Биохимия почек и печени

10/28/20142 Coдержание 1. Обзор функций почек Метаболизм почек 2. Обзор функций печени Метаболизм печени Метаболизм ксенобиотиков Механизм детоксикации Функциональные пробы печени

10/28/20143 Гомеостатические функции почек Экскреторная Наиболее важная (удаление «шлаков») Продукция мочи Неэкскреторная - Регуляция водно-электролитного баланса и КОС ОЦК и АД (ренин) эритропоэза (эритропоэтин) Са-Р обмена - образование вит D 5 (кальцийтриола) Гормонального баланса (катаболизм гормонов) Метаболическая (ГНГ и др.)

10/28/20144 Функции почек Koolman, 2005

10/28/20145 Экскреция компонентов мочи компонентг/сутки Азот (мМ) H2OH2O>1000- SO HPO K+K мочевина креатинин Моч. к-та NH (до 10 при ацидозе) (до 550 при ацидозе) Marks, 2000

10/28/20146 Образование мочи Структурно- функцион единица почки- нефрон Ультрафи- льтрация Реабсорбция Секреция Клиренс secretion Koolman, 2005

10/28/20147 Структура нефрона В почке выделяют 2 слоя: Корковый – темного цвета, хороший кровоток, расположены капсулы Ш- Б и извитые канальцы – аэробный тип обмена Мозговой – более светлый расположены петли Генле анаэробный тип обмена

10/28/20148 «Чудесная» сеть капилляров Первичная моча ~150 л ~1,5 л Гломерулярные каппиляры (мальпигиевое тельце 2. Канальциевые каппиляры

10/28/20149 Функция нефрона: Электролиты

10/28/ Почки: Рециркуляци я электролито в и воды Koolman, 2005

10/28/ Метаболизм почек В коре Aэробный обмен Aэробный гликолиз В мозговом слое Aнаэробный обмен Aнаэробный гликолиз

10/28/ Концентрирование мочи и реабсорбция в почках требует много энергии В проксимальных канальцах продукция АТФ за счет β- окисления ЖК, кетоновых тел и некоторых АК Меньше: лактат, глицерол и ЦТК. В дистальных канальцах и петле Генле, главный субстрат - глюкоза. Эндотелиальные клетки проксимальных канальцев способны к ГНГ. Субстраты – АК –NH 2 NH 3 (забуферивание мочи). В почках имеются высокоактивные ферменты деградации пептидов и метаболизм АК (оксидазы АК, аминооксидазы, глютаминаза). Koolman, 2005

10/28/ Метаболизм углеводов в почках Регуляция уровня глюкозы в крови Почечный порог для глюкозы = 10 мМ/л Пентозный цикл NADPH: детоксикация, Синтез ЖК, холестерола, АК, пентоз ГНГ ~50% всего ГНГ в почках и (~50% в печени) рН зависимый (активируется при ацидозе) Менее чувствителен к гормонам, по сравнению с печенью Основные субстраты – лактат, ПВК, субстраты ЦТК

10/28/ ГНГ в почках Koolman, 2005

10/28/ Метаболизм белка в почках Большинство белков (M > 60 kD) фильтруются и реабсорбируются путем эндоцитоза в канальцах. Все АК реабсорбируются путем нескольких транспортных систем Отрицательно заряженные АК (глу, асп) Основные АК (арг, лиз, орн) Нейтральные АК (ала, лей и др.) Малые АК (гли). До 40% инсулина деградирует в почках.

10/28/ Метаболизм глютамина в почках Marks, 2000

10/28/ Метаболизм липидов в почках ЛПОНП, ЛПНП, ЛВП метаболизируют в почках Почки активно синтезируют холестерол. Почки используют кетоновые тела Метаболизм вит D 4 D 5

10/28/ Koolman, 2005

10/28/ Экскреция аммония (Аммониогенез) Blood plasma Urine Koolman, 2005

10/28/ Экскреция аммония почками Н + забуферен фосфатами и бикарбонатами Аммиак диффундирует ч/з мембрану в мочу Соединяясь с Н + превращается в NH 4 +, который не способен возвратиться назад в клетку

10/28/ Действие диуретиков Место действия и ингибируемый транспортер Лекарство% экскрец Na + Действие на др. ионы Проксим канальцы Na/H- обменник Ацетазоламид Лимитирующее действие Увеличивает экскр HCO 3 - и K + Петля Генле Na + -K + - 2Cl - транспортер Фуросемид, Буметанид, Этакринов. к-та 25Увеличивает экскрецию K + и H + Дист. канальцы Na + -Cl - котрансп-тер Тиазиды, Хлорталидон, Металазон 3-5Увеличивает экскрецию K + и H + Собирательные трубки, Na + канал Амилорид, Спиронолактон, Триамтерен 1-2Снижает экскрецию K + и H +

