Как железа выделяют ферменты

XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2021

СТУКТУРА И СВОЙСТВА ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ ФЕРМЕНТОВ

Сейчас уже ни у кого не вызывает сомнений важнейшая роль органических комплексов железа в нормальном функционировании живых систем. Железосодержащие ферменты играют огромную биологическую роль в организме. В организме человека содержится 3-5 г железа. Большая часть его сосредоточена в гемоглобине крови (70%). В составе гемоглобина железо участвует в хранении и транспорте кислорода и дыхании, оно также способствует электронному переносу, катализирует большое количество реакций.

Рассмотрим несколько примеров железосодержащих ферментов.

Оксигеназы можно разделить на моноооксигеназы и диоксигеназы. Они играют важную роль в обмене стероидов и других циклических соединений.

Монооксигеназы ускоряют окисление субстратов путем включения в них одного атома кислорода, при этом образуются гидроксилированные продукты или соединения типа SO. Монооксигеназы, которые ускоряют гидроксилирование субстратов, называются гидроксилазы.

Гидрооксилазы — двухкомпонентные ферменты, в состав кофермента пирролохинолинохинон (PQQ) и витамин С. Гидроксилазы способствуют включению кислорода в молекулу субстрата и образованию Н₂О. Гидроксилазы также участвуют в образовании холестерина и адреналина. Эти ферменты содержатся в цитоплазме, в мембранах ЭПР, митохондрий и микросом. оксидоредуктазы фермент кинетический.

Монооксигеназы, окисляющие субстраты, относятся к микросомальным оксигеназам, например, цитохромы Р₄₅₀ (кофермент гем). Эти ферменты играют роль в обезвреживании чужеродных веществ, например, лекарств, а также в метаболизме некоторых эндогенных веществ, например половых гормонов, ПРГ.

Примером оксигеназ является бактериальные катехолдиоксигеназы. Эти ферменты разрывают связи в ароматических кольцах, внедряя оба атома из молекулы кислорода в кольцо. Они играют важную роль в деградации лигнина и терпенов, а также в катаболизме триптофана и тирозина. Со структурной точки зрения, наиболее изученным ферментом этой группы является протокатехоат-3,4-диоксигеназа (3,4-PCD), окисляющая катехольные субстраты с образованием производных муконовой кислоты. Это имеет место при окислении полиненасыщенных жирных кислот, в результате этого образуются диоксиды (пероксиды) ненасыщенной жирной кислоты; окисление триптофана под действием триптофандиоксигеназы приводит к образованию формилкинуренина, окисление цистеина под действием цистеиндиоксигеназы приводит к образованию цистеинфульфината.

Этот фермент, присутствует во всех животных и растениях, аэробных дрожжах и некоторых бактериях, участвует в предпоследней стадии окислительного фосфорилирования – процессе, который сочетает перенос электронов с синтезом ATФ; цитохром с переносит электроны к конечному компоненту дыхательной цепи – цитохром с-оксидазе (СОХ), восстанавливающая O₂ до воды. Известны кристаллические структуры как бактериальной, так и митохондриальной COX, связанной с мембраной и состоящей из нескольких субъединиц. Этот фермент содержит два гемовых фрагмента и три иона Cu. Из них один гем и один атом Cu (так называемый a₃/Cu_B-центр) образуют каталитический центр, оставшийся гем a и биядерный центр Cu_A участвуют в электронном переносе. Восстановление O₂ протекает в соответствии со следующим уравнением:

4cytc 2+ + 2H + (int) + O₂ → 4cytc 3+ 4H + (out) + 2H₂O,

где индекс (int) относится к протонам, находящимся внутри митохондрии или бактерии, а индекс (out) – к протонам, выделяемым во внешнюю среду. В целом через мембрану происходит перенос протонов.

Таким образом, в организмах человека, животных и растений присутствуют несколько видов железосодержащих ферментов, выполняющие жизненно-важные функции для организма. Необходимо следить за уровнем железа в организме, так как при недостатке образуется железодефицитная анемия, которая остается самой частой причиной анемии в мире.

Источник

Метаболизм железа и дефицит железа.

Метаболизм железа и дефицит железа.

Для оценки эффективности, безопасности и удобства применения различных препаратов железа, включая Мальтофер ® , для лечения железодефицитной анемии, необходимо рассмотреть метаболизм железа в организме и факторы, вызывающие железодефицитную анемию.

1.1. Эритропоэз

Необходимое количество эритроцитов, циркулирующих в кровяном русле, поддерживается путем контроля их образования, а не продолжительности жизни. Клетки крови развиваются из стволовых клеток, расположенных в костном мозге, и дифференцирующихся в лимфоциты, тромбоциты, гранулоциты и эритроциты. Их производство контролирует механизм обратной связи, и до тех пор, пока уже образованные клетки не созреют или не выйдут из костного мозга в кровоток, новые клетки не развиваются, чтобы их заменить (Danielson и Wirkstrom, 1991). Эритропоэтин (ЭПО), вырабатываемый почками гормон, играет важную роль на этапе развития будущих эритроцитов. ЭПО, возможно, взаимодействует со специфическими рецепторами на поверхности эритроидных стволовых клеток и стимулирует их превращение в пронормобласты, самую раннюю стадию развития эритроцитов, которые могут быть обнаружены при исследовании костного мозга. На следующем этапе, ЭПО стимулирует непрерывное развитие красных кровяных клеток путем усиления синтеза гемоглобина. Образовавшиеся ретикулоциты остаются в костном мозге около трех дней перед тем, как попасть в кровяное русло, где они приблизительно через 24 часа теряют свое ядро, митохондрии, рибосомы и приобретают хорошо знакомую двояковогнутую форму эритроцитов.

