ции, отсутствия функционально активных форм данных белков и повышенной токсичности мутантных форм.
Нарушения обмена некоторых белков
Из встречающихся нарушений отдельных белков наибольший интерес представляют изменения в метаболизме гемоглобина, муцинов и мукоидов, коллагенов.
Обмен гемоглобина. Гемоглобин человека является далеко не однородным белком. В крови здоровых людей содержится 98% гемоглобина А (НbА) и 0,2-1% гемоглобина F (HbF)(фетальный). У эмбрионов 80% гемоглобина приходится на HbF, у новорожденных – 20%. Известно около 30 типов патологических форм гемоглобина, обозначаемых подряд буквами латинского алфавита, начиная с С. Определение типов гемоглобина имеет значение для диагностики формы анемии:
(1)Талассемия – количество НbF от 50 до 90% (тяжелая форма). Фетальный гемоглобин обладает высоким сродством к кислороду, что приводит к нарушению его отдачи в тканях.
(2)Врожденная гемолитическая анемия. Обнаруживается гемоглобин
D, C. Эритроциты характеризуются более жесткой мембраной, преобладают сфероциты, которые улавливаются селезенкой и разрушаются.
(3)Серповидноклеточная анемия. Характерен HbS, имеющий 3 сульф-
гидрильные группы, отличающийся большей гидрофобностью. Комбинация HbA + HbM описана при наследственной метгемоглоби-
немии. Подробнее анемии, связанные с патологией гемоглобина, рассмотрены в первой главе (раздел 1.2.). Снижение содержания гемоглобина обозначается как анемия, повышение обычно сопровождается увеличением количества эритроцитов – эритремии. Содержание гемоглобина в плазме в норме не должно превышать 10 мг%, увеличение свидетельствует о внутрисосудистом гемолизе.
Появление гемоглобина в моче – гематурия – сопровождает травматические повреждения мочевыводящих путей, полипы мочевого пузыря.
Первичные гематурии делят на спортивные (перегрузки), холодовые
(сильно переохлаждение), гемолитические (внутрисосудистый гемолиз). Вторичные гематурии наблюдаются при токсикозах, особенно при отравлениях сульфаниламидами; переливании несовместимой крови, сильных инфекциях (сепсис, тиф, тяжелая ангина, скарлатина и т.п.).
Синтез порфиринов и его нарушения. Порфирины – это цикличе-
ские соединения, образованные четырьмя пиррольными кольцами, связанные между собой метенильными мостиками. Характерным свойством порфиринов является их способность образовывать комплексы с ионами металлов, связывающимися с атомами азота пиррольных колец. Гемы представляют собой железопорфирины. Порфирии – редкие заболевания, обусловленные нарушением биосинтеза порфиринов. Заболевания часто
106
сопровождаются желтухой, вызванной либо чрезмерным образованием билирубина, либо нарушением его экскреции. А желтухи характерны для многих болезней от вирусного гепатита до холестаза. Исходным субстратом для синтеза порфиринов служит сукцинил-КоА и глицин. Необходима активация глицина пиридоксальфосфатом, который образует с ним шиффово основание; затем α-углерод глицина присоединяется к карбонильному углероду сукцината. Продуктом конденсации является α- амино-β-кетоадипиновая кислота, которая быстро декарбоксилируется с образованием δ-аминолевулеата (АЛК). Реакция катализируется АЛКсинтетазой. Синтез АЛК осуществляется в митохондриях и лимитирует скорость образования гемовых структур в гепатоцитах млекопитающих. В цитозоле другой фермент – АЛК-дегидратаза катализирует конденсацию двух молекул АЛК с образованием двух молекул воды и одной молекулы порфобилиногена. Фермент является Zn-содержащим и ингибируется ионами свинца. Образование порфирина идет путем конденсации четырех монопирролов, образующихся из порфобилиногена. Встречающиеся в природе порфирины являются соединениями, у которых 8 атомов водорода порфиринового ядра замещены различными боковыми группами. Из них основополагающими служат уропорфирины (I тип) и
копропорфирины (III тип). Порфириями называют гетерогенную группу заболеваний, характеризующихся повышенным выделением порфиринов или их предшественников. Некоторые формы порфирий являются наследственными, другие – приобретенными. Наследственные формы де-
лят на эритропоэтические, печеночные и смешанные. Для большинства наследуемых форм характерно наличие метаболических нарушений во всех тканях, однако проявляются они по каким-то причинам в каком-то одном типе тканей.
Перемежающаяся острая порфирия (ПОП) – аутосомно-доминатная наследственная болезнь человека, которая обычно проявляется только при достижении половой зрелости. Ее причиной является частичная недостаточность уропорфириноген-1-синтетазы. Гетерозиготные больные имеют 50% от нормы активности фермента, с мочой экскретируют большие количества порфобилиногена и АЛК. Оба соединения бесцветны, но порфобилиноген на свету и воздухе образует два окрашенных в темный цвет продукта – порфобилин и порфирин. Болезнь сопровождается острыми болями в животе, рвотой, запором, сердечно-сосудистыми нарушениями, нерв- но-психическими расстройствами. На основании механизма регуляции синтеза АЛК-синтазы системой репрессии-дерепрессии, введение больным гематина может уменьшить индукцию АЛК-синтазы и облегчить протекание заболевания.
107
Врожденная эритропоэтическая порфирия – редкое врожденное за-
болевание, наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Молекулярная природа болезни точно не выяснена. Установлено, что для заболевания характерен определенный дисбаланс относительных активностей уропорфи- риноген-III-косинтазы и уропорфириноген-I-синтазы. Образование уропорфириногена I в количественном отношении значительно превышает синтез уропорфириногена III, необходимого изомера на пути синтеза гема. Проявляется прежде всего в гемапоэтической ткани костного мозга. Пациенты экскретируют большие количества изомеров I типа уропорфириногена и копропорфириногена, которые в моче превращаются в уропорфирин I и копропорфирин I – красные флуоресцирующие пигменты.