10/28/ Камни почек Камни почек – твердые конкременты (кристаллические агрегаты) нерастворимые в моче. Часто повторяют форму лоханки или мочеточников Наличие камней в почках - нефролитиаз Наличие камней в мочевых путях почках – уролитиаз Камни м.б. разных размеров Камни почек покидают организм с потоком мочи. Камни диаметром 2-3 мм могут закупорить проток, вызывая очень сильные боли – почечную колику, которая часто Протекает с тошнотой и рвотой From Wikipedia.org

10/28/ Этиология нефролитиаза Чаще всего главный компонент – Са в виде оксалата, который кристаллизуется. Другие компоненты камней почек: struvite трипельфосфаты (магний-аммоний-фосфат) – связаны связаны с присутствием микробов, обладающих уреазной активностью Proteus mirabilis. Ураты – ассоциированы с высоким уровнем в крови мочевой кислоты – подагра, лейкемия/лимфомы леченные химиотерапией (вторичная подагра вызванная гибелью лейкозных клеток) и нарушением КОС. Кальций-фосфат связаны гиперпаратиреидизмом, передозировкой витамина D и почечным канальцевым ацидозом. Цистиновые - образуются только при наличии высокой концентрации цистина у людей, страдающих цистинурией). Камни почек при почечном канальцевом ацидозе, болезни Дента и медуллярном спонгиозе почек From Wikipedia.org

10/28/ Условия формирования камней Перенасыщение Нуклеация Ядро Рост кристалла Агрегация кристалла Эпитаксиальный рост Камень

10/28/ Почечная недостаточность Резкое снижение функций почек Физиологически, прежде всего, снижение скорости клубочковой (гломерулярной) фильтрации - СКФ Клинически проявляется нарастанием азотемии Почечнаянедостаточность ОПНХПН From Wikipedia.org

10/28/ ОПН Быстропрогрессирующее снижение функции почек, которое проявляется в виде: Олигурии (снижение образования мочи менее 400 мл/сутки у взрослых, менее 0.5 мл/кг/час у детей или менее 1 мл/кг/час у подростков Нарушение водно-электролитного баланса Этапы: олигурия при благоприятном исходе сменяется полиурией Лечение: ликвидация причин, гемодиализ From Wikipedia.org

10/28/ ХПН Обычно медленно развивающееся состояние при наличии слабой манифестации Многие заболевания почек нефриты, пиэлонефриты, гломерулонефриты, обструкция мочевых путей, системные заболевания, сахарный диабет и др. Начальные стадии – полиурия (при снижении экскреторной функции возрастает кол-во мочи) Терминальная стадия – олигурия Лечение – гемодиализ, пересадка почек. From Wikipedia.org

10/28/ Antimilitary Function of Urine

10/28/201429

Метаболизм печени Метаболизм ксенобиотиков Лекция 31 Лектор проф. А.И. Грицук

10/28/ Общая характеристика метаболизма печени Вес печени 1.5 кг – 2-3 % от веса тела Потребление O 2 – 20 – 30 % от общего потребления O 2 организмом

10/28/ Структура гепатоцита Эритроцит Ядро Митохондрия Десмосома Гранулы ЛП гликоген Аппарат Гольджи Шероховатая ЭПС Гладкая ЭПС Лизосома Желчный капилляр

10/28/ Функции печени Функции : Гомеостатическая Метаболическая B, C Депонирование – 2D Барьерная – 4 Экскреторная – 5

10/28/ Метаболизм печени Углеводы ЛипидыАКБ. плазмы Биотрансф Глюкоза гликоген (БДП) галактоза фруктоза манноза лактат (П), пентозы глицерин (БП) ЖК, Жир (БП), Кетонов. тела (Б), Холест-р (БСП) Желчн. к- ты (БЭ), Витам (ДП) АК (БП), Мочевина (Б) Альбум,ЛП, Фак-торы гемостаза Гормоны, Ферм-ты (БП), Стероиды, Желчные пигменты, лекарства (ПЭ), Этанол (П), Расшифровка функций: Б - биосинтез, Д - депонирование, П превращение, Э – экскреция

10/28/ GLUT ТканьKmKm GLUT-1 Э, мозг 5-7 mM GLUT-2Печень, Почки, Панкр. β -клетки 7-20 mM GLUT-3 мозг 1.6 mM GLUT-4 (insulin-чувствит) М-цы, Жировая ткань 5 mM GLUT-512-п кишка 5 mM (фруктоза) Экспрессия 5 различных GLUT – в разных тканях