Таблица 1-1

Распределение железа в организме взрослого человека. (Danielson с соавторами, 1996).

Источник

Ферментная недостаточность поджелудочной железы

Ферментная недостаточность поджелудочной железы – это ограниченная секреция либо низкая активность панкреатических ферментов, приводящая к нарушению расщепления и всасывания питательных веществ в кишечнике. Проявляется прогрессивным похудением, метеоризмом, анемией, стеатореей, полифекалией, диареей и полигиповитаминозом. Диагностика основана на лабораторных методах исследования внешней секреции поджелудочной железы, проведении копрограммы, определении уровня ферментов в кале. Лечение включает терапию основного заболевания, нормализацию поступления нутриентов в организм, заместительное введение ферментов поджелудочной железы, симптоматическое лечение.

МКБ-10

Общие сведения

Ферментная недостаточность поджелудочной железы – одна из разновидностей пищевой интолерантности, которая развивается на фоне угнетения внешнесекреторной панкреатической деятельности. Оценить частоту экзокринной недостаточности ПЖ в популяции не представляется возможным, так как исследования, посвященные этому состоянию, практически не проводятся, а частота выявления ферментной недостаточности гораздо выше, чем, например, хронических панкреатитов.

Тем не менее, недостаточность выработки панкреатических ферментов является серьезным состоянием, способным привести к выраженному истощению и даже смерти пациента при отсутствии адекватного лечения. Практические изыскания в области гастроэнтерологии направлены на разработку современных ферментных препаратов, способных полностью заместить экзокринную функцию поджелудочной железы и обеспечить нормальное течение процессов пищеварения.

Причины

Первичная панкреатическая недостаточность связана с поражением поджелудочной железы и угнетением ее экзокринной функции. К причинам формирования первичной панкреатической недостаточности относят:

• врожденную недостаточность ферментов;
• агенезию либо гипоплазию железы;
• все виды хронического панкреатита;
• рак поджелудочной железы;
• муковисцидоз;
• жировое перерождение панкреас на фоне ожирения;
• операции на поджелудочной железе;
• синдром Швахмана;
• синдром Йохансона-Близзарда.

При вторичной форме патологии ферменты вырабатываются в достаточном количестве, однако в тонком кишечнике инактивируются либо их активация не происходит. Вторичная ферментная недостаточность поджелудочной железы развивается при:

• поражении слизистой оболочки тонкого кишечника;
• гастриноме;
• операциях на желудке и кишечнике;
• угнетении секреции энтерокиназы;
• белково-энергетической недостаточности;
• патологии гепатобилиарной системы.

Патогенез

Патогенетические механизмы формирования внешнесекреторной панкреатической недостаточности включают: атрофию и фиброз поджелудочной железы (как следствие обструктивного, алкогольного, калькулезного или некалькулезного панкреатита, атеросклероза, возрастных изменений, систематического неправильного питания, сахарного диабета, оперативных вмешательств на панкреас, гемосидероза); панкреатический цирроз (является исходом некоторых форм хронического панкреатита — сифилитического, алкогольного, фиброзно-калькулезного); панкреонекроз (гибель части либо всех клеток поджелудочной железы); формирование камней в панкреатических протоках.

Классификация

Недостаточность экзокринной функции поджелудочной железы может быть:

• врожденной (генетический дефект, нарушающий либо блокирующий секрецию ферментов) и приобретенной;
• первичной и вторичной;
• относительной и абсолютной.

Абсолютная ферментная недостаточность поджелудочной железы обусловлена угнетением секреции ферментов и бикарбонатов на фоне уменьшения объема паренхимы органа. Относительная недостаточность связана со снижением поступления панкреатического сока в кишечник из-за обтурации просвета протоков поджелудочной железы камнем, опухолью, рубцами.

Симптомы ферментной недостаточности

В клинической картине ферментной недостаточности поджелудочной железы наибольшее значение имеет синдром мальдигестии (угнетение пищеварения в просвете кишечника). Непереваренные жиры, попадая в просвет толстого кишечника, стимулируют секрецию колоноцитов – формируется полифекалия и диарея (стул жидкий, увеличен в объеме), кал имеет зловонный запах, цвет серый, поверхность маслянистая, блестящая. В стуле могут быть видны непереваренные комочки пищи.

Мальдигестия протеинов приводит к развитию белково-энергетической недостаточности, проявляющейся прогрессирующим похудением, дегидратацией, дефицитом витаминов и микроэлементов, анемией. На продолжающуюся потерю веса большое влияние оказывает соблюдение диеты с ограничением жиров и углеводов, а также боязнь приема пищи, формирующаяся у многих пациентов с хроническим панкреатитом.

