Клинические проявления. Недостаточность глюкозо-б-фосфатазы, или болезнь фон Гирке, представляет собой аутосомное рецессивное генетическое нарушение, встречающееся с частотой 1:100000-1:400000. Обычно оно проявляется в первые 12 мес жизни гипогликемией или гепатомегалией. Иногда гипогликемия определяется сразу же после рождения, и только в редких случаях она может не выявляться в течение всей жизни больного. К характерным признакам этого состояния относятся толстощекое округлое лицо, выпячивание живота из-за выраженной гепатомегалии и истонченные руки и ноги. Гиперлипидемия может служить причиной эруптивного ксантоматоза и липемии сетчатки. Спленомегалия обычно выражена слабо или отсутствует, хотя резкое увеличение левой доли печени иногда можно ошибочно принять за увеличенную селезенку. В течение нескольких первых месяцев жизни рост ребенка обычно не нарушен, но затем наступает его задержка и запаздывает созревание. Психическое развитие, как правило, не страдает, если не считать последствий гипогликемии.

Резко выраженные симптомы гипогликемии могут быть обусловлены резким снижением уровня сахара в крови (ниже 150 мг/л). Уровень печеночных ферментов, если и повышен, то незначительно. Для диагностики этого состояния важно определить уровень лактата в крови, хотя у накормленного ребенка он может быть в пределах нормы. Однако кетоз развивается сравнительно редко. Часто определяется гиперлипидемия на фоне повышения уровня как холестерина, так и триглицеридов. Гипертриглицеридемия может быть крайне выражена (уровень триглицеридов достигает иногда 50-60 г/л). Нередко присоединяется гиперурикемия в результате снижения почечной экскреции и повышения продукции мочевой кислоты. После полового созревания гиперурикемия часто становится более выраженной. Уровень глюкозы в плазме после введения адреналина или глюкагона повышается незначительно, как и уровень глюкозы в крови после приема галактозы. При рентгенологическом и ультразвуковом исследованиях выявляют увеличение размеров почек. Может несколько снижаться дисфункция почечных канальцев (синдром Фанкони). Умеренная анемия обычно обусловливается рецидивирующими носовыми кровотечениями и хроническим ацидозом, и по мере удлинения периода ацидоза она может усилиться. Геморрагический диатез связан с нарушением функции тромбоцитов.

Если на основании клинических проявлений предполагают тип 1а заболевания, то диагноз подтвердить можно с помощью биопсии печени. В пользу этого диагноза свидетельствуют также лактацидоз, нарушение теста толерантности к галактозе или увеличение размеров почек. Для того чтобы 1а тип гликогеноза отличить от 1б типа, следует правильно обращаться с биопсийным материалом. Достаточное для определения ферментов количество ткани можно получить с помощью игольной биопсии; при необходимости получить большую массу ткани производят открытую биопсию печени. Микроскопическое исследование позволяет обнаружить увеличение количества гликогена в цитоплазме и ядрах печеночных клеток, в них отчетливо видны вакуоли. Фиброз обычно отсутствует.

Гипогликемия и лактацидоз могут создавать угрозу для жизни больного. К другим серьезным проявлениям относятся малый рост, задержка полового развития и гиперурикемия. В зрелые годы у больного могут возникать мочекислая нефропатия и аденоматоз печени. Узлы зачастую достигают больших размеров и либо пальпируются, либо выявляются при радиоизотопном сканировании. Существует большой риск их злокачественного перерождения, обычно в возрасте 20- 30 лет. У долго живущих больных повышается риск атеросклероза.

Лечение . Краеугольным камнем в лечении служит частое кормление. Детей обычно часто кормят в дневное время и через носовой зонд - в ночное (см. гл.74). Диета должна включать примерно 60 % углеводов, причем продукты не должны содержать галактозу или фруктозу, которые не могут эффективно утилизироваться для поддержания уровня сахара в крови. Не в каждой семье может быть обеспечено выполнение этой программы лечения, но в некоторых случаях удавалось существенно уменьшить метаболические изменения, и рост усиливался. Удобным, дешевым и вкусным источником медленно всасывающегося полимера глюкозы служит сырой кукурузный крахмал, который может быть основным компонентом диетотерапии. Оптимальное лечение требует бригадного подхода к диетическим и психологическим проблемам больного и членов его семьи. Для снижения уровня урата в плазме может потребоваться аллопуринол. Он обеспечивает достаточно оптимистический краткосрочный прогноз, но уменьшается ли при этом риск злокачественных опухолей печени или атеросклероза - неизвестно. При некоторых формах гликогеноза ранее накладывали портокавальный анастомоз, но в настоящее время интерес к этому методу лечения исчез. Пренатальный диагноз в настоящее время невозможен.

Недостаточность микросомальной Г-6-Ф-транслоказы, тип Iб

Недостаточность микросомальной Г-6-Ф-транслоказы, известная ранее под названием псевдотипа I, встречается, вероятно, в 10 раз реже, чем тип Iа. Термин микросомальная транслоказа подразумевает способность переносить Г-6-Ф в эндоплазматическую сеть. Клинические проявления сходны с таковыми при типе Iа, но имеются и своеобразные признаки: нейтропения, нарушение миграции нейтрофилов и рецидивирующие гнойные инфекции. В целом тип Iб протекает тяжелее, чем тип Iа. Лабораторные данные, реакции на толерантные тесты и лечение при том и другом типе гликогеноза одинаковы.

Заболевание типа Iб отличается от типа Iа нормальной активностью глюкозо-6-фосфатазы в тканевом биоптате в присутствии детергента. Однако если гомогенизировать свежую ткань и проводить определение фермента без детергента, то активность глюкозо-6-фосфатазы при типе Iб будет низкой. Эти результаты свидетельствовали о генетической недостаточности микросомальной системы транспорта глюкозо-6-фосфата как основном дефекте при гликогенозе типа Iб. Причина нейтропении и нарушения миграции нейтрофилов остается неясной, хотя можно думать о роли транспорта Г-6-Ф в этих клетках.

Недостаточность дебранчера, тип III

Клинические проявления. Недостаточность расщепляющего фермента, известная также под названием болезни Кори, представляет собой аутосомное рецессивное заболевание и одну из наиболее частых форм гликогенозов, особенно распространенную среди евреев Северной Африки. У новорожденных, как правило, болезнь не проявляется; симптомы гипогликемии и гепатомегалии появляются обычно на первом году жизни. Данные врачебного осмотра сходны с таковыми при болезни типа Iа, разве что более выражена спленомегалия, но клиническое течение обычно менее тяжелое. Миопатия у ребенка, как правило, слабо выражена, но у взрослых может прогрессировать и приводить к инвалидности. В некоторых случаях диагноз устанавливают, лишь когда больной достигнет зрелого возраста, так как в детстве симптоматика была очень скудной и не привлекала к себе внимания.

Примерно у 80 % больных уровень глюкозы в крови натощак снижается, ее реакция на глюкагон или адреналин нарушена, но вскоре после еды она может нормализоваться, так как мобилизуются остатки глюкозы из молекул гликогена. Тест толерантности к галактозе обычно не изменяется. Выражен кетоз, но уровень лактата в крови не меняется. Уровень трансаминаз в сыворотке повышен и при малейшем недомогании может повыситься еще более. Примерно у 2/3 больных увеличивается количество холестерина и триглицеридов в крови. Гиперурикемия выявляется редко.

Для диагностики используют два подхода: определение гликогена и определение активности дебранчера в тканевых биоптатах. Почти у всех больных уровень гликогена в эритроцитах и печени повышен, но в мышцах он повышается редко. Более надежным показателем служит нарушение структуры гликогена, устанавливаемое с помощью спектрофотометрии. Диагностика путем определения активности фермента более сложна. Трудности связаны на только с методом, но и с тем, что принято называть генетической гетерогенностью. Обе активности дебранчера - гликантрансферазная и глюкозидазная - заключены, по-видимому, в одном и том же полипептиде, но существует целых шесть подтипов заболевания. Несмотря на то что диагноз иногда можно установить, используя эритроциты, лейкоциты или фибробласты, однако надежнее убедиться в нарушении структуры гликогена и недостаточности фермента непосредственно в биоптатах печени или мышцы. Гистология печени сходна с таковой при гликогенозе 1а типа, за исключением меньшего скопления липидов и более выраженного фиброза перегородок.

Что касается отставания в росте и выпячивающегося живота, то после достижения половой зрелости эти признаки постепенно исчезают, так что взрослый больной внешне может выглядеть здоровым, а гипогликемия у него определяется реже. Опухоли печени не встречались. В отношении отдаленных последствий гиперлипидемии сведения отсутствуют. Доля взрослых больных, у которых развивается тяжелая миопатия, по-видимому, невелика. Больные могут иметь детей.

Лечение. Частые кормления в детстве при гликогенозе III типа - столь же важная сторона лечения. Глюконеогенез не нарушен, и, как уже отмечалось, для поддержания нормального уровня сахара в крови больной может получать галактозу, фруктозу или белок. Таким образом, диета может включать больший процент калорий в виде белка, но доля углеводов не должна быть меньше 40-50 %. Для предупреждения ночной гипогликемии зачастую больному достаточно поужинать, хотя при тяжелой форме может требоваться ночное кормление через зонд или использование кукурузного крахмала. Целесообразно попытаться снизить уровень липидов в крови диетическими средствами. Возможна пренатальная диагностика.

Недостаточность печеночной фосфорилазы, тип VI

Раньше диагноз недостаточности печеночной фосфорилазы, или болезни Эра, ставили больным неоднородной группы, у которых снижен уровень печеночной фосфорилазы вследствие разных причин, но в настоящее время этот диагноз ставят только в том случае, если недостаточность фермента представляет собой первичный дефект. Эта трудность обусловлена тем, что фосфорилаза существует как в активной, так и в неактивной форме и многие факторы вторично ингибируют ее активацию. Следовательно, чтобы поставить диагноз, нужно убедиться в отсутствии фосфорилазы и нормальной активности фосфорилазо-b-киназы, ответственной за активацию фосфорилазы. Болезнь обусловлена, вероятно, аутосомной рецессивной мутацией.