10/28/ Кровообращение в печени Два источника кровоснабжения: 1. А. hepatica – 20% кровоснабжения тела 2. V. porte – 80% кровоснабжения тела приносит кровь прямо из кишечника и эндокринной части pancreas Уникальная система снабжения нутриентами

10/28/ Роль печени в обмене углеводов GLUT-2 (транспортер с высокой Km 7-20 mM) Обеспечивает депонирование глюкозы в гепатоцитах, при ее высокой концентрации в крови Глюкокиназа фосфорилирует Гл Г6Ф более высокая Km чем у Гексокиназы не ингибируется высокой [Гл] не ингибируется высокой [Г6Ф] (нет ретроингибирования)

10/28/ Превращение Г6Ф в печени: В гликоген (гликоген-синтетаза) Дефосфорилирование Г6Ф-азой в Гл В гликолизе образует ПВК Небольшое кол-во поступает в ЦТК для образования энергии Часть освобождается в форме лактата Большая часть образованного Ацетил КоА идет на синтез ЖК Используется в ПФП с образованием NADPH и рибозо 5Ф

10/28/ Роль печени в обмене углеводов Печень действует как эффективная «ловушка» глюкозы – потребляет ее из крови, депонирует и освобождает при необходимости NB: большую часть энергии печень получает путем β-окисления ЖК и распада АК

10/28/ ПВК ГлюкозаГ6-ФГликоген Глюкоза ГКГС Фосфорилаза Лактат ЛДГ Ацетил-КoAЖК CO 2 ПДГ Роль печени в обмене углеводов (2) Г6-Ф-аза

10/28/ В сытом состоянии высокая [Гл] в крови стимулирует секрецию инсулина, который: стимулирует синтез гликогена путем активации гликоген-синтетазы ингибирует распад гликогена Регуляция обмена углеводов печени

10/28/ Г6 Ф-аза превращает Г6-Ф Гл, которая поступает в кровоток 3. При снижении [Гл] выделяются глюкагон и адреналин – стимулируют распад гликогена до Г1-Ф Г6-Ф Регуляция обмена углеводов печени (2)

10/28/ ПВК Глюкоза Г 6-ФГликоген Глюкоза Лактат Ацетил-КоАЖ К CO 2 + глюкагон + адреналин - инсулин + инсулин + глюкагон - инсулин + инсулин

10/28/201444

10/28/201445

10/28/ Роль печени в АК (белковом) обмене 1. Потребляет АК из V. porte. 2. Некоторые АК поступают из других тканей Глюкозо-аланиновый цикл Фелига. 3. Катаболизм АК обеспечивает ~ 50% потребности печени в энергии

10/28/ АК субстраты для синтеза глюкозы, ЖК и кетоновых тел. Роль печени в АК (белковом) обмене(2)

10/28/ Ацетил КоA CO 2 Кетон. тела ЖК ПВК ГНГ АК Кето к-ты+ Мочевина Трансаминирование

10/28/ Роль печени в обмене ЖК Печень поглощает из плазмы НЭЖК на 2 основные цели: A.) Окисление (источник энергии для печени – продукция КТ); B.) Образование ТГ депонирование в печени ТГ для энергетических нужд или образование ЛПОНП

10/28/ ЖК Ацил КоАТГ КоASH -окисление CO 2 Кетоновые тела CPT-1

10/28/ Регуляция инсулином и глюкагоном Сытое состояние – [инсулин] возрастает – [малонил КоА] возрастает, CPT-1 ингибирован – ЖК эстерифицируются в ТГ. Голодное состояние - [глюкагон] возрастает - активирует CPT-1 - предпочтительный субстрат окисления ЖК.

10/28/ ЖК Ацил-КоАТГ КоА - окисление CO 2 Кетоновые тела CPT-1 Глюкоза Ацетил-КоА Малонил-КоА (-) + Инсулин + Глюкагон

10/28/ Ксенобиотики Ксенобиотики ( gk.) – чужеродные вещества Биомедицинское значение: Фармакология, Терапия, Фармация, Токсикология, Канцерогенез, Наркомания.

