Распад гемоглобина в тканях биохимия

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 порфиринового кольца. Этот процесс катализируется НАДФ-содержащей
ок-сидазой и приводит к образованию зеленого пигмента вердоглобина
(холеглобина):

В приведенных
структурных формулах здесь и далее в желчных пигментах М – метильная СН3-группа,
В – (—СН=СН2) – винильная группа и П – (—СН2—СН2—СООН)
– остаток пропионовой кислоты.

Как видно из
приведенных формул, в молекуле вердоглобина еще сохраняются атом железа и
белковый компонент. Имеются экспериментальные доказательства, что в этом
окислительном превращении гемоглобина принимают участие витамин С, ионы Fe2+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
перераспределением 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 клетках 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 вступает во взаимодействие с
диазореактивом Эрлиха.

В крови
взрослого здорового человека содержится относительно постоянное количество общего билирубина – от 4 до 26 мкмоль/л, в среднем 15 мкмоль/л.
Около 75% этого количества приходится на долю непрямого билирубина. Повышение
его концентрации в крови до 35 мкмоль/л приводит 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 индифферентного 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 поражениях печени, селезенки, костного мозга, болезнях крови и
т.д., поэтому определение содержания обеих форм билирубина в крови имеет
существенное значение при дифференциальной диагностике различных форм желтухи.
При желчнокаменной болезни в составе желчных камней наряду с основным их
компонентом – холестерином всегда обнаруживается непрямой билирубин. Вследствие
плохой растворимости в воде он выпадает в осадок в желчном пузыре в виде
билирубината кальция, участвующего в формировании 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 освободившийся 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 небольшая часть мезобилиногена
поступает через воротную вену в печень, где подвергается разрушению с образованием
моно- и дипиррольных соединений. Кроме того, очень небольшая часть
стеркобилиногена после всасывания 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 гемолитической желтухе, когда печень частично теряет способность
извлекать этот пигмент из крови воротной вены. Химически уробилиноген
(мезо-билиноген) неидентичен стеркобилиногену (уробилиногену) мочи.
Исчезновение 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 пигментов в моче может
представлять большой клинический интерес.

Продолжительность жизни эритроцитов составляет 120 дней, затем они разрушаются (состарившиеся эритроциты фагоцитируются макрофагами, главным образом в селезенке, а также в печени и костном мозге; в микросомальной фракции ретикуло-эндотелиальной системы клеток) и освобождается гемоглобин. В организме человека в течение 1 ч разрушается примерно 100-200 млн эритроцитов. Гем повторно не используется: он распадается с образованием железа и желчных пигментов; железо реутилизируется, а желчные пигменты выводятся из организма.

Распад гемоглобина в печени начинается с разрыва a-метиновой связи между I и II кольцами порфиринового кольца, т.е окисляется один из метеновых мостиков тетрапиррольной структуры гемма, углерод метеновой группы превращается в оксид углерода СО. Этот процесс катализируется НАДФ-содержащей оксидазой ЭПР (гем-оксигеназой) с помощью кислорода и НАДФН и приводит к образованию зеленого пигмента вердоглобина (холеглобина):

В приведенных структурных формулах здесь и далее в желчных пиг­ментах М-метильная СН3-группа, В-(—СН=СН2)-винильная группа и П-(—СН2—СН2—СООН)- остаток пропионовой кислоты.

Как видно из приведенных формул, в молекуле вердоглобина еще сохраняются атом железа и белковый компонент. Имеются эксперимен­тальные доказательства, что в этом окислительном превращении гемо­глобина принимают участие витамин С, ионы Fe2+ и другие кофакторы. Дальнейший распад вердоглобина, вероятнее всего, происходит спонтанно с освобождением железа, белка-глобина и образованием одного из желчных пигментов зеленого цвета − биливердина. Спонтанный распад сопровождается перераспре­делением двойных связей и атомов водорода в пиррольных кольцах и метановых мостиках. Образовавшийся биливердин ферментативным путем при участии биливердинредуктазы восстанавливается в печени в оранжевый или красно-коричневый билирубин, являющийся основным желчным пигментом у человека и плотоядных животных:

Интенсивный цвет гема и других порфиринов является результатом сопряжения многочисленных двойных связей, которые образуют две резонансно стабилизированные (мезомерные) системы.

Основное место образования билирубина − печень, селезенка и, по-видимому, эритроциты (при распаде их иногда разрывается одна из метановых связей в протопорфирине). Образовавшийся во всех этих клет­ках билирубин поступает в печень, откуда вместе с желчью попадает в желчный пузырь. 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 и только после этого билирубин вступает во взаимодействие с диазореактивом.

