25. Аоз: ферментативная, неферментативная, механизмы. Антиоксидантная система

В нормальных условиях процесс СРО находится под строгим контролем ферментативных и неферментативных систем клетки, от чего скорость его невелика. Химические соединения и физические воздействия, влияющие на скорость СРО, делят на прооксиданты и антиоксиданты.

Антиоксиданты тормозят СРО. Антиоксиданты, находящиеся в организме, образуют его ферментативную и неферментативную антиоксидантную систему.

1. Ферментативная антиоксидантная система

К ферментам, защищающим клетки от действия активных форм кислорода, относят супе-роксиддисмутазу, каталазу и глутатионпероксидазу. Наиболее активны эти ферменты в печени, надпочечниках и почках, где содержание митохондрий, цитохрома Р₄₅₀ и пероксисом особенно велико.

Супероксиддисмутаза (СОД) превращает супероксидные анионы в перекись водорода:

2О^∙₂ + 2H⁺ → H₂O₂+ O₂

Изоферменты СОД находятся и в цитозоле (Cu²⁺ и Zn²⁺) и в митохондриях (Mn²⁺) и являются как бы первой линией защиты, потому что супероксидный анион образуется обычно первым из активных форм кислорода. СОД — индуцируемый фермент, т.е. синтез его увеличивается, если в клетках активируется СРО.

Каталаза - геминовый фермент, катализирует реакцию разрушения перекиси водорода. При этом образуется вода и молекулярный кислород:

2Н₂О₂ → H₂O+ O₂

Каталаза находится в основном в пероксисомах, где образуется наибольшее количество перекиси водорода, а также в лейкоцитах, где она защищает клетки от последствий «респираторного взрыва» и в эритроцитах, где она защищает гем гемоглобина от окисления.

Глутатионпероксидаза — обеспечивает разрушение перекиси водорода и гидропероксидов липидов при окислении глутатиона (у-глутамилцистеинилглицин): Н₂О₂ + 2 GSH → 2 Н₂О + G-S-S-G. Глутатионпероксидаза в качестве кофермента содержит селен.

Глутатионредуктаза восстанавливает окисленный глутатион с участием НАДФН₂:

GS-SG + НАДФН₂ → 2 GSH + НАДФ⁺.

Недостаток глутатиона в клетках, например эритроцитах, который может быть обусловлен действием токсических веществ, например ионами тяжелых металлов или наследственным недостатком глутатионредуктазы приводит к активации перекисного окисления; это, в частности, наблюдается при некоторых видах гемолитических анемий.

Фосфолипаза в мембране отщепляет от фосфолипидов окисленные жирные кислоты, содержащие гидроперекисную группу (LOOH), тем самым разрушаются гидроперекиси липидов, предотвращается разветвление цепей окисления липидов в мембранах.

2. Неферментативная антиоксидантная система

"Липидные антиоксиданты" - производные фенола, способны инактивировать свободные радикалы в гидрофобном слое мембран и предотвращать развитие ПОЛ. К ним относится α-токоферол (витамин Е), убихинон (коэнзим Q), тироксин и синтетические соединения, например ионол (бутилированный гидрокситолуол).

Витамин Е (α-токоферол) самый распространённый липофильный антиоксидант, он обеспечивает защиту мембран от СРО. Различают 8 типов токоферолов, но α-токоферол наиболее активен. α-Токоферол отдаёт атом водорода радикалу липида ROO^∙, восстанавливает его до гидропероксида (ROOH), а сам превращается в малоактивный свободный радикал, что прерывает ПОЛ:

Регенерацию α-токоферола осуществляет витамин С.

Свободный радикал витамина Е стабилен и не поддерживает ПОЛ, он взаимодействует с радикалами липидных перекисей, восстанавливает их, а сам превращается в стабильную окисленную форму — токоферолхинон.

Витамин С ингибирует СРО с помощью двух различных механизмов:

1). восстанавливает в мембранах токоферолхинон до витамина Е:

НО-аскорбат-ОН + α-ТФ-О· → α-ТФ-ОН + НО-аскорбат-О· (семидегидроаскорбиновая к-та)

НО-аскорбат-О· + α-ТФ-О· → α-ТФ-ОН + О=аскорбат=О (дегидроаскорбиновая к-та)

β-Каротин, предшественник витамина А, также обладает антиоксидантным действием и ин-гибирует ПОЛ.

