Белковая составляющая в холелитах

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 549:577.122.3:612.357.6

БЕЛКОВАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ В ХОЛЕЛИТАХ* Е. В. Машина, С. Н. Шанина

ФГБУН Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар

Аннотация

Изучен аминокислотный состав холелитов (желчные камни), а также возможное влияние белковой составляющей на процесс кристаллизации минеральных фаз в желчных камнях. Исследовались холестериновые и пигментные холелиты жителей Республики Коми. Установлено, что холестериновые холелиты характеризуются доминированием алифатических, гидроксильных и кислых аминокислот. В пигментных холелитах отмечается преобладание кислых, алифатических и ароматических аминокислот. Содержание аминокислот повышается в образцах с присутствием минеральной составляющей (карбонатной или фосфатной). Ключевые слова:

холелиты, биоминеральные образования, аминокислоты, холестерин, билирубин. PROTEIN COMPOSITION IN GALLSTONES

Ekaterina V. Mashina, Svetlana N. Shanina

Institute of Geology of Komi Science Centre of the Ural Branch of the RAS, Syktykvar

Keywords:

Abstract

The amino acid composition of gallstones has been studied, as well as the possible influence of the protein component on the process of crystallization of mineral phases in gallstones. Cholesterol and pigment gallstones of the Komi Republic were studied. It has been established that cholesterol gallstones are characterized by the predominance of aliphatic, hydroxyl and acidic amino acids. Pigment gallstones show a predominance of acidic, aliphatic and aromatic amino acids. The content of amino acids is increased in the samples with the presence of a mineral component (carbonate or phosphate).

gallstones, biomineral formations, amino acids, cholesterol, bilirubin.

Введение

Исследование белковой компоненты в составе патогенных образований в организме человека, в т. ч. в холелитах, остается актуальным и по сей день. Особо интересным, с точки зрения минералогических исследований, здесь представляется изучение влияния белковой составляющей на образование тех или иных минеральных фаз. Основные неорганические соединения холелитов представлены карбонатом и фосфатом кальция [1], которые довольно широко распространены в природе. Их образование связывается со многими факторами, и один из них — влияние белковой органической матрицы. Например, за регуляцию процессов минерализации при формировании раковины у моллюсков, состоящих из карбоната кальция, отвечает белок конхиолин. В составе этого белка обнаружены высокие содержания кислых аминокислот. Предполагается, что белковая матрица выполняет функцию ионообменных смол, где кислые аминокислоты могут выполнять функции фиксации кальция, а аминокислоты лизин, гистидин, аргинин участвуют в процессах концентрации карбонатных ионов [2].

Исследования выполнены на аналитическом оборудовании ЦКП «Геонаука» в ИГ Коми НЦ УрО РАН и проводились при поддержке Программы фундаментальных исследований УрО РАН, проект № 15-18-5-5.

ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 4/2017

87

Целью настоящего исследования являлось изучение аминокислотного состава холелитов и выявление взаимосвязи аминокислотного состава с минеральной составляющей желчных камней.

Материал и методика исследования

Объектом для исследования послужили 7 проб холестериновых и 4 пробы пигментных холелитов, обнаруженных у жителей Республики Коми. Методика извлечения, идентификация и определение содержания аминокислот подробно описаны в работе [3]. Для исследования состава холелитов использовались методы сканирующей электронной микроскопии (СЭМ Jeol JSM-6400, оснащенный энергодисперсионным спектрометром Link), рентгеноструктурного анализа (рентгеновский дифрактометр Shimadzu XRD-6000) и ИК-спектроскопии (спектрометр Specord M-75). Согласно этим данным, холелиты были разделены на шесть групп, из них: холестериновые — без минеральной составляющей (обр. 1, 9, 49), содержащие фосфат кальция (обр. 33, 43б) и карбонат кальция (обр. 42, 76); пигментные — без минеральной составляющей (обр. 17), содержащие фосфат кальция (обр. 55) и карбонат кальция (обр. 79, 80).

Результаты и их обсуждение

Холестериновые холелиты. Установлено, что содержание аминокислот в холестериновых камнях изменяется от 1 до 28 мг/г сухой навески. В холестериновых холелитах без минеральной компоненты содержание аминокислот составляет менее 3 мг/г. Здесь доминируют алифатические, гидроксильные и кислые аминокислоты (рис. 1, а). Среди индивидуальных аминокислот преобладает глицин.

Рис. 1. Групповое распределение аминокислот в холестериновых (а) и пигментных (б) холелита

В холестериновых камнях с присутствием минеральной составляющей содержание аминокислот увеличивается. Так, в холестериновых образцах, содержащих фосфат кальция, концентрация аминокислот несколько выше, чем в холестериновых холелитах без минеральной компоненты (5,6-7,8 мг/г). В групповом составе, при снижении гидроксильных, доминируют алифатические и кислые аминокислоты. Среди индивидуальных аминокислот также лидирует глицин. В желчных камнях, в составе которых присутствует карбонат кальция, установлены максимальные концентрации аминокислот среди холестериновых холелитов (17,2-28,1 мг/г). При этом здесь, по сравнению с образцами, содержащими фосфат кальция, наблюдается снижение доли алифатических и увеличение доли кислых и основных аминокислот. Возрастание доли основных аминокислот происходит за счет увеличения содержания лизина. Отмечается, что в образце, содержащем ватерит (обр. 42), среди индивидуальных аминокислот лидирует глутаминовая кислота, а в холелите с арагонитом (обр. 76) на первом месте находится глицин. Экспериментальным путем установлено, что ватерит может зарождаться и потом расти в качестве стабильной фазы на фибрине [4]. Фибрин относится к высокомолекулярному неглобулярному белку, образованному из фибриногена, который синтезируется в печени. В крови фибрин образует длинные нити-

Белковая составляющая в холелитах

фибриллы, куда оседают тромбоциты и эритроциты, поэтому его еще называют красным тромбом. Основной аминокислотный состав фибрина представлен глутаминовой и аспарагиновой кислотами, глицином, серином и лизином. Следует отметить, что изученный нами ватерит представлен частицами сферической формы, размер которых составляет от 3 мкм и более, что вполне соответствует морфологии и размерам частиц, полученным в присутствии фибрина (рис. 2). На возможное присутствие фибрина в холелитах указывают обнаруженные нами эритроциты, переплетенные волокнистыми нитями, размер которых соответствует фибрину (рис. 3).

