zvyšuje s rýchlym rozvojom hypoxie - hojná strata krvi, akútna hemolýza, akútna renálna ischémia, horolezectvo. Pri chronickej anémii sú hladiny EPO zvyčajne normálne, s výnimkou aplastickej anémie, ktorá je sprevádzaná extrémne vysokou hladinou hormónu.

Regulácia erytropoézy

Spolu s EPO sú v krvi prítomné inhibítory erytropoézy (IEPO). Ide o rôzne látky, z ktorých niektoré sú stredne molekulárne toxíny vznikajúce pri normálnych a patologických procesoch. Rovnováha aktivity EPO a IEPO reguluje erytropoézu. Ak je potrebná núdzová regenerácia, navodzuje sa mechanizmus erytropoetínu – výrazná prevaha aktivity EPO nad aktivitou IEPO. Pri renálnej insuficiencii a mnohých chronických ochoreniach sprevádzaných zvýšenou tvorbou alebo zhoršeným vylučovaním stredne molekulárnych toxínov dominuje aktivita IEPO nad EPO, čo vedie k inhibícii erytropoézy a rozvoju anémie chronických ochorení.

Syntéza hemoglobínu

Hemoglobín tvorí 95 % bielkovín v červených krvinkách. Molekula hemoglobínu pozostáva z dvoch párov globínových proteínových reťazcov rôznej štruktúry, z ktorých každý obsahuje protoporfyrínovú skupinu obsahujúcu železo - hem. Syntéza hemoglobínu začína skorými štádiami erytropoézy a pokračuje synchrónnou produkciou hemových a globínových reťazcov s tvorbou kompletnej molekuly.

Tvorba hemoglobínu je regulovaná EPO, ktorého zvýšenie koncentrácie urýchľuje syntézu globínu. Aktivita vstupu železa do buniek kostnej drene tiež reguluje tvorbu hemoglobínu. Hladina železa v bunkách určuje rýchlosť tvorby hemu. Voľný hem zase zvyšuje syntézu globínu prostredníctvom regulačných proteínov. Toto spojenie systémov syntézy hemu a globínu synchronizuje ich prácu - normálne zostáva v hemoglobíne neviazané len malé množstvo voľného protoporfyrínu a globínu.