Нарушение обмена аминокислот. Генные болезни человека

Большая часть аминокислот в организме связана в белках, зна­чительно меньшая может выполнять функцию нейромедиаторов (глицин, у-аминомасляная кислота), служить предшественниками гормонов (фенилаланин, тирозин, триптофан, глицин), коферментов, пигментов, пуринов и пиримидинов.

Современные представления о врожденных болезнях метабо­лизма основываются на результатах изучения нарушений обмена аминокислот. В настоящее время известно более 70 врожденных аминоацидопатий. Каждое из этих нарушений встречается редко. Их частота колеблется от 1:10 000 (фенилкетонурия) до 1:200 000 (алкаптонурия). При одних дефектах определяется избыток амино­кислоты-предшественника, при других накапливаются продукты ее распада. Характер нарушения зависит от места ферментативного блока, обратимости реакций, протекающих выше поврежденного зве­на, и существования альтернативных путей «утечки» метаболитов.

Аминоацидопатиям свойственна биохимическая и генетическая гетерогенность: различают 4 формы гиперфенилаланинемии, 3 ва­рианта гомоцистинурии, 5 типов метилмалоновой ацидемии. Кли­нические проявления многих аминоацидопатий можно предотвра­тить или ослабить при ранней диагностике и своевременном нача­ле адекватного лечения: ограничение белка и аминокислот в диете, добавка витаминов. Вот почему среди новорожденных проводится скрининг на аминоацидопатий с использованием разнообразных химических и микробиологических методов анализа крови или мочи. Кроме того, для диагностики врожденных нарушений обмена аминокислот используют:

Прямой ферментный метод, используя экстракты лейкоци­тов, эритроцитов, культуру фибробластов;

ДНК-ДНК-блотгибридизацию с использованием культуры клеток амниотической жидкости.

К числу наиболее распространенных аминоацидопатий отно­сится фенилкетонурия - одна из разновидностей гиперфенилала­нинемии, обусловленной нарушением превращения фенилаланина в тирозин вследствие снижения активности фенилаланингидрокси-лазы. Дефект наследуется аутосомно-рецессивно, широко распрост­ранен среди европеоидов и жителей Востока. В заметных количе­ствах фенилаланингидроксилаза обнаружена только в печени и ночках. Прямым следствием нарушения гидроксилирования фени­лаланина является накопление его в крови и моче и снижение об­разования тирозина.

Концентрация фенилаланина в плазме дости­гает уровня, достаточно высокого (более 200 мг/л) для активации альтернативных путей обмена с образованием фенилпирувата, фе. нилацетата, фениллактата и других производных, которые подвер­гаются почечному клиренсу и выводятся с мочой. Избыток фенила ланина в жидких средах организма тормозит всасывание в желудочно-кишечном тракте других аминокислот, а это лишает голов ной мозг других аминокислот, необходимых для синтеза белка, сопровождается нарушением образования или стабилизации полири­босом, снижением синтеза миелина и недостаточным синтезом норадреналина и серотонина.

Фенилаланин - конкурентный ингибитор тирозиназы, являю­щейся ключевым ферментом на пути синтеза меланина. Блокада этого пути наряду с уменьшением доступности предшественника меланина (тирозина) обусловливает недостаточную пигментацию волос и кожи.

У новорожденных никаких отклонений от нормы не отмечают, однако дети, оставленные без лечения с классической фенилкетонурией, отстают в развитии; у них прогрессируют нарушения функ­ций головного мозга. Гиперактивность и судороги, прогрессирую­щая дисфункция головного мозга и базальных ганглиев обуславливают резкое отставание в психическом развитии, хорею, гипотензию, регидность мышц. Вследствие накопления фенилаланина является «мышиный» запах кожи, волос и мочи, склонность к гипопигментации и экземе. Несмотря на ранний диагноз и стандартное лечение дети погибают в первые несколько лет жизни от вторичной инфекции.

У новорожденного содержание фенилаланина в плазме может быть в пределах нормы при всех 4 типах гиперфеиилаланинемии но после начала кормления белком уровень фенилаланина в крови быстро увеличивается и уже обычно на 4-й день превышает норму.

Классическую фенилкетонурию можно диагностировать прена-тально по полиморфизму длины рестрикционных фрагментов, идентифицируемому с помощью ДНК-ДНК-блотгибридизации, и после рождения ребенка по определению концентрации фенилала­нина в крови по методу Гутри (ингибирование роста бактерий).

Резкое нарушение катаболизма тирозина вследствие недостаточности фермента оксидазы гомогентизиновой кислоты обусловливает развитие алкаптонурии (алкаптон - окрашенный поли мер продуктов окисления гомогентизиновой кислоты). Дефект го фермента вызывает повышенную экскрецию гомогентизиновой кислоты с мочой и накопление окисленной гомогентизиновой лоты в соединительной ткани (охроноз). Со временем охроноз обусловливает развитие дегенеративного артрита.

Гомогентизиновая кислота - это промежуточный продукт пре­вращения тирозина в фумарат и ацетоацетат. При снижении ак­тивности оксидазы гомогентизиновой кислоты в печени и почках нарушается раскрытие фенольного кольца тирозина с образовани­ем малеилацетоуксусиой кислоты. Вследствие этого в жидких сре­дах и клетках организма накапливается гомогентизиновая кислота. Эта кислота и особенно ее окисленные полимеры связываются кол­лагеном, что приводит к усилению накопления серого или сине-чер­ного пигмента (охроноз) с развитием дистрофических изменений в хрящах, межпозвоночных дисках и других соединительнотканных образованиях.

Заболевание наследуется аутосомно-рецессивно.

Алкаптонурия может оставаться нераспознанной вплоть до развития дистрофических повреждений суставов. Такие симпто­мы, как способность мочи больных темнеть при стоянии и легкое изменение окраски склер и ушных раковин, долгое время могут оказываться незамеченными, хотя это самые ранние внешние при­знаки заболевания. Затем появляются очаги серо-коричневой пиг­ментации склер и генерализованное потемнение ушных раковин, противозавитка и завитка. Ушные хрящи фрагментируются и утолщаются. Появляется охронозный артрит с болевыми симпто­мами и тугоподвижностью, особенно в тазобедренных, коленных и плечевых суставах.

Аминокислота тирозин, поступающая с белками пищи и обра­зующаяся из фенилаланина, может превращаться:

1) в фенилпируват после переаминирования с а-кетоглютаратом, окисление которого приводит к образованию гомогентизино­вой кислоты; последняя, окисляясь, превращается в фумаровую, за­тем ацетоуксусную кислоту, которая включается в цикл Кребса;

2) ДОФА (n-диоксифенилаланин) при участии тирозиназы в норадреналин и меланин;

3) в тетра- и грийодтиронин после йодирования;

4) подвергаться декарбоксилированию.

Нарушение различных стадий окислительного превращения тирозина при участии тирозиназы и, следовательно, образование из него меланина обусловливает развитие альбинизма. Задержка окисления тирозина на стадии оксифенилпировиноградной кислоты (при недостатке витамина С и поражении паренхимы печени) индуцирует тирозиноз, который проявляется в повышенной экскреции с мочой оксифенилпирувата. Межуточный обмен триптофана характеризуется тем, что он сравнительно мало вовлекается в реакции переаминирования и дезаминирования. Большая часть триптофана превращается в никотиновую кислоту (витамин РР), и на этом этапе образуется ряд про­межуточных продуктов: кинуренин, ксантуреновая кислота, оксиант-раниловая кислота и другие. Повышение их концентрации в крови оказывает общее токсическое действие; ксантуреновая кислота нару­шает образование инсулина. Патология обмена триптофана может быть связана с недостаточностью специфических ферментов, коферментов и витамина В6, участвующих в его обмене, а также при оча­говых и диффузных поражениях печени, при инфекционных заболе­ваниях, при лечении противотуберкулезными препаратами.