10/28/ Детоксикация 2 фазы: Фаза 1: окисление, восстановление, гидролиз. Фаза 2: реакции коньюгации (глюкуронат, гли, АК, сульфат, ацетат, метилирование) Около 30 различных реакций участвуют в метаболизме ксенобиотиков

10/28/ Детоксикация: Фаза 1 Окислению подвергаются: спирты, альдегиды, амины, ароматические углеводороды и серосодержащие соединения. В целом алифатические соединения окисляются легче, чем ароматические. Цитохром P450 Другое название – монооксигеназа. Оксидаза со смешанной функцией. Связан с микросомами. Максимум поглощения при 450 нм (CO- производное) RH + O 2 + NADPH + H + R-OH + H 2 O + NADP + Другие реакции: дезаминирование, дегалогенизация, десульфирование, эпоксидирование, пероксидация и восстановление.

10/28/ Субстраты для цитохрома P450 Экзогенные: Лекарства Канцерогены Пестициды Нефтепродукты Поллютанты Эндогенные: Некоторые стероиды Эйкозаноиды ЖК Ретиноиды При этом гидрофобные субстраты превращаются в гирофильные путем гидроксилирования. ~50% лекарств у человека метаболизируются различными изоформами цитохрома P450.

10/28/ Важные характеристики цитохромов P Множественные формы: 35 – 60 (до 200), 14 семейств Систематика: CYP1A1 – цитохром P450, член семейства 1, подсемейства A, первый по счету в этом подсемействе. Курсивом (CYP1A1) – ген, кодирующий CYP1A1. 2. Гемопротеины. 3. В изобилии в печени (микросомы ГЭР), тонком кишечнике и надпочечниках (митохондии и ЭР). Митохондриальный цитохром P450 использует адренодоксин редуктазу и адренодоксин. Ограниченная субстратная специфичность.

10/28/ Важные характеристики цитохромов P450 (прод.) 4. NADPH-зависимый фермент. NADPH-цитохромредуктаза. Восстановительное активирование молекулярного кислорода. Цитохром b5 – донор электронов. 5. Фосфатидилхолин входит в состав цитохрома P Индуцибельный фермент. Фенобарбитал и другие лекарства – 3-4-кратное увеличение количества цитохрома P450 в течение 4-5 дней.

10/28/ Детоксикация: Фаза 2 Реакции конъюгации, 5 типов: Глюкуронидирование Сульфатирование Конъюгация с глутатионом Ацетилирование Метилирование

10/28/ Глюкуронидирование УДФ-глюкуроновая кислота – донор глюкуронила в ряде реакций. УДФ-глюкуронат

10/28/ Глюкуронидирование бензойной кислоты. Здесь глюкуроновая кислота присоединяется к кислороду, возможно также присоединение к атомам азота или серы в субстрате. Глюкуронидирование (прод.) Бензойная кислота Бензоил-глюкуронид Глюкуронил- трансфераза

10/28/ Глюкуронидирование (прод.) Такие молекулы как 2- ацетаминофлуорен, анилин, мепробамат, фенол многие стероиды экскретируются в виде глюкуронидов. 2-ацетаминофлуорен анилин

10/28/ Сульфатирование 3-фосфоаденозин-5-фосфосульфат (ФАФС)

10/28/ Сульфатирование (прод.) Некоторые алифатические и ароматические соединения подвергаются сульфатированию. фенол фенилсульфат ФАФСФАФ сульфотрансфераза

10/28/ Конъюгация с глутатионом Глутатион (GSH): -глу-цис-гли. R + GSH R-S-G Ферменты – различные глутатион S- трансферазы. GSH – важен в механизмах защиты. Участвует в разложении потенциально токсических веществ (H 2 O 2 ). Поддерживает эссенциальные –SH группы в восстановленном состоянии. Участвует в транспорте некоторых аминокислот через мембрану в почках. АК + GSH -глу-АК + цис-гли Фермент: -глутамилтрансфераза (ГГТ)

10/28/ Ацетилирование Общая реакция X + Ацетил-КоА Ацетил-X + HS-КоА X – ксенобиотик. сульфаниламид Ацетил-сульфаниламид Ацетил-КоА

10/28/ Метилирование Некоторые ксенобиотики подвергаются метилированию ферментами метилтрансферазами с участием S-аденозилметионина в качестве донора метильной группы.

10/28/ Летальный синтез, или супертоксичность В ряде случаев система цитохрома P450 образует более токсичные продукты, чем сам ксенобиотик. Примеры: Бензопирен табачного дыма и афлатоксин B из Aspergillus flavus: Метаболизируют до бензопирен-эпоксида и афлатоксин-эпоксида – исключительно канцерогенные вещества.

10/28/ Заключение Печень – гетерогенный, метаболически активный орган. Осуществляет ряд функций: Синтез, детоксикация, барьерная, запасающая. В гепатоците проходят ряд реакций: Синтез, гидроксилирование, конъюгация.

10/28/201470