Проявления в большинстве случаев сходны с таковыми при гликогенозе III типа, но выражены слабее. Диагноз предполагают при выявлении гепатомегалии или гипогликемии и реакции больного на те же диетические мероприятия, что и при болезни III типа.

Недостаточность фосфорилазо-b-киназы

Недостаточность этого фермента, известную в настоящее время как отдельное заболевание, ранее относили к гликогенозам VI типа. Разные авторы обозначают это заболевание как тип VIa, тип VIII или тип IX, но предпочтительнее называть его недостаточностью фосфорилазо-Ь-киназы. Наиболее подробно охарактеризованная форма заболевания - его вариант, сцепленный с Х-хромосомой, но существует возможность генетической гетерогенности, так как фермент состоит из четырех неидентичных субъединиц. Болезнь протекает относительно доброкачественно и проявляется у мужчин гепатомегалией, иногда развитием гипогликемии натощак и некоторым отставанием в росте, причем все это к периоду полового созревания может спонтанно исчезать. У женщин-гетерозигот гепатомегалия может быть не столь выраженной. Диагноз устанавливают путем определения фермента в лейкоцитах, культивируемых кожных фибробластах или биоптатах печени. Считают, что мышечная фосфорилазо-b-киназа не изменяется. Для коррекции гипогликемии или задержки роста больному можно назначить ту же диету, что и при гликогенозе III типа. Не исключено, что это состояние широко распространено, но часто остается недиагностированным. При обследовании членов семьи больного среди них часто выявляют здоровых взрослых лиц, которые указывают, что в детстве у них был выступающий живот.

Мышечно-энергетические аномалии

Для распознавания гликогенозов, при которых в процесс вовлекаются мышцы, в качестве начального необходим тест ишемической работы. Манжетку тонометра заполняют воздухом так, чтобы его давление было выше артериального, и предлагают больному производить ишемизированной рукой максимальную работу. Затем воздух из манжетки выпускают и через 2, 5, 10, 20 и 30 мин из вены другой руки берут пробы крови для определения в ней лактата и пирувата, мышечных ферментов и миоглобина.

Недостаточность миофосфорилазы, тип V

Недостаточность миофосфорилазы, или болезнь Мак-Ардла, встречается редко. В возрасте старше 20-30 лет у больного при физической нагрузке обычно появляются ее симптомы: боль и судороги. В большинстве случаев в анамнезе есть указания на миоглобинурию, а иногда она сопровождается почечной недостаточностью. В других отношениях человек с этим дефектом здоров; признаки повреждения печени, сердца или метаболических нарушений отсутствуют. Тест с ишемической работой обычно вызывает болезненную судорогу, что способствует установлению диагноза. Кроме того, после интенсивной физической нагрузки уровень лактата в крови не повышается, а креатинфосфокиназы в сыворотке повышается.

Диагноз устанавливают на основании повышенного содержания гликогена и сниженной активности фосфорилазы в биоптате мышечной ткани. Гликоген откладывается обычно в субсарколеммных участках мышцы. Ген миофосфорилазы человека клонирован; он расположен на 11-й хромосоме, что согласуется с аутосомным рецессивным наследованием дефекта. Чаще заболевают мужчины, что может объясняться большей их обращаемостью за медицинской помощью, генетической гетерогенностью или др. Известны случаи смертельной инфантильной формы гипотензии, связанной с недостаточностью миофосфорилазы.

Лечение при недостаточности миофосфорилазы заключается в исключении интенсивной физической нагрузки. Прием глюкозы или фруктозы перед работой может способствовать уменьшению симптоматики.

Недостаточность мышечной фосфофруктокиназы, тип VII

Различают две генетические формы фосфофруктокиназы. В мышцах эта активность принадлежит определенному мышечному изоферменту, а в эритроцитах - как эритроцитарному, так и мышечному. Выявлено небольшое число семей, у членов которых была установлена недостаточность мышечного изофермента. Ее симптомы сходны с таковыми при недостаточности миофосфорилазы и заключаются в боли и судорогах, миоглобинурии и повышении уровня мышечных ферментов в сыворотке после интенсивной физической нагрузки. Продукция лактата нарушена, и определяется некоторая несфероцитарная гемолитическая анемия. У ряда больных обнаруживается анемия без мышечной симптоматики. Это может объясняться качественно измененным нестабильным ферментом, который быстро исчезает из лишенных ядра эритроцитов, но быстро пополняется в мышечных клетках, что и определяет отсутствие мышечных симптомов.

Прочие мышечно-энергетические заболевания

При проведении дифференциальной диагностики у больных с миоглобинурией и повышением уровня мышечных ферментов в сыворотке после физической нагрузки необходимо учитывать еще более редкую группу семейных метаболических нарушений. К ней относятся недостаточности фосфоглицеромутазы, М-субъединицы ЛДГ и карнитинпальмитилтрансферазы. (Известные ранее данные о недостаточности фосфоглюкомутазы и фосфогексозоизомеразы с современных позиций представляются неубедительными.) При недостаточности миофосфорилазы, фосфофруктокиназы или фосфоглицеромутазы физическая нагрузка не вызывает повышения уровней лактата и пирувата, тогда как при недостаточности М-субъединицы ЛДГ повышенный уровень пирувата сохраняется, а лактат не продуцируется. Недостаточность карнитинпальмитилтрансферазы - это болезнь липидного обмена, обсуждаемая в гл.329. Для подтверждения диагноза расстройств требуется определение уровня ферментов в мышечной ткани. У некоторых больных с той же клинической симптоматикой не удается обнаружить недостаточности ни одного из упомянутых ферментов, поэтому не исключено, что со временем будут идентифицированы и другие нарушения мышечного метаболизма.

ФОСФАТАЗЫ - ферменты, катализирующие расщепление сложноэфирных связей в моноэфирах фосфорной кислоты с образованием свободного ортофосфата; относятся к классу гидролаз, подклассу гидролаз фосфорных моноэфиров (КФ 3.1.3).

Ф. присутствуют во всех животных и растительных организмах и занимают важное место в клеточном метаболизме; биол. роль Ф. связана с их участием в обмене углеводов (см. Углеводный обмен), нуклеотидов (см. Нуклеиновые кислоты) и фосфолипидов (см. Фосфатиды), а также с образованием костной ткани (см. Кость). Изменение активности нек-рых Ф. в крови служит ценным диагностическим признаком при ряде заболеваний. Генетически обусловленное нарушение синтеза или ферментативной полноценности нек-рых Ф. является причиной тяжелого наследственного заболевания (см. Гипофосфатазия).

По характеру каталитического действия все Ф. представляют собой фосфомоноэстеразы, расщепляющие сложноэфирную связь гидролитичеспим путем. Систематическое название этих ферментов всегда включает термин «гидролаза» (наименование «фосфатазы» является рабочим, образованным от названия субстрата). Ф. могут рассматриваться как фосфотрансферазы (см.), поскольку способны катализировать перенос фосфатного остатка на молекулы других акцепторов, кроме воды, но т. к. вода является физиологически главным и самым активным акцептором, то фосфатазы причисляют к гидролазам (см.).

Субстратная специфичность

Большинство Ф. относится к числу ферментов (см.), имеющих сравнительно широкую субстратную специфичность. Однако нек-рые Ф. отличаются ограниченным кругом превращаемых субстратов. Это, в первую очередь, ферменты, действующие на фосфорные производные сахаров, а также нуклеотидазы (см.), расщепляющие мононуклеотиды. Во многих тканях Ф. представлены множественными формами, различающимися по своим каталитическим и физическим свойствам (см. Изоферменты). У фосфатаз из разных биол. источников также наблюдают различия в субстратной специфичности и каталитической активности. Нек-рые Ф. обнаруживают сходство с ферментами, относящимися к другим группам. Так, существуют Ф., способные катализировать реакции перефосфорилирования (см.) или расщеплять кислотно-ангидридную пирофосфатную связь (см. Пирофосфатазы). Напр., глюкозо-6-фосфатаза (D-глюкозо-б-фосфат фосфогидролаза; КФ 3.1.3.9) по субстратной специфичности и каталитическим свойствам весьма напоминает фосфотрансферазы (КФ 2.7.1.62 и 2.7.1.79), а также неорганическую пирофосфатазу (КФ 3.6.1.1).

Механизм действия

Для многих Ф. установлена трехмерная структура их молекул и предложены детальные хим. механизмы каталитического действия. Предполагают, что в процессе каталитического акта принимают кооперативное (сочетанное) участие несколько различных групп, локализованных на поверхности молекулы фермента в активном центре. Одной из таких Ф. является глюкозо-6-фосфатаза. Этот фермент, связанный с микросомной фракцией клеток, наряду с гидролизом глюкозо-6-фосфата катализирует перенос фосфатной группы от неорганического пирофосфата (см. Фосфор) на глюкозу (см.), а также реакцию обмена между глюкозой и глюкозо-6-фосфатом. Исследования кинетики гидролитической, трансфе-разной и обменной реакций (см. Кинетика биологических процессов) показали, что их механизм носит характер двухстадийного переноса, в к-ром в качестве промежуточного соединения (интермедиата) образуется фосфофермент, или фосфорил-фермент. При этом переносимая фосфатная группа в молекуле фермента связывается с остатком гистидина (см.). Для проявления активности глюкозо-б-фосфатазе необходим ион двухвалентного металла. В соответствии с предполагаемым (с долей известного упрощения) механизмом реакции ион металла связывается с отрицательно заряженной фосфатной группой субстрата, а реакционно-способный остаток гистидина, обладающий нуклеофильными свойствами,- с атомом фосфора, что и приводит к образованию фосфофермента. Последний затем либо подвергается гидролизу, либо взаимодействует с нуклеофильными группами акцепторных молекул (напр., с гидроксильными группами сахаров) с образованием конечных продуктов реакции и высвобождением свободного от фосфата фермента.

