Синтез и распад гема, патологии пигментного обмена

Синтез гема и его регуляция.

Гем является простетический группой гемоглобина, миоглобина, каталазы и пероксидазы. Гем синтезируется во всех клетках, но наиболее активно синтез идет в печени и костном мозге. Эти ткани нуждаются в больших количествах гема, необходимого для образования гемоглобина и цитохромов. Ключевой реакцией синтеза порфиринов является реакция образования аминолевулиновой кислоты. Эту реакцию катализирует пиридоксальфосфатзависимый фермент митохондрий эритробластов аминолевулинатсинтетаза. Гем и гемоглобин являются аллостерическими ингибиторами и репрессорами синтеза аминолевулинатсинтетазы. В результате генетических дефектов или нарушения регуляции ферментов, участвующих в синтезе гема, развиваются порфирии. Первичные порфирии обусловлены генетическими дефектами ферментов синтеза гема, вторичные связаны с нарушением регуляции реакций синтеза гема. При этих заболеваниях накапливаются промежуточные метаболиты синтеза гема порфириногены, которые оказывают токсическое действие на нервную систему и вызывают нервно- психологические симптомы. Порфириногены на свету превращаются в порфирины, которые при взаимодействии с кислородом образуют активные радикалы, повреждающие клетки кожи.

Катаболизм гема.

Гем является простетической группой гемоглобина и геминовых ферментов. Время жизни эритроцитов составляет 110-120 дней; состарившиеся эритроциты фагоцитируются макрофагами, главным образом в селезенке, а также в печени и красном костном мозге. Освобождающийся из гемоглобина гем повторно не используется. Он распадается с образованием железа и желчных пигментов; железо реутилизируется, а желчные пигменты выводятся из организма.

Первая реакция распада гема катализируется гем-оксигеназой – ферментом эндоплазматического ретикулума. В реакции используется НАДФН₂ и кислород; один из метиновых мостиков тетрапиррольной структуры гема окисляется, углерод метиновой группы превращается в оксид углерода СО. При этом от гема отщепляется железо и образуется биливердин – пигмент зеленого цвета. Биливердин затем восстанавливается до билирубина биливердинредуктазой; билирубин имеет красно-коричневый цвет.

Основная часть билирубина образуется в клетках ретикулоэндотелиальной системы селезенки и костного мозга. Из этих органов билирубин в соединении с альбумином транспортируется кровью в печень, где происходит его коньюгация с глюкуроновой кислотой. Глюкуроновая кислота присоединяется к карбоксильным группам пропионильных остатков, образуя глюкурониды билирубина. Коньюгация с глюкуроновой кислотой существенно изменяет свойства билирубина. Билирубин нерастворим в воде; поэтому он транспортируется с кровью в соединении с альбумином. Билирубинглюкуронид растворим в воде и легко выводится с желчью в кишечник. Билирубин токсичен, особенно для мозга; глюкурониды билирубина не токсичны. Таким образом, в результате коньюгации билирубина происходит его детоксикация и облегчается выведение из организма. В кишечнике от билирубинглюкуронидов под действием бактериальных ферментов гидролитически отщепляется глюкуроновая кислота, а вновь образовавшийся билирубин восстанавливается по некоторым двойным связям, образуя две группы продуктов: уробилиногены и стеркобилиногены. Основная часть этих веществ выводится с калом. Остальная часть уробилиногенов и стеркобилиногенов всасывается из кишечника в кровь и затем вновь попадает в желчь, а частично выводится через почки. Уробилиногены и стеркобилиногены – бесцветные вещества; в кале и выпущенной моче они окисляются кислородом воздуха и превращаются в уробилины и стеркобилины, имеющие желтую окраску.

Часто продукты превращений билирубина называют желчными пигментами независимо от того, имеют они окраску или нет; все они в тех или иных количествах обнаруживаются в желчи. Нарушение обмена билирубинов приводит к развитию желтухи. Виды желтух: обтурационная (механическая), паренхиматозная, гемолитическая, желтуха новорожденных.