Своеобразным нарушением обмена аминокислот является аминоацидурия - повышенное их выделение с мочой. Причины аминоацидурии: нарушение дезаминирования аминокислот при пораже­нии печени и нарушение реабсорбции аминокислот в почечных ка­нальцах при поражении почек.

При острой дистрофии печени или терминальной стадии цир­роза потеря с мочой аминокислот весьма значительна. Аминоацидурия возникает и при других патологических процессах (кахексия, обширные травмы, мышечная атрофия, гипертиреоз), течение кото­рых характеризуется усиленным распадом тканевых белков и уве­личением содержания аминокислот в крови.

Иногда в моче отмечается увеличенное содержание цистина - цистинурия как врожденная аномалия обмена, для которой харак­терно образование цистиновых камней в мочевыводящих путях. Более тяжелое нарушение обмена цистина - цистиноз, который сопровождается общей аминоацидурией, отложением кристаллов цистина в тканях и характеризуется ранним летальным исходом.

В целом, в основе нарушения межуточного обмена аминокис­лот лежит патология ферментативных систем (врожденные анома­лии синтеза ферментов, общая белковая недостаточность, дистро­фические процессы) или недостаточность тех или иных витаминов, гипоксия, сдвиг рН и др.

Патофизиологическое значение нарушений межуточного звена белкового обмена состоит в том, что при этих нарушениях появля­ются токсические продукты обмена и нарушаются количественные соотношения между аминокислотами, что в конечном итоге создает условия для нарушения процессов синтеза белка, образования и эк­скреции конечных продуктов белкового обмена.

Аминокислоты поступают в кровь и ткани из пищеварительного тракта; кроме того, они обра­зуются при деструкции тканевых белков под действием внутриклеточных катепсинов (проте­иназ).

Основная часть аминокислот используется в организме в качестве строительных блоков при синтезе белков. Кроме того, аминокислоты ис­пользуются для синтеза пуриновых и пирими-диновых оснований, гормонов, тема, различных биологически активных пептидов (интерлейки-ны, факторы роста и т.д.), меланина, глюкозы, жирных кислот и ряда других веществ. Глицин и глутамат играют роль нейромедиаторов в ЦНС. Аминокислоты, не использованные для выше­упомянутых целей, подвергаются окислению до СО 2 и Н 2 О с освобождением энергии. В норме при окислении аминокислот освобождается 10-15% образующейся в организме энергии. Окис­ление аминокислот усиливается при избыточном поступлении их в организм, при голодании, са­харном диабете, гипертиреозе, снижении синте­за белков и некоторых других состояниях.

Окислению аминокислот предшествует от­щепление от них аминогруппы и превращение в а-кетокислоты. Согласно существующим пред­ставлениям дезаминирование аминокислот осу­ществляется в два этапа. Первоначально проис­ходит перенос аминогруппы аминокислоты на сс-кетоглутаровую кислоту (трансаминирова-ние). В результате образуются глутаминовая кислота и та или иная кетокислота (например, из аланина - пировиноградная).

СООН Алании

Процесс трансаминирования катализируется трансаминазами, коферментом которых являет­ся пиридоксальфосфат. Образовавкгаяся при этом процессе глутаминовая кислота подвергается окислительному дезаминированию, т.е. отщеп­лению аминогруппы под действием глутаматде-гидрогеназы с образованием иона аммония (NH (") и а-кетоглутаровой кислоты, которая может сно­ва вступить в реакцию трансаминирования или окислиться в цикле трикарбоновых кислот. Ке-токислоты, образующиеся при трансаминирова-нии (например, пировиноградная), также могут окислиться до СО 2 и Н 2 О подобно глюкозе и жирным кислотам. Поскольку реакции транса­минирования и окислительного дезаминирова-ния могут идти как в прямом, так и в обратном направлении, то они играют роль не только в превращении аминокислот в кетокислоты, но и в образовании из кетокислот ряда заменимых аминокислот в том случае, если организм испы­тывает в них потребность. Кроме того, кетокис­лоты могут быть использованы для синтеза глю­козы.

Нарушение процесса трансаминирования в целом организме происходит при гиповитами­нозе В 6 , при недостатке а-кетокислот (голодание, сахарный диабет). Нарушение трансаминирова­ния в отдельных органах, например в печени, происходит при некрозе клеток, что сопровож­дается выходом трансаминаз в кровь. Такое же явление имеет место при инфаркте миокарда. В поврежденных клетках может быть нарушен синтез белковой части трансаминаз.

Процесс окислительного дезаминирования снижается не только в связи с ослаблением трансаминирования, но и при гипоксии, гипо-витаминозах В 2 , РР, С, белковом голодании.

Нарушение процессов трансаминирования и окислительного дезаминирования аминокислот ограничивает их использование для синтеза глю­козы, жирных кислот, заменимых аминокислот, а также их окисление с освобождением энергии. При этом повышается содержание свободных аминокислот в сыворотке крови и в моче (ги-пераминоацидемия и гипераминоацидурия), снижается синтез мочевины. Такие нарушения особенно выражены при обширных повреждени­ях гепатоцитов (вирусные и токсические гепа­титы и др.), так как в этих клетках метаболизм аминокислот происходит наиболее интенсивно.

Наряду с вышеупомянутой внепочечной ги-пераминоацидурией, обусловленной усиленным

поступлением аминокислот из крови в мочу, су­ществует почечная форма гипераминоациду-

рии, связанная с нарушением реабсорбции ами­нокислот в почечных канальцах, при этом со­держание аминокислот в сыворотке крови нор­мально или даже понижено (см. гл. 18). Гипер-аминоацидурия (физиологическая) может наблю­даться у детей раннего возраста в связи с функ­циональной неполноценностью (незрелостью) эпителия почечных канальцев; у беременных женщин повышается экскреция с мочой гисти-дина и ряда других аминокислот.

Одним из путей метаболизма аминокислот является их декарбоксилирование, которое со­стоит в отщеплении от аминокислоты СО 2 . В ре­зультате образуются биогенные амины: гиста-мин - из гистидина, серотонин - из 5-окситрип-тофана, тирамин - из тирозина, у-аминомасля-ная кислота (ГАМК) - из глутаминовой, дофа­мин - из диоксифенилаланина и некоторые дру­гие.

NH,
| Фермент

НС=С-СН„-С - СООН- НС = С-СН, -СН г

-со г

L-гистидин

Этот процесс катализируется декарбоксила-зами, коферментом которых является пиридок­сальфосфат (витамин В с); при его дефиците об­разование биогенных аминов снижается. В час­тности, уменьшается образование у-аминомасля-ной кислоты, которая является основным тор­мозным нейромедиатором, как следствие этого наблюдается частое развитие судорог. Биогенные амины обладают высокой физиологической ак­тивностью. Наряду с ГАМК, серотонин и дофа­мин являются также нейромедиаторами в ЦНС, их повышенное или пониженное содержание в ткани мозга играет роль в патогенезе некоторых форм нейропатологии (нервной депрессии, пар­кинсонизма, шизофрении). Повышенное образо­вание в организме серотонина, наиболее выра­женное при карциноиде (опухоль, развивающа­яся из энтерохромафинных клеток кишечника), сопровождается спазмом мускулатуры бронхов и кишечника, диареей, усилением агрегации тромбоцитов; кроме того, серотонин является мощным вазоконстриктором. Хорошо известна роль гистамина в появлении болевых ощущений,

развитии воспаления и аллергических реакции, в том числе анафилактического шока.