Рис. 2. Ватерит: а — в холестериновом холелите, б — синтезированный на фибрине, по данным работы [4]

1

2

5 мкм

Рис. 3. Эритроциты (точка 1) в нитях фибрина (точка 2) в холелите

Пигментные холелиты. Установлено, что содержание аминокислот в пигментных камнях значительно выше, чем в холестериновых, и варьирует 12,5-30,1 мг/г сухой навески. В пигментном холелите без минеральной составляющей содержание аминокислот составляет 12,5 мг/г. Отмечается доминирование кислых, алифатических и ароматических аминокислот (рис. 1, б). Повышение доли ароматических аминокислот происходит за счет возрастания фенилаланина. Среди индивидуальных аминокислот на первом месте находится глутаминовая кислота.

В пигментных образцах с минеральной составляющей концентрация аминокислот меняется от 21,8-30,1 мг/г, причем эти содержания несколько выше, чем в рассмотренных ранее холестериновых камнях с минеральной компонентой. Так, в пигментном камне с фосфатом кальция, содержание аминокислот составляет 30 мг/г, здесь отмечается доминирование алифатических и кислых аминокислот. В пигментных образцах, содержащих карбонатные минералы, концентрации аминокислот меняются от 21,8 до 30,1 мг/г. В данной группе образцов преобладают алифатические, кислые и ароматические аминокислоты, возрастание доли последних происходит за счет фенилаланина. Во всех пигментных камнях с минеральной составляющей среди индивидуальных аминокислот на первом месте находится глицин.

ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 4/2017

89

Результаты наших исследований показали, что в холестериновых камнях содержание серина (гидроксильная аминокислота), а в пигментных фенилаланина (ароматическая аминокислота) повышены. Скорее всего, это связано с различной белковой составляющей при формировании пигментных и холестериновых холелитов. Предполагается, что основным белком, способствующим осаждению холестерина, является муцин [5]. Данный белок характеризуется большим содержанием серина и треонина, это обусловлено тем, что сотни углеводных цепочек связываются только с серином или треонином. В составе пигментных камней найден альбумин, его аминокислотный состав представлен в основном глутаминовой и аспарагиновой аминокислотами, лейцином, фенилаланином [6]. Значительное возрастание концентраций данных аминокислот в изученных нами пигментных холелитах, вероятно, связано с присутствием альбумина. Молекула альбумина связывает билирубин и жирные кислоты, а также катионы различных металлов [7].

Заключение

На основании исследования состава аминокислот в холелитах жителей Республики Коми показано, что образование холестериновых и пигментных камней проходило с участием различных белков. Присутствие в составе холелитов минеральной составляющей приводит к росту содержаний аминокислот.

ЛИТЕРАТУРА

1. Рентгенография желчных камней / Ю. А. Ефимова [и др.] // Вопросы биологической медицинской и фармацевтической химии. 2005. № 2. С. 36-49. 2. Дроздова Т. В. Геохимия аминокислот. М.: Наука, 1977. 199 с.

3. Шанина С. Н., Голубев Е. А. Аминокислоты в шунгитах Карелии // Геохимия. 2010. Т. 48, № 9. С. 972-987.

4. Kanakis J., Dalas E. The crystallization of vaterite on fibrin // J. Cryst. Growth. 2000. Vol. 219, No. 3. P. 277-282.

5. Ganesh I., Subramani D, Halagowder D. Mucin glycoarray in gastric and gallbladder epithelia // J. Carcinog. 2007. P. 6-10.

6. Ternary complexes of albumin-Mn(II)-bilirubin and Electron Spin Resonance studies of gallstones / E. N. Chikvaidze [et al.] // J. Georgian. Med. News. 2009. Vol. 3 (168). P. 11-15. 7. Шейбак В. М. Транспортная функция сывороточного альбумина: цинк и жирные кислоты // Вестник Витебского гос. мед. ун-та. 2015. Т. 14, № 2. С. 16-22.

Сведения об авторах

Машина Екатерина Валерьевна — младший научный сотрудник Института геологии Коми НЦ УрО РАН

E-mail: borovkova@geo.komisc.ru

Шанина Светлана Николаевна — кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Института геологии Коми НЦ УрО РАН E-mail: shanina@geo.komisc.ru

Author Affiliation

Ekaterina V. Mashina — Junior Researcher of Komi Science Centre of the Ural Branch of the RAS E-mail: borovkova@geo.komisc.ru

Svetlana N. Shanina — PhD (Geol. & Mineral.), Senior Researcher of the Institute of Geology of Komi Science Centre of the Ural Branch of the RAS E-mail: shanina@geo.komisc.ru

Библиографическое описание статьи

Машина, Е. В. Белковая составляющая в холелитах / Е. В. Машина, С. Н. Шанина // Вестник Кольского научного центра РАН. — 2017. — № 4 (9). — С. 87-90.

Reference

Mashina Ekaterina V., Shanina Svetlana N. Protein Composition in Gallstones. Herald of the Kola Science Centre of the RAS, 2017, vol. 4 (9), pp. 87-90. (In Russ.).