Вероятно, вследствие образования меньших количеств истинного предшественника гема, уропорфириногена III, и возникающего относительного дефицита гема в эритропоэтических тканях происходит индукция АЛК-синтазы. Она приводит к перепроизводству порфириногенов типа I и повышению образования и экскреции порфобилиногена и АЛК. Развиваются симптомы, похожие на ПОП, но, кроме этого, отмечаются светочувствительность кожи, трещины на коже, гемолитические явления.
Наследственная копропорфирия – аутосомно-доминатное нарушение, обусловленное дефицитом копропорфириногеноксидазы. Это митохондриальный фермент, осуществляющий превращение копропорфириногена III в протопорфириноген (рис.2.3).
Копропорфириноген III в больших количествах удаляется из организма в составе фекалий и с мочой. Как и уропорфириноген, копропорфириноген на свету и воздухе быстро окисляется, превращаясь в красный пигмент копропорфирин. Ограниченная способность к синтезу гема приводит к избыточному образованию АЛК и порфобилиногена и появлению у пациентов всех симптомов, связанных с избытком АЛК. При этом заболевании введение гематина также может вызвать по крайней мере частичную репрессию АЛК-синтазы и смягчение симптомов, обусловленных перепроизводством интермедиатов биосинтеза гема.
108
Гемопротеииы
Гем + Апобелки
Fe2+ Феррохелатаза
Протопорфирин
Протопорфириноген
Копропорфириноген Копропорфирин
Уропорфириноген Уропорфирин
Порфобилиноген
АЛК-синтаза
АЛК
Сукцинил-КоА + Глицин
Рис. 2.3. Последовательные стадии синтеза гемсодержащих белков [10]
Мозаичная порфирия – аутосомно-доминантное нарушение, при котором происходит частичное блокирование ферментативного превращения протопорфириногена в гем. В норме это превращение осуществляется фер-
ментами протопорфириногеноксигеназой и феррохелатазой. Оба фермен-
та имеют локализацию в митохондриях. У пациентов с мозаичной порфирией наблюдается относительная недостаточность содержания гема в стрессовых условиях, а также дерепрессированное состояние печеночной АЛК-синтазы. Больные экскретируют с мочой избыточное количество АЛК, порфобилиногена, уропорфирина и копропорфирина, а с фекалиями выделяют уропорфирин, копропорфирин и протопорфирин. Моча больных пигментирована и флуоресцирует, а кожа чувствительна к свету так же, как и у нижеприведенной группы нарушений.
Поздняя кожная порфирия. Является, возможно, наиболее распространенной формой порфирий. Обычно она связана с повреждением пече-
109
ни алкоголем или токсинами (ионы тяжелых металлов). Вероятной причиной может быть частичная недостаточность уропорфириногендекарбоксилазы. Нарушения, вероятно, передаются аутосомно-доминантным путем, но пенетрантность зависит от функционального состояния печени. Моча больных содержит повышенные количества уропорфиринов типа I и III; в то же время экскреция с мочой АЛК и порфобилиногена наблюдается редко.
Главным клиническим проявлением поздней кожной порфирии служит повышенная светочувствительность кожи.
Протопорфирия или эритропоэтическая порфирия обусловлена до-
минатно наследуемой недостаточной активностью феррохелатазы в митохондриях всех тканей. Клинически болезнь проявляется как острая крапивница, вызываемая воздействием солнечных лучей. Эритроциты, плазма и фекалии больных содержат повышенные количества протопорфирина IX, а ретикулоциты и кожа часто флуоресцируют красным светом.
Приобретенная (токсическая) порфирия может быть вызвана действием токсических соединений, таких как гексахлорбензол, соли свинца и других тяжелых металлов, а также лекарственными препаратами. Тяжелые металлы являются ингибиторами ряда ферментов в системе синтеза гема, включая АЛК-дегидратазу, уропорфириногенсинтетазу и феррохелатазу.
Распад гема и его нарушения. Разрушение эритроцитов и распад гемоглобина осуществляются в печени, селезенке и тканях костного мозга. Гемоглобин транспортируется в данные клетки при участии гаптоглобина. При поступлении в клетки от белка сначала отщепляется гем, который через ряд промежуточных стадий превращается в желчные пигменты – били-
рубин и биливердин.
При условиях физиологической нормы в организме человека разрушается 1-2·108 эритроцитарных клеток в час. Белковая часть гемоглобина может быть либо снова использована, либо подвергнута расщеплению до аминокислот; железо гема включается в общий пул и также снова используется. Свободная от железа порфириновая часть гема обязательно деградирует. Это происходит в микросомальной фракции ретикулоэндотелиальных клеток печени, селезенки и костного мозга с помощью сложной ферментативной системы – гемоксигеназной. Сначала гем превращается в гемин за счет окисления железа в ферриформу; затем гемин связывается
сальбумином с образованием метгемальбумина. Гемоксигеназная система является индуцибельной и локализуется вблизи микросомальной системы транспорта электронов. Гемин сначала восстанавливается в ферроформу
спомощью НАДФН и гидратируется по α-метенильному мостику между
пирррольными кольцами I и II с использованием еще одной молекулы НАДФН, а железо снова окисляется в Fe3+. При последующем присоединении кислорода происходят освобождение феррииона, выделение молекулы окиси углерода и образование в результате раскрытия тетрапиррольного
110