Устранение избытка биогенных аминов про­исходит при участии аминооксидаз, которые катализируют превращение их в альдегиды пос­ле отщепления аминогруппы в виде NH. r Серо-тонин превращается в оксииндолилуксусную кислоту, которая выделяется с мочой.

Наследственные нарушения обмена некото­рых аминокислот. Существуют многочисленные заболевания, обусловленные нарушением мета­болизма аминокислот. С расстройствами мета­болизма фенилаланина связано заболевание фе-нилкетонурией. К этому приводит мутация гена, необходимого для образования фермента фенил-аланингидроксилазы, при участии которой про­исходит превращение фенилаланина в тирозин. При отсутствии данного фермента наблюдается накопление в организме фенилаланина и проме­жуточных продуктов его метаболизма - фенил-пировиноградной, фенилуксусной и фенилмолоч-ной кислот, которые оказывают токсическое дей­ствие на мозг ребенка. Фенилпируват выделяет­ся с мочой, где его можно обнаружить. Основ­ные проявления фенилкетонурии - умственная отсталость, психозы, судорожные припадки, эк­зема, мышиный запах [Марри Р. и соавт., 1993]. Предотвратить развитие болезни можно только ранним переводом ребенка на диету с очень низ­ким содержанием фенилаланина. Болезнь насле­дуется по аутосомно-рецессивному типу.

Одним из заболеваний, обусловленных нару­шением метаболизма тирозина, является алкап-тонурия. Развитие ее связано с генетически обус­ловленным дефицитом фермента оксидазы гомо-гентизиновой кислоты, которая является одним из продуктов метаболизма тирозина. В связи с указанным дефектом гомогентизиновая кислота в большом количестве выделяется с мочой, при­давая ей темно-коричневую окраску. Кроме того, гомогентизиновая кислота накапливается в со­единительной и хрящевой тканях, также обус­ловливая их темное окрашивание (охроноз). Может развиться артрит. Передача дефектного гена осуществляется по аутосомно-рецессивно­му типу. Нарушением метаболизма тирозина обусловлены и такие заболевания, как тирози-ноз (тирозинемия) и альбинизм.

Гистидинемия - заболевание, связанное с за­медлением превращения гистидина в уроканат вследствие дефицита фермента гистидазы. В

крови и моче обнаруживается повышенное со­держание гистидина. Большинство больных ги-стидинемией характеризуются умственной отста­лостью и дефектами речи. Заболевание наследу­ется по аутосомно-рецессивному типу.

Цистиноз - наследственное заболевание, ха­рактеризующееся отложением кристаллов цис-тина во многих тканях и органах, что связыва­ют с нарушением функции лизосом. В моче по­вышено содержание всех аминокислот. Леталь­ный исход наступает в раннем детском возрасте вследствие развития острой почечной недоста­точности.

11.6.5. Нарушение конечного этапа обмена белка и аминокислот

Конечным продуктом обмена белка и амино­кислот является мочевина, выделяющаяся из организма с мочой. Синтез мочевины осуществ­ляется гепатоцитами в орнитиновом цикле. Об­разование мочевины имеет большое физиологи­ческое значение, так как благодаря этому про­цессу происходит обезвреживание высоко ток­сичного продукта - аммиака, отщепляющегося от аминокислот при их дезаминировании, а так­же поступающего в кровь из кишечника. Обезв­реживание аммиака, образующегося в клетках различных органов, в том числе в мозге, дости­гается путем реакции амидирования, т.е. при­соединение его к аспарагиновой и в особенности глутаминовой кислотам с образованием аминов аспарагина и глутамина. Процесс амидирования, так же как и образование мочевины, идет с по­треблением энергии, источником которой явля­ется АТФ.

Синтез мочевины понижается при длитель­ном белковом голодании (недостаток ферментов), при заболеваниях печени (циррозы, острые ге­патиты с повреждением большого числа гепато-цитов, отравление печеночными ядами), а так­же при наследственных дефектах синтеза фер­ментов, участвующих в орнитиновом цикле об­разования мочевины (карбамилфосфатсинтетазы, аргининсукцинатсинтетазы и аргининсукцинат-лиазы). При нарушении синтеза мочевины ко­личество ее в крови и моче снижается и нарас­тает содержание аммиака и аминокислот, т.е. резидуального азота (продукционная гиперазо­темия). Гипераммониемия играет важную роль в патогенезе печеночной энцефалопатии и комы.

Глава 11 / ПАТОФИЗИОЛОГИЯ ТИПОВЫХ НАРУШЕНИЙ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ

Избыток аммиака может в некоторой степени устраняться за счет повышенного образования глутамина и присоединения к а-кетоглутаровой кислоте, которая при этом превращается в глу-таминовую, и ее окисление в цикле трикарбоно-вых кислот резко снижается. Вследствие этого снижается образование АТФ.

Другой причиной накопления небелковых азотистых продуктов в крови (креатинин, моче­вина) является нарушение выделительной фун­кции почек при острой и хронической почечной недостаточности или при нарушении проходи­мости мочевыводящих путей. Возникающая в данном случае гиперазотемия называется ретен-ционной. При этом концентрация остаточного азота в крови возрастает до 140-215 ммоль/л, а содержание небелковых азотистых продуктов в моче снижается. Ретенционная гиперазотемия является одним из факторов, играющих роль в развитии уремической комы.

Возможно развитие смешанной (комбиниро­ванной) формы гиперазотемии, при которой повышенный распад белка в тканях сочетается с недостаточным выведением азотистых продук­тов с мочой. Такое сочетание возможно при ост­рой почечной недостаточности, развившейся на почве септического аборта, или обширном сдав-лении тканей (синдром раздавливания). К ком­бинированной форме гиперазотемии относится гипохлоремическая гиперазотемия, возникаю­щая при неукротимой рвоте, стенозе приврат­ника и профузных поносах.

11.7. ПАТОФИЗИОЛОГИЯ ОБМЕНА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) яв­ляется главной составной частью хромосом. Спе­цифика ее структуры определяет возможность передачи наследственной информации от роди­телей потомству и от исходной клетки к дочер­ним в процессе деления. На молекуле ДНК осу­ществляется синтез всех видов РНК (транскрип­ция), в том числе информационной РНК, кото­рая является матрицей для синтеза специфичес­ких для данного организма белков.

В обмене нуклеиновых кислот можно выде­лить следующие этапы: 1) расщепление посту­пающих с пищей нуклеопротеидов в кишечнике с последующим всасыванием в кровь продуктов

их гидролиза; 2) эндогенный синтез ДНК и РНК; 3) распад нуклеиновых кислот под действием внутриклеточных нуклеаз с образованием конеч­ных продуктов их обмена и выведением из орга­низма.

Нарушение усвоения поступающих с пищей нуклеиновых кислот и продуктов их гидроли­за не имеет существенного значения, так как все высокоорганизованные существа способны синтезировать необходимые для них нуклеино­вые кислоты из имеющихся в клетках метабо­литов. Поступившие из кишечника в кровь нук-леотиды, пуриновые и пиримидиновые основа­ния не включаются ни в синтезируемые нукле­иновые кислоты, ни в пуриновые и пиримиди­новые коферменты, такие как АТФ и НАД, а расщепляются с образованием конечных продук­тов - мочевой кислоты и мочевины. Но при па­рентеральном введении нуклеозидов и нуклео-тидов они включаются в молекулы ДНК и РНК.