Не все фосфатазные реакции протекают с образованием промежуточного фосфофермента, в к-ром фосфо-рилирован остаток гистидина. Когда реакцию катализирует щелочная фосфатаза (КФ 3.1.3.1), выделенная из тканей млекопитающих или из бактерий, фосфорилированию в молекуле фермента подвергается остаток серина (см.). Фермент представляет собой цинксодержащий металлопротеид (см. Металлопротеиды), в к-ром 2-3 грамм-атома цинка приходятся на 1 моль белка. Ионы цинка или другого металла необходимы для проявления каталитической активности щелочной фосфатазы и, возможно, для стабилизации нативной структуры молекулы фермента. Двухвалентные катионы Со 2+ , Mg 2+ и Mn 2+ активируют Ф., выделенные из различных тканей, в то время как ионы Be 2+ и комплексообразующие агенты (напр., ЭДТА) являются ингибиторами этих ферментов. Механизм действия щелочной фосфатазы сходен с тем механизмом, к-рый постулирован для глюкозо-6-фосфатазы, но атом фосфора взаимодействует не с гистидиновым, а с сериновым остатком молекулы фермента.

Для других фосфатаз, напр, для фруктозо-бисфосфатазы (КФ 3.1.3.11), данных об образовании фосфофермента пока нет. Возможно, что катализируемая ею ферментативная реакция протекает по одностадийному согласованному механизму, а не путем двухстадийного переноса.

Методы определения

Большинство способов определения активности Ф. основано на измерении количества неорганического фосфата (образующегося в результате реакции, катализируемой этими ферментами) с помощью различных колориметрических методов (см. Колориметрия), к-рые связаны с восстановлением фосфомолибденовой к-ты. Классическим способом определения активности Ф. является метод Боданского с использованием в качестве субстрата бета-глицерофосфата (см. Боданского метод). Часто на практике удобнее измерять количество фенола, высвободившегося из арил-фосфомоноэфира. Так, для определения активности щелочной фосфатазы в сыворотке крови широко применяют метод Кинга - Армстронга (см Кинга-Армстронга метод), основанный на том же принципе метод Дженнера - Кея или их модификации. Наиболее чувствительным методом определения активности щелочной фосфатазы в сыворотке крови является метод Бессея (см. Бессея методы). Для определения активности кислой фосфатазы широко применяют метод Гутман - Гутмана. Эти стандартные методы определения активности Ф. в сыворотке крови предусматривают использование в качестве субстратов моно-фосфорных эфиров фенола, n-нитрофенола, фенолфталеина или тимолфталеина. Образовавшиеся в результате реакции свободные фенолы (см.) определяют спектрофотометрически (см. Спектрофотометрия). Большой чувствительностью обладают методы измерения фосфатазной активности с применением флюоресцентных субстратов, таких как бета-нафтилфосфат и 3-О-метилфлюоресцеинфосфат (см. Флюорохромы). Следовые количества пирофосфата, меченного 32 P, можно определить осаждением его молибдатом аммония и триэтиламином в присутствии немеченого носителя. Чувствительность этого радиоизотопного метода составляет ок. 3 нг.

Кислая и щелочная фосфатазы

Среди Ф. наиболее широко распространены и изучены две группы ферментов - щелочные и кислые фосфатазы. Обладая широкой субстратной специфичностью, эти ферменты заметно различаются по своим свойствам в зависимости от источника, из к-рого они выделены. Их субстратами могут быть различные моноэфиры ортофосфорной к-ты - как алифатические, напр, глицерол-1- и глицерол-2-фосфаты, так и ароматические, напр. 4-нитрофенилфосфат; в то же время эти ферменты неактивны в отношении ди- и три эфиров фосфорных кислот (см.). Большое различие между кислыми и щелочными Ф. наблюдают при их действии на серосодержащие эфиры. Щелочная фосфатаза гидролизует S-замещенные моноэфиры тиофосфорной к-ты, напр. цпстеамин-S-фосфат; для действия кислой фосфатазы, по-видимому, необходим кислород расщепляемой эфирной связи: кислая фосфатаза гидролизует О-замещенные моноэфиры тиофосфорной к-ты, напр. O-4-нитрофенилтнофосфат.

Щелочная фосфатаза (фосфомоноэстераза; КФ 3.1.3.1) проявляет максимальную активность при pH 8,4- 9,4 и катализирует гидролиз почти всех фосфомоноэфиров с образованием неорганического фосфата и соответствующего спирта, фенола, сахара и др. Щелочная фосфатаза содержится в большинстве тканей и жидкостей организма человека и животных, а также в растениях и микроорганизмах. У человека особенно высокая активность этого фермента отмечается в эпителии тонкой кишки, почках, костях, печени, лейкоцитах и др. Широко используемым источником щелочной фосфатазы является окостеневающий хрящ, что указывает на возможную роль этого фермента в процессах кальцификации костной ткани. Наличие активной щелочной фосфатазы характерно для тканей, связанных с транспортом питательных веществ, она часто присутствует в развивающихся тканях и секреторных органах. Щелочная фосфатаза практически отсутствует в мышцах, зрелой соединительной ткани и эритроцитах, этим ферментом бедны также стенки сосудов и гиалиновый хрящ.

Щелочная фосфатаза обладает чрезвычайно широким изоферментным спектром. С помощью иммуно-химических и электрофоретических методов было показано, что между ее изоферментами (см.) имеются выраженные физико-химические и каталитические различия. При электрофорезе в полиакриламидном геле щелочная фосфатаза, полученная из слизистой оболочки кишечника, остается вблизи места внесения р-ра фермента в гель (линии старта), а щелочная фосфатаза, выделенная из печени, движется в сторону анода вместе с фракцией ά1- или α2-глобулинов (рис.). Электрофоретическое разделение сывороточной щелочной фосфатазы при повышении ее активности дает возможность установить костное или печеночное происхождение фермента, выброс к-рого обусловил возросшую активность щелочной фосфатазы в крови. В сыворотке крови в норме основным источником щелочной фосфатазы является, по-видимому, печень. Появление изофермента, характерного для слизистой оболочки тонкой кишки, находится под генетическим контролем: есть данные, что его присутствие в крови характерно для людей с нулевой группой крови.

Распределение активности фермента даже в одном морфологическом образовании негомогенно. Так, активность щелочной фосфатазы различна в разных отделах кишечника, в корковом веществе почки она гораздо выше, чем в мозговом. На активность щелочной фосфатазы влияют гормональные факторы: активность фермента в крови снижается после гипофизэктомии, кастрации, а также в результате применения кортикостероидных препаратов. После введения тироксина активность фермента увеличивается. У человека различные факторы, вызывающие стресс, способствуют увеличению активности щелочной фосфатазы в лейкоцитах.

Активность щелочной фосфатазы в крови в нек-рой степени зависит от возраста и пола. У мужчин активность фермента в крови на 20-30% выше, чем у женщин, однако во время беременности у женщин происходит значительное (в 2-3 раза) повышение активности этой фосфатазы, что может объясняться ростом эмбриона, особенно процессом остеогенеза плода.

Функции щелочной фосфатазы в каждой ткани пока точно не установлены. В костной ткани она, по-видимому, участвует в процессах кальцификации. В клетке щелочная фосфатаза обычно связана с липопротеидной мембраной, а у нек-рых микроорганизмов, как показали гистохим. исследования, она находится между мембраной и клеточной стенкой. Локализация фермента на абсорбирующих поверхностях указывает на его возможную роль в трансмембранном переносе.

Мол. вес (масса) щелочной фосфатазы, выделенной из разных источников, варьирует в пределах 70 000-200 000; фермент из плаценты человека, полученный в кристаллическом виде, имеет мол. вес 125 000. Полагают, что его молекула состоит из двух субъединиц равного мол. веса, но не идентичных друг другу. Результаты генетических исследований указывают на существование трех типов субъединиц щелочной фосфатазы, различные сочетания к-рых дают шесть фенотипических вариантов, различающихся по электрофоретической подвижности и представляющих основные множественные формы (изоформы) фермента. Предполагают, что разница в составе субъединиц обусловлена наличием в молекулах нек-рых щелочных фосфатаз углеводной части, ковалентно связанной с белком.

Щелочная фосфатаза стабильна при нейтральных и щелочных значениях pH, но чувствительна к закислению среды. В области pH 7,0-8,0 и при концентрации ионов Zn 2+ выше 10 -5 М фермент образует активный тетрамер, связывающий 16 ионов Zn 2+ . Микробная щелочная фосфатаза, выделенная из разных источников, способна образовывать активные гибриды с использованием мономеров из разных ферментов, что указывает на близость вторичной структуры микробных фосфатаз, несмотря на различия в составе и иммунол. свойствах субъединиц.

Субстратная специфичность щелочных фосфатаз из разных источников не одинакова. Так, фермент из костной ткани гидролизует целый ряд фосфорных соединений, в т. ч. гексозофосфаты, глицерофосфаты, этилфосфат, аденилат и фенилфосфат. Фермент из Escherichia coli способен гидролизовать различные полифосфаты, в т. ч. метафосфаты с различной длиной цепи, а также фосфосерин, фосфотреонин, пиридоксальфосфат и фосфохолин. Ряд щелочных фосфатаз из тканей млекопитающих при pH 8,5 проявляет ии-рофосфатазную активность, а фермент из слизистой оболочки кишечника цыпленка гидролизует цистеамин-S-фосфат и другие S-фосфаты с образованием неорганического фосфата и соответствующего тиола. Нек-рые щелочные фосфатазы обладают также трансферазной активностью и в реакциях перефосфорилирования могут катализировать перенос фосфата от фосфоэфира на спиртовую группу акцептора.

Т. о., щелочная фосфатаза способна гидролизовать соединения, содержащие связи P - F, Р - О - С, Р - О - P, Р - S и P - N, причем катализируемая реакция заключается в переносе фосфата от донора типа

(где X может быть представлен фтором, кислородом, серой, азотом, а R - атомом водорода, алкильным заместителем или совсем отсутствовать) на акцептор типа R" - ОН (где R" представлен атомом водорода или алкильным заместителем) с разрывом связи P - X. Поскольку фермент катализирует и обратную реакцию, акцепторная специфичность распространяется на все соединения типа R - ХН. Щелочная фосфатаза катализирует перенос только концевого фосфата, характерной чертой фермента является то, что относительные скорости гидролиза различных субстратов весьма близки.

