Глюкуроновая кислота: для чего нужна, польза, формула, реакции

Глюкуроновая кислота – это органическое соединение, относящееся к кислотам. В небольших концентрациях она присутствует в плазме крови человека, образуется в результате естественных процессов метаболизма. Кислота проявляет свойства, схожие с глюкозой, но за счёт кислотной группировки способно реагировать с другими химическими веществами. Глюкурон выполняет важные функции регуляции обмена веществ, является составной частью внеклеточного матрикса, слюны и различных слизей, обезвреживает токсины в печени, входит в состав сложных белков.

Содержание

• Что такое глюкуроновая кислота
• Физические и химические свойства, формула
  • Глюкуронизация глюкуроновой кислоты
• Биосинтез глюкуроновой кислоты
• Глюкуроновая кислота: для чего нужна, польза, биологическая роль
• Вред глюкуроновой кислоты
• Применение глюкуроновой кислоты
• Заключение

Что такое глюкуроновая кислота

Глюкуроновая кислота – это органическая кислота, относящуюся к уроновым сахарным кислотам. Данный класс соединений отличается тем, что имеет одну карбоксильную группу (-COOH), они являются производными сахаров, в которых гидроксильная группа (-OH) окислилась. Уроновые кислоты – важный компонент детоксикационной системы организма, они связывают опасные токсины, образуя соли, которые затем выводятся с мочой.

Молекула глюкуроновой кислоты

Глюкуроновая кислота – это типичный представитель уроновых кислот. Это одно из главных соединений, присутствующих в печени, которое реагирует с различными токсичными продуктами обмена (амины, фенолы) с образованием растворимой в воде соли.

Глюкурон содержит двойную связь, с помощью которой к атому углерода крепится карбоксильная группировка. D-изомеры вещества, соединяясь, образуют гиалоурановую кислоту, известный гликозаминогликан, важный для клеточного деления, незаменимый компонент хрящевой и костной ткани, который делает её прочной и эластичной.

Какие источники глюкуроновой кислоты? В природе глюкуроновая кислота и её соли распространены в выделениях животных и растений, поскольку является продуктом обмена веществ. Глюкурон находят в ферментированном чайном грибе, в цитоплазме микроорганизмов, в аравийских смолах, камедях (гуммиарабик).

Большое количество глюкуроновой кислоты содержит исландский мох.

Физические и химические свойства, формула

При нормальных условиях глюкуроновая кислота растворена в жидкостях организма – моче, желчи, плазме крови. Впервые кислота была выделена из мочи. Как правило её присутствие определяется специфическими индикаторами, в чистом виде она неустойчива и быстро разлагается. Молярная масса равна 194,139 моль, температура плавления составляет 159-161 °С.

Упрощённая химическая формула глюкуроновой кислоты:

C₆H₁₀O₇

Структурное расположение атомов очень сложно, это связано с большим количеством изомеров вещества, а также наличием так называемых аномеров – пространственных изомеров. Пространственными изомерами называют вещества, которые имеют одинаковый состав атомов, но разное положение их в пространстве. Аномеры представляют собой стереоизомеры простейших сахаров и их производных.

Структурная формула глюкуроновой кислоты

Самые распространённые изомеры глюкуроновой кислоты – это D- и L-формы, отличающиеся положением пятого углеродного атома (С-5). Различают стереоизомеры глюкуроната по типу конфигурации первого атома углерода (С-1): альфа- и бета-изомеры. Они отличаются расположением гидроксильной группы. Бета-вариант встречается чаще – в 64% случаев, при этом OH-группировка располагается у пиранозного кольца и выполняет функции карбоксильной группы.  Производная D-глюкозы – D-глюкуроновая кислота, L-глюкоза даёт L-глюкуронат.

Глюкуроновая кислота образуется из глюкозы, поэтому её химические свойства аналогичны данному моносахариду, однако отличаются тем, что глюкуронат более активен за счёт карбоксильной группировки. Кислота вступает в следующие виды реакций:

• гидрирование (присоединение молекулярного водорода H₂) идёт при воздействии повышенных температур и никелевого катализатора (Ni), результат – образование многоатомного спирта – спирта, содержащего более одной гидроксильной группы (-OH);
• окисление наиболее распространёнными окислителями – бромной водой (раствор брома Br₂), разбавленными кислотами;
• взаимодействие с аммиачным раствором серебра при водородном показателе выше 7 – реакция «серебряного зеркала», при котором выпадает в осадок чистое серебро – Ag₂;
• окисление гидроксидом меди, идущее по альдегидной группе (-COH). Продукт реакции – осадок красного цвета оксида меди – Cu₂O.