11.7.1. Нарушение эндогенного синтеза ДНК и РНК

Образование новых молекул ДНК и РНК про­исходит не только в растущем организме, но и у взрослого человека. Об этом свидетельствует включение введенного в организм радиоактив­ного изотопа фосфора (:12 Р) в их молекулы. Син­тез ДНК наиболее интенсивно протекает в тех тканях, где постоянно происходит регенерация клеток (костный мозг, слизистая желудочно-кишечного тракта и др.). Перед вступлением соматической клетки в митоз (в фазе S митоти-ческого цикла) количество ДНК в ядре удваива­ется, что является необходимым условием удво­ения числа хромосом. Синтез новых молекул РНК происходит во всех клетках, но наиболее интенсивно он протекает в органах, синтезиру­ющих большое количество белков (костный мозг и лимфоидные органы, печень, слизистая же­лудка и кишечника, поджелудочная железа).

Для осуществления синтеза нуклеиновых кислот необходимо присутствие в клетках дос­таточного количества пуриновых и пиримиди-новых оснований, рибозы и дезоксирибозы, а также макроэргических фосфорных соединений. Материалом для синтеза пуриновых и пирими-диновых оснований являются одноуглеродные фрагменты некоторых аминокислот и их произ­водных (аспарагиновая кислота, глицин, серии,

Часть II. ТИПОВЫЕ ПАТОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

глутамин), а также аммиак и С0 2 (рис. 99). Ри-боза образуется из глюкозы в пентозном цикле, в дальнейшем она может превращаться в дезок-сирибозу.

Наиболее выраженные нарушения синтеза ДНК имеют место при дефиците фолиевой кис­лоты и витамина В ]9 .

При дефиците фолиевой кислоты наруша­ется использование одноуглеродных фрагментов аминокислот для синтеза пуриновых и пирими-диновых оснований.

Витамин В 12 необходим для образования не­которых коферментных форм фолиевой кисло­ты, при дефиците которых нарушается превра­щение диоксиуридинмонофосфата в дезоксити-мидилат посредством метилирования при помо­щи N 5 , N 10 - метилентетрагидрофолата в реакции, катализируемой тимидилатсинтетазой. В резуль­тате нарушается синтез тимидина, что лимити­рует образование новых молекул ДНК. Синтез РНК при дефиците витамина В 12 и фолиевой кислоты не нарушается. Пониженное образова­ние ДНК тормозит вступление клеток в митоз вследствие удлинения синтетической фазы ми-тотического цикла. Задержка митозов ведет к замедлению клеточных делений, в результате тормозится процесс физиологической регенера­ции в костном мозге и в других быстро обновля­ющихся тканях. Задержка митозов сопровожда­ется увеличением размеров клеток, что, по-ви­димому, связано с удлинением интерфазы. Наи­более демонстративно эти изменения выражены в кроветворной ткани костного мозга: появля­ются гигантские эритробласты - мегалобласты, при созревании их образуются эритроциты боль­ших размеров - мегалоциты. Обнаруживаются также увеличенные в размерах миелоциты, ме-тамиелоциты и более зрелые гранулоциты. Ги­гантские клетки появляются и в других тканях: слизистой языка, желудка и кишечника, влага­лища. Вследствие замедления процессов регене­рации развиваются тяжелая форма малокровия (пернициозная анемия), лейкопения и тромбо-цитопения, атрофические изменения в слизис­той пищеварительного тракта.

Дефицит витамина В 12 у человека возникает при длительной вегетарианской диете, при на­рушении его всасывания в кишечнике в связи с прекращением продукции внутреннего фактора Касла в желудке, при атрофии его слизистой в результате повреждения аутоантителами; други-

I Глицин
Аспартат у i

Нарушение трансаминирования и окислительного дезаминирования. Процессы трансаминирования и дезаминирования имеют универсальное значение для всех живых организмов и всех аминокислот: трансаминирование приводит к образованию аминокислот, дезаминирование - к их разрушению.

Сущность реакции трансаминирования заключается в обратимом переносе аминогруппы от аминокислоты на а-кетокислоту без промежуточного образования свободного аммиака. Реакция катализируется специфическими ферментами: аминотрансферазами или трансаминазами, кофакторами которых являются фосфорилированные формы пиридоксина (пиридоксальфосфат и пиридок-саминофосфат).

Нарушения реакции трансаминирования могут возникать по нескольким причинам: это прежде всего недостаточность пиридоксина (беременность, подавление сульфаниламидными препаратами кишечной флоры, частично синтезирующей витамин, торможение синтеза пиридоксальфосфата во время лечения фтивазидом). Снижение активности трансаминаз происходит также при ограничении синтеза белков (голодание, тяжелые заболевания печени). Если в отдельных органах возникает некроз (инфаркт миокарда или легких, панкреатит, гепатит и др.), то вследствие разрушения клеток тканевые трансаминазы поступают в кровь и повышение их активности в крови при данной патологии является одним из диагностических тестов. В изменении скорости трансаминирования существенная роль принадлежит нарушению соотношения между субстратами реакции, а также гормонам, особенно гликокортикоидам и гормону щитовидной железы, оказывающим стимулирующее влияние на этот процесс.

Угнетение окислительного дезаминирования, приводящее к накоплению неиспользованных аминокислот, может вызвать повышение концентрации аминокислот в крови - гипераминоацидемию . Следствием этого является усиленная экскреция аминокислот почками (аминоацидурия ) и изменение соотношения отдельных аминокислот в крови, создающие неблагоприятные условия для синтеза белковых структур. Нарушение дезаминирования возникает при недостатке компонентов, прямо или косвенно участвующих в этой реакции (недостаток пиридоксина, рибофлавина, никотиновой кислоты; гипоксия; белковая недостаточность при голодании).

Нарушения декарбоксилирования. Являясь очень важным, хотя и не универсальным, направлением белкового обмена, декарбоксилирование протекает с образованием CO 2 и биогенных аминов. Декарбоксилированию подвергаются только некоторые аминокислоты: гистидин - с образованием гистамина, тирозин - тирамина, 1-глутаминовая кислота - γ-аминомасляной кислоты , 5-гидрокситриптофан - серотонина , производные тирозина (3,4-диоксифенилаланин) и цистина (1-цистеиновая кислота) - соответственно 3,4-диоксифенилэтиламина (дофамин ) и таурина .

Биогенные амины, как известно, обладают специфической биологической активностью и увеличение их количества может вызвать ряд патологических явлений в организме. Причиной такого увеличения может быть не только усиление декарбоксилирования соответствующих аминокислот, но и угнетение окисления аминов и нарушение их связывания белками. Так, например, при гипоксических состояниях, ишемии и деструкции тканей (травмы, облучение и др.) ослабляются окислительные процессы, что способствует усилению декарбоксилирования. Появление большого количества биогенных аминов в тканях (особенно гистамина и серотонина) может вызвать значительное нарушение местного кровообращения, повышение проницаемости сосудов и повреждение нервного аппарата.

Наследственные нарушения обмена некоторых аминокислот. Прохождение аминокислот через определенные метаболические пути детерминируется наличием и активностью соответствующих ферментов. Наследственное нарушение синтеза ферментов приводит к тому, что соответствующая аминокислота не включается в метаболизм, а накапливается в организме и появляется в биологических средах: моче, кале, поте, цереброспинальной жидкости. Клиническая картина такого заболевания определяется, во-первых, появлением слишком большого количества вещества, которое должно было метаболизироваться при участии заблокированного фермента, а во-вторых, дефицитом вещества, которое должно было образоваться.