Определение активности щелочной фосфатазы в крови имеет диагностическое значение при заболеваниях печени и костной системы. Так, гиперфосфатаземия отмечается при хрон. заболеваниях печени, саркоидозе (см.), туберкулезе (см.), амилоидозе (см.) и лимфогранулематозе (см.). При рахите (см.) увеличение активности (иногда в 2-4 раза) щелочной фосфатазы отмечено в 65% случаев. Болезнь Педжета (см. Педжета болезнь), а также остеогенная саркома (см.), фосфат-диабет (см.) сопровождаются значительным повышением активности щелочной фосфатазы в сыворотке крови.

Генетически обусловленная низкая активность щелочной фосфатазы в крови (гипофосфатазия) является причиной тяжелой наследственной болезни, сопровождающейся аномалиями скелета вследствие нарушения процессов окостенения; дефект фермента наследуется по аутосомно-рецессивному типу.

Кислая фосфатаза (фосфомоноэстераза; КФ 3.1.3.2) также широко распространена в природе. Она обнаружена в дрожжах, плесенях, бактериях, растительных и животных тканях и биол. жидкостях. У человека особенно высока активность кислой фосфатазы в предстательной железе. Эритроциты также содержат много кислой фосфатазы. Экстракт из ткани предстательной железы проявляет в слабокислой среде фосфатазную активность, к-рая почти в 1000 раз выше, чем фосфатазная активность экстрактов из печени или почек. Гистохим. исследования показывают, что фермент содержится гл. обр. в железистом эпителии предстательной железы; большие количества фермента обнаружены в сперме. Имеется тесная связь между синтезом кислой фосфатазы в предстательной железе и содержанием половых гормонов (см.). При низкой концентрации андрогенов (см.) в моче отмечают низкую активность кислой фосфатазы в сперме. То же наблюдают при крипторхизме (см.) и гипогонадизме (см.).

Оптимум pH для кислой фосфатазы находится в интервале значений pH между 4,7 и 6,0 (однако максимум активности кислой фосфатазы, полученной из селезенки, наблюдают при значениях pH от 3,0 до 4,8). Субстратный спектр и скорости гидролиза различных субстратов кислой фосфатазой и щелочной фосфатазой весьма отличны. Так, кислая фосфатаза не способна гидролизовать S-замещенные моноэфиры тиофосфорной к-ты, в то время как О-замещенные моноэфиры в тех же условиях активно гидролизуются ею (в случае щелочной фосфатазы наблюдается обратное).

Путем электрофоретического разделения кислой фосфатазы, выделенной из различных тканей, было установлено существование у этого фермента четырех компонентов - А, В, С и D. Сочетание компонентов ABD доминирует в почках; BD - в печени, кишечнике, сердце и скелетных мышцах; компонент В преобладает в коже, a D - в поджелудочной железе; компонент С присутствует в плаценте и не встречается ни в одном органе взрослого организма. В целом сочетание BD характерно для кислой фосфатазы большинства тканей человека за исключением кожи, почек и поджелудочной железы. Все 4 электрофоретических компонента представляют собой генетически детерминируемые изоформы кислой фосфатазы. Характерной чертой кислой фосфатазы является чувствительность к инактивации на поверхности раздела фаз; добавление поверхностно-активных веществ (см. Детергенты) к р-ру фермента предохраняет кислую фосфатазу от инактивации.

Мол. вес кислой фосфатазы различен у ферментов, полученных из разных источников, напр, два иммунологически различных молекулярных изофермента кислой фосфатазы из предстательной железы человека имеют мол. вес 47 000 и 84 000.

Определение активности кислой фосфатазы в сыворотке крови служит важным диагностическим тестом при выявлении рака предстательной железы (см. Предстательная железа, патология). У больных раком предстательной железы без метастазов повышение активности кислой фосфатазы в крови обнаруживается в 25% случаев, а при раке предстательной железы с метастазами опухоли в другие органы - в 80-90% случаев. Динамика показателей активности этого фермента в крови при раке предстательной железы может служить критерием эффективности проводимой терапии.

Определение кислой фосфатазы имеет существенное значение также и в судебной медицине. Высокая активность фермента в сперме дает возможность с большой достоверностью идентифицировать подозрительные пятна при с у д.-хим. исследовании вещественных доказательств.

Гистохимические методы обнаружения фосфатаз

Щелочную фосфатазу в гистохимии выявляют с помощью метода Гомори, методов с применением тетразолия, азоиндоксила и методом азосочетания. При применении тетразолиевого метода и метода азосочетания рекомендуется использование криостатных срезов, обработанных ацетоном, а также криостатных нефиксированных срезов. Методы с применением солей металлов требуют использования криостатных срезов, фиксированных в формальдегиде, или замороженных срезов после фиксации тканевых блоков в формальдегиде или глутаровом альдегиде. Наиболее рекомендуемым является метод Гомори, затем методы с применением тетразолия и азоиндоксила. При тетразолиевом методе определения щелочной фосфатазы используют 5-бром-4-хлор-3-индоксилфосфат, толуидиновую соль, нитротетразолий синий, 0,1 - 0,2 М трис-HCl-буфер или веронал-ацетатный буфер pH 9,2-9,4. Реакции азосочетания и тетразолиевый метод при гистохим. выявлении щелочной фосфатазы более чувствительны, чем метод Гомори, однако диффузия фермента, происходящая при использовании нафтолов и солей тетразолия, может препятствовать установлению его точной локализации.

Метод Гомори с применением солей металла

Инкубационная среда:

3% р-р альфа-глицерофосфата 10 мл

2 -10% р-р мединала 10 мл

2% р-р хлористого кальция CaCl 2 (безводного) 15 мл

2% р-р сернокислого магния MgSO 4 10 мл

дистиллированная вода 5 мл

Общий объем 50 мл

Инкубационную среду тщательно перемешивают и в случае помутнения фильтруют. Инкубируют 1-60 мин. при 37° или при комнатной температуре, затем сливают инкубационную среду, промывают срезы в проточной воде, переносят в 1 - 2% р-р хлористого кобальта CoCl 2 или другую растворимую соль кобальта (ацетат или нитрат кобальта) на 5 мин. Затем промывают в проточной воде 2-5 мин. При инкубации нефиксированных срезов необходимо провести постфиксацию при комнатной температуре в 4% р-ре параформальдегида в течение 2 - 5 мин. и сполоснуть в проточной воде 2 мин. Срезы обрабатывают р-рами сернокислого аммония восходящих концентраций (0,1 - 1%) 2 мин. и промывают в проточной воде 10 мин., после чего заключают в глицериновый гель или сироп Апати либо (после обезвоживания) в энтеллан или подобную ему среду. Места локализации щелочной фосфатазы окрашиваются в черный цвет. Контрольные реакции проводят без добавления субстрата к инкубационной среде.

Метод одновременного азосочетания по Барстону

Инкубационная среда:

нафтол AS, AS-MX, AS-D, AS-B1 или фосфат нафтола AS-TR 10 - 25 мг растворить в стабильной соли диазония (N, N "-диметилформамиде или диметилсульфоксиде) 0,5 мл

0,1 - 0,2 М веронал-ацетатный или трис-HCl-буфер, pH 8,2-9,2 50 мл

прочный синий В, ВВ, RR, прочный красный TR, прочный синий VRT (вариамин синий, (голь RT), прочный синий VВ (вариамин синий В) или прочный фиолетовый В 50 мг

Инкубационную среду тщательно перемешивают и фильтруют. Вместо стабильной соли диазония можно использовать 0,5 мл свежеприготовленного гексазотированного нового фуксина. В этом случае нужную величину pH устанавливают, добавляя едкий натр по каплям. Инкубируют 5 - 60 мин. при 37° или при комнатной температуре. Сливают инкубационную среду, срезы споласкивают в дистиллированной воде, помещают в 4% р-р формальдегида на несколько часов при комнатной температуре, затем промывают в проточной воде, при необходимости докрашивают ядра прочным красным или гематоксилином и заключают в глицериновый гель или сироп Апати. В зависимости от вида соли диазония, включенной в инкубационную среду, структуры, обладающие ферментативной активностью щелочной фосфатазы, окрашиваются в сине-фиолетовый или красный цвет.

Для гистохим. выявления кислой фосфатазы рекомендуют использовать криостатные или замороженные срезы после предварительной фиксации в формальдегиде, а также криостатные срезы, подвергнутые замораживанию и высушиванию и покрытые целлоидином, и криостатные срезы, подвергнутые замещению в замороженном состоянии и покрытые целлоидином. Лучшие результаты достигаются при фиксации тканей глутаровым альдегидом или формальдегидом. Для выявления фермента используют реакции азосочетания, метод Гомори и индигогенные реакции. Универсальным считается метод одновременного азосочетания с фосфатами нафтола и гекеазотированным n-розанилином или новым фуксином. Вторым по частоте использования является индигогенный метод с применением 5-бром-4-хлор-3-индоксилфосфата в качестве субстрата. Метод Гомори дает возможность точно идентифицировать лизосомы (см.).

Метод Гомори с солями металлов (в модификации)

Инкубационная среда:

0,1 М ацетатный буфер, pH 5,0 или 6,0 50 мл

0,24% р-р нитрата свинца 50 мл

3 % р-р альфа-глицерофосфата натрия или 0,1% р-р цитидинмонофосфата натрия 10 мл

Общий объем 110 мл

Инкубационную среду хорошо смешивают и оставляют стоять на 15-30 мин. при температуре инкубации, затем фильтруют. Инкубацию проводят в кюветах при 37° в течение 10-60 мин. или при комнатной температуре до 2 час., можно инкубировать свободноплавающие срезы. Инкубационную среду сливают, срезы споласкивают в двух сменах дистиллированной воды по 1 мин. в каждой и помещают в 0,5 - 1% р-р желтого сульфида аммония на 1 - 2 мин. Снова споласкивают в дистиллированной воде и заключают в глицериновый гель или сироп Апати. Структуры, обладающие активностью кислой фосфатазы, окрашиваются в коричневый цвет.