Так как билирубин нерастворим в воде, плохо растворим в плазме, его транспорт в крови осуществляется в комплексе с альбумином.

В крови взрослого здорового человека содержится относительно по­стоянное количество общего билирубина-от 4 до 26 мкмоль/л, в среднем 15 мкмоль/л. Около 75% этого количества приходится на долю непрямого билирубина. Повышение его концентрации в крови до 35 мкмоль/л при­водит 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 активированной
глюкуроновой кислотой. В этом процессе принимают участие УДФ-глюкуроновая кислота и особый фермент УДФ-глюкуронилтрансфераза — фермент, находящийся в ЭР печени, а также в незначительных количествах в почках и слизистой кишечника. При этом к билирубину присоединяются 2 остатка глюкуроновой кислоты (к карбоксильным группам боковым цепям билирубина сложноэфирными связями) с образованием комплекса − билирубин-диглюкуронида, дающего прямую реакцию с диазореактивом. Образующийся диглюкуронид билирубина переносится в желчь путем активного транспорта против градиента концентрации. Этот транспорт является скорость-лимитирующей стадией метаболической трансформации билирубина в печени. Лекарственные препараты, такие, как, например фенобарбитал, могут индуцировать образование конъюгата и транспортный процесс.

В желчи всегда присутствует прямой билирубин. В крови количество прямого и непрямого билирубина, а также соотношение между ними резко меняются при по­ражениях печени, селезенки, костного мозга, болезнях крови и т. д., поэтом) определение содержания обеих форм билирубина в крови имеет существен­ное значение при дифференциальной диагностике различных форм желтухи. При желчнокаменной болезни в составе желчных камней наряду с основным их компонентом-холестерином всегда обнаруживается непрямой били­рубин. Вследствие плохой растворимости в воде он выпадает в осадок в желчном пузыре в виде билирубината кальция, участвующего в фор­мировании камней.

Коньюгация с глюкуроновой кислотой существенно изменяет свойства билирубина. Билирубин тлксичен, особенно для мозга; глюкурониды билирубина не токсичны. Билирубин нерастворим в воде, а билирубинглюкуронид растворим. Таким образом, в результате коньюгации билирубина происходит его детоксикация и облегчается выведение его из организма.

Дальнейшая судьба желчных пигментов, точнее билирубина, связана с их превращениями в кишечнике под действием бактерий. Сначала глюкуроновая кислота под действием бактериальных ферментов (β-глюкуронидаза) гидролитически отщепляется от комплекса с билирубином и далее свободный билирубин подвергается восстановлению по двойным связям, образуя две группы продуктов: бесцветные стеркобилиногены и уробилиногены, которые выводятся из кишечника с калом (95% от общего количества). В сутки человек выделяет около 200−300 мг желчных пигментов. Стеркобилиногены и уробилиногены легко окисляется под действием света и кислорода воздуха в стеркобилин и уробилины, имеющие желтую окраску.

Остальная часть стеркобилиногенов и уробилиногенов всасывается из кишечника в кровь и затем вновь попадает в желчь (энтерогепатическая циркуляция), а частично выводится через почки (1−2 мг за сутки), минуя печень. Желчные пигменты практически всегда содержатся в желчных камнях, а часто являются их основыми компонентами.

Наряду с гемоглобином, по аналогичному пути разрушаются группы гема и у других гемсодержащих белков (миоглобина, цитохрома, каталазы, пероксидазы). Однако их вклад в образование желчных пигментов (250 мг в сутки) составляет лишь примерно 10-15%.

Определение концентрации желчных пигментов в крови и моче применяют при выяснении происхождения желтух. Если с мочой выделяется повышенное содержание уробилиногена, то это является свидетельством недостаточности функции печени, например, при печеночной или гемо­литической желтухе, когда печень частично теряет способность извлекать этот пигмент из крови воротной вены. Химически уробилиноген (мезо­билиноген) неидентичен стеркобилиногену (уробилиногену) мочи. Исчезно­вение 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 пиг­ментов в моче может представлять большой клинический интерес.

Повышенный уровень билирубина (>10 мг/л) называется гипербилирубинемией. Билирубин диффундирует из крови в периферические ткани и окрашивает их в желтый цвет. Это особенно легко заметить на белой конъюктиве глаза, в таком случае говорят о желтухе.