Таких генетически обусловленных нарушений обмена аминокислот известно довольно много; все они наследуются рецессивно. Некоторые из них представлены в табл. 4.

Обеспечение организма белками из нескольких источников определяет разнообразную этиологию нарушений белкового обмена. Последние могут носить первичный или вторичный характер.

Одной из наиболее частых причин общих нарушений белкового обмена является количественная или качественная белковая недостаточность первичного (экзогенного) происхождения. Дефекты, связанные с этим, обусловлены ограничением поступления экзогенных белков при полном или частичном голодании, низкой биологической ценностью пищевых белков, дефицитом незаменимых аминокислот (валина, изолейцина, лейцина, лизина, метионина, треонина, триптофана, фенилаланина, гистидина, аргинина).

При некоторых заболеваниях нарушения белкового обмена могут развиваться в результате расстройства переваривания и всасывания белковых продуктов (при гастроэнтеритах, язвенном колите), повышенного распада белка в тканях (при стрессе, инфекционных болезнях), усиленной потери эндогенных белков (при кровопотерях, нефрозе, травмах), нарушения синтеза белка (при гепатитах). Следствием указанных нарушений часто является вторичная (эндогенная) белковая недостаточность с характерным отрицательным азотистым балансом.

При длительной белковой недостаточности резко нарушается биосинтез белков в различных органах, что ведет к патологическим изменениям обмена веществ в целом.

Белковая недостаточность может развиться и при достаточном поступлении белков с пищей, но при нарушении белкового обмена.

Она может быть обусловлена:

• нарушением расщепления и всасывания белков в ЖКТ;
• замедлением поступления аминокислот в органы и ткани;
• нарушением биосинтеза белка; нарушением промежуточного обмена аминокислот;
• изменением скорости распада белка;
• патологией образования конечных продуктов белкового обмена.

Нарушения расщепления и всасывания белков.

В пищеварительном тракте белки расщепляются под влиянием протеолитических ферментов. При этом, с одной стороны, белковые вещества и другие азотистые соединения, входящие в состав пищи, теряют свои специфические особенности, с другой стороны, из белков образуются аминокислоты, из нуклеиновых кислот - нуклеотиды и т.д. Образовавшиеся при переваривании пищи или находившиеся в ней азотсодержащие вещества с небольшой молекулярной массой подвергаются всасыванию.

Различают первичные (при различных формах патологии желудка и кишечника - хронических гастритах, язвенной болезни, раке) и вторичные (функциональные) расстройства секреторной и всасывательной функции эпителия в результате отека слизистой оболочки желудка и кишечника, нарушения переваривания белков и всасывания аминокислот в желудочно-кишечном тракте.

Основные причины недостаточного расщепления белков заключаются в количественном уменьшении секреции соляной кислоты и ферментов, снижении активности протеолитических ферментов (пепсина, трипсина, химотрипсина) и связанном с этим недостаточным образованием аминокислот, уменьшении времени их воздействия (ускорение перистальтики). Так, при ослаблении секреции соляной кислоты снижается кислотность желудочного сока, что ведет к уменьшению набухания пищевых белков в желудке и ослаблению превращения пепсиногена в его активную форму - пепсин. В этих условиях часть белковых структур переходит из желудка в двенадцатиперстную кишку в неизмененном состоянии, что затрудняет действие трипсина, химотрипсина и других протеолитических ферментов кишечника. Дефицит ферментов, расщепляющих белки растительного происхождения, ведет к непереносимости злаковых белков (риса, пшеницы и др.) и развитию целиакии.

Недостаточное образование свободных аминокислот из пищевых белков может происходить в случае ограничения поступления в кишечник сока поджелудочной железы (при панкреатите, сдавлении, закупорке протока). Недостаточность функции поджелудочной железы ведет к дефициту трипсина, химотрипсина, карбоангидразы А, Б и других протеаз, воздействующих на длинные полипептидные цепи или расщепляющих короткие олигопептиды, что снижает интенсивность полостного или пристеночного пищеварения.

Недостаточное действие пищеварительных ферментов на белки может возникнуть вследствие ускоренного прохождения пищевых масс по кишечнику при усилении его перистальтики (при энтероколитах) либо уменьшении площади всасывания (при оперативном удалении значительных участков тонкого кишечника). Это ведет к резкому сокращению времени контакта содержимого химуса с апикальной поверхностью энтероцитов, незавершенности процессов энзиматического распада, а также активного и пассивного всасывания.

Причинами нарушения всасывания аминокислот являются повреждение стенки тонкого кишечника (отек слизистой оболочки, воспаление) или неравномерное по времени всасывание отдельных аминокислот. Это ведет к нарушению (дисбалансу) соотношения аминокислот в крови и синтеза белка в целом, поскольку незаменимые аминокислоты должны поступать в организм в определенных количествах и соотношениях. Чаще всего имеет место нехватка метионина, триптофана, лизина и других аминокислот.

Помимо общих проявлений нарушения аминокислотного обмена, могут быть специфические нарушения , связанные с отсутствием конкретной аминокислоты. Так, недостаток лизина (особенно в развивающемся организме) задерживает рост и общее развитие, понижает содержание в крови гемоглобина и эритроцитов. При недостатке в организме триптофана возникает гипохромная анемия. Дефицит аргинина приводит к нарушению сперматогенеза, а гистидина - к развитию экземы, отставанию в росте, угнетению синтеза гемоглобина.

Кроме того, недостаточное переваривание белка в верхних отделах желудочно-кишечного тракта сопровождается усилением перехода продуктов его неполного расщепления в толстый кишечник и ускорением процесса бактериального расщепления аминокислот. В результате увеличивается образование ядовитых ароматических соединений (индола, скатола, фенола, крезола) и развивается общая интоксикация организма этими продуктами гниения.

Замедление поступления аминокислот в органы и ткани.

Всосавшиеся из кишечника аминокислоты поступают непосредственно в кровь и частично в лимфатическую систему, представляя собой запас разнообразных азотистых веществ, которые затем участвуют во всех видах обмена. В норме аминокислоты, всосавшиеся в кровь из кишечника, циркулируют в крови 5 - 10 мин и очень быстро поглощаются печенью и частично другими органами (почками, сердцем, мышцами). Увеличение времени этой циркуляции указывает на нарушение способности тканей и органов (в первую очередь печени) поглощать аминокислоты.

Поскольку ряд аминокислот является исходным материалом при образовании биогенных аминов, задержка их в крови создает условия для накопления в тканях и крови соответствующих протеиногенных аминов и проявления их патогенного действия на различные органы и системы. Повышенное содержание в крови тирозина способствует накоплению тирамина, который участвует в патогенезе злокачественной гипертонии. Длительное повышение содержания гистидина ведет к увеличению концентрации гистамина, что способствует нарушению кровообращения и проницаемости капилляров. Кроме того, повышение содержания аминокислот в крови проявляется увеличением их выведения с мочой и формированием особой формы нарушений обмена - аминоацидурии. Последняя может быть общей, связанной с повышением концентрации в крови нескольких аминокислот, или избирательной - при увеличении содержания в крови какой-либо одной аминокислоты.

Нарушение синтеза белков.