Глюкуронизация глюкуроновой кислоты

Наиболее характерная группа реакция для глюкуроновой кислоты – это реакция глюкуронизации. Глюкуронизация – это процесс связывания опасных токсических метаболитов посредством реакции с глюкуронатом. Данное взаимодействие является частным случаем реакций конъюгации, в организме он протекает в печени. Конъюгацией называется преобразование чужеродных веществ в менее токсичные, более полярные и лучше растворимые в воде. По сути, это детоксикация, обезвреживание вредных для организма молекул, попадающих извне и образующихся в ходе метаболизма. К таким соединениям относится билирубин, метаболиты лекарственных препаратов, продукты распада, яды. Известно, что некоторые гормоны могут подвергаться глюкуронизации. Это происходит затем, чтобы сделать их более растворимыми в воде и облегчить транспорт по организму.

Конъюгаты глюкуроновой кислоты называются глюкурониды. Процесс их образования сложен и является одним из основных метаболических способов утилизации вредных или ненужных соединений у всех животных, также предположительно растений и бактерий.

Удаление глюкуронидов у человека и животных идёт преимущественно с мочой. После нейтрализации в печени конъюгаты, растворённые в крови, попадают в почки, после чего выводятся. Некоторые глюкурониды слишком крупные для почечных канальцев, поэтому из печени секретируются в желчные протоки, выводящие желчь с продуктами обмена в кишечник.

У микроорганизмов и одноклеточных простейших глюкурониды выделяются путём облегчённой диффузии с участием каналов, пронизывающих плазматическую мембрану. Растения накапливают соединения и выводят в период гуттации либо со смолами при повреждении ткани.

Реакция глюкуронизации протекает с участием специфических ферментов класса трансфераз. Трансферазы – это ферменты-переносчики, которые катализируют реакции отсоединения определённой функциональной группировки от одного вещества и присоединения её к другому веществу.

Процесс глюкуронирования идёт при воздействии трансфераз, которые называются глюкуронизилтрансферазами, роль фермента чаще всего выполняет уридиндифосфатглюкуроновая кислота, поэтому другое наименование ферментов глюкуронизации – УДФ-глюкуронилтранферазы (УДФГК). Также её называют конъюгирующим агентом, поскольку это фактор, обеспечивающий присоединение глюкуроновой кислоты к токсину. Фермент образуется из гликогена печени, поэтому при сильной интоксикации отмечается резкое снижение концентрации запасного углевода и истощение. УДФГК находятся в печени, в кишечном тракте и коже – наиболее частых местах проникновения и локализации токсинов.

Реакция глюкуронизации протекает по следующему механизму: в структуре токсиканта атом водорода замещается глюкуроновой кислотой, при этом образуется глюкуронид и вода. Общее уравнение реакции:

RXH + УДФГК → RX- C₆H₉O₇ + H₂O

где RXH – токсин, а C₆H₉O₇ – остаток глюкуроновой кислоты, которая отдала один атом водорода.

Образование конъюгатов идёт по разным функциональным группировкам. При этом образуются соответствующие глюкурониды:

• реакция по кислороду с фенолами и спиртами – формируются O-глюкурониды;
• реакция по атому серы в тиофенолах и других серосодержащих органических соединениях – образуются S-глюкурониды;
• реакция по азотным группировкам с аминами, азотсодержащими гетероциклическими соединениями, амидами – выделяются N-глюкурониды.

Выделяют также ацильное глюкуронирование, при котором процесс протекает по ацильной группе (RCO-, R – радикал). Таким образом нейтрализуются продукты распада многих синтетических антибиотиков – фторхинолоны (ципрофлоксацин).

Характерная особенность конъюгатов состоит в том, что их карбоксильная группа ионизирована. Они становятся менее токсичными за счёт «балласта» – глюкуроновой кислоты, которая понижает их реакционную способность и, соответственно, лишает возможности навредить организму.

Глюкурониды могут диссоциировать при определённых условиях, то есть распадаться на исходные вещества. Это важно для связанных глюкуроновой кислотой гормонов, но опасно при распадении глюкуронизированных токсинов. Реакция диссоциации глюкуронидов идёт при участии фермента бета-глюкуронидазы. Он катализирует расщепление сложных углеводов, способен подвергать гидролизу конъюгаты с образованием глюкуроновой кислоты и соответствующего вещества.

Процесс гидролиза глюкуронидов протекает в полости кишечника, при этом часто полезные вещества, которые нужно было транспортировать (гормоны), возвращаются в активную форму, связанный билирубин реабсорбируется. Однако диссоциация может принести вред, когда обезвреженные токсины вновь становятся опасными.

Биосинтез глюкуроновой кислоты

В организме человека глюкуроновая кислота образуется двумя путями: из глюкозы и из гиалуроновой кислоты. Лишь небольшая доля глюкозы в организме уходит на образование глюкуроната, процесс идёт в несколько этапов:

1. Глюкоза под действием фермента гексогиназы с участием энергии АТФ преобразуется в глюкозо-6-фосфат.
2. Глюкозо-6-фосфат биотрансформируется в УДФ-глюкозу (глюкоза с присоединённым остатком уридиндифосфатглюкуроновой кислоты) при воздействии фермента УДФ-глюкозо-пирофосфорилазы.
3. УДФ-глюкоза подвергается преобразованию в УДФ-глюкуронат при реакции с водой и влиянии фермента УДФ-глюкозо-дегидрогеназа.
4. УДФ-глюкуронат гидролизуется, реагируя с водой, при этом УДФ отделяется и остаётся глюкуроновая кислота.