Нарушения моторики желудка (тошнота, рвота, изжога, чувство переполнения желудка) могут быть связаны как с обострением панкреатита, так и с опосредованным влиянием экзокринной панкреатической недостаточности за счет нарушения гастро-интестинальной регуляции, развития дуодено-гастрального рефлюкса и др.

Диагностика

Основное значение для выявления ферментной недостаточности поджелудочной железы имеют специальные тесты (зондовые и беззондовые), часто комбинирующиеся с ультразвуковыми, рентгенологическими и эндоскопическими методами. Зондовые методики являются более дорогостоящими и причиняют пациентам дискомфорт, однако и результаты их более точные. Беззондовые тесты дешевле, спокойнее переносятся больными, но они дают возможность определить панкреатическую недостаточность только при значительном снижении или полном отсутствии ферментов:

• Прямой зондовый секретиново-холецистокининовый тест. Основан на стимуляции секреции ПЖ введением секретина и холецистокинина с последующим забором нескольких проб дуоденального содержимого с интервалом 10 минут. В полученных образцах исследуется активность и скорость панкреатической секреции, уровень бикарбонатов, цинка, лактоферрина. В норме прирост объема секрета после теста составляет 100%, прирост уровня бикарбонатов – не менее 15%. О ферментной недостаточности ПЖ говорит прирост объема секрета менее 40%, отсутствие прироста уровня бикарбонатов. Ложноположительные результаты возможны при сахарном диабете, целиакии, гепатите, после резекции части желудка.
• Непрямой зондовый тестЛунда. Схож с предыдущим методом, но стимуляция панкреатической секреции производится путем введения в зонд пробной пищи. Данное исследование провести проще (не требует инъекции дорогостоящих препаратов), однако результаты его в значительной мере зависят от состава пробной пищи. Ложноположительный результат возможен при наличии у пациента сахарного диабета, целиакии, гастростомы.
• Беззондовые методы. В основе беззондовых методов лежит введение в организм определенных веществ, способных взаимодействовать с ферментами в моче и сыворотке крови. Исследование продуктов метаболизма данного взаимодействия дает возможность оценить внешнесекреторную функцию поджелудочной железы. К беззондовым тестам относят бентирамидный, панкреато-лауриловый, йодолиполовый, триолеиновый и другие методы.

Кроме того, определить уровень панкреатической секреции можно и косвенными методами: по степени поглощения плазменных аминокислот поджелудочной железой, путем качественного анализа копрограммы (будет повышено содержание нейтральных жиров и мыла на фоне нормального уровня жирных кислот), количественного определения в кале жира, фекального химотрипсина и трипсина, эластазы-1.

Инструментальные методы диагностики (рентгенография органов брюшной полости, МРТ, КТ, УЗИ поджелудочной железы и гепатобилиарной системы, ЭРХПГ) используются для выявления основного и сопутствующих заболеваний.

Лечение ферментной недостаточности поджелудочной железы

Лечение экзокринной панкреатической недостаточности должно быть комплексным, включать коррекцию нутритивного статуса, этиотропную и заместительную терапию, симптоматическое лечение. Этиотропная терапия направлена, в основном, на предотвращение прогрессирования гибели паренхимы ПЖ.

Диетотерапия

Коррекция пищевого поведения заключается в исключении употребления алкоголя и табакокурения, увеличении количества белка в рационе до 150г/сут., сокращении количества жиров как минимум вдвое от физиологической нормы, приеме витаминов в лечебных дозировках. При выраженном истощении может потребоваться частичное либо полное парентеральное питание.

Медикаментозная терапия

Основным методом лечения ферментной недостаточности поджелудочной железы является пожизненный заместительный прием ферментов с пищей. Показания к заместительной ферментной терапии при панкреатической недостаточности: стеаторея с потерей более 15 г жира в стуки, прогрессирующая белково-энергетическая недостаточность.

Наибольшей эффективностью на сегодняшний день обладают микрогранулированные ферментные препараты в кислотоустойчивой оболочке, заключенные в желатиновую капсулу – капсула растворяется в желудке, создавая условия для равномерного перемешивания гранул препарата с пищей. В ДПК, при достижении уровня рН 5,5, содержимое гранул высвобождается, обеспечивая достаточный уровень панкреатических ферментов в дуоденальном соке. Дозировки препаратов подбираются индивидуально, в зависимости от тяжести заболевания, уровня панкреатической секреции. Критериями эффективности заместительной терапии и адекватности дозировок ферментных препаратов является увеличение веса, уменьшение метеоризма, нормализация стула.

Прогноз и профилактика

Прогноз при панкреатической недостаточности обусловлен выраженностью основного заболевания и степенью поражения паренхимы поджелудочной железы. Учитывая тот факт, что ферментная недостаточность поджелудочной железы развивается при гибели значительной части органа, прогноз обычно сомнительный. Предупредить развитие данного состояния можно путем своевременной диагностики и лечения заболеваний поджелудочной железы, отказа от приема алкоголя, курения.

Источник