Синтез белковых структур в организме является центральным звеном метаболизма белка. Даже небольшие нарушения специфичности биосинтеза белка могут вести к глубоким патологическим изменениям в организме.

Среди причин, вызывающих нарушения синтеза белка, важное место занимают различные виды алиментарной недостаточности (полное, неполное голодание, отсутствие в пище незаменимых аминокислот, нарушение количественных соотношений между незаменимыми аминокислотами, поступающими в организм). Если, например, в тканевом белке триптофан, лизин, валин содержатся в равных соотношениях (1:1:1), а с пищевым белком эти аминокислоты поступают в соотношении (1:1:0,5), то синтез тканевого белка будет обеспечиваться при этом только наполовину. При отсутствии в клетках хотя бы одной из 20 незаменимых аминокислот прекращается синтез белка в целом.

Нарушение скорости синтеза белков может быть обусловлено расстройством функции соответствующих генетических структур, на которых происходит этот синтез (транскрипция ДНК, трансляция, репликация). Повреждение генетического аппарата может быть как наследственным, так и приобретенным, возникшим под влиянием различных мутагенных факторов (ионизирующего излучения, ультрафиолетового облучения и др.). Нарушение синтеза белка могут вызывать некоторые антибиотики. Так, ошибки в считывании генетического кода могут возникнуть под влиянием стрептомицина, неомицина и некоторых других антибиотиков. Тетрациклины тормозят присоединение новых аминокислот к растущей полипептидной цепи. Митомицин угнетает синтез белка за счет алкилирования ДНК (образование прочных ковалентных связей между ее цепями), препятствуя расщеплению нитей ДНК.

Одной из важных причин, вызывающих нарушение синтеза белков, может явиться нарушение регуляции этого процесса. Интенсивность и направленность белкового обмена регулируют нервная и эндокринная системы, действие которых заключается, вероятно, в их влиянии на различные ферментные системы. Клинический и экспериментальный опыт показывают, что отключение органов и тканей от ЦНС приводит к местному нарушению процессов обмена в денервированных тканях, а повреждение ЦНС вызывает расстройства белкового обмена. Удаление коры головного мозга у животных ведет к снижению синтеза белка.

Соматотропный гормон гипофиза, половые гормоны и инсулин оказывают стимулирующее воздействие на синтез белка. Наконец, причиной патологии синтеза белка может стать изменение активности ферментных систем клеток, участвующих в биосинтезе белка. В крайне выраженных случаях речь идет о блокировке метаболизма, представляющей собой вид молекулярных расстройств, составляющих основу некоторых наследственных заболеваний.

Результатом действия всех перечисленных факторов является обрыв или снижение скорости синтеза как отдельных белков, так и белка в целом.

Выделяют качественные и количественные нарушения биосинтеза белков. О том. какое значение могут иметь качественные изменения биосинтеза белков в патогенезе различных заболеваний, можно судить на примере некоторых видов анемий при появлении патологических гемоглобинов. Замена только одного аминокислотного остатка (глутамина) в молекуле гемоглобина на валин приводит к тяжелому заболеванию - серповидноклеточной анемии.

Особый интерес представляют количественные изменения в биосинтезе белков органов и крови, приводящие к сдвигу соотношений отдельных фракций белков в сыворотке крови - диспротеинемии. Выделяют две формы диспротеинемий: гиперпротеинемия (увеличение содержания всех или отдельных видов белков) и гипопротеинемия (уменьшение содержания всех или отдельных белков). Так, ряд заболеваний печени (цирроз, гепатит), почек (нефрит, нефроз) сопровождаются выраженным уменьшением содержания альбуминов. Ряд инфекционных заболеваний, сопровождающихся обширными воспалительными процессами, ведет к увеличению содержания γ-глобулинов.

Развитие диспротеинемии сопровождается, как правило, серьезными сдвигами в гомеостазе организма (нарушением онкотического давления, водного обмена). Значительное уменьшение синтеза белков, особенно альбуминов и γ-глобулинов, ведет к резкому снижению сопротивляемости организма к инфекции, снижению иммунологической устойчивости. Значение гипопротеинемии в форме гипоальбуминемии определяется еще и тем, что альбумин образует более или менее прочные комплексы с различными веществами, обеспечивая их транспорт между различными органами и перенос через клеточные мембраны при участии специфических рецепторов. Известно, что соли железа и меди (чрезвычайно токсичные для организма) при pH сыворотки крови трудно растворимы и транспорт их возможен только в виде комплексов со специфическими белками сыворотки (трансферрином и церулоплазмином), что предотвращает интоксикацию этими солями. Около половины кальция удерживается в крови в форме, связанной с альбуминами сыворотки. При этом в крови устанавливается определенное динамическое равновесие между связанной формой кальция и его ионизированными соединениями.

При всех заболеваниях, сопровождающихся снижением содержания альбуминов (заболевания почек) ослабляется и способность регулировать концентрацию ионизированного кальция в крови. Кроме того, альбумины являются носителями некоторых компонентов углеводного обмена (гликопротеиды) и основными переносчиками свободных (неэстерифицированных) жирных кислот, ряда гормонов.

При поражении печени и почек, некоторых острых и хронических воспалительных процессах (ревматизме, инфекционном миокардите, пневмонии) в организме начинают синтезироваться особые белки с измененными свойствами или несвойственные норме. Классическим примером болезней, вызванных наличием патологических белков, являются болезни, связанные с присутствием патологического гемоглобина (гемоглобинозы), нарушения свертывания крови при появлении патологических фибриногенов. К необычным белкам крови относятся криоглобулины, способные выпадать в осадок при температуре ниже 37 °С, что ведет к тромбообразованию. Появление их сопровождает нефроз, цирроз печени и другие заболевания.

Патология промежуточного белкового обмена (нарушение обмена аминокислот).

Основные пути промежуточного обмена белка - это реакции переаминирования, дезаминирования, амидирования, декарбоксилирования, переметилирования, пересульфирования.

Центральное место в промежуточном обмене белков занимает реакция переаминирования, как основной источник образования новых аминокислот.

Нарушение переаминирования может возникнуть в результате недостаточности в организме витамина В 6 . Это объясняется тем, что фосфорилированная форма витамина В 6 - фосфопиридоксаль - является активной группой трансаминаз - специфических ферментов переаминирования между амино- и кетокислотами. Беременность, длительный прием сульфаниламидов тормозят синтез витамина В 6 и могут послужить причиной нарушения обмена аминокислот.

Патологическое усиление реакции переаминирования возможно в условиях повреждения печени и инсулиновой недостаточности, когда значительно увеличивается содержание свободных аминокислот. Наконец, снижение активности переаминирования может произойти в результате угнетения активности трансаминаз из-за нарушения синтеза этих ферментов (при белковом голодании) либо нарушения регуляции их активности со стороны некоторых гормонов. Так, тирозин (незаменимая аминокислота), поступающий с белками пищи и образующийся из фенилаланина, частично окисляется в печени до фумаровой и ацетоуксусной кислот. Однако это окисление тирозина совершается только после его переампнирования с α-кетоглутаровой кислотой. При белковом истощении переаминирование тирозина заметно ослаблено, вследствие этого нарушено его окисление, что приводит к увеличению содержания тирозина в крови. Накопление тирозина в крови и выделение его с мочой могут быть связаны и с наследственно обусловленным дефектом тирозинаминотрансферазы. Клиническое состояние, развивающееся в результате этих нарушений, известно под названием «тирозиноз». Для болезни характерны цирроз печени, рахитоподобные изменения костей, геморрагии, поражения канальцев почек.