Метод одновременного азосочетания с эфирами нафтола AS

Инкубационная среда:

фосфат нафтола AS-BI или нафтола AS-TR 20 - 25 мг растворяют в N,N"-диметилформамиде - 1 мл

Забуференный гексазотированный n-розанилин или новый фуксин (1,5 - 4,5 мл гексазотированного n-розанилина или 1,25 мл нового фуксина растворяют в 45,5 - 48,5 мл 1,36-2,72% р-ра ацетата натрия CH 3 CONa 3H 2 O или 48,75 мл 0,1 М серонал-ацетатного буфера, pH ок. 6,0, доводят до pH 5,0 - 5,5) - 50 мл

Общий объем 51 мл

Инкубационную среду тщательно смешивают и фильтруют. Инкубируют 30 - 60 мин. при 37° или 1-2 час. при комнатной температуре либо несколько часов (сутки) в холодильнике при +4°. Инкубационную среду сливают, срезы споласкивают в дистиллированной воде и помещают в 4% р-р формальдегида на несколько часов при комнатной температуре. Споласкивают в проточной воде, при необходимости докрашивают ядра гематоксилином и заключают в глицериновый гель или сироп Апати. Структуры, обладающие активностью кислой фосфатазы, окрашиваются в красный цвет.

Азоиндоксильный метод по Госсрау

Инкубационная среда: толуидиновую соль 5-бром-4-хлор-3-индоксилфосфата 1,5 - 3 мг растворяют в 0,075 - 0,15 мл N,N"-диметилформамида 0,1 М ацетатный буфер, pH 5,0 10 мл

Гексазотированный новый фуксин 0,25 мл

или прочный синий В 5 -10 мг

Общий объем ~10 мл

Инкубационную среду тщательно перемешивают и фильтруют, прикрепленные или свободноплавающие срезы инкубируют 15-60 мин. при 37°. Инкубационную среду сливают, срезы споласкивают в дистиллированной воде и помещают в 4% р-р формальдегида на несколько часов при комнатной температуре, затем споласкивают в проточной воде и помещают в дистиллированную воду, после чего заключают в глицериновый гель или сироп Апати. Структуры, обладающие активностью кислой фосфатазы, окрашиваются в синевато-коричневый цвет.

Библиогр.: Диксон М. и Уэбб Э. Ферменты, пер. с англ., с. 364, 458, М., 1982; Лилли Р. Патогистологическая техника и практическая гистохимия, пер. с англ., М., 1969; Лойда 3., Госсрау Р. и Шиблер Т. Гистохимия ферментов, пер. с англ., М., 1982; Номенклатура ферментов, пер. с англ., под ред. А. Е. Браунштейна, М., 1979; Пирс А. Гистохимия, пер. с англ., М., 1962; Enzymes, ed. by P. D. Boyer, v. 7, N. Y.- L., 1972.

П. Л. Иванов (биохим.), А. Г. Уфимцева (гист.).

• К каким докторам следует обращаться если у Вас Гликогеноз I типа (болезнь Гирке)

Что такое Гликогеноз I типа (болезнь Гирке)

Гликогеноз типа I - заболевание, описанное Гирке в 1929 г., однако ферментный дефект был установлен Кори только в 1952 г. Гликогеноз типа I встречается у 1 из 200 000 новорожденных. Заболеваемость мальчиков и девочек одинакова. Наследование аутосомно-рецессивное. При гликогенозе I типа (болезнь Гирке) клетки печени и извитых почечных канальцев заполнены гликогеном, однако эти запасы оказываются недоступными: об этом свидетельствует гипогликемия, а также отсутствие повышения уровня глюкозы в крови в ответ на адреналин и глюкагон. Обычно у этих больных развиваются кетоз и гиперлипемия, что вообще характерно для состояния организма при недостатке углеводов. В печени, почках и тканях кишечника активность глюкозо-6-фосфатазы либо крайне низка, либо вообще отсутствует.

Патогенез (что происходит?) во время Гликогеноза I типа (болезни Гирке)

Заболевание обусловлено дефектами ферментной системы печени, превращающей глюкозо-6-фосфат в глюкозу. Нарушается как гликогенолиз, так и глюконеогенез, что приводит к гипогликемии голодания с лактацидозом, гиперурикемии и гипертриглицеридемии. В печени накапливается избыток гликогена.

Ферментная система, превращающая глюкозо-6-фосфат в глюкозу, содержит не менее 5 субъединиц: глюкозо-6-фосфатазу (катализирует гидролиз глюкозо-6-фосфата в просвете эндоплазматического ретикулума), регуляторный Са2(+)-связывающий белок и белки-переносчики (транслоказы), T1, T2 и T3, которые обеспечивают переход глюкозо-6-фосфата, фосфата и глюкозы через мембрану эндоплазматического ретикулума.

Дефект глюкозо-6-фосфатазы (гликогеноз типа Ia) и дефект глюкозо-6-фосфат-транслоказы (гликогеноз типа Ib) проявляются сходными клиническими и биохимическими нарушениями. Чтобы подтвердить диагноз и точно установить ферментный дефект, необходима биопсия печени и исследование активности глюкозо-6-фосфатазы.

Симптомы Гликогеноза I типа (болезни Гирке)

Клинические проявления гликогеноза типа I у новорожденных, грудных детей и детей старшего возраста неодинаковы. Причина - различия рациона и режима питания в этих возрастных группах.

Иногда в первые дни и недели жизни возникает гипогликемия голодания, однако в большей части случаев болезнь протекает бессимптомно, поскольку грудной ребенок часто питается и получает достаточное количество глюкозы. Нередко болезнь диагностируют через несколько месяцев после рождения, когда у ребенка обнаруживают увеличение живота и гепатомегалию. Бывают одышка и субфебрильная температура без признаков инфекции. Одышка вызвана гипогликемией и лактацидозом из-за недостаточной продукции глюкозы. Когда интервалы между кормлениями увеличиваются и ребенок начинает спать ночью, появляются симптомы гипогликемии, особенно по утрам. Тяжесть и длительность гипогликемии постепенно увеличиваются, что приводит к системным метаболическим нарушениям.

Если лечение не проводят, изменяется внешность ребенка. Характерны гипотрофия мышц и скелета, задержка роста и физического развития, отложение жира под кожей. Ребенок становится похож на больного с синдромом Кушинга. Развитие познавательных и социальных навыков не страдает, если только повторные приступы гипогликемии не вызвали повреждения головного мозга. Если ребенок не получает достаточного количества углеводов и гипогликемия голодания сохраняется, то задержка роста и физического развития становится резко выраженной. Некоторые дети с гликогенозом типа I умирают от легочной гипертензии.

Нарушение функции тромбоцитов проявляется повторными носовыми кровотечениями или кровоточивостью после стоматологических и других хирургических вмешательств. Отмечаются нарушения адгезии и агрегации тромбоцитов; нарушено также высвобождение АДФ из тромбоцитов в ответ на адреналин и контакт с коллагеном. Тромбоцитопатия вызвана системными метаболическими нарушениями; после лечения она исчезает.

УЗИ и экскреторная урография выявляют увеличение почек. У большинства больных выраженных нарушений функции почек не бывает, отмечается лишь повышение СКФ (скорость клубочковой фильтрации) . В очень тяжелых случаях может развиться тубулопатия с глюкозурией, фосфатурией, гипокалиемией и аминоацидурией (как при синдроме Фанкони). У подростков иногда наблюдается альбуминурия, а у молодых людей часто развивается тяжелое поражение почек с протеинурией, повышением АД (артериального давления) и падением клиренса креатинина, обусловленное фокально-сегментарным гломерулосклерозом и интерстициальным фиброзом. Эти нарушения приводят к терминальной почечной недостаточности.

Селезенка не увеличена.

Без лечения резко возрастают уровни свободных жирных кислот, триглицеридов и апопротеина C-III, который участвует в транспорте триглицеридови богатых триглицеридами липопротеидов. Уровни фосфолипидов и холестерина повышаются умеренно. Очень высокий уровень триглицеридов обусловлен их чрезмерной продукцией в печени и снижением их периферического метаболизма из-за снижения активности липопротеидлипазы. При тяжелой гиперлипопротеидемии на разгибательных поверхностях конечностей и ягодицах могут появляться эруптивные ксантомы.

Отсутствие лечения или неправильное лечение приводят к задержке роста и полового развития.

Аденомы печени по неизвестным причинам возникают у многих больных, обычно в возрасте 10-30 лет. Аденомы могут малигнизироваться, возможны кровоизлияния в аденому. На сцинтиграммах печени аденомы выглядят как участки пониженного накопления изотопа. Для обнаружения аденом применяют УЗИ. При подозрении на злокачественный рост более информативны МРТ (магнитно-резонансная томография) и КТ (компьютерная томография), позволяющие проследить превращение небольшого четко отграниченного новообразования в более крупное, с размытыми краями. Рекомендуется периодически измерять уровень альфа-фетопротеина в сыворотке (это маркер печеночноклеточного рака).

С возрастом тяжесть гипогликемии голодания уменьшается. Вес тела растет быстрее, чем вес головного мозга, поэтому соотношение между скоростью продукции и утилизации глюкозы становится более выгодным. Скорость продукции глюкозы возрастает за счет активности амило-1,6-глюкозидазы в печени и мышцах. В результате уровень глюкозы натощак постепенно повышается.

Клинические проявления гликогеноза типа Iа и типа Ib одинаковы, но при гликогенозе типа Ib наблюдается постоянная или преходящая нейтропения. В тяжелых случаях развивается агранулоцитоз. Нейтропения сопровождается дисфункцией нейтрофилов и моноцитов, поэтому повышается риск стафилококковых инфекций и кандидоза. У некоторых больных возникает воспалительное заболевание кишечника, напоминающее болезнь Крона.