Соединения, связывающие железо. Большинство из них, включая такие природные соединения как дипептид карнозин, не просто связывают железо, но, самое главное, не дают ему возможности приникнуть в липидную фазу мембран, поскольку образующиеся комплексы, в силу своей полярности, не проникают в гидрофобную зону.

№32. (+33, 34, 35 – в тексте, см. курсив 14пт)

ЖК, которые синтезируются в организме, (заменимыме). образуются в печени, в, меньшей степени — в жировой ткани и лактирующей молочной железе.

Субстратами для синтеза ЖК служит ацетил-КоА (источник углерода) и НАДФН₂ (источник водорода), образующийся в основном из глюкозы. Таким образом, избыток углеводов, поступающих в организм, трансформируется в ЖК, а затем в ТГ.

Этапы

Образование и транспорт Ацетил-КоА. (по совместительству 33 вопрос – механизм переноса ацетил-КоА из МТХ в цитозоль, регуляция, значение и часть 35 вопроса – образование и роль цитрата) В реакциях гликолиза из глюкозы образуется ПВК, который поступает в матрикс митохондрий и превращается в Ацетил-КоА с участием ПВК ДГ. Так как внутренняя мембрана митохондрий непроницаема для Ацетил-КоА, поэтому он при участии цитратсинтазы конденсируется с ЩУК с образованием цитрата:

Ацетил-КоА + Оксалоацетат → Цитрат + HS-КоА.

Затем транслоказа переносит цитрат в цитоплазму. Перенос цитрата в цитоплазму происходит только при увеличении количества цитрата в митохондриях, когда изоцитратдегидрогеназа и α-кетоглутаратдегидрогеназа ингибированы высокими концентрациями НАДН₂ и АТФ (при избытке углеводов и низком энергопотреблении).

В цитоплазме цитрат расщепляется под действием фермента цитрат-лиазы:

Цитрат + HSKoA + АТФ → Ацетил-КоА + АДФ+ Pн + ЩУК

Образование НАДФН₂.

1. ЩУК в цитоплазме превращается в малат под действием малат ДГ, малат под действием малик-фермента превращается в ПВК, при этом образуется НАДФН₂. ПВК транспортируется обратно в матрикс митохондрий;

2. НАДФН₂ образуется в цитоплазме из глюкозы в окислительных реакциях ПФШ;

3. Цитрат изомеризуется в изоцитрат, который дегидрируется цитозольной НАДФ-зависимой ДГ до α-КГ с образованием НАДФН₂. α-КГ переноситься в матрикс митохондрий.

Синтез пальмитиновой кислоты (из нее синтезируются все остальные)

Образование малонил-КоА

(№ 34. р-ция карбоксилирования ацетил-КоА, фермент, регуляция, значение и 35 вопрос – образование и роль малонил-КоА)

Это регуляторная реакция в синтезе ЖК, катализируется ацетил-КоА-карбоксилазой (из нескольких субъединиц, содержащих биотин).

Реакция протекает в 2 стадии:

1. СО₂ + биотин + АТФ → биотин-СООН + АДФ + Фн

2. ацетил-КоА + биотин-СООН → малонил-КоА + биотин

(малонил-коа нужен для последующего образования пальмитин. к-ты Малонил-КоА представляет собой первый специфический продукт биосинтеза жирных кислот. В присутствии соответствующей ферментной системы малонил-КоА быстро превращается в жирные кислоты.)

Ацетил-КоА-карбоксилаза регулируется несколькими способами:

1. Ассоциация/диссоциация комплексов субъединиц фермента. В неактивной форме ацетил-КоА-карбоксилаза представляет собой комплексы, состоящих из 4 субъединиц. Цитрат стимулирует объединение комплексов, в результате чего активность фермента увеличивается. Пальмитоил-КоА вызывает диссоциацию комплексов и снижение активности фермента;

2. Фосфорилирование/дефосфорилирование ацетил-КоА-карбоксилазы. Глюкагон или адреналин через аденилатциклазную систему стимулируют фосфорилирование субъединиц ацетил-КоА карбоксилазы, что приводит к ее инактивации. Инсулин активирует фосфопротеинфосфатазу, ацетил-КоА карбоксилаза дефосфорилируется. Затем под действием цитрата происходит полимеризация протомеров фермента, и он становится активным;

3. Длительное потребление богатой углеводами и бедной липидами пищи приводит к увеличению секреции инсулина, который индукцирует синтез ацетил-КоА-карбоксилазы, пальмитатсинтазы, цитратлиазы, изоцитратдегидрогеназы и ускоряет синтез ЖК и ТГ. Голодание или богатая жирами пища приводит к снижению синтеза ферментов и, соответственно, ЖК и ТГ.