Процессы переаминирования аминокислот тесно связаны с процессами окислительного дезаминирования . в ходе которого происходит ферментативное отщепление аммиака от аминокислот. Дезаминирование определяет образование конечных продуктов белкового обмена и вступление аминокислот в энергетический обмен. Ослабление дезаминирования может возникнуть вследствие нарушения окислительных процессов в тканях (гипоксии, гиповитаминозов С, РР, В 2). Однако наиболее резкое нарушение дезаминирования наступает при понижении активности аминооксидаз либо вследствие ослабления их синтеза (диффузное поражение печени, белковая недостаточность), либо в результате относительной недостаточности их активности (увеличение содержания в крови свободных аминокислот). Вследствие нарушения окислительного дезаминирования аминокислот происходит ослабление мочевинообразования, повышение концентрации аминокислот и увеличение выведения их с мочой (аминоацидурия).

Промежуточный обмен ряда аминокислот совершается не только в форме переаминирования и окислительного дезаминирования, но и путем их декарбоксилирования (потеря СO 2 из карбоксильной группы) с образованием соответствующих аминов, получивших название «биогенные амины». Так, при декарбоксилировании гистидина образуется гистамин, тирозина - тирамин, 5-гидрокситриптофана - серотонин и т.д. Все эти амины биологически активны и оказывают выраженное фармакологическое действие на сосуды. Если в норме они образуются в малых количествах и довольно быстро разрушаются, то при нарушении декарбоксилирования складываются условия для накопления в тканях и крови соответствующих аминов и проявления их токсического действия. Причинами нарушения процесса декарбоксилирования могут служить усиление активности декарбоксилаз, торможение активности аминооксидаз и нарушение связывания аминов белками.

Изменение скорости распада белка.

Белки организма постоянно находятся в динамическом состоянии: в процессе непрерывного распада и биосинтеза. Нарушение условий, необходимых для реализации этого подвижного равновесия, также может привести к развитию обшей белковой недостаточности.

Обычно полупериод существования разных белков колеблется в пределах от нескольких часов до многих суток. Так, биологическое время уменьшения наполовину альбумина человеческой сыворотки составляет около 15 сут. Величина этого периода в значительной степени зависит от количества белков в пище: при уменьшении со держания белков он увеличивается, а при увеличении - уменьшается.

Значительное увеличение скорости распада белков тканей и крови наблюдается при повышении температуры организма, обширных воспалительных процессах, тяжелых травмах, гипоксии, злокачественных опухолях, что связано либо с действием бактериальных токсинов (в случае инфицирования), либо со значительным увеличением активности протеолитических ферментов крови (при гипоксии), либо токсическим действием продуктов распада тканей (при травмах). В большинстве случаев ускорение распада белков сопровождается развитием в организме отрицательного азотистого баланса в связи с преобладанием процессов распада белков над их биосинтезом.

Патология конечного этапа белкового обмена.

Основными конечными продуктами белкового обмена являются аммиак и мочевина. Патология конечного этапа белкового обмена может проявляться нарушением образования конечных продуктов либо нарушением их выведения.

Рис. 9.3. Схема нарушения синтеза мочевины

Связывание аммиака в тканях организма имеет большое физиологическое значение, так как аммиак обладает токсическим эффектом прежде всего в отношении центральной нервной системы, вызывая ее резкое возбуждение. В крови здорового человека его концентрация не превышает 517 мкмоль/л. Связывание и обезвреживание аммиака осуществляется при помощи двух механизмов: в печени путем образования мочевины , а в других тканях - путем присоединения аммиака к глутаминовой кислоте (посредством аминирования) с образованием глутамина .

Основным механизмом связывания аммиака является процесс образования мочевины в цитруллин-аргининорнитиновом цикле (рис. 9.3).

Нарушения образования мочевины могут наступить в результате снижения активности ферментных систем, участвующих в этом процессе (при гепатитах, циррозе печени), обшей белковой недостаточности. При нарушении мочевинообразования в крови и тканях накапливается аммиак и увеличивается концентрация свободных аминокислот, что сопровождается развитием гиперазотемии . При тяжелых формах гепатитов и цирроза печени, когда резко нарушена ее мочевинообразовательная функция, развивается выраженная аммиачная интоксикация (нарушение функции центральной нервной системы с развитием комы).

В основе нарушения образования мочевины могут лежать наследственные дефекты активности ферментов. Так, увеличение концентрации аммиака (аммониемия) в крови может быть связано с блокированием карбамил-фосфатсинтетазы и орнитинкарбомо-илтрансферазы. катализирующих связывание аммиака и образование орнитина. При наследственном дефекте аргининсукцинатсинтетазы в крови резко увеличивается концентрация цитруллина, в результате с мочой экскретируется цитруллин (до 15 г в сутки), т.е. развивается цитруллинурия .

В других органах и тканях (мышцы, нервная ткань) аммиак связывается в реакции амидирования с присоединением к карбоксильной группе свободных дикарбоновых аминокислот. Главным субстратом служит глутаминовая кислота. Нарушение процесса амидирования может происходить при снижении активности ферментных систем, обеспечивающих реакцию (глутаминаза), или в результате интенсивного образования аммиака в количествах, превосходящих возможности его связывания.

Другим конечным продуктом белкового обмена, образующимся при окислении креатина (азотистое вещество мышц), является креатинин . Нормальное суточное содержание креатинина в моче составляет около 1-2 г.

Креатинурия - повышение уровня креатинина в моче - наблюдается у беременных женщин и у детей в период интенсивного роста.

При голодании, авитаминозе Е, лихорадочных инфекционных заболеваниях, тиреотоксикозе и других заболеваниях, при которых наблюдаются нарушения обмена в мышцах, креатинурия свидетельствует о нарушении креатинового обмена.

Другая общая форма нарушения конечного этапа белкового обмена возникает при нарушении выведения конечных продуктов белкового обмена при патологии почек. При нефритах происходит задержка мочевины и других азотистых продуктов в крови, остаточный азот увеличивается и развивается гиперазотемия. Крайней степенью нарушения экскреции азотистых метаболитов является уремия.

При одновременном поражении печени и почек возникает нарушение образования и выделения конечных продуктов белкового обмена.

Наряду с общими нарушениями белкового обмена при белковой недостаточности могут возникать и специфические нарушения в обмене отдельных аминокислот. Например, при белковой недостаточности резко ослабляется функция ферментов, участвующих в окислении гистидина, а функция гистидиндекарбоксилазы, в результате действия которой из гистидина образуется гистамин, не только не страдает, но, наоборот, усиливается. Это влечет за собой значительное увеличение образования и накопления в организме гистамина. Состояние характеризуется поражением кожи, нарушением сердечной деятельности и функции желудочно-кишечного тракта.

Особое значение для медицинской практики имеют наследственные аминоацидопатии , число которых на сегодня составляет около 60 различных нозологических форм. По типу наследования почти все они относятся к аутосомно-рецессивным. Патогенез обусловлен недостаточностью того или иного фермента, осуществляющего катаболизм и анаболизм аминокислот. Общим биохимическим признаком аминоаиидопатий служит ацидоз тканей и аминоацидурия. Наиболее частыми наследственными дефектами обмена являются четыре вида энзимопатии, которые связаны между собой общим путем метаболизма аминокислот: фенилкетонурия, тирозинемия, альбинизм, алкаптонурия.

Нарушение трансаминирования и окислительного дезаминирования. Процессы трансаминирования и дезаминирования имеют универсальное значение для всех живых организмов: трансаминирование способствует синтезу аминокислот, дезаминирование - их разрушению.