Диагностика Гликогеноза I типа (болезни Гирке)

При лабораторной диагностике гликогеноза типа I проводятся:

• обязательные исследования: измеряют уровни глюкозы, лактата, мочевой кислоты и активность ферментов печени натощак; у новорожденных и грудных детей с гликогенозом типа I уровень глюкозы в крови после 3-4-часового голодания падает до 2,2 ммоль/л и ниже; если продолжительность голодания превышает 4 ч, уровень глюкозы почти всегда меньше 1,1 ммоль/л; гипогликемия сопровождается значительным повышением уровня лактата и метаболическим ацидозом; сыворотка обычно мутная или похожа на молоко из-за очень высокого содержания триглицеридов и умеренно повышенного содержания холестерина; отмечаются также гиперурикемия и повышение активности АсАТ (аспартатаминотрансферазы) и АлАТ (аланинаминотрансферазы).
• провокационные пробы: чтобы отличить гликогеноз типа I от других гликогенозов и точно определить ферментный дефект, у грудных детей и детей старшего возраста измеряют уровень метаболитов (глюкозы, свободных жирных кислот, кетоновых тел, лактата и мочевой кислоты) и гормонов (инсулина, глюкагона, адреналина, кортизола и СТГ (соматотропного гормона)) натощак и после приема глюкозы; схема исследования такова: ребенку дают глюкозу внутрь в дозе 1,75 г/кг, затем каждые 1-2 ч берут кровь; в каждой пробе быстро измеряют концентрацию глюкозы; последнюю пробу берут не позже чем через 6 ч после приема глюкозы либо в тот момент, когда концентрация глюкозы снизилась до 2,2 ммоль/л;
• провокационная проба с глюкагоном: глюкагон вводят в/м или в/в струйно в дозе 30 мкг/кг (но не более 1 мг) через 4-6 ч после еды или приема глюкозы; кровь для определения глюкозы и лактата берут за 1 мин до инъекции глюкагона и через 15, 30,45, 60,90 и 120 мин после инъекции. При гликогенозе типа I глюкагон не повышает либо незначительно повышает уровень глюкозы, тогда как исходно повышенный уровень лактата продолжает нарастать;
• специальное исследование: проводят биопсию печени, исследуют гликоген; содержание гликогена сильно увеличено, но структура его нормальная;
• специальные исследования для точного установления ферментного дефекта, лежащего в основе гликогеноза типа I: измеряют активность глюкозо-6-фосфатазы в цельных и разрушенных микросомах печени (по образованию глюкозы и фосфата из глюкозо-6-фосфата); микросомы разрушают повторным замораживанием и оттаиванием биоптата; при гликогенозе типа Iа активность глюкозо-6-фосфатазы не определяется ни в цельных, ни в разрушенных микросомах; при гликогенозе типа Ib активность глюкозо-6-фосфатазы в разрушенных микросомах нормальная, а в цельных микросомах отсутствует или сильно снижена (поскольку дефектная глюкозо-6-фосфат-транслоказа не переносит глюкозо-6-фосфат через мембраны микросом);
• методы молекулярной биологии (выявление генетического дефекта путем ПЦР (полимеразной цепной реакции) и последующей гибридизации со специфическими олигонуклеотидами).

Специальные исследования и методы молекулярной биологии доступны только специализированным лабораториям; в ССА, к примеру, в лабораториях: Dr. Y. Т. Chen, Division of Genetics and Metabolism, Duke University Medical Center, Durham, North Carolina, U.S.A.; Dr. R. Grier, Biocemical Genetics Laboratory, Nemours Children"s Clinic, Jacksonville, Florida, U.S.A.

Лечение Гликогеноза I типа (болезни Гирке)

Метаболические нарушения при гликогенозе типа I, обусловленные недостаточной продукцией глюкозы, возникают уже через несколько часов после еды, а при длительном голодании значительно усиливаются. Поэтому лечение гликогеноза типа I сводится к частому кормлению ребенка. Цель лечения - предупредить падение концентрации глюкозы в крови ниже 4,2 ммоль/л - порогового уровня, при котором происходит стимуляция секреции контринсулярных гормонов.

Если ребенок своевременно получает достаточное количество глюкозы размеры печени уменьшаются, лабораторные показатели приближаются к норме, кровоточивость исчезает, рост и психомоторное развитие нормализуются.

ГЛЮТ-1 обеспечивает стабильный поток глюкозы в мозг;

ГЛЮТ-2 обнаружен в клетках органов, выделяющих глюкозу в кровь. Именно при участии ГЛЮТ-2 глюкоза переходит в кровь из энтероцитов и печени. ГЛЮТ-2 участвует в транспорте глюкозы в β-клетки поджелудочной железы;

ГЛЮТ-3 обладает большим, чем ГЛЮТ-1, сродством к глюкозе. Он также обеспечивает постоянный приток глюкозы к клеткам нервной и других тканей;

ГЛЮТ-4 - главный переносчик глюкозы в клетки мышц и жировой ткани;

ГЛЮТ-5 встречается, главным образом, в клетках тонкого кишечника. Его функции известны недостаточно.

Все типы ГЛЮТ могут находиться как в плазматической мембране, так и в мембранных везикулах в цитоплазме. Однако только ГЛЮТ-4, локализованный в везикулах цитоплазмы, встраивается в плазматическую мембрану клеток мышечной и жировой ткани при участии гормона поджелудочной железы инсулина. В связи с тем, что поступление глюкозы в мышцы и жировую ткань зависит от инсулина, эти ткани называются инсулинзависимыми.

Влияние инсулина на перемещение транспортёров глюкозы из цитоплазмы в плазматическую мембрану.

1 - связывание инсулина с рецептором; 2 - участок инсулинового рецептора, обращённый внутрь клетки, стимулирует перемещение транспортёров глюкозы; 3, 4 - транспортёры в составе содержащих их везикул перемещаются к плазматической мембране клетки, включаются в её состав и переносят глюкозу в клетку.

Известны различные нарушения в работе транспортёров глюкозы. Наследственный дефект этих белков может лежать в основе инсулинонезависимого сахарного диабета. Нарушения функции ГЛЮТ-4 возможны на следующих этапах:

передача сигнала инсулина о перемещении этого транспортёра к мембране;

перемещение транспортёра в цитоплазме;

включение в состав мембраны;

отшнуровывание от мембраны и т.д.

НАРУШЕНИЯ ПЕРЕВАРИВАНИЯ И ВСАСЫВАНИЯ УГЛЕВОДОВ

В основе патологии переваривания и всасывания углеводов могут быть причины двух типов:

дефекты ферментов, участвующих в гидролизе углеводов в кишечнике;

нарушение всасывания продуктов переваривания углеводов в клетки слизистой оболочки кишечника.

В обоих случаях возникают нерасщеплённые дисахариды или моносахариды. Эти невостребованные углеводы поступают в дистальные отделы кишечника, изменяя осмотическое давление содержимого кишечника. Кроме того, оставшиеся в просвете кишечника углеводы частично подвергаются ферментативному расщеплению микроорганизмами с образованием органических кислот и газов. Всё вместе приводит к притоку воды в кишечник, увеличению объёма кишечного содержимого, усилению перистальтики, спазмам и болям, а также метеоризму.

МЕТАБОЛИЗМ ГЛЮКОЗЫ В КЛЕТКЕ

После всасывания в кишечнике моносахариды поступают в воротную вену и далее преимущественно в печень. Поскольку в составе основных углеводов пищи преобладает глюкоза, её можно считать основным продуктом переваривания углеводов. Другие моносахариды, поступающие из кишечника в процессе метаболизма, могут превращаться в глюкозу или продукты её метаболизма. Часть глюкозы в печени депонируется в виде гликогена, а другая часть через общий кровоток доставляется и используется разными тканями и органами. При нормальном рационе питания концентрация глюкозы в крови поддерживается на уровне -3,3-5,5 ммоль/л. А в период пищеварения её концентрация может повышаться примерно 8 ммоль/л.

Фосфорилирование глюкозы

Метаболизм глюкозы в клетках всех тканей начинается с реакции фосфорилирования и превращения в глюкозо-6-фосфат (с использованием АТФ). Существуют два фермента, катализирующих фосфорилирование глюкозы: в печени и поджелудочной железе - фермент глюкокиназа , во всех других тканях – гексокиназа . Фосфорилирование глюкозы необратимая реакция, так как она протекает с использованием значительного количества энергии. Плазматическая мембрана клеток непроницаема для фосфорилированной глюкозы (нет соответствующих транспортных белков) и, следовательно, она уже не может из них выйти. Кроме того, фосфорилирование уменьшает концентрацию свободной глюкозы в цитоплазме. В результате создаются благоприятные условия для облегчённой диффузии глюкозы в клетки из крови.

Эти ферменты отличаются сродством к глюкозе. Г ексокиназа имеет высокое сродство к глюкозе, т.е. этот фермент, в отличие от глюкокиназы, активен при низкой концентрации глюкозы в крови. Вследствие этого мозг, эритроциты и другие ткани могут использовать глюкозу при снижении ее концентрации в крови через 4-5 часов после еды и при голодании. Фермент гексокиназа может катализировать фосфорилирование не только D-глюкозы, но и других гексоз, хотя и с меньшей скоростью. Активность гексокиназы изменяется в зависимости от потребностей клетки в энергии. В качестве регуляторов выступают соотношение АТФ/АДФ и внутриклеточный уровень глюкозо-6-фосфата. При снижении расхода энергии в клетке повышается уровень АТФ (относительно АДФ) и глюкозо-6-фосфата. В этом случае активность гексокиназы снижается, и, следовательно, уменьшается скорость поступления глюкозы в клетку.

Фосфорилирование глюкозы в гепатоцитах в период пищеварения обеспечивается свойствами глюкокиназы . Активность глюкокиназы, в отличие от гексокиназы, не ингибируется глюкозо-6-фосфатом. Это обстоятельство обеспечивает повышение концентрации глюкозы в клетке в фосфорилированной форме, соответственно её уровню в крови. Глюкоза проникает в гепатоциты путём облегчённой диффузии при участии транспортёра ГЛЮТ-2 (независимого от инсулина). ГЛЮТ-2, так же, как глюкокиназа, имеет высокое сродство к глюкозе и способствует повышению скорости поступления глюкозы в гепатоциты в период пищеварения, т.е. ускоряет её фосфорилирование и дальнейшее использование для депонирования.

Хотя инсулин и не влияет на транспорт глюкозы, он усиливает приток глюкозы в гепатоциты в период пищеварения косвенным путём, индуцируя синтез глюкокиназы и ускоряя тем самым фосфорилирование глюкозы.

Преимущественное потребление глюкозы гепатоцитами, обусловленное свойствами глюкокиназы, предотвращает чрезмерное повышение её концентрации в крови в абсорбтивном периоде. Это, в свою очередь, снижает последствия протекания нежелательных реакций с участием глюкозы, например гликозилирования белков.

Дефосфорилирование глюкозо-6-фосфата

Превращение глюкозо-6-фосфата в глюкозу возможно в печени, почках и клетках эпителия кишечника. В клетках этих органов имеется фермент глюкозо-6-фосфатаза, катализирующая отщепление фосфатной группы гидролитическим путём:

Глюкозо-6-фосфат +Н 2 О → Глюкоза + Н 3 РО 4

Образовавшаяся свободная глюкоза способна диффундировать из этих органов в кровь. В других органах и тканях глюкозо-6-фосфатазы нет, и поэтому дефосфорилирование глюкозо-6-фосфата невозможно. Пример подобного необратимого проникновения глюкозы в клетку - мышцы, где глюкозо-6-фосфат может использоваться только в метаболизме этой клетки.

Метаболизм глюкозо-6-фосфата

В зависимости от физиологического состояния организма и типа ткани глюкозо-6-фосфат может использоваться в клетке в различных превращениях, основными из которых являются: синтез гликогена, катаболизм с образованием СО 2 и Н 2 О, синтез пентоз. Распад глюкозы до конечных продуктов служит источником энергии для организма. Вместе с тем в процессе метаболизма глюкозо-6-фосфата образуются промежуточные продукты, используемые в дальнейшем для синтеза аминокислот, нуклеотидов, глицерина и жирных кислот. Таким образом, глюкозо-6-фосфат - не только субстрат для окисления, но и строительный материал для синтеза новых соединений.

МЕТАБОЛИЗМ ГЛИКОГЕНА

Многие ткани синтезируют в качестве резервной формы глюкозы гликоген. Резервная роль гликогена обусловлена двумя важными свойствами: он осмотически неактивен и сильно ветвится, благодаря чему глюкоза быстро присоединяется к полимеру при биосинтезе и отщепляется при мобилизации. Синтез и распад гликогена обеспечивают постоянство концентрации глюкозы в крови и создают депо для её использования тканями по мере необходимости.

Строение и функции гликогена

Гликоген - разветвлённый полисахарид, в котором остатки глюкозы соединены в линейных участках α-1,4-гликозидной связью. В точках ветвления мономеры соединены α-1,6-гликозидными связями. Эти связи образуются примерно с каждым десятым остатком глюкозы, т.е. точки ветвления в гликогене встречаются примерно через каждые десять остатков глюкозы. Таким образом, в молекуле гликогена имеется только одна свободная аномерная ОН-группа и, следовательно, только один восстанавливающий (редуцирующий) конец.

А. Строение молекулы гликогена: 1 - остатки глюкозы, соединённые α-1,4-гликозидной связью; 2 - остатки глюкозы, соединённые α-1,6-гликозидной связью; 3 - нередуцирующие концевые мономеры; 4 - редуцирующий концевой мономер.

Б. Строение отдельного фрагмента молекулы гликогена.

Гликоген хранится в цитозоле клетки в форме гранул диаметром 10-40 нм. С гранулами связаны и некоторые ферменты, участвующие в метаболизме гликогена, что облегчает их взаимодействие с субстратом. Разветвлённая структура гликогена обусловливает большое количество концевых мономеров, что способствует работе ферментов, отщепляющих или присоединяющих мономеры при распаде или синтезе гликогена, так как эти ферменты могут одновременно работать на нескольких ветвях молекулы. Гликоген депонируется главным образом в печени и скелетных мышцах.

После приёма пищи, богатой углеводами, запас гликогена в печени может составлять примерно 5% от её массы. В мышцах запасается около 1% гликогена, однако масса мышечной ткани значительно больше и поэтому общее количество гликогена в мышцах в 2 раза больше, чем в печени. Гликоген может синтезироваться во многих клетках, например в нейронах, макрофагах, клетках жировой ткани, но содержание его в этих тканях незначительно. В организме может содержаться до 450 г гликогена.

Распад гликогена печени служит в основном для поддержания уровня глюкозы в крови. Поэтому содержание гликогена в печени изменяется в зависимости от ритма питания. При длительном голодании оно снижается почти до нуля. Гликоген мышц служит резервом глюкозы - источника энергии при мышечном сокращении. Мышечный гликоген не используется для поддержания уровня глюкозы в крови.

Синтез гликогена (гликогеногенез)

Гликоген синтезируется в период пищеварения (через 1-2 ч после приёма углеводной пищи). Следует отметить, что синтез гликогена из глюкозы требует затрат энергии.

Глюкоза активно поступает из крови в ткани и фосфорилируется, превращаясь в глюкозо-6-фосфат. Затем глюкозо-6-фосфат превращается фосфоглюкомутазой в глюкозо-1-фосфат, из которой под действием (УДФ)-глюкопирофосфорилазы и при участии (УТФ) образуется УДФ-глюкоза.

Но в силу обратимости реакции глюкозо-6-фосфат ↔ глюкозо-1-фосфат синтез гликогена из глюкозо-1-фосфата и его распад оказались бы также обратимыми и поэтому неконтролируемыми. Чтобы синтез гликогена был термодинамически необратимым, необходима дополнительная стадия образования уридиндифосфатглюкозы из УТФ и глюкозо-1-фосфата. Фермент, катализирующий эту реакцию, назван по обратной реакции: УДФ-глюкопирофосфорилаза. Однако в клетке обратная реакция не протекает, потому что образовавшийся в ходе прямой реакции пирофосфат очень быстро расщепляется пирофосфатазой на 2 молекулы фосфата.

Образованная УДФ-глюкоза далее используется как донор остатка глюкозы при синтезе гликогена. Эту реакцию катализирует фермент гликогенсинтаза (глюкозилтрансфераза). Поскольку в данной реакции не используется АТФ, фермент называют синтазой, а не синтетазой. Фермент переносит остаток глюкозы на олигосахарид, состоящий из 6-10 остатков глюкозы и представляющий собой праймер (затравку), присоединяя молекулы глюкозы, α-1,4-гликозидными связями. Поскольку праймер редуцирующим концом соединен с ОН-группой остатка тирозина белка гликогенина, то гликогенсинтаза последовательно присоединяет глюкозу к нередуцирующему концу. Когда количество мономеров в синтезирующемся полисахариде достигает 11-12 моносахаридных остатков, фермент ветвления (гликозил-4,6-трансфераза) переносит фрагмент, содержащий 6-8 мономеров, то конца молекулы ближе к ее середине и присоединяет его α-1,6-гликозидной связью. В итоге образуется сильно разветвленный полисахарид.

Распад гликогена (гликогенолиз)

Распад гликогена или его мобилизация происходят в ответ на повышение потребности организма в глюкозе. Гликоген печени распадается в основном в интервалах между приёмами пищи, кроме того, этот процесс в печени и мышцах ускоряется во время физической работы.

Сначала фермент гликогенфосфорилаза расщепляет только α-1,4-гликозидные связи при участии фосфорной кислоты последовательно отщепляет остатки глюкозы от нередуцирующих концов молекулы гликогена и фосфорилирует их с образованием глюкозо-1-фосфата. Это приводит к укорочению ветвей.

Когда количество остатков глюкозы ветвях гликогена достигает 4, то фермент олигосахаридтрансфераза расщепляет α-1,4-гликозидную связь и переносит фрагмент, состоящий из 3 мономеров, к концу более длинной цепи.

Фермент α-1,6-гликозидаза гидролизует α-1,6-гликозидную связь в точке ветвления и отщепляет молекулу глюкозы. Таким образом, при мобилизации гликогена образуются глюкозо-1-фосфат и небольшое количество свободной глюкозы. Далее глюкозо-1-фосфат при участии фермента фосфоглюкомутазы превращается в глюкозо-6-фосфат.

Мобилизация гликогена в печени и мышцах идет одинаково до образования глюкозо-6-фосфата. В печени под действием глюкозо-6-фосфатазы глюкозо-6-фосфат превращается в свободную глюкозу, которая поступает в кровь. Следовательно, мобилизация гликогена в печени обеспечивает сохранение нормального уровня глюкозы в крови и снабжение глюкозой других тканей. В мышцах нет фермента глюкозо-6-фосфатазы и глюкозо-6-фосфат используется самими мышцами для энергетических целей.

Биологическое значение обмена гликогена в печени и мышцах

Сравнение процессов синтеза и распада гликогена позволяет сделать следующие выводы:

синтез и распад гликогена протекают по разным метаболическими путям;

печень запасает глюкозу в виде гликогена не столько для собственных нужд, сколько для поддержания постоянной концентрации глюкозы в крови, и, следовательно, обеспечивает поступление глюкозы в другие ткани. Присутствие в печени глюкозо-6-фосфатазы обусловливает эту главную функцию печени в обмене гликогена;

функция мышечного гликогена заключается в освобождении глюкозо-6-фосфата, потребляемого в самой мышце для окисления и использования энергии;

при синтезе гликогена необходимы 1 моль АТФ и 1 моль УТФ;

распад гликогена до глюкозо-6-фосфата не требует энергии;

необратимость процессов синтеза и распада гликогена обеспечивается их регуляцией.

Нарушения обмена гликогена приводят к различным болезням. Они возникают при мутациях в генах, кодирующих ферменты, которые участвуют в обмене гликогена. При этих заболеваниях наблюдается накопление гранул гликогена в печени, мышцах и других тканей, приводящее к повреждению клеток.

РЕГУЛЯЦИЯ СИНТЕЗА И МЕТАБОЛИЗМА ГЛИКОГЕНА

Метаболизм гликогена в печени и мышцах зависит от потребностей организма в глюкозе как источнике энергии. В печени депонирование и мобилизацию гликогена регулируют гормоны инсулин, глюкагон и адреналин.

Инсулин и глюкагон – гормоны-антагонисты, их синтез и секреция зависят от концентрации глюкозы в крови. В норме концентрация глюкозы в крови соответствует 3,3-5,5 ммоль/л. Отношение концентрации инсулина к концентрации глюкагона в крови называют инсулин-глюкагоновым индексом .