Образование пальмитиновой кислоты

см. № 36

Синтез ЖК из пальмитиновой и других ЖК

Удлинение ЖК в элонгазных реакциях

в результате удлинения в ЭПР пальмитиновой кислоты и других более длинных ЖК. Последовательность реакций аналогична синтезу пальмитиновой кислоты, однако в данном случае синтез идет не на АПБ, а на КоА. Основной продукт элонгации в печени — стеариновая кислота. В нервных тканях образуются ЖК с длинной цепью (С=20-24), необходимые для синтеза сфинголипидов.

Синтез ненасыщенных ЖК в десатуразных реакциях

Включение двойных связей в радикалы ЖК – Десатурация, происходит в ЭПР в монооксигеназных реакциях, катализируемых десатуразами.

Стеароил-КоА-десатураза – интегральный фермент, содержит негеминовое железо. Катализирует образование 1 двойной связи между 9 и 10 атомами углерода в ЖК. Стеароил-КоА-десатураза переносит электроны с цитохрома b₅ на 1 атом кислород, при участии протонов этот кислород образует воду. Второй атом кислорода включается стеариновую кислоту с образованием её оксиацила, который дегидрируется до олеиновой кислоты.

Десатуразы ЖК, имеющиеся в организме человека, не могут образовывать двойные связи в ЖК дистальнее девятого атома углерода, поэтому ЖК семейства ω-3 и ω-6 не синтезируются в организме, являются незаменимыми и обязательно должны поступать с пищей, так как выполняют важные регуляторные функции. Основные ЖК, образующиеся в организме человека в результате десатурации — пальмитоолеиновая и олеиновая.

Синтез α-гидрокси ЖК

В нервной ткани происходит синтез и других ЖК — α-гидроксикислот. Оксидазы со смешанными функциями гидроксилируют С₂₂ и С₂₄ кислоты с образованием цереброновой кислоты обнаруживаемой только в липидах мозга.

№31. Пути обмена ацетил-КоА, их значение

1. в ЦТК – общим конечным путем окисления углеводов, липидов и белков, поскольку в ходе метаболизма глюкоза , жирные кислоты и аминокислоты превращаются либо в ацетил-CoA , либо в промежуточные соединения рассматриваемого цикла. ЦК играет также главную роль в процессах глюконеогенез а, переаминирования , дезаминирования и липогенез а

2. на синтез ХС – Биологическая роль ХС

1. ХС входит в состав всех мембран клеток, увеличивает их электроизоляционные свойства, придает им жесткость и прочность;

2. В мембране ХС защищает полиненасыщенные ЖК от окисления;

3. из ХС синтезируются жёлчные кислоты (0,5-0,7 г ХС в сут) 0.45, стероидных гормоны (половые и кортикоиды) (40 мг ХС в сут) и витамин Д₃ (10 мг ХС в сут).

4. ХС является компонентом желчи, участвует в переваривании липидов.

3. На синтез кетоновых тел – Биологическая роль КТ

КТ — хорошие топливные молекулы, окисление β-гидроксибутирата до СО₂ и Н₂О обеспечивает быстрый синтез 26 молекул АТФ. Окисление КТ, как и ЖК сберегает глюкозу, что имеет большое значение в энергоснабжении аэробных тканей при длительном голодании и физических нагрузках, когда возникает дефицит глюкозы. Для нервной ткани КТ имеют исключительное значение, так как в отличие от мышц и почек, нервная ткань практически не использует ЖК в качестве источника энергии(ЖК не проходят гематоэнцефалический барьер).

4. на биосинтез ЖК - Биологическое значение ЖК

• полиеновые ЖК (арахидоновая, эйкозапентаеновая, эйкозатриеновая) используются для синтеза БАВ – эйкозаноидов (простагландинов, простациклинов, тромбоксанов, лейкотриенов, липоксинов).

• ЖК окисляются в аэробных условиях с образованием АТФ (много АТФ!)

• ЖК являются структурным компонентом омыляемых липидов: восков, глицеролипидов, сфинголипидов, эфиров холестерина;