Путь образования глюкуроната из гиалуроновой кислоты более короткий и простой. В клеточных органеллах – лизосомах содержится фермент бета-гиалуронидаза, способный расщеплять гиалуроновую кислоту. Гиалуронидаза разрывает гликозидную связь, образуется глюкуроновая кислота.

Глюкуроновая кислота: для чего нужна, польза, биологическая роль

Глюкуронат – это важное для обмена веществ организма соединение, содержащееся в крови в концентрации 0,02-0,08 ммоль/л. Он выполняет ряд важных функций, главная из которых – нейтрализация токсинов и ксенобиотиков. Благодаря ему утилизируется ряд опасных соединений: спирты, фенолы, билирубин, антибиотики, тиолы, амины, карбоновые кислоты, бензол. Польза глюкуроновой кислоты проявляется и в других функциях:

• структурная – кислота входит в состав протеогликанов – высокомолекулярных соединений, состоящих из белков и углеводов;
• метаболизируется в результате каскада биохимических реакций в ксилозу – углевод, необходимый для протекания пентозофосфатного цикла окисления сахаров;
• может преобразовываться в аскорбиновую кислоту.

Глюкуронат участвует в образовании гепарина, необходимого для нормального свёртывания крови. С участием данного соединение идёт синтез хондроитинсульфата – важного компонента хрящевой ткани, а также гиалуроновой кислоты.

Польза глюкуроновой кислоты для многих биологических видов заключается и в том, что она под действием ферментов переходит в аскорбиновую кислоту. Синтез витамина С возможен у высших растений, животных, дрожжей, водорослей. Лишь некоторые млекопитающие лишены возможности самостоятельно вырабатывать аскорбиновую кислоту. У человека, морских свинок, рыб и большинства насекомых нет фермента L-гулонолактоноксидазы, поэтому они нуждаются в поступлении витамина С с пищей.

Основная польза глюкуроновой кислоты для человека заключается в способности к детоксикации. Реакции глюкуронизации – основной механизм детоксикации клеток. При недостатке глюкуроновой кислоты печень не может в полной мере выполнять функции, яды накапливаются, возникает тяжёлая интоксикация.

Истощение запасов глюкуроновой кислоты приводит к включению в организме вторичных путей утилизации токсинов, однако они недостаточно эффективны и изменения сказываются на здоровье. Недостаток глюкуроната может вызвать обильный приём различных соединений: морфий, стероиды, антибиотики, парацетомол. При достижении порога необратимых изменений (когда глюкуроновая кислота перестаёт синтезироваться или синтезируется медленно, не успевая обезвреживать яды) наблюдаются тяжёлые поражения органов, что может привести к летальному исходу.

Вред глюкуроновой кислоты

Польза глюкуроновой кислоты неоспорима, но все хорошо в меру. Избыточная выработка глюкуроновой кислоты вредит организму. Некоторые канцерогены и лекарственные препараты способны стимулировать выработку глюкуроната (барбитураты, табачный дым). Накопление соединение приводит к тому, что образуется больше конъюгатов, связывается значительно больше субстрата. Поэтому дозы некоторых лекарств, которые вступают в реакцию конъюгации с глюкуроновой кислотой, приходится увеличивать, ведь они не успевают достигнуть нужной концентрации в крови, потому что быстро инактивируются.

Известно, что глюкуроновая кислота и некоторые глюкурониды способствуют выработке воспалительных сигнальных молекул при острых и хронических заболеваниях. За счёт этого имеющееся воспаление прогрессирует, увеличивается боль при болевом синдроме. При высокой восприимчивости боли глюкуронат может повышать чувствительность человека даже к слабым стимулам.

Применение глюкуроновой кислоты

Конъюгаты глюкуроновой кислоты хорошо распознаются с помощью медицинских инструментов. Индикацию глюкуронидов различных токсинов используют для определения степени тяжести заболевания, а также различных алкогольных и наркотических зависимостей. Этилглюкуронид – связанный глюкуроновой кислотой метаболит этанола, по содержанию которого в моче можно определить факт употребления алкоголя.

Глюкурониды применяют для обнаружения фекального загрязнения поверхностей. С помощью этих соединений определяется наличие кишечной палочки – E. coli. Бактерия продуцирует фермент, разлагающий глюкуронид до соединения, которое светится при воздействии ультрафиолета.

Заключение

Глюкуроновая кислота – это органическая кислота, необходимая для детоксикации организма. Путём сложных биохимических реакций оно связывает многие опасные ксенобиотики и токсичные соединения, которые могут нанести серьёзный вред здоровью. Польза глюкуроновой кислоты не только в этом. Глюкуронат – составная часть протеогликанов, входит в состав слюны и различных слизей. Он образуется в результате ряда ферментативных превращений глюкозы или при расщеплении гиалуроновой кислоты. Многие животные и растения преобразуют глюкуроновую кислоту в витамин С.