Нарушения гликолитических ферментов. Гемолитическая анемия вследствие дефицита гексокиназы, пируваткиназы и триозофосфатизомеразы. Наследственная гемолитическая анемия 2-го типа. Нарушение метаболизма нуклеотидов

Анемия вследствие нарушений гликолитических ферментов

Гликолиз в организме человека представляет собой универсальный путь получения энергии из поступающих углеводов, прокариот и эукариот, аэробных и анаэробных микроорганизмов. В анаэробных условиях гликолиз является единственным значимым источником получения энергии из углеводов. Гликолиз производит энергию в виде АТФ и НАДН (Никотинамидадениндинуклеотид). Последний представляет собой кофермент, который присутствует во всех живых клетках человека и других живых существ.

Гликолитический путь состоит из 10 стадий, в каждой из которых принимают участие специфические ферменты. Каждая молекула глюкозы метаболизируется, в результате чего производится две молекулы АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты) и две молекулы НАДН.

Гликолиз проходит не изолировано от других метаболических путей. Молекулы глюкозы могут вступить в этот процесс не только в самом его начале. Например, продукт распада гликогена — глюкоза-6-фосфат, может войти в гликолитический путь на втором этапе. Глицеральдегида-3-фосфат, который получают путем фотосинтеза, так же представляет собой гликолитически промежуточное соединение, поэтому может быть направлен по анаболическому пути в гликолиз только тогда, когда необходима энергия.

Кроме того, промежуточные продукты могут быть произведены во время гликолиза даже при высоких энергетических уровнях — для использования в биосинтетических путях. Например, в период активного производства пирувата — продукта гликолиза, входящего в цикл лимонной кислоты, пируват служит в качестве субстрата в синтезе аминокислоты.

Любые нарушения в производстве ферментов довольно быстро (в течение нескольких недель) сказываются на самочувствии человека, составе его крови, состоянии эритроцитов. Передача и синтез энергии в организме должны проходить непрерывно, и если по каким-либо причинам эти процессы нарушаются, развивается анемия и другие сопутствующие симптомы и состояние. Нарушения углеводного обмена приводят к нарушению функции скелетных мышц, слабости, апатии, проблемам с суставами, пищеварением, ростом волос.

Врожденные нарушения ферментов приводят к рождению детей с различными дефектами или умственной отсталостью. Приобретенные же заболевания такого типа чаще всего развиваются в подростковом возрасте, оказывая прямое воздействие на силу мышц, их тонус, энергообеспечение. Такие больные не могут адекватно переносить нагрузку, быстро утомляются, испытывают боль в мышцах и другие симптомы.

Лечение гемолитической анемии

Поскольку любая анемия, в том числе и гемолитическая, связана с другим, более серьезным заболеванием, для определения лечения необходима точная диагностика. Основные методы лечения гемолитической анемии независимо от причины:

  • прием глюкокортикостероидов;
  • спленэктомия (удаление селезенки);
  • прием иммунодепрессантов;
  • отмывание (трансфузия) эритроцитов, проводится при гемолитических кризах;
  • коррекция уровня железа (при избыточном уровне проводят десфераловый тест — определение уровня железа, выводящегося с мочой).

Гемолитическая анемия вследствие дефицита гексокиназы, пируваткиназы и триозофосфатизомеразы

Основные ферменты, ответственные за процесс гликолиза - это гексокиназа (или глюкокиназа), фосфофруктокиназа и пируваткиназа. Концентрация этих трех ферментов в клетке регулируется гормонами, которые влияют на темпы их функционирования. Пептидный гормон инсулин, секретируемый поджелудочной, дает ответ на увеличение уровня аминокислот в крови, а также стимулирует ответ ЖКТ на этот процесс. Общий эффект инсулина заключается в поддержании соответствующего уровня энергии, когда пища поступает в достаточном количестве.

Глюкагон — еще один пептидный гормон, секретируемый клетками поджелудочной железы. Его секреция стимулируется низким уровнем глюкозы в крови, а общий эффект противоположен действию инсулина. Инсулин активирует выработку глюкокиназы, фосфофруктокиназы и пируваткиназы, в то время как глюкагон подавляет их производство. Такие процессы могут проходить как в течение нескольких часов, так и в течение нескольких дней и обычно отражают, сыт человек или голоден.

Что делает фосфофруктокиназа?

Фосфофруктокиназа (ФФК) является важным ферментом практически всех живых клеток. Он выполняет определенную функцию в процессе гликолиза, а именно — превращение фруктозы-6-фосфата во фруктозу-1, 6-бисфосфат. Глюкоза поддерживает устойчивое количество АТФ, основного носителя энергии в живых клетках.

Фосфофруктокиназа является мультисубъединичным белком. В таких белках субъединицы могут вести себя кооперативно; то есть, активность одной субъединицы влияет на активность всех других субъединиц. Белки, которые демонстрируют такое поведение, известны под названием аллостерических белков. Особенно известным примером аллостерического белка является гемоглобин, который скорее является белком, транспортирующим кислород, чем ферментом.

Активность такого аллостерического фермента как ФФК может регулироваться связыванием с малой молекулой, которая действует как активатор или ингибитор. Поскольку субъединицы действуют совместно, активация одной субъединицы приводит к активации всех субъединиц, и ингибирование одной субъединицы приводит к ингибированию всех субъединиц.

Что делает гексокиназа?