Когда уровень глюкозы в крови повышается секреция инсулина увеличивается (инсулин-глюкагоновый индекс повышается). Инсулин способствует поступлению глюкозы в инсулинзависимые ткани, ускоряет использование глюкозы для синтеза гликогена в печени и мышцах.

Когда уровень глюкозы в крови снижается секреция инсулина снижается (инсулин-глюкагоновый индекс понижается). Глюкагон ускоряет мобилизацию гликогена в печени, вследствие чего увеличивается поступление глюкозы из печени в кровь.

Инсулин - синтезируется и секретируется в кровь р-клетками островков Лангерханса поджелудочной железы. β-клетки чувствительны к изменениям содержания глюкозы в крови и секретируют инсулин в ответ на повышение её содержания после приёма пищи. Транспортный белок (ГЛЮТ-2), обеспечивающий поступление глюкозы в β-клетки, отличается низким сродством к ней. Следовательно, этот белок транспортирует глюкозу в клетку поджелудочной железы лишь после того, как её содержание в крови будет выше нормального уровня (более 5,5 ммоль/л). В β-клетках глюкоза фосфорилируется глюкокиназой, скорость фосфорилирования глюкозы глюкокиназой в β-клетках прямо пропорциональна её концентрации в крови.

Синтез инсулина регулируется глюкозой. Глюкоза непосредственно участвует в регуляции экспрессии гена инсулина.

Глюкагон - вырабатываемый α-клетками поджелудочной железы в ответ на снижение уровня глюкозы в крови. По химической природе глюкагон - пептид.

Секреция инсулина и глюкагона также регулируется глюкозой, которая стимулирует секрецию инсулина из β-клеток и подавляет секрецию глюкагона из α-клеток. Кроме того, сам инсулин снижает секрецию глюкагона.

При интенсивной мышечной работе и стрессе в кровь из надпочечников секретируется адреналин . Он ускоряет мобилизацию гликогена в печени и мышцах, обеспечивая тем самым клетки разных тканей глюкозой.

Регуляция активности гликогенфосфорилазы и глигогенсинтазы

Действие этих гормонов в конечном счете сводится к изменению скорости реакций, катализируемых ключевыми ферментами метаболических путей обмена гликогена – гликогенсинтазой и гликогенфосфорилазой , активность которых регулируется аллостерически и фосфорилированием/ десфорилированием.

Гликогенфосфорилаза существует в 2 формах:

1) фосфорилированная - активная (форма а); 2) дефосфорилированная - неактивная (форма в).

Фосфорилирование осуществляется путём переноса фосфатного остатка с АТФ на гидроксильную группу одного из сериновых остатков фермента. Следствие этого - конформационные изменения молекулы фермента и его активация.

Взаимопревращения 2 форм гликогенфосфорилазы обеспечиваются действием ферментов киназы фосфорилазы и фосфопротеинфосфатазы (фермент, структурно связанный с молекулами гликогена). В свою очередь, активность киназы фосфорилазы и фосфопротеинфосфатазы также регулируется путём фосфорилирования и дефосфорилирования.

Активация киназы фосфорилазы происходит под действием протеинкиназы А - ПКА (цАМФ-зависимой). цАМФ сначала активирует протеинкиназу А, которая фосфорилирует киназу фосфорилазы, переводя её в активное состояние, а та, в свою очередь, фосфорилирует гликогенфосфорилазу. Синтез цАМФ стимулируется адреналином и глюкагоном.

Активация фосфопротеинфосфатазы происходит в результате реакции фосфорилирования, катализируемой специфической протеинкиназой, которая, в свою очередь, активируется инсулином посредством каскада реакций с участием других белков и ферментов. Активируемая инсулином протеинкиназа фосфорилирует и тем самым активирует фосфопротеинфосфатазу. Активная фосфопротеинфосфатаза дефосфорилирует и, следовательно, инактивирует киназу фосфорилазы и гликогенфосфорилазу.

Влияние инсулина на активность гликогенсинтазы и киназы фосфорилазы. ФП-фосфатаза (ГР) - фосфопроте-инфосфатаза гранул гликогена. ПК (pp90S6) - протеинкиназа, активируемая инсулином.

Активность гликогенсинтазы также изменяется в результате фосфорилирования и дефосфорилирования. Однако есть существенные различия в регуляции гликогенфосфорилазы и гликогенсинтазы:

фосфорилирование гликогенсинтазы катализирует ПК А и вызывает её инактивацию;

дефосфорилирование гликогенсинтазы под действием фосфопротеинфосфатазы, наоборот, её активирует.

Регуляция метаболизма гликогена в печени

Повышение уровня глюкозы в крови стимулирует синтез и секрецию β-клетками поджелудочной железы гормона инсулина. Инсулин передает сигнал в клетку через мембранный каталитический рецептор - тирозиновую протеинкиназу. Взаимодействие рецептора с гормоном инициирует ряд последовательных реакций, приводящих к активации фосфопротеинфосфатазы гранул гликогена. Этот фермент дефосфорилирует гликогенсинтазу и гликогенфосфорилазу, в результате чего гликогенсинтаза активируется, а гликогенфосфорилаза становится неактивной.

Таким образом, в печени ускоряется синтез гликогена и тормозится его распад.

При голодании снижение уровня глюкозы в крови является сигналом для синтеза и секреции α-клетками поджелудочной железы глюкагона. Гормон передает сигнал в клетки через аденилатциклазную систему. Это приводит к активации проттеинкиназы А, которая фосфорилирует гликогенсинтазу и киназу фосфорилазы. В результате фосфорилирования гликогенсинтаза инактивируется и синтез гликогена тормозится, а киназа фосфорилазы становится активной и фосфорилирует гликогенфосфорилазу, которая становится активной. Активная гликогенфосфорилаза ускоряет мобилизацию гликогена в печени.

1 - глюкагон и адреналин взаимодействуют со специфическими мембранными рецепторами. Комплекс гормон-рецептор влияет на конформацию G-белка, вызывая диссоциацию его на протомеры и замену в α-субъединице ГДФ на ГТФ;

2 - α-субъединица, связанная с ГТФ, активирует аденилатциклазу, катализирующую синтез цАМФ из АТФ;

3 - в присутствии цАМФ протеинкиназа А обратимо диссоциирует, освобождая обладающие каталитической активностью субъединицы С;

4 - протеинкиназа А фосфорилирует и активирует киназу фосфорилазы;

5 - киназа фосфорилазы фосфорилирует гликогенфосфорилазу, переводя её в активную форму;

6 - протеинкиназа А фосфорилирует также гликогенсинтазу, переводя её в неактивное состояние;

7 - в результате ингибирования гликогенсинтазы и активации гликогенфосфорилазы гликоген включается в процесс распада;

8 - фосфодиэстераза катализирует распад цАМФ и тем самым прерывает действие гормонального сигнала. Комплекс α-субъединица-ГТФ затем распадается.

При интенсивной физическеой работе и стрессе в крови повышается концентрация а дреналина. В печени есть два типа мембранных рецепторов адреналина. Эффект адреналина в печени обусловлен фосфорилированием и активацией гликогенфосфорилазы. Адреналин имеет сходный с глюкагоном механизм действия. Но возможно включение и другой эффекторной системы передачи сигнала в клетку печени.

Регуляция синтеза и распада гликогена в печени адреналином и Са 2+ .

ФИФ 2 - фосфатидилинозитолбисфосфат; ИФ 3 - инозитол-1,4,5-трифосфат; ДАГ - диацилглицерол; ЭР - эндоплазматический ретикулум; ФС - фосфодитилсерин.

1 - взаимодействие адреналина с α 1 -рецептором трансформирует сигнал через активацию G-белка на фосфолипазу С, переводя её в активное состояние;

2 - фосфолипаза С гидролизует ФИФ 2 на ИФ 3 и ДАГ;

3 - ИФ 3 активирует мобилизацию Са 2+ из ЭР;

4 - Са 2+ , ДАГ и фосфодитилсерин активируют протеинкиназу С. Протеинкиназа С фосфорилирует гликогенсинтазу, переводя её в неактивное состояние;

5 - комплекс 4Са 2+ - кальмодулин активирует киназу фосфорилазы и кальмодулин-зависимые протеинкиназы;

6 - киназа фосфорилазы фосфорилирует гликогенфосфорилазу и тем самым её активирует;

7 - активные формы трёх ферментов (кальмодулинзависимая протеинкиназа, киназа фосфорилазы и протеинкиназа С) фосфорилируют гликогенсинтазу в различных центрах, переводя её в неактивное состояние.

Какая система передачи сигнала в клетку будет использована, зависит от типа рецепторов, с которыми взаимодействует адреналин. Так, взаимодействие адреналина с β 2 -рецепторами клеток печени приводит в действие аденилатциклазную систему. Взаимодействие же адреналина с α 1 -рецепторами "включают" инозитолфосфатный механизм трансмембранной передачи гормонального сигнала. Результат действия обеих систем - фосфорилирование ключевых ферментов и переключение процессов с синтеза гликогена на его распад. Следует отметить, что тип рецепторов, который в наибольшей степени вовлекается в ответ клетки на адреналин, зависит от концентрации его в крови.

В период пищеварения преобладает влияние инсулина, так как инсулин-глюкагоновый индекс в этом случае повышается. В целом инсулин влияет на обмен гликогена противоположно глюкагону. Инсулин снижает концентрацию глюкозы в крови в период пищеварения, действуя на метаболизм печени следующим образом:

снижает уровень цАМФ в клетках и тем самым активируя протеинкиназу В. Протеинкиназа В, в свою очередь, фосфорилирует и активирует фосфодиэстеразу цАМФ - фермент, гидролизующий цАМФ с образованием АМФ;

активирует фосфопротеинфосфатазу гранул гликогена, которая дефосфорилирует гликогенсинтазу и таким образом её активирует. Кроме того, фосфопротеинфосфатаза дефосфорилирует и, следовательно, инактивирует киназу фосфорилазы и гликогенфосфорилазу;

индуцирует синтез глюкокиназы, тем самым ускоряя фосфорилирование глюкозы в клетке.