Суть реакции трансаминирования состоит в обратном переносе аминогруппы с аминокислоты в α-кетокислоту без промежугочного образования свободного иона аммония. Реакция катализируется специфическими ферментами аминотрансферазами (трансаминазами), кофакторами которых являются фосфорилированные формы пиридоксина (пиридоксальфосфат и пиридоксаминфосфат).

Нарушения реакций трансаминирования могут возникать по нескольким причинам, прежде всего - в результате дефицита пиридоксина (беременность, угнетение сульфаниламидными препаратами кишечной микрофлоры, торможение синтеза пиридоксальфосфата при лечении фтивазидом). Снижение активности аминотрансфераз происходит также в случае угнетения синтеза белков (голодание, тяжелая патология печени). Если в некоторых органах возникает некроз (инфаркт миокарда или легких, панкреатит, гепатит и др.), то вследствие разрушения клеток тканевые аминотрансферазы поступают в кровь, и повышение их активности в крови при такой патологии является одним из диагностических критериев. В изменении скорости трансаминирования важную роль играют нарушение соотношения субстратов реакции, а также влияние гормонов, особенно глюкокортикоидов и гормонов щитовидной железы, стимулирующих этот процесс.

Угнетение процесса окислительного дезаминирования, в результате которого распадаются неиспользованные аминокислоты, обусловливает повышенную концентрацию их в крови - гипераминоацидемию . Последствиями этого являются усиленная экскреция аминокислот почками (аминоацидурия ) и изменение соотношения отдельных аминокислот в крови, что создает неблагоприятные условия для синтеза белковых молекул. Дезаминирование нарушается при дефиците компонентов, которые прямо или косвенно принимают участие в этой реакции (пиридоксин, рибофлавин, никотиновая кислота), а также при гипоксии, голодании (белковая недостаточность).

Нарушение декарбоксилирования. Этот процесс является важным, хотя и не универсальным направлением белкового обмена, и происходит с образованием углекислого газа и биогенных аминов. Декарбоксилированию подвергаются лишь некоторые аминокислоты: гистидин преобразуется в гистамин, тирозин - в тирамин, γ-глугаминовая кислота - в γ-аминомасляную кислоту (ГАМК), 5-гидрокситриптофан - в серотонин, производные тирозина (3,4-диоксифенилаланин) и цистина (L-цистеиновая кислота - соответственно в 3,4-диоксифенилэтиламин (дофамин) и таурин.

Биогенные амины, как известно, имеют специфическую биологическую активность, и увеличение их количества может вызвать определенные патологические изменения в организме. Большое количество биогенных аминов может быть результатом не только усиленного декарбоксилирования соответствующих аминокислот, но и угнетения окисления аминов и нарушения связывания их белками. Например, при гипоксии, ишемии и деструкции тканей (травма, облучение и т. п.) замедляются окислительные процессы, тем самым способствуя усилению декарбоксилирования. Избыток биогенных аминов (особенно гистамина и серотонина) в тканях может обусловить значительное нарушение местного кровообращения, повышение проницаемости сосудистой стенки и повреждение нервного аппарата.

Наследственные нарушения обмена некоторых аминокислот

Метаболизм аминокислот детерминируется определенным количеством и активностью соответствующих ферментов. Наследственные нарушения синтеза ферментов приводят к тому, что необходимая аминокислота не включается в метаболизм, а накапливается в биологических средах организма: крови, моче, кале, поту, спинномозговой жидкости. Клиническая картина в таких случаях обусловлена, во-первых, наличием достаточно большого количества вещества, которое должно было метаболизоваться с помощью заблокированного фермента; во-вторых - дефицитом вещества, которое должно было образоваться.

Генетически обусловленных нарушений обмена аминокислот известно довольно много, все они наследуются по аутосомно-рецессивному типу. Некоторые из них приведены в табл. 2.

Нарушение обмена фенилаланина. В норме фенилаланин преобразуется в тирозин. Если в печени нарушается синтез необходимого для этого фермента фенила-ланингидроксилазы (схема 4), то окисление фенилаланина происходит посредством образования фенилпировиноградной и фенилмолочной кислот - развивается фенилкетонурия. Однако этот путь имеет малую “пропускную” способность, поэтому большое количество фенилаланина накапливается в крови, тканях и спинномозговой жидкости, что в первые же месяцы жизни новорожденного проявляется тяжелым поражением ЦНС и неизлечимым слабоумием. Вследствие недостаточного синтеза тирозина угнетается образование меланина, который обусловливает осветление кожи и волос. Кроме того, в результате повышенного образования фенилпировиноградной кислоты тормозится активность фермента дофамингидроксилазы, необходимого для синтеза катехоламинов (адреналина, норадреналина). Тяжесть наследственной патологии определяется комплексом всех этих нарушений. Больные умирают в детстве, если не проводится специальное лечение, заключающееся в постоянном, но осторожном (контроль аминокислотного состава крови) ограничении поступления фенилаланина с пищей. Раннюю диагностику заболевания нужно проводить сразу после рождения ребенка. Для этого применяют различные биохимические тест-системы.

Нарушение обмена тирозина. Обмен тирозина происходит несколькими путями. В случае недостаточного преобразования тирозина в гомогентизиновую кислоту (см. схему 4), что может быть обусловлено дефектом различных ферментов, тирозин накапливается в крови и выводится с мочой. Это нарушение называется тирозинозом и сопровождается печеночной и почечной недостаточностью и ранней смертью ребенка или лишь задержкой психомоторного развития. Если нарушение обмена тирозина происходит в момент окисления гомогентизиновой кислоты (см. схему 4), развивается алкаптонурия. Фермент, окисляющий гомогентизиновую кислоту (гомогентизиноксидаза), образуется в печени. В норме он настолько быстро разрывает ее гидрохиноновое кольцо, что кислота “не успевает” попасть в кровь, а если и попала, то быстро выделяется почками. В случае наследственного дефекта этого фермента гомогентизиновая кислота в большом количестве накапливается в крови и моче. Моча больных алкаптонурией на воздухе или после добавления щелочи становится черной. Это объясняется окислением гомогентизиновой кислоты кислородом воздуха и образованием в ней алкаптона (от лат. alcapton - захватывающий щелочь). Гомогентизиновая кислота с током крови поступает в ткани - хрящевую, сухожилия, связки, внутренний слой стенки аорты, вследствие чего образуются темные пятна в области ушей, носа, щек, на склерах. Алкаптон делает хрящи и сухожилия хрупкими, что иногда приводит к тяжелым изменениям в суставах.

Также тирозин - это исходный продукт для образования пигмента меланина, содержащегося в коже и волосах. Если преобразование тирозина в меланин замедленно вследствие наследственного дефицита тирозиназы (см. схему 4), возникает альбинизм , который сопровождается повышением чувствительности кожи к солнечному свету и нарушением зрения.

И наконец, тирозин является предшественником тироксина. В случае недостаточного синтеза фермента, который катализирует взаимодействие тирозина со свободным йодом, нарушается образование гормонов щитовидной железы.

Нарушение обмена триптофана. Основной путь метаболизма триптофана, как и никотиновой кислоты, обеспечивает синтез никотинамидадениндинуклеотида (НАД) и НАДФ, которые играют важную роль в жизнедеятельности организма, будучи коферментами многих реакций обмена, а значительный дефицит этих веществ служит причиной развития пеллагры . Нарушение обмена триптофана также может сопровождаться изменением количества образующегося из него серотонина.