Гексокиназа нужна для выполнения первого этапа гликолиза в большинстве тканей, в том числе в мышцах и мозге. Она имеет низкую толерантность к глюкозе, поэтому позволяет инициирование гликолиза даже когда уровень глюкозы в крови являются относительно низким. Гексокиназа важна для предотвращения потребления слишком большого количества клеточного АТФ, когда глюкоза поступает в организм в больших количествах.

Глюкокиназа, содержащаяся в печени и поджелудочной железе, требует гораздо более высокой концентрации глюкозы для максимальной активности.

Таким образом, эти органы становятся наиболее активными сразу после употребления пищи, богатой углеводами. Гексокиназа позволяет печени эффективно удалить избыток глюкозы и свести к минимуму уровень гипергликемии после приема пищи.

В печени действие глюкокиназы противостоит воздействию глюкозо-6-фосфатазы, которая гидролитически удаляет фосфат из цикла. Такие реакции требуют большого количества АТФ, но помогают печени нормально функционировать.

Что делает пируваткиназа?

Пируваткиназа — это третий фермент, принимающий участие в гликолизе. Пируваткиназа также связана с уровнем сахара в крови. Она необходима для гормональной регуляции гликолиза, обеспечения активного роста тканей и работы внутренних органов. Гормоны и ферменты, которые регулируют скорость гликолиза, определяют и метаболизм гликогена — вещества, которое накапливается в печени и расходуется во время физических нагрузок.

Что делает триозофосфатизомераза?

Триозофосфатизомераза (ТФИ или TIM) является ферментом, который катализирует процессы превращения различных фосфатсодержащих соединений. Этот фермент также важен для гликолиза эффективного производства энергии. ТФИ был найден практически в каждом живом организме, не только у млекопитающих, но и у насекомых, грибов, растений и бактерий. Тем не менее, некоторые бактерии, которые не принимают участие в гликолизе, например, уреаплазма, не имеет в составе достаточного количества ТФИ.

У человека недостаток ТФИ связаны с прогрессивными, тяжелыми неврологическими расстройствами. Это расстройство называется дефицитом изомеразного триозофасфата.

Состояние приводит к хронической гемолитической анемии, которая может быть и врожденной. И хотя существуют различные мутации, вызывающие это заболевание, наиболее задействована в этом мутация глутаминовой кислоты.

Триозофосфатизомераза является высокоэффективным ферментом, благодаря которому проведение реакции в организме проходит в миллиарды раз быстрее, чем это имело бы место в природе. Реакция происходит настолько быстро, что ТФИ часто называют идеальным катализатором.

Наследственная гемолитическая анемия 2-го типа

Гемолитическая анемия возникает, когда костный мозг не в состоянии заменить разрушающиеся красные кровяные клетки новыми.

Иммунная гемолитическая анемия возникает, когда иммунная система ошибочно воспринимает свои собственные красные кровяные клетки, как чужеродные вещества. Антитела затем начинают действовать против красных кровяных клеток. Эти антитела атакуют эритроциты и заставляют их разрушаться раньше положенного срока.

Эритроциты при гемолитической анемии разрушаются из-за:

  • генетических дефектов (например, серповидно-клеточной анемии, талассемии и дефиците G6PD);
  • воздействия некоторых химических веществ, наркотиков и токсинов;
  • инфекций.

Другие причины:

  • сгустки крови в мелких кровеносных сосудах;
  • переливание крови от донора с типом крови, не соответствующим типу крови пациента.

Симптомы наследственной гемолитической анемии

При легкой форме симптомы отсутствуют. При наследственной форме недомогание начинается появляться уже в первые месяцы жизни или же в подростковом возрасте.

Основные симптомы:

  • чувство слабости, усталости, вялость;
  • новорожденные плохо едят, постоянно спят или много кричат;
  • бледный цвет кожи;
  • дыхательные нарушения;
  • болезненность языка;
  • синие ногти;
  • сонливость, беспокойство, раздражительность.

Нарушение метаболизма нуклеотидов

Чем опасно нарушение метаболизма нуклеотидов и как оно проявляется? По сути это то же самое нарушение процесса выработки или взаимодействия ферментов между собой, которое влечет последствия в виде различных нарушений работы внутренних органов, состава крови, процессов метаболизма, усвоения питательных веществ и обеспечения клеток энергией.

Соединение АТФ, обеспечивающее клетки энергией, это тоже нуклеотид. Без нормального синтеза АТФ и других нуклеотидов организм человека не может нормально существовать и полноценно усваивать питательные вещества. Клетки не получают нужных соединений, следовательно, не справляются со своими функциями. Нарушение метаболизма нуклеотидов прежде всего сказывается на состоянии крови, поэтому любой вид анемии должен стать поводом для визита к доктору.

Как известно, анемия лишь сигнализирует о нарушении, а не является первопричиной серьезного заболевания.

Источники статьи:
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/
http://cmgm.stanford.edu/
http://library.med.utah.edu/
http://www.nlm.nih.gov/
http://www.quora.com/
http://www.wiley.com/
http://www.wiley.com/
http://www.proteopedia.org/

По материалам:
U.S. Department of Health and Human Services, National Institutes of Health
http://library.med.utah.edu
National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine
http://cmgm.stanford.edu
http://www.wiley.com
http://www.proteopedia.org
Dr. Shashank Rai

Смотрите также:

У нас также читают: